2020届高考物理总复习教科版课件:第9章 磁场 第1课时 磁场及磁场对电流的作用 .pdf
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1、第九章 磁 场第九章 磁 场 第第1 1课时 磁场及磁场对电流的作用课时 磁场及磁场对电流的作用 基础回顾基础回顾 核心探究核心探究 演练提升演练提升 基础回顾基础回顾 自主梳理自主梳理融会贯通融会贯通 知识梳理知识梳理 一、磁场、磁感应强度一、磁场、磁感应强度 1.1.磁场磁场 (1)(1)基本特性基本特性: :磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有 的作用的作用. . (2)(2)方向方向: :小磁针静止时小磁针静止时 所指的方向所指的方向, ,即是即是N N极所受磁场力的方向极所受磁场力的方向. . 2.2.磁感应强度磁感应强度 (1)(1)物理意义
2、物理意义: :描述磁场的描述磁场的 和和 . . (2)(2)定义式定义式:B=:B= ( (通电导线垂直于磁场通电导线垂直于磁场).). (3)(3)方向方向: :小磁针小磁针 时时N N极的指向极的指向. . 磁场力磁场力 N N极极 强弱强弱方向方向 静止静止 F IL 二、磁感线 电流的磁场二、磁感线 电流的磁场 1.1.磁感线磁感线 (1)(1)引入引入: :曲线上每一点的曲线上每一点的 方向为该点的磁场方向方向为该点的磁场方向, ,曲线的疏密表示磁曲线的疏密表示磁 场的强弱场的强弱, ,曲线疏的地方磁场曲线疏的地方磁场 , ,曲线密的地方磁场曲线密的地方磁场 . . (2)(2)特
3、点特点: :磁感线的特点与电场线的特点类似磁感线的特点与电场线的特点类似, ,主要区别在于磁感线是主要区别在于磁感线是 . . 的曲线的曲线. . (3)(3)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场条形磁铁和蹄形磁铁的磁场( (如图所示如图所示).). 切线切线 弱弱强强 闭合闭合 2.2.安培定则安培定则 (1)(1)通电直导线通电直导线: :右手握住导线右手握住导线, ,让让 所指的方向与电流方向一致所指的方向与电流方向一致, , 则则 所指的方向就是磁感线环绕的方向所指的方向就是磁感线环绕的方向. . (2)(2)环形电流环形电流: :如果右手如果右手 与环形电流的方向一致与环形电流的方向一致, ,
4、所所 指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向. . 如图如图, ,分别表示通电直导线、环形电流、通电线圈周围的磁场分别表示通电直导线、环形电流、通电线圈周围的磁场, ,表示表示 . . 的方向的方向, ,表示表示 的方向的方向. . 3.3.匀强磁场匀强磁场 强弱、方向强弱、方向 的磁场的磁场. . 伸直的拇指伸直的拇指 弯曲的四指弯曲的四指 弯曲的四指弯曲的四指 伸直的拇指伸直的拇指 电流电流 磁感线磁感线 处处相同处处相同 三、安培力的大小和方向三、安培力的大小和方向 1.1.大小大小 (1)F=(1)F= ( (其中其中为为B B与与I I之间的夹角
5、之间的夹角) ) (2)(2)磁感应强度磁感应强度B B的方向与电流的方向与电流I I的方向垂直时的方向垂直时,F=,F= . . (3)(3)磁感应强度磁感应强度B B的方向与电流的方向与电流I I的方向平行时的方向平行时,F=0.,F=0. ILBsin ILBsin ILBILB 2.2.方向方向 (1)(1)用左手定则判定用左手定则判定: :伸出左手伸出左手, ,四指并拢四指并拢, ,使大拇指和其余四指垂直使大拇指和其余四指垂直, ,并且都跟并且都跟 手掌在同一个平面内手掌在同一个平面内, ,让磁感线垂直穿过手心让磁感线垂直穿过手心, ,四指指向四指指向 , ,则大拇指则大拇指 所指方
