高三物理一轮复习磁场磁场及其对电流的作用课件.pptx

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1、第第1页页/共共66页页【知识梳理知识梳理】知识点知识点1 1磁场、磁场、磁感应强度、磁感线磁感应强度、磁感线1.1.磁场磁场:(1)(1)定义定义:磁场是磁场是_、_周围存在的一种特殊物周围存在的一种特殊物质。质。(2)(2)基本性质基本性质:磁场对处于其中的磁场对处于其中的_。磁体磁体电流电流磁体、电流和运动电磁体、电流和运动电荷有力的作用荷有力的作用第第2页页/共共66页页(3)(3)方向方向:小小磁针的磁针的_所受磁场力的方向。所受磁场力的方向。2.2.磁感应强度磁感应强度:(1)(1)定义式定义式:(:(通电导线垂直于磁场通电导线垂直于磁场)。(2)(2)方向方向:_:_。3.3.磁

2、感线及特点磁感线及特点:(1)(1)磁感线磁感线:在磁场中画出一些曲线在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一点的使曲线上每一点的切线方向都跟这点的切线方向都跟这点的_的方向一致。的方向一致。N N极极小磁针静止时小磁针静止时N N极的指向极的指向磁感应强度磁感应强度第第3页页/共共66页页(2)(2)特点特点:磁感线磁感线上某点的上某点的_方向就是该点的磁场方向。方向就是该点的磁场方向。磁感线的磁感线的_定性地表示磁场的强弱。定性地表示磁场的强弱。磁感线是磁感线是_曲线曲线,没有起点和终点。没有起点和终点。同一磁场的磁感线同一磁场的磁感线_、_、_。磁感线是假想的曲线磁感线是假想的曲线,客观上客观

3、上_。切线切线疏密疏密闭合闭合闭合闭合不中断不中断不相切不相切不存在不存在第第4页页/共共66页页知识点知识点2 2安培定则安培定则1.1.通电直导线通电直导线:右手右手握住导线握住导线,让让_所指的方所指的方向与电流方向一致向与电流方向一致,_,_所指的方向就是磁感所指的方向就是磁感线环绕的方向。线环绕的方向。伸直的拇指伸直的拇指弯曲的四指弯曲的四指第第5页页/共共66页页2.2.环形电流环形电流(或通电或通电螺线管螺线管):):让右手让右手_与环与环形电流形电流(或通电螺线管中电流或通电螺线管中电流)的方向一致的方向一致,_,_所指的方向就是环形导线所指的方向就是环形导线(或通电螺线管或通

4、电螺线管)轴线上磁感轴线上磁感线的方向。线的方向。弯曲的四指弯曲的四指伸直的拇指伸直的拇指第第6页页/共共66页页如图如图,分别表示通电直导线分别表示通电直导线、环形电流、通电线圈周、环形电流、通电线圈周围的磁场围的磁场,表示表示_的方向的方向,表示表示_的的方向。方向。电流电流磁场磁场第第7页页/共共66页页知识点知识点3 3安培力的大小与方向安培力的大小与方向1.1.安培力的方向安培力的方向:左手定则左手定则(1)(1)伸出左手伸出左手,让拇指与让拇指与其余四指其余四指_,_,并且都在同一并且都在同一个平面内。个平面内。(2)(2)让磁感线从掌心进入让磁感线从掌心进入,并使并使_指向电流指

5、向电流方向。方向。垂直垂直四指四指第第8页页/共共66页页(3)_(3)_所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。力的方向。2.2.安培力的大小安培力的大小:F=_(:F=_(为磁场方向与电流为磁场方向与电流方向的夹角方向的夹角)(1)(1)当磁场与电流垂直时当磁场与电流垂直时,F=_,F=_。(2)(2)当磁场与电流平行时当磁场与电流平行时,F=_,F=_。拇指拇指BILsinBILsinBILBIL0 0第第9页页/共共66页页【易错辨析易错辨析】(1)(1)磁场是假想的磁场是假想的,客观上不存在。客观上不存在。()(2)(2)磁场中的一小段通

