人教版高中物理一轮复习课件：8 磁场及其对电流的作用 54页

第1讲 磁场及其对电流的作用 考点1 磁场、磁感应强度和磁通量 1.磁场 磁体与磁体之间，磁体与_________之间，以及通电导体与通电 导体之间的相互作用是通过_____发生的. 通电导体 磁场 2.磁感应强度 (1)物理意义：描述磁场的_____和_____. (2)定义式：______(通电导体垂直于磁场). (3)方向：小磁针_____时N极的指向. 强弱 方向 FB IL  静止 3.磁通量 (1)概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向_____的 面积S和B的乘积. (2)公式：Φ=___. (3)单位：1 Wb=_______. 垂直 BS 1 T·m2 1.对磁感应强度的两点理解 (1)磁感应强度是用比值法定义的,其大小由磁场本身的性质决 定,与放入的直导线的电流I的大小、导线长度L的大小无关.故 不能根据 就说B与F成正比，与IL成反比. (2)由定义式 计算B时,通电导线必须垂直于磁场;若通电导 线平行放入磁场,则不受安培力,但不能说该处磁感应强度为零. FB IL  FB IL  2.磁通量概念的理解 (1)Φ=BS⊥,S⊥=Scosθ其中S⊥为S在垂直于B方向上的分量，如 图甲所示. (2)面积S的含义：S不一定是某个线圈的真正面积,而是线圈在 磁场范围内的面积.如图乙所示，S应为线圈面积的一半. (3)多匝线圈的磁通量：多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无 关,因为不论线圈匝数多少,穿过线圈的磁感线条数相同. (4)合磁通量求法：若某个平面内有不同方向的磁场共同存在, 当计算穿过这个面的磁通量时,先规定某个方向的磁通量为正, 反方向的磁通量为负，平面内各个方向的磁通量的代数和等于 这个平面内的合磁通量. (多选)下列说法中正确的是( ) A.电荷在某处不受到电场力的作用，则该处的电场强度为零 B.一小段通电导线在某处不受到磁场力的作用，则该处的磁感 应强度一定为零 C.把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到的电场力与所带 电荷量的比值表示该点电场的强弱 D.把一小段通电导线放在磁场中某处，它受到的磁场力与该小 段通电导线的长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强弱 【解析】选A、C.把电荷放入电场某处，如果电荷没有受到电场 力的作用，则该处不存在电场或该处的电场强度为零，故A对； 把通电直导线放入某处，如果放置不合适，即使有磁场存在， 通电直导线也不受磁场力的作用，故B错；由电场强度的定义式 知，电场强度等于试探电荷受到电场力F与所带电量q的比 值，故C对；磁感应强度的定义式 的成立是有条件的，即 通电导线与磁场方向垂直，否则该定义式不成立，故D错. FE q  FB IL  考点2 磁感线和电流的磁场 1.磁感线:在磁场中画出一些有方向的曲线，使曲线上各点的 _____方向跟该点的磁感应强度方向一致切线 2.电流的磁场 (1)奥斯特实验：奥斯特实验发现了电流的磁效应，即电流可以 产生磁场，首次揭示了_______的联系. (2)安培定则. ①通电直导线. 用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟_____的方向一 致，弯曲的四指所指的方向就是_______的环绕方向. 电与磁 电流 磁感线 ②通电螺线管. 让右手弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，_______所指 的方向就是环形电流中轴线上的磁感线的方向或螺线管内部磁 感线的方向. 大拇指 1.磁体的磁场和地磁场 2.三种电流的磁场 通电直导线 安培定则 立体图 横截面图 通电螺线管 环形电流 19世纪20年代，以塞贝克(数学家)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.则该假设中的电流方向是(注：磁子午线是 地球磁场N极与S极在地球表面的连线)( ) 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 【解析】选B.如图所示，考虑地球的自转方向，利用安培定则 可以判定磁场是由东向西的环形电流产生的，故B正确. 考点3 磁场对电流的作用——安培力 1.安培力的方向 (1)左手定则：伸开左手，让拇指与其余四指_____，并且都与 手掌在同一个平面内.