2021届高考物理一轮复习 第9章 磁场 第1节 磁场的描述 磁场对电流的作用课件

第九章磁场2345第1节磁场的描述磁场对电流的作用6必备知识全通关7一、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：小磁针的所受磁场力的方向。N极磁场力82．磁感应强度(1)物理意义：描述磁场的和。(2)大小：B＝FIL(通电导线垂直于磁场)。(3)方向：小磁针静止时的指向。(4)单位：特斯拉(T)。强弱方向N极93．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：疏密程度相同、方向相同的平行直线。处处相同处处相等104．地磁场(1)地磁的N极在地理附近，S极在地理附近，磁感线分布如图所示。北极南极11(2)在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感应强度_______，且方向水平。5．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。向北相等12二、磁感线通电直导线和通电线圈周围磁场的方向1．磁感线及特点(1)磁感线：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的的方向一致。磁感应强度13(2)特点①磁感线上某点的方向就是该点的磁场方向。②磁感线的定性地表示磁场的强弱。③磁感线是曲线，没有起点和终点。④磁感线是假想的曲线，客观上。切线疏密闭合不存在142．电流的磁场通电直导线通电螺线管环形电流安培定则15三、安培力及其方向1．安培力的大小(1)磁场和电流垂直时：F＝。(2)磁场和电流平行时：F＝。0BIL162.安培力的方向左手定则判断：(1)伸出左手，让拇指与其余四指，并且都在同一个平面内。垂直17(2)让磁感线从掌心进入，并使四指指向方向。(3)所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。拇指电流181．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)磁场中某点磁感应强度的大小，跟放在该点的试探电流元的情况无关。()(2)小磁针N极所指的方向就是该处磁场的方向。()(3)在同一幅图中，磁感线越密，磁场越强。()√√×19(4)将通电导线放入磁场中，若不受安培力，说明该处磁感应强度为零。()(5)1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电流的磁效应。()(6)安培力可能做正功，也可能做负功。()√×√202．(粤教版选修3－1P84T1)把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用。关于安培力的方向，下列说法中正确的是()A．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同B．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直21C．安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度方向垂直D．安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直D[根据左手定则可知，安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直，故D正确。]223．(教科版选修3－1P83T3)(多选)如图为通电螺线管。A为螺线管外一点，B、C两点在螺线管的垂直平分线上，则下列说法正确的是()A．磁感线最密处为A处，最疏处为B处B．磁感线最密处为B处，最疏处为C处C．小磁针在B处和A处N极都指向左方D．小磁针在B处和C处N极都指向右方23BC[根据安培定则可知，A、B两处磁场方向向左，C处磁场方向向右；根据通电螺线管周围的磁感线分布情况可知，B处磁感线最密，C处磁感线最疏。]244．(人教版选修3－1P83“演示”实验改编)如图是“探究影响通电导体在磁场中受力的因素”的实验示意图。三块相同的蹄形磁铁并列放置在水平桌面上，导体棒用图中1、2、3、4轻而柔软的细导线悬挂起来，它们之中的任意两根与导体棒和电源构成回路。认为导体棒所在位置附近为匀强磁场，最初导线1、4接在直流电源上，电源没有在图中画出。关于接通电源时可能出现的实验现象，下列叙述正确的是()25A．改变电流方向同时改变磁场方向，导体棒摆动方向将会改变B．仅改变电流方向或者仅改变磁场方向，导体棒摆动方向一定改变C．增大电流同时改变接入导体棒上的细导线，接通电源时，导体棒摆动幅度一定增大D．仅拿掉中间的磁铁，导体棒摆动幅度不变[答案]B26关键能力全突破27安培定则的应用和磁场的叠加[依题组训练]1．(多选)下列说法正确的是()A．磁场中某点的磁感应强度可以这样测定：把一小段通电导线放在该点时，受到的磁场力F与该导线的长度L、通过的电流I的乘积的比值B＝FIL，即磁场中某点的磁感应强度28B．通电导线在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零C．磁感应强度B＝FIL只是定义式，它的大小取决于场源及磁场中的位置，与F、I、L以及通电导线在磁场中的方向无关D．磁场是客观存在的29CD[A项考查的是磁感应强度的定义，只有当通电导线与磁场方向垂直时才有B＝FIL，A错误；B项中，当通电导线与磁场平行时，不受磁场力，此时，磁感应强度不为零，B错误；C选项中，B＝FIL是定义式，磁场强弱取决于场源及磁场中的位置，C正确；磁场与电场一样，都是客观存在的，D正确。]302．关于磁感线的描述，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．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的C．两条磁感线的空隙处一定不存在磁场D．两个磁场叠加的区域，磁感线就可能相交31A[磁感线上每一点的切线方向表示该点的磁场方向，即小磁针静止时北极所指的方向，A正确；磁感线是为了形象地描述磁场而假想的一簇有方向的闭合曲线，实际上并不存在，细铁屑可以显示出其形状，但那并不是磁感线，B错误；磁感线的疏密反映磁场的强弱，磁感线是假想的、人为画出的曲线，两条磁感线的空隙处也存在磁场，C错误；在磁铁外部磁感线从N极到S极，在内部从S极到N极，磁感线不相交，所以D错误。]