6、电导体在该处受力为零磁场中的一小段通电导体在该处受力为零,此处此处B B一一定为零。定为零。()(3)(3)由定义式由定义式B=B=可知可知,电流强度电流强度I I越大越大,导线导线L L越长越长,某某点的磁感应强度就越小。点的磁感应强度就越小。()(4)(4)磁感线是真实存在的。磁感线是真实存在的。()第第10页页/共共66页页(5)(5)通电线圈可等效成条形磁铁通电线圈可等效成条形磁铁,它周围的磁感线起始它周围的磁感线起始于线圈一端于线圈一端,终止于线圈的另一端。终止于线圈的另一端。()(6)(6)安培力的方向既跟磁感应强度方向垂直安培力的方向既跟磁感应强度方向垂直,又跟电流又跟电流方向垂

7、直。方向垂直。()第第11页页/共共66页页提示提示:(1)(1)。磁场是磁体、电流周围存在的一种特殊。磁场是磁体、电流周围存在的一种特殊物质物质,是客观存在的。是客观存在的。(2)(2)。当。当BIBI时时,F=0,F=0,可见可见,通电导体受力为零通电导体受力为零,此处此处的磁感应强度的磁感应强度B B不一定为零。不一定为零。(3)(3)。公式。公式B=B=是磁感应强度的比值定义式是磁感应强度的比值定义式,磁感应磁感应强度的大小由磁场自身决定强度的大小由磁场自身决定,与电流与电流I I和导线长度和导线长度L L无关。无关。第第12页页/共共66页页(4)(4)。磁感线是为了形象描述磁场画出

8、的假想线。磁感线是为了形象描述磁场画出的假想线。(5)(5)。磁感线是闭合曲线。磁感线是闭合曲线,没有起点和终点。没有起点和终点。(6)(6)。安培力的方向既垂直于磁场方向。安培力的方向既垂直于磁场方向,又垂直于电又垂直于电流方向流方向,即垂直于磁场与电流决定的平面。即垂直于磁场与电流决定的平面。第第13页页/共共66页页考点考点1 1磁场的理解及安培定则磁场的理解及安培定则【核心要素精讲核心要素精讲】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,是客是客观存在的。观存在的。(2)(2)磁场的强弱由磁场本身决定磁场的强弱

9、由磁场本身决定,与放入其中的电流元与放入其中的电流元的大小无关。的大小无关。第第14页页/共共66页页(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磁场的强弱和方向可用磁感应强度来表示感应强度来表示,也可用磁感线定性地表示。也可用磁感线定性地表示。第第15页页/共共66页页2.2.电流的磁场电流的磁场安培定则安培定则:直线电流的磁场直线电流的磁场通电螺线管的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场环形电流的磁场特特点点无磁极无磁极,非匀强非匀强,距导线越远处磁距导线越远处磁场越弱场越弱两侧是两侧是N N极和极和S S极极,与与条形磁体的磁场类条形磁体的磁场类似似,管内可

10、看作匀强管内可看作匀强磁场磁场,管外是非匀强管外是非匀强磁场磁场两侧是两侧是N N极和极和S S极极,圆环内侧圆环内侧,离导离导线越近线越近,磁场越磁场越强强;圆环外侧离圆环外侧离圆环越远圆环越远,磁场磁场越弱越弱第第16页页/共共66页页直线电流的直线电流的磁场磁场通电螺线管的通电螺线管的磁场磁场环形电流的磁环形电流的磁场场安培安培定则定则第第17页页/共共66页页直线电流的直线电流的磁场磁场通电螺线管的通电螺线管的磁场磁场环形电流的磁环形电流的磁场场立体立体图图第第18页页/共共66页页直线电流的直线电流的磁场磁场通电螺线管的磁通电螺线管的磁场场环形电流的环形电流的磁场磁场横横截截面面图图

11、从上向下看从上向下看从前向后看从前向后看从右向左看从右向左看第第19页页/共共66页页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,合成与分解遵循平合成与分解遵循平行四边形定则。行四边形定则。第第20页页/共共66页页 【高考命题探究高考命题探究】【典例典例1 1】(2016(2016北京高考北京高考)中国宋代科学家沈括在中国宋代科学家沈括在梦梦溪笔谈溪笔谈中最早记载了地磁偏角中最早记载了地磁偏角:“以磁石磨针锋以磁石磨针锋,则则能指南能指南,然常微偏东然常微偏东,不全南也。不全南也。”进一步研究表明进一步研究表明,地地球周围地磁场的磁感线分布示意如图。结合上述材料球周围地磁

