三维设计新课标高考物理一轮总复习 磁场磁场的描述磁场对电流的作用.pptx
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1、三维设计新课标高考物理一轮总复习三维设计新课标高考物理一轮总复习 磁磁场场 磁场的描述磁场对电流的作用磁场的描述磁场对电流的作用 2磁感应强度磁感应强度 (1)物理意义:描述磁场的物理意义:描述磁场的 和和 。(2)定义式:定义式:B (通电导体垂直于磁场通电导体垂直于磁场)。(3)方向:小磁针方向:小磁针 时时N极的指向。极的指向。3磁通量磁通量 (1)概念:在磁感应强度为概念:在磁感应强度为B的匀强磁场中,与磁场的匀强磁场中,与磁场方向方向 的面积的面积S和和B的乘积。的乘积。(2)公式:公式:。(3)单位:单位:1 Wb 。强弱强弱方向方向静止静止垂直垂直BS1 Tm2第1页/共65页试
2、一试试一试1下列说法中正确的是下列说法中正确的是 ()A电荷在某处不受电场力的作用,则该处电场强电荷在某处不受电场力的作用,则该处电场强度为零度为零B一小段通电导线在某处不受磁场力作用,则该一小段通电导线在某处不受磁场力作用,则该处磁感应强度一定为零处磁感应强度一定为零C表征电场中某点电场的强弱,是把一个检验电表征电场中某点电场的强弱,是把一个检验电荷放在该点时受到的电场力与检验电荷本身电荷放在该点时受到的电场力与检验电荷本身电荷量的比值荷量的比值D表征磁场中某点磁场的强弱,是把一小段通电表征磁场中某点磁场的强弱,是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导体长导线放在该点时受到的磁场力
3、与该小段导体长度和电流乘积的比值度和电流乘积的比值第2页/共65页答案:答案:AC第3页/共65页磁感线和电流的磁场磁感线和电流的磁场想一想想一想 如图如图811所示,一束带电粒子沿水平方向的所示,一束带电粒子沿水平方向的虚线飞过小磁针上方,并与小磁针方向平行,能使小虚线飞过小磁针上方,并与小磁针方向平行,能使小磁针磁针N极转向读者,那么这束带电粒子可能是如何运极转向读者,那么这束带电粒子可能是如何运动的?动的?图图811超链超链接接第4页/共65页 提示提示带电粒子沿水平方向的虚线飞过小磁针带电粒子沿水平方向的虚线飞过小磁针上方,并与小磁针方向平行,能使小磁针上方,并与小磁针方向平行,能使小
4、磁针N极转向读极转向读者。可知电流的磁场在小磁针所在处是垂直于纸面指者。可知电流的磁场在小磁针所在处是垂直于纸面指向读者的。向读者的。依据安培定则可得,电流的方向水平向左。因此,依据安培定则可得,电流的方向水平向左。因此,如果这束带电粒子是正离子,则向左飞行;如果是负如果这束带电粒子是正离子,则向左飞行;如果是负离子,则向右飞行。离子,则向右飞行。第5页/共65页记一记记一记 1磁感线磁感线 (1)磁感线:在磁场中画出一些有方向的曲线,使曲磁感线:在磁场中画出一些有方向的曲线,使曲线上各点的线上各点的 方向跟这点的磁感应强度方向一致。方向跟这点的磁感应强度方向一致。(2)条形磁铁和蹄形磁铁的磁
5、场磁感线分布,如图条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布,如图812所示。所示。切线切线图图812第6页/共65页 2.地磁场地磁场 (1)地磁场的地磁场的N极在地理极在地理 附近,地磁场的附近,地磁场的S极极在地理在地理 附近,磁感线分布如图附近,磁感线分布如图813所示。所示。南极南极北极北极图图813 (2)地磁场地磁场B的水平分量的水平分量(Bx)总是从地理南极指向地理总是从地理南极指向地理北极,而竖直分量北极,而竖直分量(By),在南半球垂直地面向上,在北半,在南半球垂直地面向上,在北半球垂直地面向下。赤道处的地磁场沿水平方向,指向北。球垂直地面向下。赤道处的地磁场沿水平方向,指向北。第
6、7页/共65页3电流的磁场电流的磁场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 _与条形磁铁的磁场与条形磁铁的磁场相似,管内为相似,管内为_磁场且磁场磁场且磁场 ,管外为非匀强磁,管外为非匀强磁场场环形电流的两侧环形电流的两侧是是N极和极和S极,极,且离圆环中心越且离圆环中心越远,磁场远,磁场_越弱越弱匀强匀强最强最强越弱越弱第8页/共65页横截面图横截面图立体图立体图安培定则安培定则环形电流的环形电流的磁场磁场通电螺线管通电螺线管的磁场的磁场直线电流的直线电流的磁场磁场第
