新教科版第10章第1講磁場的描述磁場對電流的作用課件（41張）

第1講磁場的描述磁場對電流的作用第十章內(nèi)容索引0102強(qiáng)基礎(chǔ)固本增分研考點精準(zhǔn)突破課程標(biāo)準(zhǔn)1.能列舉磁現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。了解我國古代在磁現(xiàn)象方面的研究成果及其對人類文明的影響。關(guān)注與磁相關(guān)的現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展。2.通過實驗,認(rèn)識磁場。了解磁感應(yīng)強(qiáng)度,會用磁感線描述磁場。體會物理模型在探索自然規(guī)律中的作用。3.通過實驗,認(rèn)識安培力。能判斷安培力的方向,會計算安培力的大小。了解安培力在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。4.通過實驗,認(rèn)識洛倫茲力。能判斷洛倫茲力的方向,會計算洛倫茲力的大小。5.能用洛倫茲力分析帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的圓周運動。了解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的偏轉(zhuǎn)及其應(yīng)用核心素養(yǎng)

試題情境生活實踐類地磁場、電磁炮、電流天平、超導(dǎo)電磁船、回旋加速器、質(zhì)譜儀、速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計和霍爾元件等學(xué)習(xí)探索類通電導(dǎo)體在安培力作用下的平衡與加速問題、帶電粒子在磁場中的圓周運動問題強(qiáng)基礎(chǔ)固本增分一、磁場、磁感應(yīng)強(qiáng)度1.磁場(1)基本性質(zhì):磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有

磁場力

的作用。

(2)磁體周圍、電流周圍、運動電荷周圍存在磁場。(3)地磁場:地球是一個大磁體;地球的南極大致是地磁的N極。

注意磁偏角問題2.磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)物理意義:描述磁場的強(qiáng)弱和方向。(3)方向定義:小磁針的N極所受磁場力的方向,也就是小磁針

靜止

時N極的指向。

(4)單位:特斯拉(T)。3.勻強(qiáng)磁場(1)定義:磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小處處相等、方向處處相同的磁場稱為勻強(qiáng)磁場。

理想化模型(2)特點:磁感線疏密程度相同、方向相同。4.磁感線及其特點(1)磁感線:在磁場中畫出一些曲線,使曲線上每一點的切線方向都跟這點的

磁感應(yīng)強(qiáng)度

的方向一致。

(2)特點①磁感線上某點的

切線

方向就是該點的磁場方向。

②磁感線的

疏密

定性地表示磁場的強(qiáng)弱。

③磁感線是

閉合

曲線,沒有起點和終點。

④磁感線是假想的曲線,客觀上不存在。5.電流的磁場

易錯辨析·判一判(1)磁場中某點磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,跟放在該點的試探電流元所受磁場力的方向一致。(

×

)(2)在同一幅圖中,磁感線越密,磁場越強(qiáng)。(

√

)(3)磁感線的切線方向就是小磁針N極的受力方向。(

√

)教材情境·想一想根據(jù)人教版教材必修第三冊P107科學(xué)漫步“安培分子電流假說”想一想,磁性材料被磁化和去磁的本質(zhì)是什么?提示

磁性材料被磁化時,內(nèi)部分子電流的取向變得大致相同,對外顯示磁性;受到高溫或猛烈撞擊時,內(nèi)部分子電流的取向又變得雜亂無章,它們的磁場互相抵消,對外不顯磁性。二、安培力1.安培力的大小(1)磁場和電流垂直時:F=

BIL

。

(2)磁場和電流平行時:F=0。2.安培力的方向

垂直于電流與磁場方向決定的平面左手定則判斷:(1)伸出左手,讓拇指與其余四指

垂直

,并且都在同一個平面內(nèi)。

(2)讓磁感線從掌心進(jìn)入,并使四指指向

電流

方向。

(3)

拇指

所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。

易錯辨析·判一判(4)將通電導(dǎo)線放入磁場中,若不受安培力,說明該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。(

×

)(5)安培力的方向一定跟電流方向垂直,也一定跟磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直。(

