（北京专用）2020版高考物理总复习 第十一章 第1讲 磁场的描述 磁场对电流的作用课件

第1讲磁场的描述磁场对电流的作用一磁场的描述二安培力知识梳理考点一对磁感应强度、磁感线的认识考点二安培力的大小和方向考点三与安培力有关的力学综合问题的分析方法深化拓展知识梳理一、磁场的描述1.磁场(1)基本特性:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有①磁场力的作用。(2)方向:小磁针的②N极所受磁场力的方向。2.磁感应强度(1)物理意义:描述磁场的③强弱和④方向。(2)大小:B= (通电导线垂直于磁场放置)。(3)方向:小磁针静止时⑤N极的指向。(4)单位:特斯拉(T)。FIL3.匀强磁场(1)定义:磁感应强度的大小⑥处处相等、方向⑦处处相同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、方向相同的平行直线。4.磁感线(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⑧切线方向都跟这点的磁感应强度方向一致,这样的曲线叫磁感线。(2)条形磁铁、蹄形磁铁和地磁场周围的磁感线分布如图所示通电直导线通电螺线管环形电流安培定则   立体图   截面图   (3)电流周围磁感线分布二、安培力1.定义:磁场对电流的①作用力叫安培力。2.安培力的大小计算(1)当B、I垂直时F=②BIL。若B与I(L)夹角为θ,则F=③BILsinθ。(2)公式的适用条件:一般只适用于匀强磁场。3.安培力的方向(1)判定:左手定则。(2)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。【情景素材·教师备用】1.下列关于磁场的说法,正确的是 (D)A.只有磁铁周围才存在磁场B.磁场是假想的,不是客观存在的C.磁场是在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生的D.磁极与磁极、磁极与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用的解析磁铁周围存在磁场,运动电荷周围也存在磁场,故选项A错误;磁场虽然看不到摸不着,却是客观存在的,故选项B错误;磁极与磁极、磁极与电流、电流与电流之间的作用是通过磁场实现的,选项C错误,选项D正确。2.(多选)两根通电的长直导线平行放置,电流分别为I1和I2,电流的方向如图所示,在与导线垂直的平面上有a、b、c、d四点,其中a、b在导线横截面连线的延长线上,c、d在导线横截面连线的垂直平分线上。则导体中的电流在这四点产生的磁场的磁感应强度可能为零的是 (AB) A.a点B.b点C.c点D.d点解析由安培定则知a、b两处I1和I2形成的磁场方向共线反向,若再满足大小相等,则Ba=0或Bb=0;c、d两处,I1和I2形成的磁场方向不共线,故合磁感应强度不可能为零。3.一根容易形变的弹性导线,两端固定。导线中通有电流,方向如图中箭头所示。当没有磁场时,导线呈直线状态;当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时,描述导线状态的四个图示中正确的是 (D)解析通电导线在磁场中受安培力时,可用左手定则判断安培力的方向。深化拓展考点一对磁感应强度、磁感线的认识1.对磁感应强度B的理解及磁感应强度B的叠加(1)磁感应强度由磁场本身决定,就像电场强度由电场本身决定一样,跟该位置放不放通电导线无关。(2)磁感应强度B的定义式也是其量度式。用来测量某处磁感应强度B的小段通电导线通常应垂直磁感线放入磁场,如果小段通电导线平行磁感线放入磁场,则其所受安培力为零,但不能说该点的磁感应强度为零。(3)磁感应强度是矢量,其方向为放入其中的小磁针静止时N极的受力方向。(4)合磁感应强度——等于各磁场的磁感应强度的矢量和(满足平行四边形定则)。2.磁感线与电场线的比较磁感线电场线相似点引入目的都是为了形象地描述场而引入的假想曲线,实际不存在疏密意义都能定性描述场的强弱切线方向都表示该点场的方向是否相交都不相交不同点闭合曲线,外部由N→S,内部由S→N起始于正电荷(或无穷远),终止于无穷远(或负电荷)1-1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I1I2;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 (C) A.a点B.b点C.c点D.d点解析由安培定则画出a、b、c、d各点的磁感线的分布图,由图可知电流I1、I2在a、c两点的磁场方向相反,这两点处的磁感应强度可能为零,又I1I2,故磁感应强度为零的点距I1的距离应比I2的大,故C正确,A、B、D均错误。 1-2三根相互平行的通电长直导线放在等边三角形的三个顶点上,如图所示为其截面图,电流方向如图。若每根导线的电流均为I,每根直导线单独存在时,在三角形中心O点产生的磁感应强度大小都是B,则三根导线同时存在时的磁感应强度大小为 (C) A.0B.BC.2BD.3B解析利用安培定则将三条导线在O处的磁感应强度的方向判断出来,如图所示,由于B1=B2=B3=B,由图可知,B2与B3夹角为120°,合磁感应强度大小仍为B,方向与B1相同,故三根导线在O处的合磁感应强度大小为2B,C对。