7、9页/共65页试一试试一试2.磁场中某区域的磁感线如图磁场中某区域的磁感线如图814所示,所示,则则 ()Aa、b两处的磁感应强度的大小不等,两处的磁感应强度的大小不等,BaBbBa、b两处的磁感应强度的大小不等,两处的磁感应强度的大小不等,BaBbC同一通电导线放在同一通电导线放在a处受力一定比放在处受力一定比放在b处受力大处受力大D同一通电导线放在同一通电导线放在a处受力一定比放在处受力一定比放在b处受力小处受力小解析:在磁场中,磁感线疏密表示磁场的强弱,故解析:在磁场中,磁感线疏密表示磁场的强弱,故BaBb,选项,选项B正确,正确,A错误;同一通电导线如果都垂直错误;同一通电导线如果都垂
8、直放入磁场中,则在放入磁场中,则在a处受力一定比处受力一定比b处受力小,但如果处受力小,但如果导线与磁场平行放置,受力均为导线与磁场平行放置,受力均为0,故,故C、D均错误。均错误。答案:答案:B图图814第10页/共65页磁场对电流的作用磁场对电流的作用安培力安培力想一想想一想 通电导线处在磁场中,导线一定受安培力吗?安通电导线处在磁场中,导线一定受安培力吗?安培力的方向怎样判定?培力的方向怎样判定?提示提示不一定。利用左手定则判断。不一定。利用左手定则判断。第11页/共65页记一记记一记 1安培力的方向安培力的方向 (1)左手定则:伸开左手,让拇指与其余四个手指左手定则:伸开左手,让拇指与
9、其余四个手指 ,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向入,并使四指指向 的方向,这时的方向,这时 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。(2)两平行的通电直导线间的安培力:同向电流互两平行的通电直导线间的安培力:同向电流互相相 ,异向电流互相,异向电流互相 。垂直垂直电流电流拇指拇指吸引吸引排斥排斥第12页/共65页 2安培力的大小安培力的大小 当磁感应强度当磁感应强度B的方向与导线方向成的方向与导线方向成角时,角时,F ,这是一般情况下的安培力的表达式,以下是两种特,
10、这是一般情况下的安培力的表达式,以下是两种特殊情况:殊情况:(1)当磁场与电流当磁场与电流 时,安培力最大,时,安培力最大,Fmax 。(2)当磁场与电流当磁场与电流 时,安培力等于零。时,安培力等于零。ILBsin 垂直垂直ILB平行平行第13页/共65页试一试试一试3(2013渭南质检渭南质检)如图如图815所示,长方形所示,长方形线框线框abcd通有电流通有电流I,放在直线电流,放在直线电流I附近,附近,以下关于线框四个边受到安培力的说法正以下关于线框四个边受到安培力的说法正确的是确的是 ()A线框只有两个边受力,合力向左线框只有两个边受力,合力向左B线框只有两个边受力,合力向右线框只有
11、两个边受力,合力向右C线框四个边都受力,合力向左线框四个边都受力,合力向左D线框四个边都受力,合力向右线框四个边都受力,合力向右图图815第14页/共65页解析:利用左手定则可判断出线框四个边都受力,由于解析:利用左手定则可判断出线框四个边都受力,由于左侧边所在处磁感应强度最大,所以合力向左,选项左侧边所在处磁感应强度最大,所以合力向左,选项C正确。正确。答案:答案:C第15页/共65页安培定则的应用安培定则的应用 1.安培定则的应用安培定则的应用 在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清应分清“因因”和和“果果”。大拇指大拇指四指四指环形
12、电流的磁场环形电流的磁场四指四指大拇指大拇指直线电流的磁场直线电流的磁场结果结果(磁场绕向磁场绕向)原因原因(电流方向电流方向)第16页/共65页 2磁场的叠加磁场的叠加 磁感应强度是矢量,计算时与力的计算方法相同,磁感应强度是矢量,计算时与力的计算方法相同,利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解。利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解。第17页/共65页 例例1(2012全国高考全国高考)如图如图816所示,两根互相平行的长直导线过纸面所示,两根互相平行的长直导线过纸面上的上的M、N两点,且与纸面垂直,导线两点,且与纸面垂直,导线中通有大小相等、方向相反的电流。中通有大小相等、方
