2013高三物理第一轮总复习课件八：磁场

高三物理第一轮总复习（2015届）第一课时磁场及其描述一、磁场1.磁场：一种看不见、摸不着、存在于电流或磁体周围的物质，它传递着磁相互作用．2.基本性质：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用．3.磁场的方向：小磁针N极所受磁场力的方向，或小磁针静止时N极所指的方向．5.地球的磁场：地球本身就是一个大磁体，4.磁现象的电本质：磁铁的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产生的．⑴地磁场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近．地球的地磁场两极和地理两极不重合，形成了磁偏角；⑵地磁场B的水平分量总是从地球南极指向北极，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；⑶在赤道平面上，距离地球表面相等的各点，磁感应强度相等，且方向均水平．地磁场的三个特点是：⑴磁感线是闭合曲线，磁体的外部是从N极到S极，内部是从S极到N极；⑵磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向；⑶磁感线是人们为了形象描述磁场而假想的．二、磁感线1.磁感线：在磁场中画出的一些有方向的假想曲线，使曲线上的任意一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同，都代表磁场中该点小磁针北极受力的方向．2.磁感线的特点⑴条形磁铁和蹄形磁铁的磁场：在磁体的外部，磁感线从N极射出进入S极，在内部也有相同条数的磁感线(图中未画出)与外部磁感线衔接并组成闭合曲线．3.常见磁场的磁感线分布⑵几种电流周围的磁场分布①直线电流的磁场特点：无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越弱立体图横截面图纵截面图判定：安培定则②通电螺线管的磁场特点：与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场由S极指向N极，管外为非匀强磁场。立体图横截面图纵截面图判定：安培定则立体图横截面图纵截面图判定：安培定则③环形电流的磁场特点：环形电流的两侧是N极和S极且离圆环中心越远磁场越弱。【例与练】如图所示，带负电的金属环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是（）A．N极竖直向上B．N极竖直向下C．N极沿轴线向左D．N极沿轴线向右【例与练】如图所示，a、b、c三枚小磁针分别放在通电螺线管的正上方、管内和右侧．当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向是（）A．a、b、c均向左B．a、b、c均向右C．a向左，b向右，c向右D．a向右，b向左，c向右CC⑶定义式：三、磁感应强度、磁通量1、磁感应强度⑴物理意义：磁感应强度B是描述磁场强弱和方向的物理量．⑵定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的力F跟电流I和导线长度l的乘积Il的比值叫做磁感应强度．FBIl②垂直穿过单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度．磁感应强度大的地方，磁感线密，磁感应强度小的地方，磁感线疏．磁感应强度B是矢量说明：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、导线的长短l的大小无关．⑷单位：特斯拉，简称：特，符号为T.⑸方向：磁场中某点B的方向就是该点的磁场方向，也就是放在该点的小磁针N极受力方向．说明：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，则不受作用力，但不能说该处磁感应强度为零．磁感应强度的方向不是通电导线所受磁场作用力的方向，而是与作用力的方向垂直．FBIl磁感应强度B与电场强度E的比较：⑴电场强度的方向和电荷受力方向相同或相反，而磁感应强度的方向和电流元受力方向垂直．⑵电荷在电场中一定受静电力作用，而电流在磁场中不一定受作用力．2、匀强磁场⑴定义：在磁场的某个区域内，各点的磁感应强度大小、方向都相同的磁场；⑵磁感线特点：是一组平行且等间距的直线；⑶存在：a.两个相距很近的异名磁极之间，b.通电长直螺线管内部：如图所示3、磁通量⑴定义：磁场中穿过磁场某一面积S的磁感线条数，用Φ表示；⑵计算公式：Φ＝BS；⑶单位：韦伯，符号Wb，1Wb＝1T·m2.说明：磁通量是标量，但有正负，其正负代表磁感线是正穿还是反穿，若正穿为正，则反穿为负．⑷对磁通量的理解①Φ＝B·S的含义Φ＝BS只适用于磁感应强度B与面积S垂直的情况．当S与垂直于B的平面间的夹角为θ时，则有Φ＝BScosθ.可理解为Φ＝B(Scosθ)，即Φ等于B与S在垂直于B方向上投影面积的乘积如图所示；也可理解为Φ＝(Bcosθ)S，即Φ等于B在垂直于S方向上的分量与S的乘积．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．如图所示，S应为线圈面积的一半．②面积S的含义：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，而磁感线条数可表示磁通量的大小．④合磁通量求法若某个平面内有不同方向和强弱的磁场共同存在，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．4、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，利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解．【例与练】如图所示，两个同心放置的金属圆环，条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直，通过两圆环的磁通量Φa、Φb的关系为()A．Φa＞ΦbB．Φa＜ΦbC．Φa＝ΦbD．不能确定A【例与练】有一小段通电导线，长为1cm，电流强度5A，把它置于磁场中，受到的磁场力为0.1N，则该处的磁感应强度B一定是()A.B=2TB.B≤2TC.B≥2TD.以上情况均可能C【例与练】在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图。过c点的导线所受安培力的方向()A.与ab边平行，竖直向上B.与ab边平行，竖直向下C.与ab边垂直，指向左边D.与ab边垂直，指向右边C第二课时磁场对电流的作用一．安培力的大小和方向1、定义：磁场对电流的作用力称为安培力．2、安培力的大小⑴F＝BIlsinθ⑵磁场和电流方向垂直时：Fmax＝BIl.⑶磁场和电流方向平行时：Fmin=0注意：F不仅与B、I、l有关，还与夹角θ有关；l是有效长度，不一定是导线的实际长度．