人教版高三物理总复习 8.1磁场的描述　磁场对电流的作用课件 鲁科.ppt

第一节磁场的描述磁场对电第一节磁场的描述磁场对电流的作用流的作用2021/8/9 星期一1基础知识梳理基础知识梳理一、磁一、磁场及其描述及其描述1定定义：磁磁场是是磁磁极极、电流流周周围存存在在的的一一种种特特殊殊_2方方向向：磁磁场中中任任一一点点小小磁磁针_极极所所受受磁磁场力的方向力的方向为该点的磁点的磁场方向方向3磁磁场的的基基本本特特征征：磁磁场对放放入入其其中中的的磁磁体体、电流和运流和运动电荷都有荷都有_的作用的作用4磁感磁感线：在磁：在磁场中人中人为地画出一系列曲地画出一系列曲线，使曲使曲线上每一点的切上每一点的切线方向都跟方向都跟这点的点的_的方向一致，的方向一致，这样的曲的曲线就叫做磁就叫做磁感感线磁感磁感线的疏密程度表示磁的疏密程度表示磁场的的强强弱弱物物质北北力力磁感磁感应强强度度2021/8/9 星期一2强强弱弱平行平行2021/8/9 星期一3思考感悟思考感悟提提示示：不不能能B的的方方向向是是小小磁磁针N极极受受力力方方向向，F的方向由左手定的方向由左手定则判断判断2021/8/9 星期一4二、几种典型的磁二、几种典型的磁场1磁体周磁体周围的磁的磁场磁磁体体周周围存存在在着着磁磁场，磁磁体体周周围磁磁场的的磁磁感感线从磁体从磁体_极出极出发，回到，回到_极极条形磁条形磁铁和蹄形磁和蹄形磁铁的磁的磁场如如图811所示：所示：北北南南图8112021/8/9 星期一52地磁地磁场(1)地磁地磁场的的N极在地球极在地球_附近，附近，S极在地球极在地球_附近，磁感附近，磁感线分布如分布如图812所示所示南极南极北极北极图8122021/8/9 星期一6(2)地地磁磁场B的的水水平平分分量量(Bx)总是是从从地地球球_指指向向_，而而竖直直分分量量(By)则南南北北相相反反，在在南南半半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下(3)在在赤赤道道平平面面上上，距距离离地地球球表表面面高高度度相相等等的的各各点，磁感点，磁感应强强度度_，且方向水平，且方向水平_.3电流的磁流的磁场_发现了了电流的磁效流的磁效应，各种，各种电流周流周围的磁的磁场如下：如下：南极南极北极北极相等相等向北向北奥斯特奥斯特2021/8/9 星期一7直直线电流的流的磁磁场通通电螺螺线管的磁管的磁场环形形电流的磁流的磁场特特点点无磁极、非无磁极、非匀匀强强且距且距导线越越远处磁磁场_与条形磁与条形磁铁的磁的磁场相似，管内相似，管内为_磁磁场且磁且磁场_，管，管外外为非匀非匀强强磁磁场环形形电流的两流的两侧是是N极和极和S极且离极且离圆环中中心越心越远，磁，磁场_越弱越弱匀匀强强方向由方向由S向向N越弱越弱2021/8/9 星期一82021/8/9 星期一9三、磁三、磁场对电流的作用流的作用1安培力方向的判断安培力方向的判断左手定左手定则内容：伸开左手，使大拇指跟其余四指内容：伸开左手，使大拇指跟其余四指_，并且都跟手掌在同一平面内，把左手放入磁并且都跟手掌在同一平面内，把左手放入磁场中，中，让磁感磁感线从手心垂直穿入，从手心垂直穿入，让_指向指向电流的方向，那么流的方向，那么_所指的方向就所指的方向就是安培力的方向是安培力的方向垂直垂直伸开的四指伸开的四指大拇指大拇指2021/8/9 星期一102安培力的大小安培力的大小(1)垂垂直直于于匀匀强强磁磁场放放置置长为l的的直直导线，通通过的的电流流为I时，它所受的安培力，它所受的安培力F_.(2)当当磁磁感感应强强度度B的的方方向向与与导线方方向向成成角角时，F_.这是是一一般般情情况况下下安安培培力力的的表表达达式式，以下是两种特殊情况：以下是两种特殊情况：当当磁磁场与与电流流_时，安安培培力力最最大大，FmaxBIl.