高三復習物理課件：11.1磁場磁場對電流的作用

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歡迎進入物理課堂 2 第1講磁場磁場對電流的作用 磁場 第十一章 3 4 5 磁場 磁場的產生 磁體周圍產生磁場電流周圍產生磁場安培磁性起源假說 磁場的描述 定量描述 磁感應強度形象描述 磁感線 幾種典型磁場 條形磁鐵的磁感線分布蹄形磁鐵的磁感線分布勻強磁場的磁感線分布均勻輻向磁場的磁感線分布直線電流的磁感線分布和安培定則環(huán)形電流的磁感線分布和安培定則通電螺線管的磁感線分布和安培定則 6 磁場對電流的作用 大小B L F 0B L F BIL方向 左手定則電流表工作原理 磁場對運動電荷的作用 大小v B F 0v B F qvB方向 左手定則 帶電粒子在勻強磁場中做圓周運動 軌道半徑運動周期 重要應用 質譜儀回旋加速器 磁場 7 一 磁場1 磁場的基本概念 磁場是存在于磁體 電流和運動電荷周圍空間的一種特殊形態(tài)的物質 磁場對處于其中的磁體 電流和運動電荷有磁場力的作用 磁極與磁極 磁極與電流 電流與電流之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的 8 2 磁場的方向 規(guī)定磁場中的任一點 小磁針N極受力的方向 即小磁針在磁場中靜止時N極所指的方向 3 磁感線 在磁場中畫出的一系列假想的曲線 該曲線的切線方向表示該位置的磁場方向 曲線的疏密能定性描述磁場的強弱 磁感線在空間不相切 不相交 磁感線是閉合曲線 9 二 電流的磁場 右手螺旋定則 安培定則 1 直線電流的磁場 右手握住直導線 伸直大拇指方向與電流方向一致 彎曲四指方向就是直線電流在周圍空間激發(fā)的磁場的方向 10 2 環(huán)形電流的磁場 右手彎曲的四指方向和環(huán)形電流方向一致 伸直大拇指所指方向為環(huán)形電流中心軸線上的磁場方向 3 通電螺線管的磁場 右手彎曲的四指方向跟電流方向一致 伸直大拇指所指的方向為通電螺線管內部的磁場方向 11 說明 應用安培定則時首先應特別注意伸的是右手 其次注意不同情況下四指環(huán)繞方向 大拇指指向的意義不同 下表為以上各種不同磁場的比較 12 13 三 磁感應強度1 磁場的基本性質 是對放入其中的電流有磁場力的作用 電流垂直于磁場時受磁場力最大 電流與磁場方向平行時 磁場力為零 14 2 磁感應強度 1 定義 在磁場中某點垂直磁場方向放置一小段長為L的通有電流I的導線 該點磁場對通電導線的磁場力F與電流I和長度L的乘積的比值被定義為該點的磁感應強度B 即磁感應強度B是由磁場自身性質決定的 與磁場中是否存在電流及IL的乘積大小無關 在國際單位制中 磁感應強度的單位是T 特 15 2 方向 磁感應強度是矢量 其方向是小磁針靜止時N極的指向 不是磁場中電流所受磁場力方向 3 勻強磁場 如果磁感應強度大小處處相等 方向都相同 那么這個區(qū)域里的磁場叫勻強磁場 4 磁場的疊加 空間如果同時存在兩個以上的電流或磁體激發(fā)的磁場 某點的磁感應強度B是各電流或磁體在該點激發(fā)的磁場的磁感應強度的矢量和 16 5 地磁場主要有三個特點 地磁場的N極在地球南極附近 S極在地球北極附近 磁感線分布如圖11 1 1所示 圖11 1 1 17 地磁場B的水平分量Bx總是從地球南極指向地球北極 而豎直分量By 在南半球垂直地面向上 在北半球垂直地面向下 在赤道平面上 距離地球表面高度相等的各點 