高考物理第一轮复习 磁场.ppt

《高考物理第一轮复习 磁场.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理第一轮复习 磁场.ppt（107页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、磁场 一 磁场磁现象的电本质磁感强度 二 磁感线磁通量 三 磁场力 四 洛仑兹力的应用 知识要点 第一部分 磁现象的电本质 磁场的产生 在磁体周围存在磁场 一 磁场 磁场的产生 2 电流周围存在磁场 磁场 直线电流周围的磁场 奥斯特实验 环形电流周围的磁场 通电螺线管周围的磁场 1 磁体周围存在磁场 二 安培分子电流假说 在原子 分子等物质微粒内部 存在着一种环形电流 分子电流 分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体 它相当于两个磁极 N S 磁体被磁化 分子电流 磁场 磁体的周围存在磁场 电流周围存在磁场 奥斯特实验 运动的电荷周围存在磁场 罗兰实验 安培分子环流假说 所有磁场均产生于运动电

2、荷 磁现象的电本质 三 磁化现象 如果每个微小的磁体的取向大致相同 整个物体对外就显示磁性 一个原来不具有磁性的物体 在磁场中它具的磁性 这种现象叫磁化 N S 磁性材料 磁性材料的应用 软磁材料 收音机的天线磁棒 录音磁头 记忆元件 变压器等 硬磁材料 磁电式仪表 扬声器 话简 永磁电动机等 第二部分 磁感线 一 磁感线 1 磁感线是用来形象描绘磁场的一些列线 2 磁感线是不存在的 3 对磁体的磁感线 在磁体的外部是从N出发到S进入 4 磁感线一定是闭合的曲线 5 磁感线某点的切向方向为该点小磁针N的指向 即为该点的磁场方向 6 磁感线越密的地方磁感应强度越大 1 磁体的磁感线 2 电流的磁

3、感线 二 电流的磁场方向的判断1 直线电流的磁场 安培定则2 环形电流的磁场 安培定则 右手螺旋定则3 通电螺线管的磁场 右手螺旋定则 1 直线电流的磁场方向的判断 安培定则 右手螺旋定则 2 环形电流的磁场方向的判断 安培定则 右手螺旋定则 3 通电螺线管的磁场方向的判断 安培定则 右手螺旋定则 例 在图中 当电流逆时针通过圆环导体时 在导体中央的小磁针的N极将指向 指向读者 例 如图所示 一小磁针静止在通电螺线管的内部 请分别标出通电螺线管和小磁针的南北极 S N N S 磁感应强度的定义式B的大小与F IL均无关导线一定要垂直放置在磁场中单位 特斯拉 1T 1N A m 地磁场 0 3

4、10 4 0 7 10 4T磁场方向总是与F的方向垂直 由左手定则进行判断 第三部分 磁感应强度和磁通量 IL 磁感应强度 磁通量 穿过某一面积磁感线的条数 用 表示 大小 BS S为垂直于磁场的面积 标量 没有方向 它只是条数 但有正负单位 韦伯 Wb 磁通密度 B S 磁感应强度又叫磁通密度 垂直穿过1m2面积的磁感线条数 1T 1Wb m2 在匀强磁场中 当B与S的夹角为 时 有 BSsin 2 磁通量 穿过两面积的磁通量相等吗 R 穿过两面积的磁通量相等吗 两面积内的磁通量相等吗 B B S S 例 如图所示 在水平虚线上方有磁感强度为2B 方向水平向右的匀强磁场 水平虚线下方有磁感强

5、度为B 方向水平向左的匀强磁场 边长为l的正方形线圈放置在两个磁场中 线圈平面与水平面成 角 线圈处于两磁场中的部分面积相等 则穿过线圈平面的磁通量大小为多少 例2 如图所示 大圆导线环A中通有电流I 方向如图 另在导线环所在的平面画了一个圆B 它的一半面积在A环内 一半面积在A环外 则圆B内的磁通量下列说法正确的是 A 圆B内的磁通量垂直纸面向外 B 圆B内的磁通量垂直纸面向里 C 圆B内的磁通量为零 D 条件不足 无法判断 B A 答案 B 安培力 磁场对电流的作用力 安培力 磁场力 1 当电流与磁场垂直时 安培力的大小 F BIL 第四部分 安培力 1 安培力的大小F ILBSin 不受