当磁当磁场与与电流流_时，即磁，即磁场方向与方向与电流流方向相同或相反方向相同或相反时，安培力，安培力为零零BIlBIlsin垂直垂直平行平行2021/8/9 星期一11课堂互动讲练课堂互动讲练2021/8/9 星期一123磁磁感感应强强度度B的的定定义式式是是其其度度量量式式，但但用用来来测量量的的小小段段通通电导线必必须垂垂直直放放入入磁磁场，如如果果小小段段通通电直直导线平平行行放放入入磁磁场，所所受受安安培培力力为零零，但但不能不能说该点的磁感点的磁感应强强度度为零零4磁磁感感应强强度度是是矢矢量量，其其方方向向是是放放入入其其中中的的小小磁磁针静静止止时N极极的的指指向向，不不是是磁磁场中中电流流所所受受磁磁场力的方向，而是与受到磁力的方向，而是与受到磁场力的方向垂直力的方向垂直5磁感磁感应强强度度B与与电场强强度度E的比的比较电场强强度度E是描述是描述电场的力的性的力的性质的物理量，磁的物理量，磁感感应强强度度B是描述磁是描述磁场的力的性的力的性质的物理量的物理量这两个物理量比两个物理量比较如下表所示：如下表所示：2021/8/9 星期一132021/8/9 星期一142021/8/9 星期一15名名师点点睛睛：(1)电场强强度度的的方方向向和和电荷荷受受力力方方向向相相同同或或相相反反，而而磁磁感感应强强度度的的方方向向和和电流流受力方向垂直受力方向垂直(2)电荷在荷在电场中一定受中一定受电场力，而力，而电流在磁流在磁场中不一定受磁中不一定受磁场力力2021/8/9 星期一16即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)1下列下列说法中正确的是法中正确的是()A电荷荷在在某某处不不受受电场力力的的作作用用，则该处电场强强度不一定度不一定为零零B一一小小段段通通电导线在在某某处不不受受磁磁场力力作作用用，则该处磁感磁感应强强度一定度一定为零零C表表征征电场中中某某点点电场的的强强弱弱，是是把把一一个个检验电荷荷放放在在该点点时受受到到的的电场力力与与检验电荷荷本本身身电荷荷量量的比的比值D表征磁表征磁场中某点磁中某点磁场的的强强弱，是把一小段通弱，是把一小段通电导线放在放在该点点时受到的磁受到的磁场力与力与该小段小段导体体长度和度和电流乘流乘积的比的比值2021/8/9 星期一172021/8/9 星期一18二、安培定二、安培定则的的应用及磁用及磁场的叠加的叠加1求解求解B时，应正确使用安培定正确使用安培定则：(1)方方法法一一：在在使使用用安安培培定定则时要要明明确确其其适适用用的的物物理理现象象是是电流流产生生磁磁场，用用右右手手握握住住产生生磁磁场的的“物物体体”通通电直直导线或或通通电螺螺线管管，伸伸直直的的大大姆姆指指和和弯弯曲曲的的四四指指分分别代代表表了了“直直立立量量”和和“弯曲量弯曲量”“直直立立量量”直直线电流流、环形形电流流和和通通电螺螺线管中心管中心轴线上磁感上磁感线方向方向“弯曲量弯曲量”直直线电流的磁感流的磁感线的的环绕方向、方向、环形形电流方向和螺流方向和螺线管的管的电流方向流方向2021/8/9 星期一192021/8/9 星期一20(3)注意等效注意等效电流的磁流的磁场如如电子流可以看做和子流可以看做和电子流运子流运动方向相反的方向相反的电流，然后再根据安培定流，然后再根据安培定则判断出判断出电子流的磁子流的磁场其他形状的其他形状的电流流(如矩形、如矩形、三角形等三角形等)的磁的磁场，从整体效果上可等效，从整体效果上可等效为环形形电流的磁流的磁场，优先采用先采用环形形电流的安培定流的安培定则判定判定2021/8/9 星期一21磁感磁感线电场线相相似似点点引入目的引入目的都是都是为了形象描述了形象描述场而引入的假想而引入的假想线，实际不存在不存在疏密疏密都能定性描述都能定性描述场的的强强弱弱切切线方向方向都是表示都是表示该点点场的方向的方向相交相交不能相交不能相交(电场中无中无电荷空荷空间不相交不相交)不同点不同点是是闭合曲合曲线，磁，磁体外部体外部NS，内部内部SN不是不是闭合曲合曲线，起，起始于正始于正电荷，荷，终止止于于负电荷荷2.