河北省年高考物理一轮总复习第讲磁感应强度安培力.pptx
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1、第十一单元磁场第十一单元磁场透析透析高考动向高考动向考点题型一览无遗考点题型一览无遗第第5454讲磁感应强度安培力讲磁感应强度安培力自主自主夯实基础夯实基础自主预习轻松过关自主预习轻松过关名师点金名师点金复习本讲内容应达到的要求:复习本讲内容应达到的要求:(1)了解常见磁体的磁场,电流的磁场和地磁场了解常见磁体的磁场,电流的磁场和地磁场%熟悉它熟悉它们的磁感线分布们的磁感线分布(2)理解磁感应强度的概念、定义式;掌握安培定则、左理解磁感应强度的概念、定义式;掌握安培定则、左手定则;熟练地运用公式计算常见情境下的安培力大小,这手定则;熟练地运用公式计算常见情境下的安培力大小,这是本讲的重点是本讲
2、的重点 (3)知道磁电式电表的原理知道磁电式电表的原理知识梳理知识梳理一、一、磁场及其产生磁场及其产生1磁磁场场是是存存在在于于磁磁体体或或电电流流周周围围的的一一种种特特殊殊物物质质.磁磁体体和和磁磁体体之之间间、磁磁体体和和电电流流之之间间、电电流流和和电电流流之之间间的的相相互互作作用用力力靠靠磁磁场场传传递递.磁磁场场的的基基本本性性质质是是:对对放放入入其其中中的的磁磁体体或或电电流流产生力的作用产生力的作用.2磁场的产生:电流或磁体都可以产生磁场磁场的产生:电流或磁体都可以产生磁场.3磁场的方向:放在磁场中某一点的小磁针磁场的方向:放在磁场中某一点的小磁针北北极受力的极受力的方向,
3、即小磁针静止时北极所指的方向就是这一点的方向,即小磁针静止时北极所指的方向就是这一点的磁场磁场方方向向.4磁现象的电本质:磁体、电流和运动电荷的磁场都产磁现象的电本质:磁体、电流和运动电荷的磁场都产生于生于电荷的运动电荷的运动,并通过磁场而相互作用,并通过磁场而相互作用.二、磁感线二、磁感线1.在磁场中画一系列曲线,使曲线上任一点的切线方向在磁场中画一系列曲线,使曲线上任一点的切线方向都跟都跟该点的磁场方向该点的磁场方向一致,这些曲线即为磁感线一致,这些曲线即为磁感线.2.特点特点(1)磁感线上任一点的切线方向都跟该点的磁场方向一)磁感线上任一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致;致;(2)磁感
4、线是为了描述磁场而引入的,实际并不存在;)磁感线是为了描述磁场而引入的,实际并不存在;(3)磁感线在磁体(或通电螺线管)外部由)磁感线在磁体(或通电螺线管)外部由N极指向极指向S极,在磁体(或通电螺线管)内部由极,在磁体(或通电螺线管)内部由S极指向极指向N极极,组成一条,组成一条封闭的曲线;封闭的曲线;(4)磁感线的)磁感线的疏密程度疏密程度可以表示磁场的强弱;可以表示磁场的强弱;(5)任何两条磁感线不相交,也不相切)任何两条磁感线不相交,也不相切.3.几种典型磁场的磁感线几种典型磁场的磁感线(1)条形磁铁与)条形磁铁与U U形磁铁,如图形磁铁,如图54-1所示所示.(2)直直线线电电流流的