12、场的磁感线分布示意如图。结合上述材料,下列说法不正确的是世纪金榜导学号下列说法不正确的是世纪金榜导学号42722199(42722199()第第21页页/共共66页页A.A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合地理南、北极与地磁场的南、北极不重合B.B.地球内部也存在磁场地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近地磁南极在地理北极附近C.C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行D.D.地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用作用第第22页页/共共66页页【解析解析】选选C C。地理南、北极与地磁场存

13、在一个夹角。地理南、北极与地磁场存在一个夹角,称为磁偏角称为磁偏角,故地理南、北极与地磁场的南、北极不重故地理南、北极与地磁场的南、北极不重合合,A,A正确正确;地磁南极在地理的北极附近地磁南极在地理的北极附近,地磁北极在地地磁北极在地理南极附近理南极附近,B,B正确正确;由于地磁场中某点的磁场方向沿该由于地磁场中某点的磁场方向沿该点的磁感线切线方向点的磁感线切线方向,故只有赤道处磁场方向与地面平故只有赤道处磁场方向与地面平行行,C,C错误错误;在赤道处磁场方向水平在赤道处磁场方向水平,而射线是带电的粒而射线是带电的粒子子,运动方向垂直磁场方向运动方向垂直磁场方向,根据左手定则可得射向赤根据左

14、手定则可得射向赤道的带电宇宙射线粒子受到洛伦兹力的作用道的带电宇宙射线粒子受到洛伦兹力的作用,D,D正确。正确。第第23页页/共共66页页【强化训练强化训练】1.1.科考队进入某一磁矿区域科考队进入某一磁矿区域后后,发现指南针原来指向正发现指南针原来指向正北的北的N N极逆时针转过极逆时针转过30(30(如图所示的虚线如图所示的虚线),),设该处的设该处的地磁场磁感应强度水平分量为地磁场磁感应强度水平分量为B,B,则磁矿所产生的磁感则磁矿所产生的磁感应强度水平分量的最小值为应强度水平分量的最小值为()A.BA.BB.2BB.2BC.C.D.BD.B第第24页页/共共66页页【解析解析】选选C

15、C。合磁场的方向沿虚线方向。合磁场的方向沿虚线方向,所以该磁所以该磁矿产生的磁感应强度的水平分量的最小值为矿产生的磁感应强度的水平分量的最小值为Bsin30Bsin30=,=,选项选项C C正确。正确。第第25页页/共共66页页2.(2.(多选多选)如图如图,两根平行长两根平行长直导线相距直导线相距2 2l,通有大小相等、通有大小相等、方向相同的恒定电流方向相同的恒定电流;a;a、b b、c c是导线所在平面内的三点是导线所在平面内的三点,左侧导线与它们的距离分左侧导线与它们的距离分别为别为 、l和和3 3l 。关于这三点处的磁感应强度。关于这三点处的磁感应强度,下列下列判断正确的是判断正确的

16、是()第第26页页/共共66页页A.aA.a处的磁感应强度大小比处的磁感应强度大小比c c处的大处的大B.bB.b、c c两处的磁感应强度大小相等两处的磁感应强度大小相等C.aC.a、c c两处的磁感应强度方向相同两处的磁感应强度方向相同D.bD.b处的磁感应强度为零处的磁感应强度为零第第27页页/共共66页页【解析解析】选选A A、D D。a a、c c两点的磁感应强度是两导线电两点的磁感应强度是两导线电流产生的合磁感应强度流产生的合磁感应强度,由于由于a a点比点比c c点距离两导线较近点距离两导线较近,所以所以a a点的磁感应强度比点的磁感应强度比c c点的大点的大,A,A正确。根据安培