6、力 受力最大 受力 a b b c b图中安培力如何计算 2 安培力方向的判断 安培力的方向 左手定则伸开左手 使大姆指跟其余四指垂直 并且都跟手掌在一个平面内 把手放入磁场中 让磁感线穿过手心 并使伸开的四指指向电流的方向 那么大姆指所指的方向就是通电导线所受的安培力方向 F B I I 3 通电导体在安培力作用下的运动情况的分析方法 1 电流元分析法 2 特殊位置法 3 等效法 4 推论法 电流元分析法 例 如图11 2 7所示 把一重力不计的通电导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方 导线可以自由转动 当导线通入图示方向电流I时 导线的运动情况是 从上往下看 A 顺时针方向转动 同时下降 B

7、顺时针方向转动 同时上升 C 逆时针方向转动 同时下降 D 逆时针方向转动 同时上升 A 特殊位置法 能力 思维 方法 解析 本题主要用电流元法和特殊位置法 即在N S上方 均在电流上选取一段微小电流 分析其受力 以确定导线的转动 再将电流转到特殊位置时再确定其平动 解题回顾 定性判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动问题 主要方法 1 电流元法 2 特殊位置法 3 等效法 有时将线圈等效成小磁针 N N S S 等效分析法 电流之间的相互作用 磁场 反相电流相互排斥 同相电流相互吸引 推论法 通以如图所示的电流弹簧会发生什么现象 第五部分 有关安培力的定性分析和定量计算 例1 如图所示的条形

8、磁铁放置在水平桌面上 它的中央正方固定一条直导线 导线与磁铁垂直 给导线通以垂直线面向外的电流 磁铁仍然静止的桌面上 则 A 磁铁对桌面压力减小 它仍不受桌面摩擦力作用B 磁铁对桌面压力增大 它要受桌面摩擦力作用C 磁铁对桌面压力增大 它仍不受桌面摩擦力作用D 磁铁对桌面压力减小 它要受桌面摩擦力作用 答案 A 例2 一圆形线圈 半径为r 通以电流强度为I的电流 放在光滑水平面上 匀强磁场的磁感应强度大小为B 方向竖直向下 如图所示 俯视图 则线圈截面上张力大小为 A 2BIrB 0 5BIrC BIrD 不能求解 C 例3 02上海 磁场具有能量 磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度 其值

9、为B2 2 式中B是磁感强度 是磁导率 在空气中 为一已知常数 为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感强度B 一学生用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P 再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离 l 并测出拉力F 如图所示 因为F所作的功等于间隙中磁场的能量 所以由此可得磁感强度B与F A之间的关系为B 例 画出通电导体ab所受的磁场力的方向 如图所示 电源的电动势E 2V r 0 5 竖直导轨电阻可忽略 金属棒的质量m 0 1kg R 0 5 它与导轨动摩擦系数为0 4 有效长度为0 2 靠在导轨外面 为使金属棒不动 我们施一与纸面夹角为300且与导轨垂直向里的磁场 求 此磁场是斜向

10、上还是斜向下 的范围是多少 mg N f 行吗 mg N f 行吗 还有什么情况 mg N f mg N f 例4 如图所示 空间有匀强磁场 将一导线OA放在xoy平面上通以电流I 导线与ox轴夹角为45 AO导线受到安培力的方向沿z轴的负方向 若将此导线改放在oz轴上并通以沿zo方向的电流 这时导线受安培力的方向沿x轴正方向 则磁场方向为 A 沿x轴正方向B 沿y轴正方向C 沿z轴正方向D 与AO不垂直 BD 例5 如图 相距20cm的两根光滑平行铜导轨 导轨平面倾角为 370 上面放着质量为80g的金属杆ab 整个装置放在B 0 2T的匀强磁场中 1 若磁场方向竖直向下 要使金属杆静止在导

11、轨上 必须通以多大的电流 2 若磁场方向垂直斜面向下 要使金属杆静止在导轨上 必须通以多大的电流 能力 思维 方法 解析 此类问题的共性是先画出侧视图 并进行受力分析 如图所示由平衡条件得 1 F BIL mgtan I mgtan BL 15A 2 当磁场垂直斜面向下时F BIL mgsin I mgsin BL 12A 解题回顾 要明确在该题中最后结果并不是很重要 相比而言 此题中的处理问题的方法却是重点 即要先以侧视的方式画出受力图 切记 例6 如图所示 有一金属棒ab 质量为m 5g 电阻R 1 可以无摩擦地在两条平行导轨上滑行 导轨间距离为d 10cm 电阻不计 导轨平面与水平面的夹