磁感應強度相等 且方向均勻水平向北 18 2011 新課標卷 為了解釋地球的磁性 19世紀安培假設 地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的 在下列四個圖中 正確表示安培假設中環(huán)形電流方向的是 19 首先明確地磁場的北極在地理南極附近 再根據(jù)安培定則即可得出結論 20 關于磁感應強度 下列說法正確的是 A 一小段通電導線放在B為零的位置 那么它受到的磁場力也一定為零B 通電導線所受的磁場力為零 該處的磁感應強度也一定為零C 放置在磁場中1m長的通電導線 通過1A的電流 受到的磁場力為1N 則該處的磁感應強度就是1TD 磁場中某處的B的方向跟通電導線在該處受到磁場力F的方向相同 A 21 根據(jù)磁感應強度的定義 A選項對 通電導線 電流I 與磁場平行時 磁場力為零 B選項錯 通電導線 電流I 與磁場不一定垂直 C選項錯 B與F方向一定垂直 D選項錯 22 四 磁場對電流的作用力1 安培力的大小 F BIL sin 1 IL和B可成任意夾角 但導體所受的磁場力F的方向永遠與IL和B的方向垂直 2 當IL與B平行時 即 0 或 180 這時F 0 不受磁場力 當IL與B垂直時 90 這時F BIL 所受磁場力最大 23 2 安培力的方向 由左手定則判定 伸開左手 使大拇指跟其余四個手指垂直 并且都跟手掌在一個平面內 把手放入磁場中 讓磁感線垂直穿入手心 并使伸開的四指指向電流的方向 那么 大拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向 24 3 適應范圍 該公式一般適用于勻強磁場 或通電導線所在區(qū)域的B大小和方向相同 如果導線各部分所處的位置B的大小和方向不相同 應將導體分成若干段 電流元 使每段導線所處范圍B的大小和方向近似相等 求出各段導線所受的磁場力 然后再求合力 25 如圖11 1 2所示 條形磁鐵平放于水平桌面上 在它的正中央上方固定一根直導線 導線與磁場垂直 現(xiàn)給導線中通以垂直于紙面向外的電流 則下列說法正確的是 A 磁鐵對桌面的壓力減小B 磁鐵對桌面的壓力增大C 磁鐵對桌面的壓力不變D 以上說法都不可能 圖11 1 2 A 26 通電導線置于條形磁鐵上方使通電導線置于磁場中如下圖 a 所示 由左手定則判斷通電導線受到向下的安培力作用 同時由牛頓第三定律可知 力的作用是相互的 磁鐵對通電導線有向下作用的同時 通電導線對磁鐵有反作用力 作用在磁鐵上 方向向上 如下圖 b 對磁鐵做受力分析 由于磁鐵始終靜止 無通電導線時 N mg 有通電導線后N F mg N mg F 磁鐵對桌面壓力減小 27 五 電流表的工作原理1 磁電式電流表測電流的工作原理 如圖11 1 3所示 圖11 1 3 28 1 磁場的方向總沿著徑向均勻地分布 在距軸線等距離處的磁感應強度的大小總是相等的 不管線圈轉到什么位置 線圈平面總跟它所在位置的磁感線平行 2 I與指針偏角 成正比 I越大指針偏轉角度越大 因而電流表可以量出電流I的大小 且刻度是均勻的 3 當線圈中的電流方向改變時 安培力的方向隨著改變 指針偏轉方向也隨著改變 又可知道被測電流的方向 29 2 磁電式儀表的主要構成磁電式電流表 構造示意圖如圖11 1 4所示 主要由五部分組成 1 蹄形磁鐵 2 圓柱形鐵芯 圖11 1 4 30 3 鋁框 套在鐵芯外 可繞軸轉動 4 線圈 繞在鋁框上 5 兩個螺旋彈簧及一個指針 裝在鋁框的轉軸上 被測電流經過兩個彈簧接入線圈 