17、定正确。根据安培定则知则知,a,a、c c两处磁感应强度方向相反两处磁感应强度方向相反,C,C错误。错误。b b点位于点位于两导线中间两导线中间,两导线在两导线在b b点产生的磁场大小相等点产生的磁场大小相等,方向相方向相反反,合磁感应强度为零合磁感应强度为零,c,c处磁感应强度不为零处磁感应强度不为零,D,D正确正确,B,B错误。错误。第第28页页/共共66页页【加固训练加固训练】图中图中a a、b b、c c、d d为四根与纸为四根与纸面垂直的长直导线面垂直的长直导线,其横截其横截面位于正方形的四个顶点上面位于正方形的四个顶点上,导线中通有大小相同的电导线中通有大小相同的电流流,方向如图所

18、示。一带正电的粒子从正方形中心方向如图所示。一带正电的粒子从正方形中心O O点点沿垂直于纸面的方向向外运动沿垂直于纸面的方向向外运动,它所受洛伦兹力的方向它所受洛伦兹力的方向是是()A.A.向上向上B.B.向下向下C.C.向左向左D.D.向右向右第第29页页/共共66页页【解析解析】选选B B。由安培定则可以判断出。由安培定则可以判断出a a、b b、c c、d d四根四根长直导线在正方形中心长直导线在正方形中心O O处产生的磁感应强度如图所示。处产生的磁感应强度如图所示。四个磁感应强度按矢量的平行四边形定则合成四个磁感应强度按矢量的平行四边形定则合成,可得合可得合磁场为水平向左。利磁场为水平

19、向左。利用左手定则判断洛伦兹力用左手定则判断洛伦兹力的方向的方向,可得洛伦兹力竖直可得洛伦兹力竖直向下向下,故故B B项正确。项正确。第第30页页/共共66页页 考点考点2 2判断安培力作用下导体的运动判断安培力作用下导体的运动 【核心要素精讲核心要素精讲】1.1.判断导体运动情况的基本思路判断导体运动情况的基本思路:首先明确导体所在位首先明确导体所在位置的磁感线分布情况置的磁感线分布情况,然后利用左手定则判定导体的受然后利用左手定则判定导体的受力情况力情况,进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。第第31页页/共共66页页2.2.常用判断方法常用判断方

20、法:电流元法电流元法分割为电流元分割为电流元 安培力方向安培力方向整段整段导体所受合力方向导体所受合力方向运动方向运动方向特殊位置特殊位置法法在特殊位置在特殊位置:安培力方向安培力方向运动方向运动方向第第32页页/共共66页页等效法等效法环形电流环形电流小磁针小磁针通电螺线管通电螺线管条形磁铁条形磁铁多个环形电流多个环形电流结论法结论法同向电流互相吸引同向电流互相吸引,异向电流互相排斥异向电流互相排斥;两两不平行的直线电流相互作用时不平行的直线电流相互作用时,有转到平有转到平行且电流方向相同的趋势行且电流方向相同的趋势转换研究转换研究对象法对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动定性分析磁体

21、在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题或运动趋势的问题,可先分析电流在磁体可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力磁场中所受的安培力,然后由牛顿第三定然后由牛顿第三定律律,确定磁体所受电流磁场的作用力确定磁体所受电流磁场的作用力,从而从而确定磁体所受合力及运动方向确定磁体所受合力及运动方向第第33页页/共共66页页【高考命题探究高考命题探究】【典例典例2 2】(2017(2017徐州模拟徐州模拟)通有电流的导线通有电流的导线L L1 1、L L2 2处处在同一平面在同一平面(纸面纸面)内内,L,L1 1是固定的是固定的,L,L2 2可绕垂直纸面的固可绕垂直纸面的固定转轴定转轴O O转动转动(O(

22、O为为L L2 2的中心的中心),),各自的电流方向如图所示。各自的电流方向如图所示。下列哪种情况将会发生下列哪种情况将会发生()世纪金榜导学号世纪金榜导学号4272220042722200第第34页页/共共66页页A.A.因因L L2 2不受磁场力的作用不受磁场力的作用,故故L L2 2不动不动B.B.因因L L2 2上、下两部分所受的磁场力平衡上、下两部分所受的磁场力平衡,故故L L2 2不动不动C.LC.L2 2绕轴绕轴O O按顺时针方向转动按顺时针方向转动D.LD.L2 2绕轴绕轴O O按逆时针方向转动按逆时针方向转动第第35页页/共共66页页【解析解析】选选D D。由右手螺旋定则可知

