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2025屆高三物理一輪復習 磁場及其對電流的作用(共43張PPT)

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2025屆高三物理一輪復習 磁場及其對電流的作用(共43張PPT)

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(共43張PPT)
第十章
磁 場
第1講 磁場及其對電流的作用
1.會用安培定則判斷電流的磁場,會用矢量合成的方法計算合磁場。2.會根據有效長度計算安培力大小,會判斷導體在安培力作用下的運動情況。3.會分析安培力作用下的平衡問題和加速問題。
1.磁場、磁感應強度。
(1)磁場。
①基本特性: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方向:小磁針的_______極所受磁場力的方向。
考點1 安培定則的應用和磁場的疊加
N

N
(3)勻強磁場。
①定義:磁感應強度的大小_________、方向_________的磁場稱為勻強磁場。
②特點:勻強磁場中的磁感線是疏密程度_______且方向_______的平行直線。
處處相等
處處相同
相同
相同
2.磁感線。
(1)磁感線:在磁場中畫出一些有方向的曲線,使曲線上各點的切線方向跟這點的磁感應強度方向一致。
(2)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場磁感線分布(如圖所示)。
3.電流的磁場。
通電直導線 通電螺線管 環形電流
安培定則
立體圖
橫截面圖
縱截面圖

磁場疊加問題的解題思路。
(1)確定磁場場源,如通電導線。
(2)定位空間中需要求解磁場的點,利用安培定則判定各個場源在這一點上產生的磁場的大小和方向。如圖所示為M、N在c點產生的磁場BM、BN。
(3)應用平行四邊形定則進行合成,如圖中的B為合磁場。
【典例1】 (多選)如圖所示,兩長直導線分別通以大小相同的電流,AB連線長度是CD連線長度的2倍,兩者互為中垂線,P、Q分別為AO、BO的中點,則(  )
A.A、B兩點的磁感應強度相同
B.A、B、C、D、O點中,O點的磁感應強度最大
C.沿AB連線從P到Q磁感應強度先增大后減小
D.在連線AB和CD構成的平面內,不存在磁感應強度為零的位置
解析 根據安培定則和對稱性可知,A、B兩點的磁感應強度大小相等,方向相同,A項正確;A、B、O三點中O點的磁感應強度的合成量最大; C、D、O三點中,也是O點的磁感應強度的合成量最大,所以B項正確;沿AB連線從P到Q磁感應強度先減小后增大,C項錯誤;連線CD上除O外,兩直線電流產生的磁感應強度的方向不在同一直線上,合成量不能為零;連線AB上的AP和QB區域兩直線電流產生的磁感應強度方向相反,但大小不可能相等,PQ區域兩直線電流產生的磁感應強度方向相同,合成量也不可能為零,D項正確。
答案 ABD
【典例2】 (多選)安裝適當的軟件后,利用智能手機中的磁傳感器可以測量磁感應強度B。如圖,在手機上建立直角坐標系,手機顯示屏所在平面為xOy面。某同學在某地對地磁場進行了四次測量,每次測量時y軸指向不同方向而z軸正向保持豎直向上。根據表中測量結果可推知(  )
測量序號 Bx/μT By/μT Bz/μT
1 0 21 -45
2 0 -20 -46
3 21 0 -45
4 -21 0 -45
A.測量地點位于南半球
B.當地的地磁場大小約為50 μT
C.第2次測量時y軸正向指向南方
D.第3次測量時y軸正向指向東方
解析  如圖所示是地磁場磁感線的分布示意圖,北半球的地磁場豎直分量向下,南半球的地磁場豎直分量向上,由表中z軸數據可看出z軸的磁場豎直向下,則測量地點應位于北半球,A項錯誤;磁感應強度為矢量,故由表

答案 BC
1.安培力的大小。
當磁感應強度B的方向與導線方向成θ角時,F=BILsin θ,這是一般情況下的安培力的表達式,以下是兩種特殊情況:
(1)磁場和電流垂直時:F=_______。
(2)磁場和電流平行時:F=_______。
考點2 安培力的分析和計算
BIL
0
2.安培力的方向。
(1)用左手定則判定:伸開左手,使拇指與其余四個手指垂直,并且都與手掌在同一個平面內。讓磁感線從掌心穿入,并使四指指向電流的方向,這時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。
(2)安培力的方向特點:F⊥B,F⊥I,即F垂直于_______和_______決定的平面。
B
I
(1)在磁場中同一位置,電流元的電流越大,受到的安培力一定越大( )
(2)安培力的方向既跟磁感應強度的方向垂直,又跟電流方向垂直( )
(3)通電導線與磁場不垂直,有一定夾角時,左手定則就不適用了( )
1.安培力的方向。
安培力既垂直于B,也垂直于I,即垂直于B與I決定的平面。
2.安培力公式F=BIl的應用條件。
(1)B與l垂直。
(2)l是有效長度。
①彎曲通電導線的有效長度l等于連接兩端點的直線長度,相應的電流方向沿兩端點連線由始端流向末端,如圖所示。
②對于任意形狀的閉合線圈,其有效長度均為零,所以通電后在勻強磁場中受到的安培力的矢量和為零。
3.五種常用判定方法。
電流元法 分割為電流元 安培力方向→整段導體所受合力方向→運動方向
特殊位置法 在特殊位置→安培力方向→運動方向
等效法 環形電流 小磁針
通電螺線管(多個環形電流) 條形磁鐵
結論法 同向電流互相吸引,異向電流互相排斥;兩不平行的直線電流相互作用時,有轉到平行且電流方向相同的趨勢
轉換研究 對象法 定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動或運動趨勢的問題,可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力,然后由牛頓第三定律,確定磁體所受電流磁場的作用力,從而確定磁體所受合力及運動方向