让磁感线垂直掌心进入，并使四指指向 _____方向，这时_____所指的方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：同向电流互相_____，异 向电流互相_____. 垂直 电流 拇指 吸引 排斥 2.安培力的大小 当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，F＝________，这 是一般情况下的安培力的表达式，以下是两种特殊情况： (1)当磁场与电流_____时，安培力最大，Fmax＝BIL. (2)当磁场与电流_____时，安培力等于零. BILsinθ 垂直 平行 1.安培力公式的应用 安培力常用公式F=BIL，应用时要满足： (1)B与L垂直； (2)L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L等于两端点所连直线的长度(如图所示)，相应的电 流方向沿L由始端流向末端.因此任意形状的闭合线圈，其有效 长度为零，受到的安培力的矢量和为零. 2.通电导线在安培力作用下的平衡和加速运动的分析方法 (1)确定研究对象,对研究对象进行受力分析. (2)画出受力平面图. (3)依据平衡条件或牛顿第二定律列方程. 在图中，标出磁场B的方向，通电直导线中电流I的方向，以及 通电直导线所受磁场力F的方向，其中正确的是( ) 【解析】选C.根据左手定则，A错误，C正确.电流与磁感线平行 时，通电直导线不受安培力，B错误.安培力的方向应和磁感线 垂直，D错误. 安培定则的应用 【例证1】(2011·大纲版全国卷)如图，两根相互平行的长直导 线分别通有方向相反的电流I1和I2，且I1＞I2；a、b、c、d为导 线某一横截面所在平面内的四点，且a、b、c与两导线共面；b 点在两导线之间，b、d的连线与导线所在平面垂直.磁感应强度 可能为零的点是( ) A.a点 B.b点 C.c点 D.d点 【解题指南】解答本题应把握以下三点： (1)直线电流的磁场强弱与距离通电导线远近有关. (2)直线电流的磁场的磁感线方向服从安培定则. (3)磁感应强度是矢量，满足矢量运算法则. 【自主解答】选C.空间某点的磁感应强度的大小和方向是两条 直线电流各自产生的磁场叠加的结果.距离导线越近的地方，磁 场越强.根据安培定则，只有在c点，两条导线电流各自产生的 磁场才有可能大小相等，方向相反，叠加后互相抵消，磁感应 强度为零. 【总结提升】应用安培定则的三点注意： (1)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. 【变式训练】(2012·南通模拟)如图 所示,A为一水平旋转的橡胶盘,带有大 量均匀分布的负电荷,在圆盘正上方水 平放置一通电直导线,电流方向如图. 当圆盘高速绕中心轴OO ′转动时,通 电直导线所受磁场力的方向是( ) A.竖直向上 B.竖直向下 C.水平向里 D.水平向外 【解析】选C.由于带负电的圆盘顺时针方向旋转,形成的等效电 流为逆时针方向,所产生的磁场方向竖直向上.由左手定则可判 定通电导线所受安培力的方向水平向里.故C正确. 安培力的平衡问题 【例证2】(多选)(2011·上海高考)如图，质量为m、长为L的直 导线用两绝缘细线悬挂于O、O′，并处于匀强磁场中.当导线中 通以沿x正方向的电流I，且导线保持静止时，悬线与竖直方向 夹角为θ.则磁感应强度方向和大小可能为( ) A.z正向， tanθ B.y正向， C.z负向， tanθ D.沿悬线向上， sinθ mg IL mg IL mg IL mg IL 【解题指南】解答本题应把握以下四点： (1)把立体图转化为平面图； (2)根据左手定则确定安培力的方向； (3)受力分析，画出安培力和其他力； (4)根据平衡条件列出平衡方程. 【自主解答】选B、C.受力平面图如图. 对于A选项，安培力水平向内，三力合 力不可能为零，A错误；对于B选项，安 培力竖直向上，当安培力BIL=mg时，可 以平衡，此时B= ，B正确；对于C选 项，安培力水平向外，三力平衡时安培力BIL=mgtanθ,此时 B= tanθ，C正确；对于D选项，安培力垂直于悬线的方向向 内，三力不可能平衡，D错误. mg IL mg IL 【总结提升】解答此题的关键是画出导体受力平面图，根据平 衡条件确定安培力方向范围.根据左手定则确定磁场方向范围， 最后确定磁感应强度大小.对易错选项及错误原因分析如下： 易错角度 错误原因 易漏选B 忽视了当重力和安培力平衡时，悬线拉力可以为 零的情况 易错选A、D 画图不正确，找不出正确的方向范围 【变式训练】(多选)如图所示,通电细 杆ab质量为m,置于倾角为θ的导轨上, 导轨和杆间不光滑.通有电流时,杆静 止在导轨上.如图是四个侧视图,标出 了四种匀强磁场的方向,其中摩擦力 可能为零的是( ) 【解析】选A、B.