磁感磁感应和和电场线的比的比较2021/8/9 星期一223.磁磁场的叠加的叠加类似于似于电场中两个中两个电荷附近的荷附近的电场强强度是两个度是两个电荷分荷分别单独存在独存在时产生的生的场强强叠加而成的，两个叠加而成的，两个电流附近的磁流附近的磁场的磁感的磁感应强强度是两个度是两个电流分流分别单独存在独存在时产生的磁生的磁场的磁感的磁感应强强度叠加而成的度叠加而成的若两个若两个电流在某流在某处产生的磁生的磁场的磁感的磁感应强强度度B1、B2不在同一直不在同一直线上上时，则应用平行四用平行四边形定形定则进行行矢量合成可求得矢量合成可求得该点的磁感点的磁感应强强度度B.2021/8/9 星期一23即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)2如如图813所所示示，真真空空中中两两点点电荷荷q和和q以以共共同同的的角角速速度度绕轴OO匀匀速速运运动，P点点距距q近近，则P点磁感点磁感应强强度的方向度的方向为()A沿沿OO向上向上B沿沿OO向下向下C从从q指向指向qD磁感磁感应强强度度为0图8132021/8/9 星期一242021/8/9 星期一25三、安培力的理解三、安培力的理解1安培力作用下通安培力作用下通电导体运体运动方向的判定方向的判定(1)基本思路基本思路判判定定通通电导体体在在安安培培力力作作用用下下的的运运动或或运运动趋势，首首先先必必须弄弄清清楚楚导体体所所在在位位置置的的磁磁场磁磁感感线分分布布情情况况，然然后后利利用用左左手手定定则准准确确判判定定导体体的的受受力力情情况况，进而而确确定定导体体的的运运动方方向向或或运运动趋势的方向的方向(2)常用方法常用方法2021/8/9 星期一262021/8/9 星期一272.与安培力有关的力学的与安培力有关的力学的综合合问题图8142021/8/9 星期一28(1)安培力的大小安培力的大小安安培培力力常常用用公公式式FBIL，要要求求两两两两垂垂直直，应用用时要要满足：足：B与与L垂直；垂直；L是是有有效效长度度，即即垂垂直直磁磁感感应强强度度方方向向的的长度度；如如弯弯曲曲导线的的有有效效长度度L等等于于两两端端点点所所连连直直线线的的长长度度(如如图图814所所示示)，相相应应的的电电流流方方向向沿沿L由由始始端端流流向向末末端端因因为为任任意意形形状状的的闭闭合合线线圈圈，其其有有效效长长度度为为零零，所所以以闭闭合合线线圈圈通通电电后后在在匀匀强强磁磁场场中中，受受到的安培力的矢量和为零到的安培力的矢量和为零(2)B并并非非一一定定是是匀匀强强磁磁场场，但但一一定定是是导导线线所所在在处处的磁感应强度值的磁感应强度值2021/8/9 星期一292通通电导线在磁在磁场中的平衡和加速中的平衡和加速(1)选定研究定研究对象；象；(2)变三三维为二二维，画画出出平平面面受受力力分分析析图，其其中中安安培培力力的的方方向向切切忌忌跟跟着着感感觉走走，要要用用左左手手定定则来来判判断断，注意注意F安安B、F安安I.(3)列平衡方程、牛顿第二定律的方程式进行求解列平衡方程、牛顿第二定律的方程式进行求解3安培力做功的特点和实质安培力做功的特点和实质(1)安安培培力力做做功功与与路路径径有有关关，不不像像重重力力、电电场场力力做做功功与路径无关与路径无关(2)安培力做功的实质：起传递能量的作用安培力做功的实质：起传递能量的作用2021/8/9 星期一30安安培培力力做做正正功功：是是将将电源源的的能能量量传给通通电导线后或后或转化化为导线的的动能或能或转化化为其他形式的能其他形式的能安培力做安培力做负功：是将其他形式的能功：是将其他形式的能转化化为电能能后或后或储存或存或转化化为其他形式的能其他形式的能2021/8/9 