323.如图所示，圆环上带有大量的负电荷，当圆环沿顺时针方向转动时，a、b、c三枚小磁针都要发生转动，以下说法正确的是()33A．a、b、c的N极都向纸里转B．b的N极向纸外转，而a、c的N极向纸里转C．b、c的N极都向纸里转，而a的N极向纸外转D．b的N极向纸里转，而a、c的N极向纸外转34B[由于圆环带负电荷，故当圆环沿顺时针方向转动时，等效电流的方向为逆时针，由安培定则可判断环内磁场方向垂直纸面向外，环外磁场方向垂直纸面向内，磁场中某点的磁场方向即是放在该点的小磁针静止时N极的指向，所以小磁针b的N极向纸外转，a、c的N极向纸里转，故B正确。]354．(多选)(2018·全国卷Ⅱ)如图所示，纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2，L1中的电流方向向左，L2中的电流方向向上；L1的正上方有a、b两点，它们相对于L2对称。整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外。已知a、b两点的磁感应强度大小分别为13B0和12B0，方向也垂直于纸面向外。则()36A．流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为712B0B．流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为112B0C．流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为112B0D．流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为712B037AC[由对称性可知，流经L1的电流在a、b两点产生的磁感应强度大小相等且方向相同，设为B1，流经L2的电流在a、b两点产生的磁感应强度大小相等但方向相反，设其大小为B2，由磁场叠加原理有B0－B1－B2＝13B0，B0－B1＋B2＝12B0，联立解得B1＝712B0，B2＝112B0，所以A、C正确。]381．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及通电螺线管的磁场时应分清“因”和“果”。原因(电流方向)结果(磁场方向)直线电流的磁场大拇指四指环形电流及通电螺线管的磁场四指大拇指392.磁场叠加问题的解题思路(1)确定磁场场源，如通电导线。(2)定位空间中需求解磁场的点，利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁场的大小和方向。如图所示为M、N在c点产生的磁场BM、BN。40(3)应用平行四边形定则进行合成，如图中的合磁场B。41安培力大小和方向[讲典例示法]1．安培力大小：F＝ILBsinθ(1)当I⊥B时，F＝BIL。(2)当I∥B时，F＝0。42注意：①当导线弯曲时，L是导线两端的有效直线长度(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。432．安培力方向：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。44[典例示法](一题多变)(多选)如图所示，空间中有一斜向右下方、与水平方向成θ角的匀强磁场，磁感应强度为B，一绝缘竖直挡板AC垂直于纸面所在的平面竖直放置，一根通有垂直纸面向外的电流的水平金属杆，紧贴挡板上的O点处于静止状态。下列说法正确的是()45A．若挡板AC表面光滑，略减小杆中电流，杆可能仍然静止于O点B．若挡板AC表面光滑，略增大杆中电流，要使杆仍然静止，可将挡板绕过O点垂直纸面的轴逆时针转动一定角度C．若挡板AC表面粗糙，略增大杆中电流，杆可能仍然静止，且杆所受的静摩擦力一定增大D．若挡板AC表面粗糙，略减小杆中电流，杆可能仍然静止，且杆所受的静摩擦力方向可能竖直向上46BD[若挡板AC表面光滑，则杆受重力G、支持力N和安培力F的作用而静止，如图甲所示，根据平衡条件有Fcosθ＝G，而F＝BIL，得BILcosθ＝G，当略减小杆中电流I时，有BILcosθG，则杆将向下做加速运动，选项A错误；若挡板AC表面光滑，则杆受重力G、支持力N和安培力F三个力的作用而静止，三力平衡时，三个力可以构成首尾相连的矢量三角形，如图乙所示，略增大杆中电流I，则安培力F(方向不变)略增大，要使杆重新平衡，支持力N必须47逆时针转动一定角度，即将挡板绕过O点垂直纸面的轴逆时针转动一定角度，选项B正确；若挡板AC表面粗糙，则杆可能受重力、支持力、静摩擦力和安培力的作用而静止，其中静摩擦力的方向可能竖直向上，也可能竖直向下，静摩擦力还可能为零，略增大杆中电流I，安培力F增大，杆可能仍然静止，若原静摩擦力方向竖直向上，根据Fcosθ＋f＝mg知，静摩擦力f可能减少，选项C错误；若挡板AC表面粗糙，略减小杆中电流I，安培力F减小，杆可能仍然静48止，若原静摩擦力f方向竖直向上，根据Fcosθ＋f＝mg知，静摩擦力f增加且方向仍竖直向上，选项D正确。]甲乙49【拓展1】若GBILcosθ，杆是否受静摩擦力f？方向如何？略增大I时，f如何变化？提示：受静摩擦力，竖直向上，I增大时，f减小，可减为零。【拓展2】若G＝BILcosθ，杆是否受静摩擦力f？略增大或减少I时，f如何变化？提示：不受静摩擦力，I增大时，f竖直向下增大，I减小时，f竖直向上增大。50【拓展3】若GBILcosθ，杆是否受静摩擦力f？方向如何？若减小I时，f如何变化？提示：受静摩擦力，竖直向下，I减小时，f减小，可减为零。【拓展4】若金属杆随粗糙挡板一起水平向左做匀加速直线运动，挡板保持竖直，其他条件均不变，则与挡板静止时相比较，杆受的安培力、支持力、摩擦力如何变化？提示：安培力不变，支持力变大，摩擦力不变。511安培力作用下的平衡问题与力学中的平衡问题分析方法是相同的，只不过多了安培力，解题的关键仍是受力分析。2视图转换降维法：对于安培力作用下的力学问题，线框的受力边及金属棒的受力往往分布在三维空间的不同方向上，这时应利用俯视图、剖面图或侧视图等，变立体图为二维平面图。523在剖面图中，线框的受力边及金属棒可用小圆圈代替，垂直剖面方向的电流可用“⊗”或“⊙”表示，垂直剖面方向的磁场可用“×”或“·”表示，但垂直剖面方向的力不能用“×”或“·”表示。53[跟进训练]安培力的叠加1.如图所示，一个边长为L的正方形金属框竖直放置，各边电阻相同，金属框放置在磁感应强度大小为B、方向垂直金属框平面向里的匀强磁场中。若A、B两端与导线相连，由A到B通以如图所示方向的电流(由A点流入，从B