指針用于指示電流值 3 磁電式電流表的優(yōu)缺點優(yōu)點是靈敏度高 可以測出很弱的電流 缺點是繞制線圈的導線很細 允許通過的電流很弱 31 如圖11 1 10所示 質量為m 50g 長l 10cm的銅棒 用長度亦為l的兩根輕軟導線水平懸吊在豎直向上的勻強磁場中 磁感應強度未通電時 輕線在豎直方向 通入恒定電流后 棒向外偏轉的最大角度 37 求此棒中恒定電流的大小 g 10m s2 圖11 1 10 32 同學甲的解法如下 對銅棒進行受力分析 通電時導線向外偏轉 說明安培力方向垂直電流和磁場方向向外 受力如圖 a 所示 側視圖 33 當最大偏轉角 37 時 棒受力平衡 有 所以同學乙的解法如下 銅棒向外偏轉過程中 導線拉力不做功 如圖 b 所示 F做功為 WF Fs1 BIl lsin37 重力做功為 WG mgs2 mgl 1 cos37 34 由動能定理得 BIl2sin37 mgl 1 cos37 0所以請你判斷 他們的解法哪個正確 錯誤的請指出錯在哪里 安培力及平衡狀態(tài)的受力分析 乙同學的解法正確 甲同學的錯誤 錯誤原因 認為物體速度為零時 一定處于平衡狀態(tài) 或者認為偏角最大的是平衡位置 35 在原子反應堆中抽動液體時 由于不允許傳動的機械部分與這些液體相接觸 常使用一種電磁泵 如圖11 1 11表示這種電磁泵的結構 將導管放在磁場中 當電流穿過導電液體時 這種液體即被驅動 圖11 1 11 36 1 試論述這種電磁泵的原理 2 判斷液體流動方向 3 若導管內截面積為a h 磁場的寬度為L 磁感應強度為B 液體穿過磁場區(qū)域的電流強度為I 求驅動力造成的壓強差為多少 37 此題主要考查安培力知識點 1 當電流流過液體時 液體即成為載流導體 在磁場中受磁場力作用 2 由左手定則 液體在管中向右流動 3 驅動力造成的壓強差 p F安 S BIh ah BI a 38 如圖11 1 12所示 兩根平行金屬導軌M N 電阻不計 相距0 2m 上面沿導軌垂直方向放一個質量為m 5 10 2kg的金屬棒ab ab的電阻為0 5 兩金屬導軌一端通過電阻R和電源相連 電阻R 2 電源電動勢E 6V 電源內阻r 0 5 如果在裝置所在的區(qū)域加一個勻強磁場 使ab對導軌的壓力恰好是零 并使ab處于靜止 導軌光滑 求 圖11 1 12 39 1 ab中的電流I有多大 2 ab桿所受的安培力F的大小 3 所加磁場磁感應強度B的大小和方向 考查安培力 歐姆定律及受力分析知識點 1 根據(jù)歐姆定律 2 因ab靜止 故F mg 0 5N 方向豎直向上 40 3 因電流從a到b 由左手定則可知B方向水平向右 且因F BIL 得 B F IL 1 25T 答案 I 2A F 0 5N B 1 25T 方向水平向右 41 如圖11 1 13所示 一水平導軌處于與水平方向成45 角向左上方的勻強磁場中 一根通有恒定電流的金屬棒 由于受到安培力作用而在粗糙的導軌上向右做勻速運動 現(xiàn)將磁場方向沿順時針緩慢轉動至豎直向上 在此過程中 金屬棒始終保持勻速運動 已知棒與導軌間動摩擦因數(shù) 1 則磁感應強度B的大小變化情況是 圖11 1 13 D 42 A 不變B 一直增大C 一直減小D 先變小后變大y N F安sin mg x f F安cos F安 BIL f N 由 到 得即 45 因為 從45 減小到0 所以B先變小后變大 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全