√

)研考點精準(zhǔn)突破考點一安培定則的應(yīng)用和磁場的疊加(自主探究)1.安培定則的應(yīng)用

項目原因(電流方向)結(jié)果(磁場方向)說明直線電流的磁場大拇指四指在運用安培定則時應(yīng)分清“因”和“果”,電流是“因”,磁場是“果”,既可以由“因”判斷“果”,也可以由“果”追溯“因”2.磁場的疊加(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,計算時與力的計算方法相同,遵守平行四邊形定則,可以用正交分解法進(jìn)行合成與分解。(2)兩個電流附近的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是由兩個電流分別獨立存在時產(chǎn)生的磁場在該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度疊加而成的。3.磁場疊加問題的分析思路(1)確定磁場場源,如通電導(dǎo)線。(2)定位空間中需求解磁感應(yīng)強(qiáng)度的點,利用安培定則判定各個場源在這一點產(chǎn)生的磁場的大小和方向,如圖所示,M、N產(chǎn)生的磁場在c點的磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為BM、BN。(3)應(yīng)用平行四邊形定則進(jìn)行合成,如圖中c點的合磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。對點演練1.(2021全國甲卷)兩足夠長直導(dǎo)線均折成直角,按圖示方式放置在同一平面內(nèi),EO與O‘Q在一條直線上,

PO'與OF在一條直線上,兩導(dǎo)線相互絕緣,通有相等的電流I,電流方向如圖所示。若一根無限長直導(dǎo)線通過電流I時,所產(chǎn)生的磁場在距離導(dǎo)線d處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,則圖中與導(dǎo)線距離均為d的M、N兩點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為(

)A.B、0 、2B

B、2B D.B、B答案

B解析

采用等效的思想方法,將EO與O'Q視為一條無限長直導(dǎo)線,將PO'與OF視為另一條無限長直導(dǎo)線,這兩條無限長直導(dǎo)線通過電流I時,所產(chǎn)生的磁場在距離導(dǎo)線d處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,根據(jù)右手螺旋定則,M處兩條無限長直導(dǎo)線的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反,合磁感應(yīng)強(qiáng)度為0,N處兩條無限長直導(dǎo)線的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同,合磁感應(yīng)強(qiáng)度為2B,故選B。2.(2023廣東深圳月考)已知通電長直導(dǎo)線在周圍空間某位置產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小與電流大小成正比,與該位置到長直導(dǎo)線的距離成反比。如圖所示,現(xiàn)有通有電流大小相同的兩根長直導(dǎo)線分別固定在正方體的兩條邊dh和hg上,彼此絕緣,電流方向分別由d流向h、由h流向g,則關(guān)于a、b、c、e、f五點的磁感應(yīng)強(qiáng)度,下列說法正確的是(

)A.f、a兩點磁感應(yīng)強(qiáng)度相同B.c、e兩點磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比為2∶1C.c點磁感應(yīng)強(qiáng)度最大D.c點磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與ac平行答案

C考點二安培力的分析與計算(自主探究)1.安培力公式F=BIlsinθ(其中θ為B與I之間的夾角),應(yīng)用時要注意:(1)B與I垂直時,F=BIl。(2)B與I平行時,F=0。(3)l是有效長度。彎曲導(dǎo)線的有效長度l,等于連接兩端點線段的長度(如圖所示);相應(yīng)的電流沿直線由始端流向末端。2.方向:根據(jù)左手定則判斷。對點演練3.(2022安徽淮北一模)如圖所示,兩根通電長直導(dǎo)線a、b平行且水平放置,a、b中的電流大小均為I,此時b受到的安培力大小為F。當(dāng)在a、b的上方再放置一根與a、b平行的通電長直導(dǎo)線c后,b受到的安培力大小仍為F,圖中a、b、c三者間距相等,此時a受到的安培力大小為(

)答案

B解析

只有導(dǎo)線a、b時,b受到的安培力大小為F,故a受到b對a的安培力大小也為F;在a、b的上方再放置一根與a、b平行的通電長直導(dǎo)線c后,對a、b受力分析如圖所示,三者間距相等,b受到的安培力大小仍為F,可知c對b的安培力大小也為F,根據(jù)空間位置關(guān)系,a、b電流大小相等,可知c對a的安培力大小也為F;b對a的安培力和c對a的安培力夾角為60°