要使静摩擦力为零，如果FN=0，必有Ff=0.B中 安培力的方向竖直向上，与重力的方向相反，可能使FN=0，B是 正确的；如果FN≠0，则通电细杆受除静摩擦力Ff以外的其他力 的合力只要为零，那么Ff=0.在A中，通电细杆所受的重力G、支 持力FN及安培力F安三力的合力可能为零，则通电细杆所受静摩 擦力可能为零.C、D中，从通电细杆所受到的重力G、支持力FN 及安培力F安三力的方向分析，合力不可能为零，所以通电细杆 所受静摩擦力不可能为零.故正确的选项应为A、B. 【变式备选】一根有质量的金属棒MN， 两端用细软导线连接后悬挂于a、b两 点，棒的中部处于方向垂直纸面向里 的匀强磁场中，棒中通有电流，方向 从M流向N，此时悬线上有拉力.为了 使拉力等于零，可( ) A.适当减小磁感应强度 B.使磁场反向 C.适当增大电流强度 D.使电流反向 【解析】选C.根据左手定则，安培力方向竖直向上，故B、D错 误；根据悬线有向上的拉力，故应增大安培力，A错误，C正确. 【例证】(2012·南京模拟)如图所示，条形磁铁 竖直放置，一水平圆环从磁铁上方位置Ⅰ向下运 动，到达磁铁上端位置Ⅱ，套在磁铁上到达中部 Ⅲ，再到磁铁下端位置Ⅳ，再到下方Ⅴ.磁铁从 Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ过程中，穿过圆环的磁通 量变化情况是( ) 考查内容 磁通量问题的定性分析 A.变大，变小，变大，变小 B.变大，变大，变小，变小 C.变大，不变，不变，变小 D.变小，变小，变大，变大 【规范解答】选B.从条形磁铁磁感线的分布情况看，穿过圆环 的磁通量在位置Ⅲ处最大，所以正确答案为B.熟悉几种常见磁 场的磁感线分布图，知道条形磁铁内部的磁感线方向是从S极到 N极. 1.(2011·新课标全国卷)为了解释地球的磁性，19世纪安培假 设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的.在下列 四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是( ) 【解析】选B.由于地磁场的北极在地球的南极附近，由安培定 则可知，安培假设中环形电流方向如B图所示，故A、C、D错，B 正确. 2.(2012·南京模拟)下列关于电场和磁场的说法中正确的是( ) A.电场线和磁感线都是封闭曲线 B.电场线和磁感线都是不封闭曲线 C.通电导线在磁场中一定受到磁场力的作用 D.电荷在电场中一定受到电场力的作用 【解析】选D.磁感线是封闭曲线,电场线不是封闭曲线,选项A、 B均错;当通电导线与磁场方向平行时,不受磁场力的作用,但电 荷在电场中一定受到电场力的作用,选项C错误，D正确. 3.如图所示为两根互相平行的通电直导线 a、b的横截面图，a、b中的电流方向已在 图中标出，那么导线a中的电流产生的磁 场的磁感线环绕方向及导线b所受的磁场力 的方向分别是( ) A.磁感线顺时针方向，磁场力向左 B.磁感线顺时针方向，磁场力向右 C.磁感线逆时针方向，磁场力向左 D.磁感线逆时针方向，磁场力向右 【解析】选B.根据安培定则，a产生的磁场磁感线沿顺时针方 向，再根据左手定则，b受磁场力方向向右，故B正确. 4.(2012·宿迁模拟)如图所示，两个完全相同的线圈套在一水 平光滑绝缘圆柱上，但能自由移动，若两线圈内通以大小不等 的同向电流，则它们的运动情况是( ) A.都绕圆柱转动 B.以大小不等的加速度相向运动 C.以大小相等的加速度相向运动 D.以大小相等的加速度背向运动 【解析】选C.由于两线圈内通以同向电流,所以二者间为吸引力, 根据牛顿第三定律可知,两线圈间的吸引力等大反向,而线圈完 全相同,所以两线圈将以大小相等的加速度相向运动,故C正确. 5.如图所示，两平行金属导轨间的距离 L=0.40 m，金属导轨所在的平面与水平 面夹角θ=37°，在导轨所在平面内， 分布着磁感应强度B=0.50 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E=4.5 V、内阻r=0.50 Ω的直流电源. 现把一个质量m=0.040 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R0=2.5 Ω，金属导轨电阻不计，g取 10 m/s2.已知sin37°=0.60,cos37°=0.80，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. 【解析】(1)根据闭合电路欧姆定律 (2)导体棒受到的安培力F安=BIL=0.30 N (3)将重力正交分解，设导体棒所受重力沿斜面的分力为F1，则 F1=mgsin37°=0.24 N 0 EI 1.5 AR r   所以F1