5、的磁磁场场:无无磁磁极极,非非匀匀强强,距距导导线线越越远远处处磁场磁场越弱越弱,如图,如图54-2所示所示.图图54-2图图54-1(3)通电螺线管的磁场:两端分别是)通电螺线管的磁场:两端分别是N极和极和S极;管内极;管内一般为一般为匀强磁场匀强磁场,磁感线的方向由,磁感线的方向由S极指向极指向N极;管外为极;管外为非匀非匀强强磁场,磁感线的方向由磁场,磁感线的方向由N极指向极指向S极,如图极,如图54-3所示所示.(4)地磁场(如图)地磁场(如图54-4所示)的主要特点:所示)的主要特点:图图54-4图图54-3地磁场的北极在地理地磁场的北极在地理南极南极附近,地磁场的南极在地理附近,地
6、磁场的南极在地理北极北极附近;附近;在地表以上空间,地磁场的水平分量总是从地理南极在地表以上空间,地磁场的水平分量总是从地理南极指向地理北极,而竖直分量则南北相反,在南半球垂直地面指向地理北极,而竖直分量则南北相反,在南半球垂直地面向上,在北半球垂直地面向下向上,在北半球垂直地面向下.三、安培定则三、安培定则1.直线电流的磁场直线电流的磁场磁感线是一族以导线为轴心的同心圆磁感线是一族以导线为轴心的同心圆.若以右手握住导线,若以右手握住导线,让伸直的大拇指指向电流的方向,则弯曲的四指所指的方向让伸直的大拇指指向电流的方向,则弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向就是磁感线的环绕方向.离导线越远
7、,磁场离导线越远,磁场越弱越弱.2.通电螺线管的磁场通电螺线管的磁场与条形磁铁的磁场类似与条形磁铁的磁场类似.右手握住螺线管,让弯曲的四右手握住螺线管,让弯曲的四指指向电流的方向,则伸直的大拇指所指的方向为螺线管中指指向电流的方向,则伸直的大拇指所指的方向为螺线管中心轴心轴线上的磁场方向线上的磁场方向.通电螺线管内部可以看成通电螺线管内部可以看成匀强匀强磁场磁场.3环形电流的磁场环形电流的磁场可视为单匝螺线管,方法与螺线管相同可视为单匝螺线管,方法与螺线管相同.四、磁感应强度四、磁感应强度1意义:是描述磁场强弱的物理量,是描述磁场力的性意义:是描述磁场强弱的物理量,是描述磁场力的性质的物理量,
8、它由磁场本身决定质的物理量,它由磁场本身决定.2大小:,其中大小:,其中F F为与磁场垂直的一小段通电直导为与磁场垂直的一小段通电直导线受到的安培力,线受到的安培力,L L为该段导线的长度,为该段导线的长度,I I为该段导线中的电为该段导线中的电流流.3方向:磁感应强度为方向:磁感应强度为矢量矢量,方向与该点的磁场方向相,方向与该点的磁场方向相同同.4单位:特斯拉(单位:特斯拉(T).1 .五、安培力五、安培力1.安培力的大小安培力的大小(1)当通电直导线与磁场垂直时:)当通电直导线与磁场垂直时:F=BIL;(2)当通电直导线与磁场平行时:)当通电直导线与磁场平行时:F=0.2.安培力的方向可
9、以用左手定则判定安培力的方向可以用左手定则判定左手定则:伸开左手,使大拇指与其余四指垂直,并且左手定则:伸开左手,使大拇指与其余四指垂直,并且都跟手掌在一个平面内,把手放入磁场中,让磁感线都跟手掌在一个平面内,把手放入磁场中,让磁感线穿过穿过手手心,并使伸开的心,并使伸开的四指四指指向电流的方向,那么指向电流的方向,那么大拇指大拇指所指的方所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.3.注意事项注意事项(1)安培力的方向总是垂直于安培力的方向总是垂直于B、I所决定的平面,即一所决定的平面,即一定与定与B、I垂直,但垂直,但B与与I不一定不一定垂直垂直.