13、向相反的电流。a、O、b在在M、N的连线上,的连线上,O为为MN的中点,的中点,c、d位于位于MN的中垂线上,且的中垂线上,且a、b、c、d到到O点点的距离均相等。关于以上几点处的磁场,下列说法正确的距离均相等。关于以上几点处的磁场,下列说法正确的是的是 ()图图816第18页/共65页AO点处的磁感应强度为零点处的磁感应强度为零Ba、b两点处的磁感应强度大小相等,方向相反两点处的磁感应强度大小相等,方向相反Cc、d两点处的磁感应强度大小相等,方向相同两点处的磁感应强度大小相等,方向相同Da、c两点处磁感应强度的方向不同两点处磁感应强度的方向不同尝试解题尝试解题由安培定则可知,两导线在由安培定
14、则可知,两导线在O点产生的磁场均竖直点产生的磁场均竖直向下,合磁感应强度一定不为零,选项向下,合磁感应强度一定不为零,选项A错;由安培定则,错;由安培定则,两导线在两导线在a、b两处产生的磁场方向均竖直向下,由于对称两处产生的磁场方向均竖直向下,由于对称第19页/共65页性,电流性,电流M在在a处产生磁场的磁感应强度等于电流处产生磁场的磁感应强度等于电流N在在b处产生磁场的磁感应强度,同时电流处产生磁场的磁感应强度,同时电流M在在b处产生磁场处产生磁场的磁感应强度等于电流的磁感应强度等于电流N在在a处产生磁场的磁感应强度,处产生磁场的磁感应强度,所以所以a、b两处磁感应强度大小相等方向相同,选
15、项两处磁感应强度大小相等方向相同,选项B错;错;根据安培定则,两导线在根据安培定则,两导线在c、d两处产生的磁场垂直两处产生的磁场垂直c、d两点与导线连线方向向下,且产生的磁场的磁感应强度两点与导线连线方向向下,且产生的磁场的磁感应强度相等,由平行四边形定则可知,相等,由平行四边形定则可知,c、d两点处的磁感应强两点处的磁感应强度大小相等,方向相同,选项度大小相等,方向相同,选项C正确;正确;a、c两处磁感应两处磁感应强度的方向均竖直向下,选项强度的方向均竖直向下,选项D错。错。答案答案C第20页/共65页 本题考查磁场的叠加和安培定则的应用,解决此类本题考查磁场的叠加和安培定则的应用,解决此
16、类问题应注意以下几点:问题应注意以下几点:(1)根据安培定则确定通电导线周围磁感线的方向。根据安培定则确定通电导线周围磁感线的方向。(2)磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向。切线方向。(3)磁感应强度是矢量,多个通电导体产生的磁场叠磁感应强度是矢量,多个通电导体产生的磁场叠加时,合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时在该点加时,合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和。磁感应强度的矢量和。第21页/共65页安培力作用下通电导体的运动方向的判定安培力作用下通电导体的运动方向的判定 (1)判定通电导体在安培力作用下的运
17、动或运动趋判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势,首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况,然势,首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况,然后利用左手定则准确判定导体的受力情况,进而确定导后利用左手定则准确判定导体的受力情况,进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。现对五种常用的方法体的运动方向或运动趋势的方向。现对五种常用的方法列表如下:列表如下:把整段弯曲导线分为多段直线电流元,先用左把整段弯曲导线分为多段直线电流元,先用左手定则判断每段电流元受力的方向,然后判断手定则判断每段电流元受力的方向,然后判断整段导线所受合力的方向,从而确定导线运动整段导线所受合力的方向,从而确定导线运动方
18、向方向电流电流元法元法第22页/共65页两平行直线电流在相互作用过程中,无转动趋势,同向两平行直线电流在相互作用过程中,无转动趋势,同向电流互相吸引,异向电流互相排斥;两不平行的直线电电流互相吸引,异向电流互相排斥;两不平行的直线电流相互作用时,有转到平行且电流方向相同的趋势流相互作用时,有转到平行且电流方向相同的趋势结论结论法法环形电流可等效成小磁针,通电螺线管可以等效成条环形电流可等效成小磁针,通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流,反过来等效也成立。等效后形磁铁或多个环形电流,反过来等效也成立。等效后再确定相互作用情况再确定相互作用情况等效等效法法特殊位特殊位置法置法 通电导线转动到