6、向就是通电导线所受所指方向就是通电导线所受 . . 如图如图, ,表示表示 的方向的方向, ,表示表示 的方向的方向, ,表示表示 的方向的方向. . 电流方向电流方向 安培力的方向安培力的方向 电流电流磁场磁场安培力安培力 (2)(2)安培力的方向特点安培力的方向特点:FB,FI,:FB,FI,即即F F垂直于垂直于B B和和I I决定的平面决定的平面.(.(注意注意:B:B和和I I可可 以有任意夹角以有任意夹角) ) 自主检测自主检测 1.1.思考判断思考判断 (1)(1)磁场中某点磁感应强度的大小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强弱有关跟放在该点的试探电流元的强
7、弱有关.(.( ) ) (2)(2)安培力做功的实质是能量转化安培力做功的实质是能量转化.(.( ) ) (3)(3)在磁场中磁感线越密集的地方在磁场中磁感线越密集的地方, ,磁感应强度越大磁感应强度越大.(.( ) ) (4)(4)奥斯特发现了电流可以产生磁场奥斯特发现了电流可以产生磁场.(.( ) ) (5)(5)由定义式由定义式B= B= 可知可知, ,电流电流I I越大越大, ,导线导线L L越长越长, ,某点的磁感应强度就越小某点的磁感应强度就越小.(.( ) ) (6)(6)磁感线是真实存在的磁感线是真实存在的.(.( ) ) 答案答案: :(1)(1) (2)(2) (3)(3)
8、 (4)(4) (5)(5) (6)(6) F IL 2.2.( (多选多选) )下列说法中正确的是下列说法中正确的是( ( ) ) A.A.电荷在某处不受电场力的作用电荷在某处不受电场力的作用, ,则该处电场强度为零则该处电场强度为零 B.B.一小段通电导线在某处不受磁场力作用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则该处磁感应强度一定为零 C.C.表征电场中某点电场的强弱表征电场中某点电场的强弱, ,是用一个检验电荷放在该点时受到的电场力是用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量的比值与检验电荷本身电荷量的比值 D.D.表征磁场中某点磁场的强弱表征
9、磁场中某点磁场的强弱, ,是用一小段通电导线放在该点时受到的磁场是用一小段通电导线放在该点时受到的磁场 力与该小段导线长度和电流乘积的比值力与该小段导线长度和电流乘积的比值 ACAC 解析解析: :电场对放入其中的电荷有力的作用电场对放入其中的电荷有力的作用, ,磁场对通电导线有力的作用的磁场对通电导线有力的作用的 条件是磁场方向不能和电流方向平行条件是磁场方向不能和电流方向平行, ,选项选项A A正确正确,B,B错误错误; ;同理根据电场强同理根据电场强 度的定义式度的定义式E= E= 可知可知C C正确正确. .而同样用比值定义法定义的磁感应强度则应而同样用比值定义法定义的磁感应强度则应
10、有明确的说明有明确的说明, ,即即B= B= 中中I I和和B B的方向必须垂直的方向必须垂直, ,选项选项D D错误错误. . F q F IL 3.3.为了解释地球的磁性为了解释地球的磁性,19,19世纪安培假设世纪安培假设: :地球的磁场是由绕过地心的轴的地球的磁场是由绕过地心的轴的 环形电流环形电流I I引起的引起的. .在图中能正确表示安培假设中环形电流方向的是在图中能正确表示安培假设中环形电流方向的是( ( ) ) B B 解析解析: :地磁场的地磁场的N N极在地球南极附近极在地球南极附近, ,地磁场的地磁场的S S极在地球北极附近极在地球北极附近, ,根据安根据安 培定则培定则