,大小都為F,故此時a受到的安培力大小為

F,B正確。4.(2019全國Ⅰ卷)如圖所示,等邊三角形線框LMN由三根相同的導(dǎo)體棒連接而成,固定于勻強(qiáng)磁場中,線框平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直,線框頂點M、N與直流電源兩端相接。已知導(dǎo)體棒MN受到的安培力大小為F,則線框LMN受到的安培力的大小為(

)F

.5F

.5F

答案

B解析

導(dǎo)體棒MN受到的安培力為F=BIL。根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點可知,導(dǎo)體棒ML與LN的電阻之和是導(dǎo)體棒MN電阻的2倍,導(dǎo)體棒MN的電流是導(dǎo)體棒ML與LN電流的2倍,導(dǎo)體棒處在同一磁場中,導(dǎo)體棒ML與LN的有效長度與導(dǎo)體棒MN相同,導(dǎo)體棒ML與LN受到安培力的合力為0.5F。根據(jù)左手定則,導(dǎo)體棒ML與LN受到安培力的合力方向與導(dǎo)體棒MN受到的安培力方向相同,線框LMN受到安培力的合力為1.5F,故選B。考點三安培力作用下通電導(dǎo)體的平衡問題(師生共研)求解安培力作用下通電導(dǎo)體的平衡問題,關(guān)鍵是將三維圖轉(zhuǎn)化為二維平面圖,即通過畫俯視圖、剖面圖、側(cè)視圖等,將立體圖轉(zhuǎn)換為平面受力圖。典例1.(2022山東臨沂模擬)如圖所示,兩平行導(dǎo)軌相距15cm,金屬棒MN的質(zhì)量m=17g,其電阻R1為4Ω,滑動變阻器R2與MN串聯(lián),勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B豎直向上,大小為0.6T,電源電動勢E=10V,內(nèi)阻r=1Ω。當(dāng)開關(guān)S閉合時,金屬棒MN處于靜止?fàn)顟B(tài)。g取10m/s2,=1.7。(1)若平行導(dǎo)軌光滑,求金屬棒所受到的安培力的大小和R2的阻值(結(jié)果保留一位有效數(shù)字);(2)若平行導(dǎo)軌不光滑,將滑動變阻器R2的阻值調(diào)至10Ω,金屬棒MN仍然保持靜止?fàn)顟B(tài),求金屬棒受到的摩擦力的大小和方向。答案

(1)0.1N

4Ω

(2)0.034N,沿斜面向上解析

(1)金屬棒受重力mg、支持力FN、安培力F的作用,受力分析如圖所示根據(jù)平衡條件得安培力F=mgtan

30°=0.1

N聯(lián)立解得R2=4Ω。(2)若將滑動變阻器R2的阻值調(diào)至10Ω,阻值增大,則由安培力F1=BI1L可知,安培力減小,金屬棒有沿斜面向下移動的趨勢,故摩擦力沿斜面向上根據(jù)平衡條件,沿斜面方向有F1cos

θ+Ff=mgsin

θ

解得Ff=0.034

N。對點演練5.(2022上海師大附中模擬)水平桌面上一條形磁體的上方,有一根通電直導(dǎo)線由S極的上端平行于桌面移到N極上端的過程中,磁體始終保持靜止,導(dǎo)線始終保持與磁體垂直,電流方向如圖所示。則在這個過程中,磁體受到的摩擦力的方向和桌面對磁體的彈力(

)A.摩擦力始終為零,彈力大于磁體重力B.摩擦力始終不為零,彈力大于磁體重力C.摩擦力方向由向左變?yōu)橄蛴?彈力大于磁體重力D.摩擦力方向由向右變?yōu)橄蜃?彈力小于磁體重力答案

C解析

如圖所示,導(dǎo)線在S極上方時所受安培力方向斜向左上方,由牛頓第三定律可知,磁體受到的磁場力斜向右下方,磁體有向右的運動趨勢,則磁體受到的摩擦力水平向左;磁體對桌面的壓力大于磁體的重力,因此桌面對磁體的彈力大于磁體重力。當(dāng)導(dǎo)線在N極上方時,導(dǎo)線所受安培力方向斜向右上方,由牛頓第三定律可知,磁體受到的磁場力斜向左下方,磁體有向左的運動趨勢,則磁體受到的摩擦力水平向右;磁體對桌面的壓力大于磁體的重力,因此桌面對磁體的彈力大于磁體重力。由以上分析可知,磁體受到的摩擦力先向左后向右,桌面對磁體的彈力始終大于磁體的重力,故A、B、D錯誤,C正確。下列說法正確的是(