23、导线。由右手螺旋定则可知导线L L1 1的上方的磁的上方的磁场的方向为垂直纸面向外场的方向为垂直纸面向外,且离导线且离导线L L1 1越远的地方越远的地方,磁磁场越弱场越弱,导线导线L L2 2上的每一小部分受到的安培力方向均为上的每一小部分受到的安培力方向均为水平向右水平向右,由于由于O O点下方的磁场较强点下方的磁场较强,则所受安培力较大则所受安培力较大,因此因此L L2 2绕轴绕轴O O按逆时针方向转动按逆时针方向转动,D,D项正确。项正确。第第36页页/共共66页页【感悟提高感悟提高】(1)(1)特点特点:本题属于判断导体在安培力作用下的运动情本题属于判断导体在安培力作用下的运动情况的

24、问题。况的问题。(2)(2)方法方法:先明确先明确_情况情况,然后判断导然后判断导体体_情况情况,最后判断导体的运动最后判断导体的运动情况。情况。(3)(3)拓展拓展:若撤去转轴若撤去转轴O,LO,L2 2边转动边转动,边边_L_L1 1。磁场的强弱、方向磁场的强弱、方向各处受力的大小、方向各处受力的大小、方向远离远离第第37页页/共共66页页【强化训练强化训练】1.(1.(多选多选)把一根不计重力的通电的硬直导线把一根不计重力的通电的硬直导线abab放在放在磁场中磁场中,导线所在区域的磁感线呈弧形导线所在区域的磁感线呈弧形,如图所示。导如图所示。导线可以在空中自由移动和转动线可以在空中自由移

25、动和转动,导线中的电流方向由导线中的电流方向由a a向向b,b,关于导线的受力和运动情况关于导线的受力和运动情况,下述说法正确的是下述说法正确的是 ()第第38页页/共共66页页A.A.硬直导线先转动硬直导线先转动,后边转动边下移后边转动边下移B.B.硬直导线只能转动硬直导线只能转动,不会向下移动不会向下移动C.C.硬直导线各段所受安培力的方向都与导线垂直硬直导线各段所受安培力的方向都与导线垂直D.D.在图示位置在图示位置,a,a端受力垂直纸面向内端受力垂直纸面向内,b,b端受力垂直纸端受力垂直纸面向外面向外第第39页页/共共66页页【解析解析】选选A A、C C。各处磁场可以分解为水平方向上

26、的。各处磁场可以分解为水平方向上的分量和竖直方向上的分量分量和竖直方向上的分量,根据左手定则可以判断出根据左手定则可以判断出,在图示位置在图示位置,a,a端受力垂直纸面向外端受力垂直纸面向外,b,b端受力垂直纸面端受力垂直纸面向内向内,即导线两端受到的安培力方向均垂直于纸面即导线两端受到的安培力方向均垂直于纸面,但但方向相反方向相反,所以导线先转动所以导线先转动,随着转动随着转动,导线所受安培力导线所受安培力具有竖直向下的分量具有竖直向下的分量,所以后边转动边下移所以后边转动边下移,选项选项A A正确正确,B,B、D D错误错误;硬直导线各段所受安培力的方向都与导线硬直导线各段所受安培力的方向

27、都与导线垂直垂直,也与该处磁场方向垂直也与该处磁场方向垂直,选项选项C C正确。正确。第第40页页/共共66页页2.(20172.(2017淄博模拟淄博模拟)如图所示如图所示,一条形磁铁静止在固定斜面上一条形磁铁静止在固定斜面上,上端为上端为N N极极,下端为下端为S S极极,其中一条其中一条磁感线如图所示。垂直于纸面方磁感线如图所示。垂直于纸面方向有两根完全相同的固定导线向有两根完全相同的固定导线,它们与磁铁两端的连线它们与磁铁两端的连线都与斜面垂直且长度相等都与斜面垂直且长度相等(如图中虚线所示如图中虚线所示)。开始两。开始两根导线未通电流根导线未通电流,斜面对磁铁的弹力、摩擦力的大小斜面

