高中物理选修3-1：8-1.pptx

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1、磁场，磁感应强度，磁感线通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 安培力，安培力的方向 匀强磁场中的安培力 洛伦兹力，洛伦兹力的方向 洛伦兹力公式 带电粒子在匀强磁场中的运动 质谱仪和回旋加速器 说明：安培力的计算只限于电流与磁感应强度垂直的情形洛伦兹力的计算只限于速度与磁场方向垂直的情形第1页/共70页第一讲磁场及通电导线在磁场中受到的力第2页/共70页第3页/共70页一、磁场、磁感应强度1磁场(1)基本性质：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有的作用(2)方向：小磁针的N极所受磁场力的方向磁场力第4页/共70页2磁感应强度(1)物理意义：描述磁场(2)大小：B(通电导线垂直于磁场)(3)方向：

2、小磁针静止时的指向(4)单位：特斯拉(T)强弱和方向N极第5页/共70页3匀强磁场(1)定义：磁感应强度的大小 、方向的磁场称为匀强磁场(2)特点匀强磁场中的磁感线是疏密程度相同的、方向相同的平行直线距离很近的两个异名磁极之间的磁场和通电螺线管内部中心轴线附近的磁场(边缘部分除外)，都可以认为是匀强磁场处处相等处处相同第6页/共70页二、磁感线及几种常见的磁场分布1磁感线：在磁场中画出一些曲线，使典线上每一点的 方向都跟这点的磁感应强度的方向一致2磁感线的特点(1)磁感线是为了形象地描述磁场而人为假设的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线(2)磁感线在磁体(螺线管)外部由 到 极，内部由 极

3、到 极，是 切线N极SSN闭合曲线第7页/共70页(3)磁感线的疏密表示磁场的 ，磁感线较密的地方磁场较强，磁感线较疏的地方磁场较弱(4)磁感线上任何一点的，都跟该点的磁场(磁感应强度)方向一致(5)磁感线不能 ，也不能相切强弱切线方向相交第8页/共70页3几种常见的磁场(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如下图所示)第9页/共70页(2)几种电流周围的磁场分布直线电流的磁场直线电流的磁场通电螺线管的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场环形电流的磁场特特点点无磁极、非匀强无磁极、非匀强且距导线越远处且距导线越远处磁场磁场 与与 磁铁的磁场相磁铁的磁场相似，管内中心轴线附近似，管内中心轴线附近为为 磁

4、场且磁磁场且磁场场 ，管外为，管外为 磁场磁场环形电流的两侧是环形电流的两侧是N极和极和S极且离圆环极且离圆环中心越远，磁场中心越远，磁场 越弱条形匀强最强非匀强越弱第10页/共70页第11页/共70页4.安培定则(1)直线电流和环形电流及通电螺线管的磁场磁感线的方向可以用 定则确定(2)对于通电直导线，可用 握住导线，大拇指指向 方向，弯曲的四指指向 的方向(3)对于环形电流和通电螺线管，则用弯曲的四指指向 环绕的方向，右手大拇指指向螺线管的磁感线的方向安培电流右手磁感线环绕电流轴线上第12页/共70页三、通电导线在磁场中受到的力安培力1安培力的大小(1)磁场和电流垂直时：F.(2)磁场和电

5、流平行时：F0.2安培力的方向(1)用左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内让磁感线从掌心进入，并使四指指向 的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受的方向(2)安培力的方向特点：FB，FI，即F垂直于 决定的平面BIL电流安培力B和I第13页/共70页四、磁电式电流表1基本组成部分：磁铁和放在磁铁两极之间的2工作原理：如图所示，磁场的方向总沿着均匀辐射地分布，在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总是的，保证B的大小不发生变化，且安培力的方向与线圈垂直线圈径向相等第14页/共70页当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，线圈转动，螺旋弹簧变形，反抗