19、某个便于分析的特殊位置时,判断其通电导线转动到某个便于分析的特殊位置时,判断其所受安培力的方向,从而确定其运动方向所受安培力的方向,从而确定其运动方向 转换转换研究研究对象对象法法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题,可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力,的问题,可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力,然后由牛顿第三定律,确定磁体所受电流磁场的作用然后由牛顿第三定律,确定磁体所受电流磁场的作用力,从而确定磁体所受合力及运动方向力,从而确定磁体所受合力及运动方向 第23页/共65页 (2)在应用左手定则判定安培力方向时,磁感线方在应用
20、左手定则判定安培力方向时,磁感线方向不一定垂直于电流方向,但安培力方向一定与磁场方向不一定垂直于电流方向,但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直,即大拇指一定要垂直于磁场方向和向和电流方向垂直,即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面。电流方向决定的平面。第24页/共65页图图817 例例2如图如图817所示,把一所示,把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形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动,当导线通入图示方向电流I时,导时,导线的运动情况是线的运动情况是(从上往下看从上往下看)()A顺时针方向转
21、动,同时下降顺时针方向转动,同时下降 B顺时针方向转动,同时上升顺时针方向转动,同时上升 C逆时针方向转动,同时下降逆时针方向转动,同时下降 D逆时针方向转动,同时上升逆时针方向转动,同时上升第25页/共65页 审题指导审题指导 先明确常见磁场的磁感线分布情况,然后取先明确常见磁场的磁感线分布情况,然后取“电流电流元元”,用左手定则判定其受力方向,特别注意电流旋转,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。后,有了垂直于纸面的分量而导致向下受力。尝试解题尝试解题 (1)电流元法电流元法 如图所示,把直线电流等效为如图所示,把直线电流等效为AO、OO、OB
22、三段三段(OO段极短段极短)电流元,由于电流元,由于OO段电流方向与该处磁场方向平行,所段电流方向与该处磁场方向平行,所第26页/共65页以不受安培力作用;以不受安培力作用;AO段电流元所在处的磁场方向倾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;面向外;OB段电流元所在处的磁场方向倾斜向下,同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。综上可知导线将以线将以OO段为轴顺时针转动段为轴顺时针转动(俯视俯视)。(2)特殊位置法特殊位置
23、法 把导线转过把导线转过90的特殊位置来分析,根据左手定则的特殊位置来分析,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。运动。综上所述,选项综上所述,选项A正确。正确。答案答案A第27页/共65页 1.安培力的大小安培力的大小 安培力常用公式安培力常用公式FBIL,要求两两,要求两两垂直,应用时要满足:垂直,应用时要满足:(1)B与与L垂直;垂直;(2)L是有效长度,即垂直磁感应强度方向的长度。如是有效长度,即垂直磁感应强度方向的长度。如弯曲导线的有效长度弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度等于两端点所连直线的长度(
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