11、, ,可判定电流方向为顺时针方向可判定电流方向为顺时针方向( (站在地球的北极向下看站在地球的北极向下看),),选项选项B B正正 确确,A,C,D,A,C,D错误错误. . 4.4.如图所示如图所示, ,某区域内有垂直纸面向里的匀强磁场某区域内有垂直纸面向里的匀强磁场, ,磁感应强度大小为磁感应强度大小为B.B.一一 正方形刚性线圈边长为正方形刚性线圈边长为L,L,匝数为匝数为n,n,线圈平面与磁场方向垂直线圈平面与磁场方向垂直, ,线圈一半在磁线圈一半在磁 场内场内. .某时刻某时刻, ,线圈中通过大小为线圈中通过大小为I I的电流的电流, ,则此时线圈所受安培力的大小为则此时线圈所受安培
12、力的大小为( ( ) ) D D 核心探究核心探究 分类探究分类探究各个击破各个击破 考点一 磁场的理解及安培定则考点一 磁场的理解及安培定则 1.1.磁场的特点磁场的特点 (1)(1)磁场是磁体、电流周围存在的一种特殊物质磁场是磁体、电流周围存在的一种特殊物质, ,是客观存在的是客观存在的. . (2)(2)磁场的强弱由磁场本身决定磁场的强弱由磁场本身决定, ,与放入其中的电流元的大小无关与放入其中的电流元的大小无关. . (3)(3)磁场既有强弱也有方向磁场既有强弱也有方向, ,磁场的强弱和方向可用磁感应强度来表示磁场的强弱和方向可用磁感应强度来表示, ,也可也可 用磁感线定性地表示用磁感
13、线定性地表示. . 2.2.电流的磁场电流的磁场 3.3.磁场的叠加磁场的叠加 磁感应强度是矢量磁感应强度是矢量, ,计算时与力的计算方法相同计算时与力的计算方法相同, ,利用平行四边形定则或正交利用平行四边形定则或正交 分解法进行合成与分解分解法进行合成与分解. . 【典例典例1 1】 ( (20172017全国全国卷卷,18),18)如图如图, ,在磁感应强度大小为在磁感应强度大小为B B0 0的匀强磁场中的匀强磁场中, ,两两 长直导线长直导线P P和和Q Q垂直于纸面固定放置垂直于纸面固定放置, ,两者之间的距离为两者之间的距离为l.l.在两导线中均通有方向在两导线中均通有方向 垂直于
14、纸面向里的电流垂直于纸面向里的电流I I时时, ,纸面内与两导线距离均为纸面内与两导线距离均为l l的的a a点处的磁感应强度为点处的磁感应强度为 零零. .如果让如果让P P中的电流反向、其他条件不变中的电流反向、其他条件不变, ,则则a a点处磁感应强度的大小为点处磁感应强度的大小为( ( ) ) C C 多维训练多维训练 1.1. 磁场的理解磁场的理解 ( (多选多选) )指南针是我国古代四大发明之一指南针是我国古代四大发明之一. .关于指南针关于指南针, ,下列说下列说 法正确的是法正确的是( ( ) ) A.A.指南针可以仅具有一个磁极指南针可以仅具有一个磁极 B.B.指南针能够指向
15、南北指南针能够指向南北, ,说明地球具有磁场说明地球具有磁场 C.C.指南针的指向会受到附近铁块的干扰指南针的指向会受到附近铁块的干扰 D.D.在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线, ,导线通电时指南针不偏转导线通电时指南针不偏转 BCBC 解析解析: :任何磁体均具有两个磁极任何磁体均具有两个磁极, ,故选项故选项A A错误错误; ;指南针之所以能指向南北指南针之所以能指向南北, , 是因为指南针的两个磁极受到磁场力的作用是因为指南针的两个磁极受到磁场力的作用, ,这说明地球具有磁场这说明地球具有磁场, ,即选项即选项 B B正确正确; ;放在指南
16、针附近的铁块被磁化后放在指南针附近的铁块被磁化后, ,反过来会影响指南针的指向反过来会影响指南针的指向, ,即选即选 项项C C正确正确; ;通电直导线产生的磁场对其正下方的指南针有磁场力的作用通电直导线产生的磁场对其正下方的指南针有磁场力的作用, ,会会 使指南针发生偏转使指南针发生偏转, ,故选项故选项D D错误错误. . 2.2. 安培定则的应用安培定则的应用, ,磁场的叠加磁场的叠加 (2018(2018江西上高县模拟江西上高县模拟)()(多选多选) )有两根长直导有两根长直导 线线a,ba,b互相平行放置互相平行放置, ,如图所示为垂直于导线的截面图如图所示为垂直于导线的截面图. .