10、(2)弯曲导线的有效长度弯曲导线的有效长度L等于连接两端点的直线在垂直等于连接两端点的直线在垂直磁场平面内投影的长度(如图磁场平面内投影的长度(如图54-5所示),相应的电流方向所示),相应的电流方向沿沿L由始端指向末端由始端指向末端.(3)公式的适用条件:一般只适用于匀强磁场公式的适用条件:一般只适用于匀强磁场.六、磁电式电流表的原理六、磁电式电流表的原理1.磁电式电流表的构造如图磁电式电流表的构造如图54-6 所示,线圈处于均匀分所示,线圈处于均匀分图图54-5布的辐向磁场中布的辐向磁场中.2.平衡时指针的偏转角正比于通电线圈受到的安培力的平衡时指针的偏转角正比于通电线圈受到的安培力的力矩
11、大小,正比于通电线圈中的电流,因此电流表的刻度是力矩大小,正比于通电线圈中的电流,因此电流表的刻度是均匀的均匀的.基础自测基础自测1.(2009年成都七中模拟年成都七中模拟)金属棒金属棒MN两端用细软导线连接两端用细软导线连接后悬挂于后悬挂于a、b两点两点,且使其水平且使其水平,棒的中部处于水平方向的匀强棒的中部处于水平方向的匀强磁场中磁场中,磁场方向垂直于金属棒磁场方向垂直于金属棒,如图如图54-7所示所示.当棒中通有当棒中通有图图54-6从从M流向流向N的恒定电流时的恒定电流时,悬线对棒有拉力悬线对棒有拉力.为了减小悬线中的为了减小悬线中的拉力拉力,可采用的办法有()可采用的办法有()A适
12、当增大磁场的磁感应强度适当增大磁场的磁感应强度B使磁场反向使磁场反向C适当减小金属棒中的电流强度适当减小金属棒中的电流强度D使电流反向使电流反向图图54-7【解析解析】由左手定则可知金属棒由左手定则可知金属棒MN所受的安培力方向所受的安培力方向向上向上,为了减小悬线中的拉力为了减小悬线中的拉力,可以增大向上的安培力可以增大向上的安培力,所以所以A正正确确.【答案答案】A2.(2009年山东省临沂市高三质检年山东省临沂市高三质检)两根长直通电导线互相两根长直通电导线互相平行平行,电流方向相同电流方向相同.它们的截面处于等边三角形它们的截面处于等边三角形ABC的的A和和B处处,两通电导线在两通电导
13、线在C处的磁场的磁感应强度大小都是处的磁场的磁感应强度大小都是B,则则C处磁处磁场的合磁感应强度是()场的合磁感应强度是()A.2BB.BC.0D.B【解析解析】磁感应强度是矢量磁感应强度是矢量,两个两个(或两个以上或两个以上)磁场同时磁场同时存在时存在时,空间磁感应强度空间磁感应强度B等于磁场单独存在时在该点产生的等于磁场单独存在时在该点产生的磁感应强度的矢量和磁感应强度的矢量和.依题意作图如图所示依题意作图如图所示,由平行四边形由平行四边形定则可知,定则可知,C处处磁场的合磁感应强度为磁场的合磁感应强度为3B,所以所以D正确正确.【答案答案】D3(2009年全国理综卷年全国理综卷)如图如图
14、54-8所示所示,一段导线一段导线abcd位位于磁感应强度大小为于磁感应强度大小为B的匀强磁场中的匀强磁场中,且与磁场方向且与磁场方向(垂直于纸垂直于纸面向里面向里)垂直垂直.线段线段ab、bc和和cd的长度均为的长度均为L,且且abc=bcd=135.流经导线的电流为流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示方向如图中箭头所示.导线段导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力所受到的磁场的作用力的合力()A.方向沿纸面向上方向沿纸面向上,大小为大小为(+1)ILBB.方向沿纸面向上方向沿纸面向上,大小为大小为(-1)ILBC.方向沿纸面向下方向沿纸面向下,大小为大小为(+1)ILBD.方向沿纸面向