弯曲导线的有效长度l等于两端点所连直线的长度，所以任意形状的闭合线圈的有效长度l＝0.IBIB注意：安培力的方向垂直于磁感应强度B和电流I所决定的平面，但磁感应强度B与电流I不一定垂直．B与I垂直时产生的安培力最大．⑴用左手定则判定：伸开左手，让拇指与其余四指垂直，并与手掌在同一平面内．让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，那么，拇指所指方向即为通电直导线在磁场中的受力方向．3、安培力的方向⑵安培力的方向特点：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B和I决定的平面．【例与练】判断下面各图F、B、I三个中未知的一个FB乙B甲IF（F垂直纸面向外）丙丙图中磁场B的方向大致向左，具体不能确定。FI【例与练】画出图中通电导线棒所受安培力的方向。×B.B×BFFF将立体图形转换成平面图形4、电流间的相互作用IIII①同向电流相互吸引⑴电流间的相互作用是电流在彼此形成的磁场中受到磁场力的作用。②反向电流相互排斥⑵结论：【例与练】如图所示，用两条一样的弹簧秤吊着一根铜棒，铜棒所在的虚线框范围内有垂直纸面的匀强磁场，棒中通入自左向右的电流。当棒静止时，弹簧秤示数为F1；若将棒中电流反向，当棒静止时，弹簧秤的示数为F2，且F2＞F1，根据上面所给的信息，可以确定（）A．磁场的方向B．磁感应强度的大小C．安培力的大小D．铜棒的重力ACD【例与练】如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为450，金属棒MN的质量为0.1kg，处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V，内阻为1Ω，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计)×θBmgFNθtanFmgFBIlEIRrtanBElmgRr160.210.2tan0.1101BElRrmg解：受力分析如图【例与练】如图所示，用两根轻细金属丝将质量m，长为l的金属棒a、b悬挂在c、d两处，置于竖直向上的匀强磁场内。当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向角处于平衡状态。则磁感应强度B为。为了使棒平衡在该位置上，所需的最小磁场的磁感应强度B为，方向。IlabcdBIlmgtgBIlmgBsin平行悬线向上通电导体（线圈）在安培力作用下运动方向的判断1、电流元分析法：把整段电流分成很多小段直线电流，其中每一小段就是一个电流元。先用左手定则判断出其中每小段电流元受到的安培力的方向，再判断整段电流所受安培力的方向，从而确定导体的运动方向。例：如图把轻质导线圈挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面。当线圈内通入如图方向的电流后，判断线圈如何运动？NS2、等效分析法：环形电流可等效为小磁针，条形磁铁或小磁针也可以等效为环形电流，通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁。例：如图在条形磁铁N极处悬挂一个线圈，当线圈中通有逆时针方向的电流时，线圈将向哪个方向偏转？NS3、结论法：⑴两电流平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。⑵两电流不平行相互作用时，有转到相互平行且电流方向相同且靠近的趋势。例：4、特殊位置法：根据通电导体在特殊位置所受安培力的方向，判断其运动方向，然后推广到一般位置。例：如图所示，蹄形磁铁固定，通电直导线AB可自由运动，当导线中通以图示方向的电流时，俯视导体，导体AB将（AB的重力不计）A、逆时针转动，同时向下运动B、顺时针转动，同时向下运动C、顺时针转动，同时向上运动D、逆时针转动，同时向上运动NSI5、转换研究对象法：对于定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，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力，从而确定磁体所受合力及运动方向。例：如图所示，条形磁铁平放于水平桌面上。在它的正中央上方偏右固定一根直导线，导线与磁铁垂直。现给导线中通以垂直纸面向内的电流，磁铁保持静止，那么磁铁受到的支持力和摩擦力如何变化？NS【例与练】如图所示，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，此时台秤读数为F1，现在磁铁上方中心偏左位置固定一通电导线，电流方向如图，当通上电流后，台秤读数为F2，则以下说法正确的是()A.F1F2，弹簧长度将变长B.F1F2，弹簧长度将变短C.F1F2，弹簧长度将变长D.F1F2，弹簧长度将变短B⑵安培力的特点①方向：安培力的方向与线圈平面垂直．②大小：安培力的大小与通过的电流成正比．二．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线圈．2、工作原理⑴磁场特点①方向：沿径向均匀辐射地分布②大小：在距轴线等距离处的磁感应强度大小相等．3、优、缺点：优点是灵敏度高，能测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很小．⑶表盘刻度特点由于导线在安培力作用下带动线圈转动，游丝变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力越大，形变就越大，所以指针偏角与通过线圈的电流I成正比，表盘刻度均匀．【例与练】（2011全国理综）.电磁轨道炮工作原理如图所示。待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触。电流I从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面得磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小与I成正比。通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出。现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的方法是（）A.只将轨道长度L变为原来的2倍B.只将电流I增加至原来的2倍C.只将弹体质量减至原来的一半D.将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其它量不变BD第三课时磁场对运动电荷的作用⑴v∥B时，洛伦兹力F＝0(θ＝0°或180°)⑵v⊥B时，洛伦兹力F＝qvB(θ＝90°)⑶一般角度时，可认为Bsinθ为垂直于速度方向上的分量，也可认为vsinθ为垂直于磁场方向上的分量．一．洛伦兹力的大小和方向1、定义：磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力．2、洛伦兹力的大