考点二安培力的大小和方向1.安培力大小(1)当I⊥B时,F=BIL;(2)当I∥B时,F=0;(3)当I与B夹角为α时,F=BILsinα。 注意(1)当导线弯曲时,L是导线两端的有效线段的长度(如图所示)。(2)对于任意形状的闭合线圈,其有效长度均为零,所以通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零。2.安培力的方向用左手定则判断,注意安培力既垂直于B,也垂直于I,即垂直于B与I决定的平面。 2-1通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内,电流方向如图所示,ad边与MN平行,关于MN中电流产生的磁场对线框的作用,下列叙述中正确的是 (B)A.线框有两条边所受到的安培力方向相同B.线框有两条边所受到的安培力大小相等C.整个线框有向里收缩的趋势D.若导线MN向左微移,各边受力将变小,但合力不变解析由直线电流产生磁场的特点可知,与导线MN距离相等的位置磁感应强度大小相等,因此只有ab与cd边受到的安培力大小相等,B对;由安培定则知MN中电流在导线框处产生的磁场垂直纸面向里,由左手定则可判定ab边受安培力方向向下,cd边受安培力方向向上,ad边受安培力方向向左,bc边受安培力方向向右,整个线框有向外扩张的趋势,A、C错;若MN向左微移,则线框各边所在处磁感应强度均减弱,但ad边所在处减弱更多,故各边受安培力均变小,线框所受向左的合力变小,D错。2-2如图,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的长度均为L,且∠abc=∠bcd=135°。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 () A.方向沿纸面向上,大小为( +1)ILBB.方向沿纸面向上,大小为( -1)ILBC.方向沿纸面向下,大小为( +1)ILBD.方向沿纸面向下,大小为( -1)ILB2222答案A由左手定则及力的合成可知合力方向沿纸面向上,故知C、D选项错误。导线受安培力的有效长度为线段ad的长度,Lad=( +1)L,再由安培力公式F=BIL可得合力大小为( +1)ILB,选项A正确、B错误。22考点三与安培力有关的力学综合问题的分析方法1.解题基本思路:2.求解关键:(1)电磁问题力学化。(2)立体图形平面化。 3-1如图所示,金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中,棒中通以由M向N的电流,平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ。如果仅改变下列某一个条件,θ角的相应变化情况是 (A) A.棒中的电流变大,θ角变大B.两悬线等长变短,θ角变小C.金属棒质量变大,θ角变大D.磁感应强度变大,θ角变小解析金属棒MN受力分析及其侧视图如图所示,由平衡条件可知F安=mgtanθ,而F安=BIL,即BIL=mgtanθ,则I↑⇒θ↑,m↑⇒θ↓,B↑⇒θ↑,故A正确,C、D错误。θ角与悬线长度无关,B错误。 3-2(2017海淀期末)如图所示,两根倾斜直金属导轨MN、PQ平行放置,它们所构成的轨道平面与水平面之间的夹角θ=37°,两导轨之间的距离L=0.50m。一根质量m=0.20kg的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直,且接触良好,整套装置处于与ab棒垂直的匀强磁场中。在导轨的上端接有电动势E=36V、内阻r=1.6Ω的直流电源和电阻箱R。已知导轨与金属杆的电阻均可忽略不计,sin37°=0.60,cos37°=0.80,重力加速度g=10m/s2。 (1)若金属杆ab和导轨之间的摩擦可忽略不计,当电阻箱接入电路中的电阻R1=2.0Ω时,金属杆ab静止在导轨上。①如果磁场方向竖直向下,求满足条件的磁感应强度的大小;②如果磁场的方向可以随意调整,求满足条件的磁感应强度的最小值及方向;(2)如果金属杆ab和导轨之间的摩擦不可忽略,整套装置处于垂直于导轨平面斜向下、磁感应强度大小B=0.40T的匀强磁场中,当电阻箱接入电路中的电阻值R2=3.4Ω时,金属杆ab仍保持静止,求此时金属杆ab受到的摩擦力f大小及方向。答案(1)①0.30T②0.24T方向垂直于导轨平面斜向下(2)0.24N方向沿导轨平面斜向下解析(1)①设通过金属杆ab的电流为I1,根据闭合电路欧姆定律可知I1= 设磁感应强度为B1,由安培定则可知金属杆ab受安培力水平向右,金属杆ab受力如图甲所示 1ERr甲对金属杆ab,根据共点力平衡条件有B1I1L=mgtanθ解得B1= =0.30T②根据共点力平衡条件可知,最小的安培力方向应沿导轨平面斜向上,金属杆ab受力如图乙所示1tanmgθIL 乙设磁感应强度的最小值为B2,对金属杆ab,根据共点力平衡条件有B2I1L=mgsinθ解得B2= =0.24T根据左手定则可判断出,此时磁场的方向垂直于导轨平面斜向下(2)设通过金属杆ab的电流为I2,根据闭合电路欧姆定律可知I2= 假设金属杆ab受到的摩擦力方向沿导轨平面向下,根据共点力平衡条件有BI2L=mgsinθ+f解得f=0.24N结果为正,说明假设成立,摩擦力方向沿导轨平面斜向下。1sinmgθIL2ERr