28、对磁铁的弹力、摩擦力的大小第第41页页/共共66页页分别为分别为F FN N、F Ff f,后来两根导线通一图示方向、大小相同后来两根导线通一图示方向、大小相同的电流后的电流后,磁铁仍然静止磁铁仍然静止,则与未通电时相比则与未通电时相比()A.FA.FN N、F Ff f均变大均变大 B.FB.FN N不变、不变、F Ff f变小变小C.FC.FN N变大、变大、F Ff f不变不变 D.FD.FN N变小、变小、F Ff f不变不变第第42页页/共共66页页【解析解析】选选D D。两根导线通一题图所示方向、大小相同。两根导线通一题图所示方向、大小相同的电流后的电流后,导线受到安培力导线受到安

29、培力,由对称性和矢量的合成结由对称性和矢量的合成结合牛顿第三定律知合牛顿第三定律知,磁铁受到垂直斜面向上的力磁铁受到垂直斜面向上的力,斜面斜面对磁铁的弹力减小对磁铁的弹力减小,摩擦力不变摩擦力不变,选项选项D D正确。正确。第第43页页/共共66页页3.3.将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来,在其附近在其附近放一条形磁铁放一条形磁铁,磁铁的轴线与圆环在同一个平面内磁铁的轴线与圆环在同一个平面内,且且通过圆环中心通过圆环中心,如图所示如图所示,当圆环中通以顺时针方向的当圆环中通以顺时针方向的电流时电流时,从上往下看从上往下看()第第44页页/共共66页页A.

30、A.圆环顺时针转动圆环顺时针转动,靠近磁铁靠近磁铁B.B.圆环顺时针转动圆环顺时针转动,远离磁铁远离磁铁C.C.圆环逆时针转动圆环逆时针转动,靠近磁铁靠近磁铁D.D.圆环逆时针转动圆环逆时针转动,远离磁铁远离磁铁第第45页页/共共66页页【解析解析】选选C C。将圆环大致分成左、右两部分。将圆环大致分成左、右两部分,右半部右半部分受力指向纸里分受力指向纸里,左半部分受力指向纸外左半部分受力指向纸外,故俯视图中故俯视图中,圆环逆时针转动圆环逆时针转动;当圆环转过当圆环转过9090时时,圆环右边相当于圆环右边相当于条形磁铁的条形磁铁的S S极极,故圆环靠近磁铁。综上可知选项故圆环靠近磁铁。综上可知

31、选项C C正确。正确。第第46页页/共共66页页【加固训练加固训练】如图所示如图所示,固定不动的绝缘固定不动的绝缘直导线直导线mnmn和可以自由移动的矩形线框和可以自由移动的矩形线框abcdabcd位于同一平位于同一平面内面内,mn,mn与与adad、bcbc边平行且离边平行且离adad边较近。当导线边较近。当导线mnmn中通中通以方向向上的电流以方向向上的电流,线框中通以顺时针方向的电流时线框中通以顺时针方向的电流时,线框的运动情况是线框的运动情况是()第第47页页/共共66页页A.A.向左运动向左运动B.B.向右运动向右运动C.C.以以mnmn为轴转动为轴转动D.D.静止不动静止不动第第4

32、8页页/共共66页页【解析解析】选选B B。以。以mnmn为研究对象为研究对象,线框内磁场方向垂直线框内磁场方向垂直纸面向里纸面向里,由左手定则知导线由左手定则知导线mnmn受到向左的安培力受到向左的安培力,由由牛顿第三定律可知线框受到向右的作用力牛顿第三定律可知线框受到向右的作用力,故线框向右故线框向右运动运动,选项选项B B正确。正确。第第49页页/共共66页页考点考点3 3安培力作用下导体的平衡和加速问题安培力作用下导体的平衡和加速问题 【核心要素精讲核心要素精讲】1.1.分析导体在磁场中平衡和加速问题的基本思路分析导体在磁场中平衡和加速问题的基本思路:(1)(1)确定要研究的导体。确定