15、下方向沿纸面向下,大小为大小为(-1)ILB图图54-8【解析解析】该导线可以用该导线可以用a和和d之间的直导线长为之间的直导线长为(+1)L来来等效代替等效代替,根据根据F=BIL,可知大小为可知大小为(+1)BIL,方向根据左手定方向根据左手定则可知沿纸面向上则可知沿纸面向上.A正确正确.【答案答案】A创新创新方法探究方法探究提炼方法展示技巧提炼方法展示技巧题型方法题型方法一、定性分析安培力作用下通电导线的运动一、定性分析安培力作用下通电导线的运动例例1如图如图54-9所示,一金属直杆所示,一金属直杆MN的两端接有导线,的两端接有导线,悬挂于线圈上方,悬挂于线圈上方,MN与线圈轴线均处于竖
16、直平面内与线圈轴线均处于竖直平面内.为使为使MN垂直于纸面向外运动,可以()垂直于纸面向外运动,可以()图图54-9A将将a、c端接在电源的正极,端接在电源的正极,b、d端接在电源负极端接在电源负极B将将b、d端接在电源的正极,端接在电源的正极,a、c端接在电源负极端接在电源负极C将将a、d端接在电源的正极,端接在电源的正极,b、c端接在电源负极端接在电源负极D将将b、c端接在电源的正极,端接在电源的正极,a、d端接在电源负极端接在电源负极【解析解析】当当c、d之间线圈的电流方向由之间线圈的电流方向由c端流入、端流入、d端流端流出时,由安培定则知出时,由安培定则知MN所处区域的磁场方向向上;由
17、左手所处区域的磁场方向向上;由左手定则可知,当杆上电流方向为定则可知,当杆上电流方向为MN时,时,MN受到的安培力垂受到的安培力垂直纸面向外直纸面向外.当当c、d之间线圈的电流方向为之间线圈的电流方向为dc时,由安培定则知时,由安培定则知MN所处区域的磁场方向向下;由左手定则知,当杆上电流方向所处区域的磁场方向向下;由左手定则知,当杆上电流方向为为NM时,时,MN受到的安培力垂直纸面向外,故选项受到的安培力垂直纸面向外,故选项A、B正确,同理可知选项正确,同理可知选项C、D错误错误.【答案答案】AB【点评点评】当当MN的电流方向和所处区域的磁场方向同的电流方向和所处区域的磁场方向同时变为反向时
18、,安培力的方向不变时变为反向时,安培力的方向不变.要注意到线圈同时也受到要注意到线圈同时也受到MN形成的磁场的安培力作形成的磁场的安培力作用(牛顿第三定律)用(牛顿第三定律).方法概述方法概述安培力作用下导体的运动(或运动趋势)方向的判断安培力作用下导体的运动(或运动趋势)方向的判断(1)电流元法:把整段电流等效为多段直线电流元,先)电流元法:把整段电流等效为多段直线电流元,先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向,从而判用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向,从而判断出整段电流所受合力方向,最后确定运动方向断出整段电流所受合力方向,最后确定运动方向.(2)特殊位置法:把电流或磁铁
19、转到一个便于分析的特)特殊位置法:把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力的方向,从而确定运动方向殊位置后再判断安培力的方向,从而确定运动方向.(3)等效法:环形电流和通电螺线管都可以等效成条)等效法:环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁,条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管,形磁铁,条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管,通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析.(4)利用结论法:)利用结论法:两电流相互平行时无转动趋势,同两电流相互平行时无转动趋势,同向电流相互吸引,反向电流相互排斥;向电流相互吸引,反向电流相互排斥;两电流