6、线圈的转动，电流越大，安培力就，螺旋弹簧的形变也就I与指针偏角成正比，表盘刻度(均匀、不均匀)所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小3优、缺点：优点是 高，能测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流越大越大均匀灵敏度很弱第15页/共70页第16页/共70页一、磁感线和电场线的比较磁感线磁感线电场线电场线不同点不同点闭合曲线闭合曲线起始于正电荷，终止于负电荷起始于正电荷，终止于负电荷相相似似点点引入目的引入目的形象描述场而引入的假想线，实际不存在形象描述场而引入的假想线，实际不存在疏密疏密场的强弱场的强弱切线方向切线方向场的方向场的方向相交相交不能相交不能相交(电场中无电荷空间

7、不相交电场中无电荷空间不相交)第17页/共70页第18页/共70页三、应用公式FBIL时应注意的问题第19页/共70页第20页/共70页四、安培力做功的实质能量的传递1安培力做正功：是将电源的能量传递给通电导线或转化为导线的动能或其他形式的能2安培力做负功：是将其他形式的能转化为电能，或储存或再转化为其他形式的能第21页/共70页1.关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是()A磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致B磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种客观存在的特殊物质C磁感线总是从磁铁的北极出发，到南

8、极终止的D磁感线就是细铁屑连成的曲线第22页/共70页解析：磁感线是为了描述磁场而假想的线，是闭合曲线，故C、D错误磁感线的疏密反映场的强弱，曲线上某点的切线反映场的方向，故A正确，磁场是在磁体和电流周围客观存在的物质，故B项正确答案：AB第23页/共70页2关于磁感应强度B，下列说法中正确的是()A磁场中某点B的大小，跟放在该点的试探电流元的情况有关B磁场中某点B的方向，跟放在该点的试探电流元所受磁场力方向一致C在磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用时，该点的B值大小为零D在磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度越大第24页/共70页答案：D第25页/共70页319世纪20年代，以塞贝克(数学

9、家)为代表的科学家已认识到温度差会引起电流，安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差从而提出如下假设：地球磁场是由绕地球的环形电流引起的该假设中的电流方向是()A由西向东垂直磁子午线B由东向西垂直磁子午线C由南向北沿磁子午线 D由赤道向两极沿磁子午线方向第26页/共70页解析：如右图所示考虑地球自转方向，利用安培定则可以判定地磁场是由东向西的环形电流产生的，故B项正确答案：B第27页/共70页解析：为了便于判断所标出的小磁针N极的指向是否正确，先根据安培定则在图中画出相关磁场中经过小磁针的磁感线及其方向，如图所示4.如右图所示，直导线AB、螺线管C、电磁铁D三者相距较远，它们的磁场

10、互不影响，当电键S闭合后，则小磁针的北极N(黑色的一端)指示出的磁场方向正确的是()AaBbCcDD第28页/共70页当电键S闭合后，直导线AB周围的磁感线是以AB上各点为圆心的同心圆，且都在跟导线垂直的平面上，其方向是逆时针方向，显然磁针a标示得不对；螺线管C内的磁感线是由左指向右，外部的磁感线是由右向左，故b所示正确，c所示不对；电磁铁D(与蹄形磁铁相似)的左端为N极，右端为S极，可见小磁针d标示正确，因此答案为B、D.答案：BD第29页/共70页5(2009全国卷)如右图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直线段ab、bc和cd的长度

11、均为L，且abcbcd135.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示导线abcd所受到的磁场的作用力的合力()第30页/共70页答案：A第31页/共70页6.(2010上海单科)如右图，长为2l的直导线折成边长相等，夹角为60的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B.当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形 通电导线受到的安培力大小为()A0B0.5 BIlCBIlD2BIl解析：V形导线通入电流I时每条边受到的安培力大小均为BIl，方向分别垂直于导线斜向上，再由平行四边形定则可得其合力FBIl，答案为C.答案：C第32页/共70页第33页/共70页三个平行的直导线，分

12、别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点，如图所示，现使每条通电导线在斜边中点O所产生的磁感应强度的大小为B.则该处的实际磁感应强度的大小和方向如何？第34页/共70页第35页/共70页空间中磁场叠加，在某一点的磁场方向即该点的磁感应强度的方向只有一个，即合磁场方向，应用平行四边形定则来求第36页/共70页11：如图所示，S为一垂直纸面放置的通电直导线的横截面，当通以垂直纸面向里的恒定电流I后，在距导线的轴线为R的a处产生的磁感应强度大小为B，b、c、d是与a在同一圆周上的三点，现将导线放在竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，以下关于a、b、c、d四点磁感应强度的说法中正确的有()第37