12、角 30 整个装置放在磁感应强度B 0 4T的匀强磁场中 磁场方向竖直向上 电源的电动势E 2V 内电阻r 0 1 试求变阻器取值是多少时 可使金属棒静止在导轨上 例7 如图所示 粗细均匀的金属杆长为0 5m 质量为10g 悬挂在两根轻质绝缘弹簧下端 并处于垂直纸面向外的匀强磁场中 磁场的磁感应强度B 0 49T 弹簧的劲度系数k 9 8N m 试求弹簧不伸长时 通入金属杆中的电流大小和方向 要使金属杆下降落1cm后能够静止下来 通入金属杆中的电流大小和方向 要使金属杆上升1cm后静止 则通入的电流大小和方向又如何 例8 在磁感应强度B 0 08T 方向竖直向下的匀强磁场中 一根长l1 20c

13、m 质量m 24g的金属横杆水平地悬挂在两根长均为24cm的轻细导线上 电路中通以图示的电流 电流强度保持在2 5A 横杆在悬线偏离竖直位置 300处时由静止开始摆下 求横杆通过最低点的瞬时速度大小 延伸 拓展 例9 如图所示 两根平行光滑轨道水平放置 相互间隔d 0 1m 质量为m 3g的金属棒置于轨道一端 匀强磁场B 0 1T 方向竖直向下 轨道平面距地面高度h 0 8m 当接通开关S时 金属棒由于受磁场力作用而被水平抛出 落地点水平距离s 2m 求接通S瞬间 通过金属棒的电量 解析 此题导体运动的过程实际上分为两个 一是加速度过程 此过程中牵涉到安培力的问题 二是平抛运动 而问题的关键在

14、两种运动连结点上的速度 此速度可以说是承上启下 先由平抛运动确定其平抛初速度 h gt 2 s vt解得 v 5m s而该速度亦为水平加速的末速此后的问题可用动量定理来求解 即 BILt mv且q It mv BL 1 5C 解题回顾 对于短时间内的打击或冲击问题是动量定理最应当优先考虑的 而在此题中似乎并无电量问题 但有电流 电流与电量的关系中恰好有时间关系 即要考虑力的时间作用效果 综合上述内容 故考虑用动量定理 第六部分 安培力矩与电流表的工作原理 磁力矩 N S a I b 右视 前视 磁力矩 N S 前视 磁力矩 N S 前视 磁力矩 N S 前视 I 磁力矩 N S 前视 I 磁力

15、矩 1 线圈在匀强磁场中任意位置 其合外力为零2 在线圈平行于磁场时 其磁力矩最大 垂直于磁场时磁力矩最小并为零 一般位置磁力矩M nBIScos 3 磁力矩的大小只跟面积有关 与线圈形状无关4 磁力矩的大小与转动轴的位置无关5 其中 是线圈平面与磁场的夹角 1 磁力矩 2 电流表的工作原理 电流表的工作原理 1 辐向磁场使得线圈在任意位置所受的磁力矩总是 M nBIS与转动的角度无关 只跟电流强度成正比2 螺旋弹簧的扭转力矩与转动角成正比3 电流表的指针的偏转角度与电流强度成正比 因此电流表的刻度是均匀的 例1 一矩形线圈通电框abcd 可绕其中心轴OO 转动 它处在与OO 垂直的匀强磁场中

16、 如图所示 在磁场作用下开始转动 后静止在平衡位置 则平衡后 A 线框都不受磁场力的作用B 线框四边受到指向线框外部的磁场作用力 但合力为零C 线框四边受到指向线框内部的磁场作用力 但合力为零D 线框的一对边受到指向线框外部的磁场作用力 另一对边受到指向线框内部磁场作用力 但合力为零 答案 B 例2 通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内 电流的方向如图所示 ab边与MN平行 关于MN的磁场对线框的作用 下列叙述正确的是A 线框有两条边所受的安培力方向相同B 线框有两条边所受的安培力大小相等C 线框所受安培力的合力朝左D cd所受安培力对ab边的力矩不为零 答案 C 例3 如图所示的天平可用来测定磁感应强度 天平的右臂下面挂一个矩形线圈 宽为L 共N匝 线圈的下部悬挂在匀强磁场中 磁场方向垂直纸面 当线圈中通有电流I 方向如图 时 在天平两边加上质量为m1 m2的砝码 天平平衡 当电流反向大小不变时 右边再加上质量为m的砝码后 天平重新平衡 由此可知 A 磁感应强度的方向垂直纸面向里 大小为 m1 m2 g NILB 磁感应强度的方向垂直纸面向里 大小为mg 2NIL