33、要研究的导体。(2)(2)按照已知力按照已知力重力重力安培力安培力弹力弹力摩擦力的顺序摩擦力的顺序,对导体受力分析。对导体受力分析。(3)(3)分析导体的运动情况。分析导体的运动情况。(4)(4)根据平衡条件或牛顿第二定律列式求解。根据平衡条件或牛顿第二定律列式求解。第第50页页/共共66页页2.2.受力分析的注意事项受力分析的注意事项:(1)(1)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决定决定的平面。的平面。(2)(2)安培力的大小安培力的大小:应用公式应用公式F=BILsinF=BILsin计算弯曲导线计算弯曲导线在匀强磁场中所受

34、安培力的大小时在匀强磁场中所受安培力的大小时,有效长度有效长度L L等于曲等于曲线两端点的直线长度。线两端点的直线长度。第第51页页/共共66页页(3)(3)视图转换视图转换:对于安培力作用下的力学问题对于安培力作用下的力学问题,导体棒的导体棒的受力往往分布在三维空间的不同方向上受力往往分布在三维空间的不同方向上,这时应利用俯这时应利用俯视图、剖面图或侧视图等视图、剖面图或侧视图等,变立体图为二维平面图。变立体图为二维平面图。第第52页页/共共66页页【高考命题探究高考命题探究】【典例典例3 3】(2015(2015全国卷全国卷)如图如图,一长为一长为10cm10cm的金属棒的金属棒abab用

35、两个完全相同的弹簧水平用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中地悬挂在匀强磁场中,磁场的磁感应强度大小为磁场的磁感应强度大小为0.1T,0.1T,方向垂直于纸面向里方向垂直于纸面向里;弹簧上端固定弹簧上端固定,下端与金属棒绝下端与金属棒绝缘缘,金属棒通过开关与一电动势为金属棒通过开关与一电动势为12V12V的电池相连的电池相连,电路电路第第53页页/共共66页页总电阻为总电阻为22。已知开关断开时两弹簧的伸长量均为。已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm;0.5cm;闭合开关闭合开关,系统重新平衡后系统重新平衡后,两弹簧的伸长量与两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了开关断开时相比均改变

36、了0.3cm,0.3cm,重力加速度取重力加速度取10m/s10m/s2 2。判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向。判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向,并求出金并求出金属棒的质量。属棒的质量。世纪金榜导学号世纪金榜导学号4272220142722201第第54页页/共共66页页【解析解析】依题意依题意,开关闭合后开关闭合后,电流方向从电流方向从b b到到a,a,由左由左手定则可知手定则可知,金属棒所受的安培力方向竖直向下。金属棒所受的安培力方向竖直向下。开关断开时开关断开时,两弹簧各自相对于其原长伸长为两弹簧各自相对于其原长伸长为l1 1=0.5cm0.5cm。由胡克定律和力的平衡条件得。由

37、胡克定律和力的平衡条件得2k2kl1 1=mg=mg式中式中,m,m为金属棒的质量为金属棒的质量,k,k是弹簧的劲度系数是弹簧的劲度系数,g,g是重力是重力加速度的大小。加速度的大小。第第55页页/共共66页页开关闭合后开关闭合后,金属棒所受安培力的大小为金属棒所受安培力的大小为F=IBLF=IBL式中式中,I,I是回路电流是回路电流,L,L是金属棒的长度是金属棒的长度,两弹簧各自再伸两弹簧各自再伸长了长了l2 2=0.3cm,=0.3cm,由胡克定律和力的平衡条件得由胡克定律和力的平衡条件得2k(2k(l1 1+l2 2)=mg+F)=mg+F由欧姆定律有由欧姆定律有E=IRE=IR式中式中

38、,E,E是电池的电动势是电池的电动势,R,R是电路总电阻。是电路总电阻。联立联立式式,并代入题给数据得并代入题给数据得m=0.01kgm=0.01kg答案答案:安培力的方向竖直向下安培力的方向竖直向下0.01kg0.01kg第第56页页/共共66页页【迁移训练迁移训练】第第57页页/共共66页页迁移迁移1:1:计算瞬时加速度计算瞬时加速度【典例典例3 3】中中,闭合开关闭合开关,系统重新平衡后系统重新平衡后,重新断开开重新断开开关的瞬间关的瞬间,金属棒的加速度大小是多少金属棒的加速度大小是多少?【解析解析】由由2kx2kx1 1=mg=mg可得可得:k=10N/m:k=10N/m重新断开开关的