13、页/共70页解析：对通电导线用安培定则并结合矢量的合成法则即可得到正确答案答案：BC第38页/共70页如右图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)()A顺时针方向转动，同时下降B顺时针方向转动，同时上升C逆时针方向转动，同时下降D逆时针方向转动，同时上升第39页/共70页【思路点拨】首先明确常见磁场的磁感线分布情况，然后取“电流元”，用左手定则判定其受力方向，特别注意电流旋转后，有了垂直于纸面的分量而导致向下受力解析：(1)电流元法如右图所示，把直线电流等效为AO、OO、OB三段(OO段极短)元流

14、元，由于OO段电流方向与该处磁场方向平行，所以不受安培力作用；AO段电流元所在处的磁场方向倾斜向上，根据左手定则可知其所受安培力方向垂直于纸面向外；OB段电流元所在处的磁场方向倾斜向下，同理可知其所受 安培力方向垂直于纸面向里综上可知导线将 以OO段为轴顺时针转动(俯视)第40页/共70页(2)特殊位置法把导线转过90的特殊位置来分析，根据左手定则判得安培力方向向下，故导线在顺时针转动的同时向下运动综上所述，选项A正确答案：A第41页/共70页判定安培力作用下导体运动情况的常用方法第42页/共70页21：如右图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此

15、时台秤读数为F1，现在磁铁上方中心偏左位置固定一导体棒，当导体棒中通以方向如图所示的电流后，台秤读数为F2，则以下说法正确的是()A弹簧长度将变长B弹簧长度将变短CF1F2 DF1F2第43页/共70页如右图所示，两平行光滑导轨相距为20 cm，金属棒MN的质量为10 g，电阻R8，匀强磁场的磁感应强度B0.8 T，方向竖直向下，电源电动势E10 V，内阻r1，当开关S闭合时，MN恰好平衡，求变阻器R1的取值为多少？(设45，g取10 m/s2)第44页/共70页【思维点拨】找出通电导线所受的所有的力画出通电导线受力分析的平面图找出各个力之间的关系根据受力关系找出电流情况答案：答案：7 第45

16、页/共70页求解通电导体在磁场中的力学问题的方法是：(1)选定研究对象；(2)变三维为二维，画出平面受力分析图，其中安培力的方向切忌跟着感觉走，要用左手定则来判断，注意F安B、F安I；(3)根据力的平衡条件、牛顿第二定律列方程式进行求解第46页/共70页31：如右图所示，用三条细线悬挂的水平圆形线圈共有n匝，线圈由粗细均匀、单位长度的质量为2.5 g的导线绕制而成，三条细线呈对称分布，稳定时线圈平面水平，在线圈正下方放有一个圆柱形条形磁铁，磁铁的中轴线OO垂直于线圈平面且通过其圆心O，测得线圈的导线所在处磁感应强度大小为0.5 T，方向与竖直线成30角，要使三条细线上的张力为零，线圈中通过的电

17、流至少为()第47页/共70页A0.1 AB0.2 AC0.05 A D0.01 A答案：A第48页/共70页第49页/共70页1画出下图中通电导线棒ab所受的各个力的方向，若导线长为l，通过电流为I，磁感应强度为B，写出安培力的大小(导线棒光滑)_解析：大小均为IlB.作各图的平面图如下图所示，各图中均有BI，故FIlB.答案：BIlBIlBIl第50页/共70页2.表面光滑的细导线做成的圆形闭合导线环固定在绝缘的水平面上，在环形导线上放置一直导线AB，直导线AB与环形导线相互绝缘，直导线中点与细导线环的圆心重合，如右图所示，则当两者通以图示方向的电流时，直导线AB的运动情况是()A向M方向