20、不平行时,有转动到相互平行且电流方向相同两电流不平行时,有转动到相互平行且电流方向相同的趋势的趋势.二、安培力参与的平衡问题二、安培力参与的平衡问题例例2如图如图54-10甲所示,质量为甲所示,质量为m、长为长为L的通电直导线的通电直导线ab水平地放置在倾角为水平地放置在倾角为、宽为、宽为L的光滑斜面上,已知导线的光滑斜面上,已知导线ab中的电流大小为中的电流大小为I,要导线,要导线ab在斜面上保持静止在斜面上保持静止.图图54-10甲甲(1)若磁场的方向竖直向上,则磁感应强度为多大?)若磁场的方向竖直向上,则磁感应强度为多大?(2)若要求磁感应强度最小,则磁感应强度如何?)若要求磁感应强度最
21、小,则磁感应强度如何?【分析分析】本题考查有关安培力的平衡问题,重在考查安本题考查有关安培力的平衡问题,重在考查安培力的方向与磁场的方向之间的关系培力的方向与磁场的方向之间的关系.【解析解析】(1)若磁场方向竖直向上,从)若磁场方向竖直向上,从a向向b观察,导线观察,导线的受力情况如图的受力情况如图54-10乙所示乙所示.由平衡条件得:由平衡条件得:在水平方向上:在水平方向上:在竖直方向上:在竖直方向上:其中其中F=BIL联立解得:联立解得:图图54-10乙乙(2)若要求磁感应强度最小,则一方面应使磁场方向与)若要求磁感应强度最小,则一方面应使磁场方向与通电直导线垂直,另一方面应调整磁场方向,
22、使与重力、支通电直导线垂直,另一方面应调整磁场方向,使与重力、支持力的合力相平衡的安培力最小持力的合力相平衡的安培力最小.由平衡条件知,导线受的支持力、安培力的合力与重力由平衡条件知,导线受的支持力、安培力的合力与重力大小相等、方向相反(如图大小相等、方向相反(如图54-10丙所示)丙所示).由几何关系知,由几何关系知,当安培力的方向与支持力垂直时,安培力最小,对应的磁感当安培力的方向与支持力垂直时,安培力最小,对应的磁感应强度最小,设其值为应强度最小,设其值为Bmin,则:,则:,得,得根据左手定则可知,该磁场方向根据左手定则可知,该磁场方向垂直斜面向上垂直斜面向上.图图54-10丙丙【答案
23、答案】(1)()(2),),方向垂直斜面方向垂直斜面向上向上【点评点评】为了解题时更直观,在进行受力分析时应将为了解题时更直观,在进行受力分析时应将立体图转变为平面图;立体图转变为平面图;求三力平衡问题时,运用矢量三角形的知识会使解题求三力平衡问题时,运用矢量三角形的知识会使解题过程更简捷过程更简捷.方法概述方法概述解有关受安培力作用下导线的受力平衡问题的一般方法解有关受安培力作用下导线的受力平衡问题的一般方法是:是:(1)由左手定则判断导体棒所受安培力的方向;由左手定则判断导体棒所受安培力的方向;(2)作出侧视受力分析图;作出侧视受力分析图;(3)列出平衡方程求解列出平衡方程求解.三、安培力
24、结合动量定理求电荷量的问题三、安培力结合动量定理求电荷量的问题例例3如如图图54-11所所示示,质质量量为为m的的铜铜棒棒ab放放在在U形形导导线线框框右右端端,棒棒长长和和框框宽宽均均为为L,整整个个装装置置放放在在磁磁感感应应强强度度为为B、方方向向竖竖直直向向下下的的匀匀强强磁磁场场中中.开开关关S闭闭合合后后,铜铜棒棒在在磁磁场场力力作作用用下下被被平平抛抛出出去去,下下落落高高度度h后后图图54-11的的水水平平位位移移为为s.求求闭闭合合开开关后通过铜棒的电荷量关后通过铜棒的电荷量Q.图图54-11【解析解析】设铜棒做平抛运动的初速度为设铜棒做平抛运动的初速度为v0 0,有:,有:
25、对于铜棒受安培力的过程,设通过它的平均电流为对于铜棒受安培力的过程,设通过它的平均电流为 ,由动量定理得:由动量定理得:解得:通过铜棒的电荷量解得:通过铜棒的电荷量.【答案答案】【点评点评】本题涉及的模型属于这类题型中最简单、最基本题涉及的模型属于这类题型中最简单、最基本的模型,希望同学们能深刻理解并熟练掌握本的模型,希望同学们能深刻理解并熟练掌握.方法概述方法概述此此类类涉涉及及电电荷荷量量的的问问题题,其其过过程程短短暂暂,电电流流发发生生变变化化,解解决决的的方方法法一一般般是是:先先进进行行受受力力分分析析,看看所所对对应应的的状状态态过过程程是什么,对应的速度变化是怎样的,受力情况如
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