39、瞬间重新断开开关的瞬间,根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律2kx2kx2 2-mg=ma-mg=ma可得可得:a=6m/s:a=6m/s2 2答案答案:6m/s6m/s2 2第第58页页/共共66页页迁移迁移2:2:磁场方向变化磁场方向变化【典例典例3 3】中中,其他条件不变其他条件不变,磁场方向变为竖直向下磁场方向变为竖直向下,闭合开关闭合开关,系统平衡后系统平衡后,弹簧的形变量是多少弹簧的形变量是多少?【解析解析】磁场方向变为竖直向下后磁场方向变为竖直向下后,根据左手定则可得根据左手定则可得:金属棒所受安培力垂直纸面向外金属棒所受安培力垂直纸面向外,所以所以(2kx(2kx3 3)2 2=(

40、mg)=(mg)2 2+(BIL)+(BIL)2 2又因为又因为E=IR,E=IR,可得可得x x3 30.58cm0.58cm答案答案:0.58cm0.58cm第第59页页/共共66页页迁移迁移3:3:电路总电阻变化电路总电阻变化【典例典例3 3】中中,其他条件不变其他条件不变,电路总电阻变为电路总电阻变为4,4,闭合闭合开关开关,系统平衡后系统平衡后,弹簧的形变量是多少弹簧的形变量是多少?【解析解析】根据根据E=IR,E=IR,可得可得:I=3A:I=3A根据平衡条件根据平衡条件:2kx:2kx4 4=mg+BIL=mg+BIL可得可得x x4 4=0.65cm=0.65cm答案答案:0.

41、65cm0.65cm第第60页页/共共66页页【加固训练加固训练】(多选多选)如图所示如图所示,水平长直导水平长直导线线MNMN中通有中通有M M到到N N方向的恒定方向的恒定电流电流,用两根轻质绝缘细线将矩形线圈用两根轻质绝缘细线将矩形线圈abcdabcd悬挂在其正悬挂在其正下方。开始时线圈内不通电流下方。开始时线圈内不通电流,两根细线上的张力均为两根细线上的张力均为F FT T,当线圈中通过的电流为当线圈中通过的电流为I I时时,两根细线上的张力均减两根细线上的张力均减小为小为F FT T。下列说法正确的是。下列说法正确的是()第第61页页/共共66页页A.A.线圈中通过的电流方向为线圈中

42、通过的电流方向为adcbaadcbaB.B.线圈中通过的电流方向为线圈中通过的电流方向为abcdaabcdaC.C.当线圈中的电流变为当线圈中的电流变为 时时,两细线内的张力均两细线内的张力均为零为零D.D.当线圈中的电流变为当线圈中的电流变为 时时,两细线内的张力均两细线内的张力均为零为零第第62页页/共共66页页【解析解析】选选B B、C C。线圈内不通电流时由平衡条件有。线圈内不通电流时由平衡条件有mg=2Fmg=2FT T;设设abab和和cdcd处的磁感应强度分别为处的磁感应强度分别为B B1 1和和B B2 2,由题由题意及平衡条件知意及平衡条件知,当线圈中通过的电流为当线圈中通过的电流为I I时时,mg=(B,mg=(B1 1-B B2 2)IL+2F)IL+2FT T,ab,ab所受安培力向上所受安培力向上,由左手定则可知由左手定则可知,电电流的方向为流的方向为abcda,abcda,选项选项A A错误错误,B,B正确正确;当两根当两根细线内的张力为零时细线内的张力为零时,mg=(B,mg=(B1 1-B-B2 2)IL,)IL,可得可得I=I=,选项选项C C正确正确,D,D错误。错误。第第63页页/共共66页页第第64页页/共共66页页第第65页页/共共66页页感谢您的观看。感谢您的观看。第第66页页/共共66页页