18、平动B向N方向平动C静止不动 D在环形导线上转动第51页/共70页解析：由右手螺旋定则知闭合圆环在直导线处产生的磁场方向是垂直纸面向里，再由左手定则知直导线受到的安培力方向指向M，所以导线AB将向M运动答案：A第52页/共70页3.如右图所示，质量为m、长为L的导体棒电阻为R，初始时静止于光滑的水平轨道上，电源电动势为E，内阻不计匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与轨道平面成角斜向上方，电键闭合后导体棒开始运动，则()A导体棒向左运动B电键闭合瞬间导体棒MN所受安培力为BEL/RC电键闭合瞬间导体棒MN所受安培力为BELsin/RD电键闭合瞬间导体棒MN的加速度为BELsin/mR第53页/共7

19、0页答案：BD第54页/共70页4如下图所示的电路中，电池均相同，当电键S分别置于a、b两处时，导致MM与NN之间的安培力的大小分别为Fa、Fb，可判断这两段导线()A相互吸引，FaFb B相互排斥，FaFbC相互吸引，FaFb D相互排斥，FaFb第55页/共70页解析：不管电流方向如何，MM和NN两段导线中的电流方向总是相反的，则两段导线始终产生排斥力又安培力的大小和电流成正比，单刀双掷开关接b时的电压高，则电流大，两段导线间产生的安培力也大答案：D第56页/共70页5(2011九江模拟)质量为m的金属导体棒置于倾角为的导轨上，棒与导轨间的动摩擦因数为，当导体棒通以垂直纸面向里的电流时，恰

20、能在导轨上静止如下图所示的四个图中，标出了四种可能的匀强磁场方向，其中棒与导轨间的摩擦力可能为零的是()第57页/共70页解析：由左手定则，可分别判断出导体棒所受安培力的方向如图所示；由安培力方向可知，重力沿斜面方向的分力可能与安培力沿斜面方向分力相平衡的是A、C、D.当重力沿斜面方向的分力与安培力沿斜面方向的分力大小相等、方向相反时，摩擦力大小为零答案：ACD第58页/共70页6(2011泉州模拟)如右图所示，两平行金属导轨间的距离L0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角37，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B0.50 T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场金属导轨的一端接有电动势E4

21、.5 V、内阻r0.50 的直流电源现把一个质量m0.040 kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R02.5，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2，已知sin 370.60，cos 370.80，求：(1)通过导体棒的电流；(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力第59页/共70页(3)导体棒受力如图，将重力正交分解F1mgsin 370.24 NF1F安，根据平衡条件mgsin 37FfF安解得Ff0.06 N答案：(1)1.5 A(2)0.30 N(3)0.06 N第60页/共70页19安培力作用下平

22、衡问题的处理方法一、安培力、重力、弹力作用下平衡问题的处理方法求解导体棒在安培力作用下的平衡问题时应先进行受力分析，分析物体受哪几个力的作用，在分析受力时不能漏掉安培力，同时要运用左手定则判断出安培力的方向，再根据共点力平衡的条件列方程求解在解题时此类试题往往具有空间的立体结构，为了便于理解常常要先画出平面图第61页/共70页如下图所示，两倾斜放置的光滑平行金属导轨间距为L，电阻不计，导轨平面与水平方向的夹角为，导轨上端接入一内阻可忽略的电源，电动势为E.一粗细均匀的金属棒电阻为R，金属棒水平放在导轨上且与导轨接触良好欲使金属棒静止在导轨上不动，则以下说法正确的是()第62页/共70页第63页

23、/共70页答案：A第64页/共70页二、安培力、重力、弹力、摩擦力作用下平衡问题的处理方法解此类问题仍然要先进行受力分析，画出平面图但如果物体始终处于静止状态则摩擦力为静摩擦力，静摩擦力大小和方向具有可变性，在解题时可设定静摩擦力的方向，选取最大静摩擦力作为临界条件分别进行讨论，然后列方程求解可得出所要求的范围第65页/共70页如下图所示，电源电压E2 V，内阻不计，竖直导轨电阻不计，金属棒的质量m0.1 kg，R0.5，它与导轨间的动摩擦因数0.4，有效长度为0.2 m，靠在导轨外面，为使金属棒不动，施一与纸面夹角37且垂直于金属棒向里的磁场(g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)求：此磁场是斜向上还是斜向下？B的范围是多少？第66页/共70页第67页/共70页答案：斜向下，1.4 TB4.5 T第68页/共70页课时作业课时作业练规范、练技能、练速度第69页/共70页感谢您的观看！第70页/共70页