星期一31名名师点点睛睛：(1)在在应用用左左手手定定则时，磁磁感感线不不一一定定垂垂直直穿穿过手手心心，但但四四指指一一定定指指向向电流流方方向向，大大姆姆指指一一定要垂直于磁定要垂直于磁场方向和方向和电流方向决定的平面流方向决定的平面(2)某某些些导体体在在安安培培力力作作用用下下可可能能会会出出现平平动与与转动同同时发生的情况，生的情况，这时就可以就可以应用特殊位置法用特殊位置法(3)对导线进行行受受力力分分析析时，注注意意将将三三维立立体体图转变为二二维平面平面图画受力画受力图(4)通通电导线在磁在磁场中的平衡及加速运中的平衡及加速运动问题的的处理理方法与方法与纯力学力学问题一一样，无非是有安培力参与作用，无非是有安培力参与作用2021/8/9 星期一32即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)图8152021/8/9 星期一333(2010年年高高考考上上海海卷卷)如如图815，长为2l的的直直导线拆拆成成边长相相等等，夹角角为60的的V形形，并并置置于于与与其其所所在在平平面面相相垂垂直直的的匀匀强强磁磁场中中，磁磁感感应强强度度为B，当当在在该导线中中通通以以电流流强强度度为I的的电流流时，该V形通形通电导线受到的安培力大小受到的安培力大小为()A0B0.5BIlCBIlD2BIl解析：解析：选C.导线有效有效长度度为2lsin30l，所以，所以该V形通形通电导线受到的安培力大小受到的安培力大小为BIl.2021/8/9 星期一34经典题型探究经典题型探究题型一题型一磁场、磁感应强度磁场、磁感应强度例例例例1 1(2011年年福福建建模模拟)如如图816所所示示，半半径径为r，电流流为I1的的通通电圆环圆心心a处的的磁磁感感应强强度度为B，在在圆环下下方方距距圆心心a为L的的地地方方水水平平放放置置一一根根电流流为I2的的无无限限长直直导线MN时，圆环圆心心a处的的磁磁感感应强强度度为零零，设圆环平平面面与与长直直导线在同一在同一竖直平面内，求：直平面内，求：(1)根据根据对称性，直称性，直导线电流流I2在在导线正下方正下方L处的的b点点产生的磁感生的磁感应强强度的大小是多少？方度的大小是多少？方向如何？向如何？2021/8/9 星期一35(2)如果把如果把圆环平移到平移到b点，使点，使圆环的的圆心与心与b点重点重合，合，则圆环电流与直流与直线电流在流在b点点产生的合磁生的合磁场的的磁感磁感应强强度大小是多少？方向如何？度大小是多少？方向如何？图8162021/8/9 星期一36【思思路路点点拨】根根据据安安培培定定则和和磁磁场的的叠叠加加原原理理利利用用电流流I1在在a处的的磁磁感感应强强度度为B的的条条件件分分析析判判断断电流流I2的的磁磁感感应强强度度，再再根根据据对称称性性求求b点点磁磁场的情况的情况【解解析析】(1)圆环电流流在在圆心心a处产生生的的磁磁感感应强强度度大大小小为B，方方向向垂垂直直纸面面向向外外，加加上上直直导线后后，a处的的磁磁感感应强强度度为零零，说明明直直导线I2在在a处产生生的的磁感磁感应强强度大小度大小为B，方向垂直，方向垂直纸面向里面向里又因又因为a、b两点到直两点到直导线的距离相等，因此，直的距离相等，因此，直导线I2在在b点点产生的磁感生的磁感应强强度大小度大小为B，方向垂，方向垂直直纸面向外面向外2021/8/9 星期一37(2)当当把把圆环平平移移到到b点点后后，圆环在在b点点产生生的的磁磁感感应强强度度为B，方方向向垂垂直直纸面面向向外外；和和直直导线I2在在b点点产生生的的磁磁感感应强强度度合合成成后后，可可得得：b点点的的磁磁感感应强强度度大小大小为2B，方向垂直，方向垂直纸面向外面向外【答答案案】(1)B垂垂直直纸面面向向外外(2)2B垂垂直直纸面面向外向外【规律律总结】(1)磁磁感感应强强度度是是矢矢量量，合合成成与与分分解解遵循平行四遵循平行四边形定形定则(2)由安培定由安培定则要准确地画出磁感要准确地画出磁感应强强度的方向度的方向(3)安培定安培定则、左手定、左手定则运用运用时要注意不要伸要注意不要伸错手手2021/8/9 星期一38如如图818所示，把所示，把轻质导线圈用圈用细线挂在磁挂在磁铁N极附近，磁极附近，磁铁的的轴线穿穿过线圈的圈的圆心且垂直于心且垂直于线圈的平面，当圈的平面，当线圈内通以如圈内通以如图所示方向的所示方向的电流流时，线圈将怎圈将怎样运运动？