)

答案

B考點四安培力作用下導(dǎo)體的運動問題(師生共研)1.判定導(dǎo)體運動情況的基本思路判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動或運動趨勢,首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁感線分布情況,然后利用左手定則準(zhǔn)確判定導(dǎo)體的受力情況,進(jìn)而確定導(dǎo)體的運動方向或運動趨勢的方向。2.安培力下導(dǎo)體運動情況判斷的常用方法

典例2.一個可以自由運動的線圈L1和一個固定的線圈L2互相絕緣垂直放置,且兩個線圈的圓心重合,如圖所示。當(dāng)兩線圈中通以圖示方向的電流時,從左向右看,線圈L1將(

)A.不動

B.順時針轉(zhuǎn)動C.逆時針轉(zhuǎn)動

D.在紙面內(nèi)平動答案

B解析

方法一(電流元法):把線圈L1沿水平轉(zhuǎn)動軸分成上、下兩部分,每一部分又可以看成無數(shù)段直線電流元,電流元處在L2產(chǎn)生的磁場中,根據(jù)安培定則可知各電流元所在處的磁場方向向上,由左手定則可得,上半部分電流元所受安培力方向均指向紙外,下半部分電流元所受安培力方向均指向紙內(nèi),因此從左向右看線圈L1將順時針轉(zhuǎn)動。方法二(等效法):把線圈L1等效為小磁針,該小磁針剛好處于環(huán)形電流I2的中心,小磁針的N極應(yīng)指向該點環(huán)形電流I2的磁場方向,由安培定則知I2產(chǎn)生的磁場方向在其中心處豎直向上,而L1等效成小磁針后,轉(zhuǎn)動前,N極指向紙內(nèi),因此小磁針的N極應(yīng)由指向紙內(nèi)轉(zhuǎn)為向上,所以從左向右看,線圈L1將順時針轉(zhuǎn)動。方法三(結(jié)論法):環(huán)形電流I1、I2不平行,則一定有相對轉(zhuǎn)動,直到兩環(huán)形電流同向平行為止。據(jù)此可得,從左向右看,線圈L1將順時針轉(zhuǎn)動。對點演練7.直導(dǎo)線右側(cè)放一個矩形線框Q,二者分別通以電流I1、I2,電流方向如圖甲所示,圖乙為俯視圖,直導(dǎo)線P與線框不在同一平面內(nèi),但P與線框豎直中心軸共面,O1O2為過線框中心O和直導(dǎo)線P的水平直線。不考慮線框上下兩段導(dǎo)線對直導(dǎo)線的影響。下列說法正確的是(

)A.若P固定,Q可以繞豎直中心軸轉(zhuǎn)動,則圖乙中Q會先逆時針轉(zhuǎn)動B.若P固定,Q可以繞豎直中心軸轉(zhuǎn)動,則圖乙中Q會先順時針轉(zhuǎn)動C.若Q固定,P可以自由運動,則P將沿O1O2向O靠近D.若Q固定,P可以自由運動,則圖甲中P將順時針轉(zhuǎn)動答案

B解析

題圖乙中,由安培定則可知電流I1產(chǎn)生的磁感線為以P為圓心的順時針方向的同心圓,由左手定則可判斷線框左側(cè)導(dǎo)線受到的安培力指向?qū)Ь€P,線框右側(cè)導(dǎo)線受到的安培力背離導(dǎo)線P,故若P固定,Q可以繞豎直中心軸轉(zhuǎn)動,則題圖乙中Q會先順時針轉(zhuǎn)動,A錯誤,B正確;若Q固定,線框左側(cè)導(dǎo)線對P的安培力指向左側(cè)導(dǎo)線,線框右側(cè)導(dǎo)線對P的安培力背離右側(cè)導(dǎo)線,根據(jù)力的合成法則知直導(dǎo)線P所受合力方向偏向下,不能沿