17、在图中所示的平面内在图中所示的平面内,O,O点点 为两根导线连线的中点为两根导线连线的中点,M,N,M,N为两根导线附近的两点为两根导线附近的两点, ,它们在两导线连线的中垂线它们在两导线连线的中垂线 上上, ,且与且与O O点的距离相等点的距离相等. .若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流I,I,则下则下 列说法中正确的是列说法中正确的是( ( ) ) A.MA.M点和点和N N点的磁感应强度大小相等点的磁感应强度大小相等, ,方向相反方向相反 B.B.导线导线a,ba,b互相排斥互相排斥 C.C.在线段在线段MNMN上各点的磁感应强度都不可能
18、为零上各点的磁感应强度都不可能为零 D.D.在线段在线段MNMN上只有一点的磁感应强度为零上只有一点的磁感应强度为零 ADAD 解析解析: :根据安培定则判断得知根据安培定则判断得知, ,两根通电导线产生的磁场方向均沿逆时针两根通电导线产生的磁场方向均沿逆时针 方向方向, ,由于对称由于对称, ,两根通电导线在两根通电导线在M,NM,N两点产生的磁感应强度大小相等两点产生的磁感应强度大小相等, ,根根 据平行四边形进行合成得到据平行四边形进行合成得到,M,M点和点和N N点的磁感应强度大小相等点的磁感应强度大小相等,M,M点磁场方点磁场方 向向下向向下,N,N点磁场方向向上点磁场方向向上, ,
19、方向相反方向相反, ,选项选项A A正确正确; ;两导线通有同向电流两导线通有同向电流, ,故故 相互吸引相互吸引, ,选项选项B B错误错误; ;只有当两根通电导线在同一点产生的磁感应强度大只有当两根通电导线在同一点产生的磁感应强度大 小相等、方向相反时小相等、方向相反时, ,合磁感应强度才为零合磁感应强度才为零, ,则知只有则知只有O O点的磁感应强度为点的磁感应强度为 零零, ,选项选项C C错误错误,D,D正确正确. . 考点二 安培力的分析与计算考点二 安培力的分析与计算 1.1.在应用左手定则判定安培力方向时在应用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磁感线方
20、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即大拇指一定要垂直于磁场 方向和电流方向决定的平面方向和电流方向决定的平面. . 2.2.应用安培力的公式应用安培力的公式F=ILBF=ILB时要注意时要注意 (1)B(1)B与与I I垂直垂直. . (2)L(2)L是有效长度是有效长度. . 公式公式F=ILBF=ILB中中L L指的是指的是“有效长度有效长度”. .当当B B与与I I垂直时垂直时,F,F最大最大,F=ILB;,F=ILB;当当B B与与I I 平行时平行时,F=0.,F=0. 弯曲导
21、线的有效长度弯曲导线的有效长度L,L,等于连接两端点线段的长度等于连接两端点线段的长度. . 闭合线圈通电后闭合线圈通电后, ,在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零. . 【典例典例2 2】 如图所示如图所示, ,用粗细均匀的电阻丝折成平面梯形框架用粗细均匀的电阻丝折成平面梯形框架,ab,cd,ab,cd边均与边均与 adad边成边成6060角角,ab=bc=cd=L,ab=bc=cd=L,长度为长度为L L的电阻丝电阻为的电阻丝电阻为r,r,框架与一电动势为框架与一电动势为E E、 内阻为内阻为r r的电源相连接的电源相连接, ,垂直于框架平面有磁感应强度
22、为垂直于框架平面有磁感应强度为B B的匀强磁场的匀强磁场, ,则框则框 架受到的安培力的合力大小为架受到的安培力的合力大小为( ( ) ) C C 核心点拨核心点拨 可分别求出可分别求出ab,bc,cdab,bc,cd段受到的安培力段受到的安培力, ,然后由平行四边形定然后由平行四边形定 则求合力则求合力; ;也可将也可将abcdabcd段等效为长为段等效为长为2L2L的一段直导线的一段直导线, ,方向与方向与adad平行平行, ,然后然后 求安培力求安培力. . 方法技巧方法技巧 弯折类导线所受安培力的求法弯折类导线所受安培力的求法 (1)(1)分段求安培力分段求安培力, ,再由力的合成求其
23、合力再由力的合成求其合力. . (2)(2)等效法求有效长度等效法求有效长度, ,其数值等于处于磁场中的通电导线两端点间在垂直其数值等于处于磁场中的通电导线两端点间在垂直 于磁场方向的距离于磁场方向的距离, ,再用公式求安培力再用公式求安培力. . 多维训练多维训练 1.1. 安培力的方向及大小安培力的方向及大小 (2014(2014全国全国卷卷,15),15)关于通电直导线在匀强磁场中所关于通电直导线在匀强磁场中所 受的安培力受的安培力, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) ) A.A.安培力的方向可以不垂直于直导线安培力的方向可以不垂直于直导线 B.B.安培力的方向总是垂直于磁场
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