题型二题型二安培力作用下通电导体运动方向判断安培力作用下通电导体运动方向判断例例例例2 2图8182021/8/9 星期一39【思思路路点点拨】把把环形形电流流等等效效成成多多段段直直线电流流，然然后后用用什什么么判判定定受受力力方方向向？把把条条形形磁磁铁等等效效成成环形形电流流，如如何何判判断断呢呢？能能不不能能把把环形形电流等效成条形磁流等效成条形磁铁判断呢？判断呢？【解析解析】法一：把法一：把环形形电流等效成很多直流等效成很多直线电流，条形磁流，条形磁铁磁感磁感线分布以及上下两小分布以及上下两小段段电流受安培力方向如流受安培力方向如图819甲所示，可甲所示，可见线圈圈竖直方向上合力直方向上合力为零，水平方向合力零，水平方向合力指向磁指向磁铁选取任意取任意对称的两小段分析，亦称的两小段分析，亦得此得此结论，所以，所以线圈将向磁圈将向磁铁平移平移2021/8/9 星期一402021/8/9 星期一41法法二二：把把条条形形磁磁铁等等效效成成如如图乙乙所所示示的的环形形电流流，由由图可可见两两电流流相相互互平平行行，方方向向相相同同，因因此此环形形电流流没没有有转动，只只是是同同向向电流流相相互互吸吸引引，故故线圈圈将将向向磁磁铁靠近靠近法法三三：把把环形形电流流等等效效成成如如图丙丙所所示示的的条条形形磁磁铁可可见两条形磁两条形磁铁只是相互吸引，没有只是相互吸引，没有转动【答案答案】线圈将向磁圈将向磁铁靠近靠近【规律律总结】判断在安培力作用下的运判断在安培力作用下的运动时三种三种方法均可采用，根据具体的情况方法均可采用，根据具体的情况进行最有效的分析，行最有效的分析，比如本比如本题采用等效分析法采用等效分析法较为简单2021/8/9 星期一42(满分分样板板10分分)(2011年泉州模年泉州模拟)如如图8111所示，两平行金属所示，两平行金属导轨间的距离的距离L0.40m，金属，金属导轨所在的平面与水平面所在的平面与水平面夹角角37，在，在导轨所在平所在平面内，分布着磁感面内，分布着磁感应强强度度B0.50T、方向垂直于、方向垂直于导轨所在平面的匀所在平面的匀强强磁磁场金属金属导轨的一端接有的一端接有电动势E4.5V、内阻、内阻r0.05的直流的直流电源源现把一个把一个质量量m0.040kg的的导体棒体棒ab放在金属放在金属导轨上，上，导体棒体棒恰好静止恰好静止题型三题型三安培力的综合应用安培力的综合应用例例例例3 32021/8/9 星期一43导体棒与金属体棒与金属导轨垂直且接触良好，垂直且接触良好，导体棒与金体棒与金属属导轨接触的两点接触的两点间的的电阻阻R02.5，金属，金属导轨电阻不阻不计，g取取10m/s2.已知已知sin370.60，cos370.80，求：，求：(1)通通过导体棒的体棒的电流；流；(2)导体棒受到的安培力大小；体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力体棒受到的摩擦力图81112021/8/9 星期一44【思路点思路点拨】解答本解答本题时可按以下思路分析：可按以下思路分析：2021/8/9 星期一45图81122021/8/9 星期一46将重力正交分解将重力正交分解F1mgsin370.24N(2分分)F1F安安，根据平衡条件，根据平衡条件mgsin37fF安安(2分分)解得解得f0.06N，方向斜面向下，方向斜面向下(2分分)【答案答案】(1)1.5A(2)0.30N(3)0.06N，方向斜面向下，方向斜面向下2021/8/9 星期一472021/8/9 星期一48