解析 ab與磁場垂直受安培力F安=BI·ab=2BIL,bc不受安培力,所以F安= BI·ab=2BIl,C項正確,A、B、D三項錯誤。
答案 C
考向2 判斷安培力作用下導體的運動情況
【典例4】 如圖所示,把一重力不計的通電直導線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方,導線可以自由轉動,當導線通入圖示方向電流I時,導線的運動情況是(從上往下看)(  )
A.順時針方向轉動,同時下降
B.順時針方向轉動,同時上升
C.逆時針方向轉動,同時下降
D.逆時針方向轉動,同時上升
解析 如圖甲所示,把直線電流等效為無數小段,中間的點為O點,選擇在O點左側S極右上方的一小段為研究對象,該處的磁場方向指向左下方,由左手定則判斷,該小段受到的安培力的方向垂直紙面向里,在O點左側的各段電流元都受到垂直紙面向里的安培力,把各段電流元受到的力合成,則O點左側導線受到垂直紙面向里的安培力;同理判斷出O點右側的導線受到垂直紙面向外的安培力。因此,由上向下看,導線沿順時針方向轉動,分析導線轉過90°時的情形:如圖乙所示,導線中的電流向外,由左
手定則可知,導線受到向下的安培力,由以上分析可知,導線在順時針轉動的同時向下運動,A項正確。
答案 A
考向3 磁電式電流表的原理
【典例5】 (多選)電流計等磁電式電表是利用永久磁鐵對通電線圈的作用原理制成的,其優點是靈敏度高。構造如圖甲所示,圓柱形鐵芯固定于U形磁鐵兩極間,其中磁場是均勻輻向分布,鐵芯外面套有纏繞著線圈并可轉動的鋁框,鋁框的轉軸上裝有指針和游絲(又稱螺旋彈簧)。下列說法正確的是(  )
A.線圈在磁場中轉動時,磁感線始終與線圈平面垂直
B.根據指針偏轉角度的大小可以知道被測電流的大小
C.根據指針的偏轉方向不能判斷被測電流的方向
D.圖乙中當線圈左側導線a中電流垂直紙面向外時,圖中指針往右偏
解析 由于蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是輻向均勻分布的,因此不管通電線圈轉到什么角度,它的平面都跟磁感線平行。因此磁力矩與線圈中電流成正比(與線圈位置無關)。當通電線圈轉動時,螺旋彈簧將被扭動,產生一個阻礙線圈轉動的阻力矩,其大小與線圈轉動的角度成正比,當磁力矩與螺旋彈簧中的阻力矩相等時,線圈停止轉動,此時指針偏向的角度與電流成正比,故電流表的刻度是均勻的,根據指針偏轉角度的大小可以知道被測電流的大小,A項錯誤,B項正確;電流的方向不同,則受安培力方向不同,則指針偏轉的方向不同,則根據指針的偏轉方向可判斷被測電流的
方向,C項錯誤;題圖乙中當線圈左側導線a中電流垂直紙面向外時,導線a受安培力向上,則題圖中指針往右偏,D項正確。
答案 BD
安培力作用下的平衡和加速問題的求解思路。
通電導體棒在磁場中的平衡或加速問題是一種常見的力電綜合模型,該模型一般由導軌(水平或傾斜)、導體棒、電源和電阻等組成。這類題目的難點是題圖具有立體性,各力的方向不易確定,因此解題時一定要先把立體圖轉化為平面圖,通過受力分析建立關系式。一般思路如下:
考點3 安培力作用下的平衡和加速問題
(1)選定研究對象。
(2)變三維為二維,如側視圖、剖面圖或俯視圖等,并畫出平面受力分析圖,其中安培力的方向要注意F安⊥B、F安⊥I。
(3)列平衡方程或牛頓第二定律方程進行求解。
考向1 安培力作用下的平衡問題
【典例6】 (教材原題)如圖所示,質量為m、長為l的直導線用兩絕緣細線懸掛于O、O',并處于勻強磁場中。當導線中通以沿x軸正方向的電流I,且導線保持靜止時,懸線與豎直方向夾角為θ。有以下三種磁感應強度方向:
(1)沿z軸正方向;(2)沿y軸正方向;(3)沿懸線向上。
請判斷哪些是可能的,可能時其磁感應強度大小
是多少 如果不可能,請說明原因。

答案 見解析
【鏈接高考】 (2022·湖南卷)如圖甲,直導線MN被兩等長且平行的絕緣輕繩懸掛于水平軸OO'上,其所在區域存在方向垂直指向OO'的磁場,與OO'距離相等位置的磁感應強度大小相等且不隨時間變化,其截面圖如圖乙所示。導線通以電流I,靜止后,懸線偏離豎直方向的夾角為θ。下列說法正確的是(  )
A. 當導線靜止在圖甲右側位置時,導線中電流方向由N指向M
B.電流I增大,靜止后,導線對懸線的拉力不變
C.tan θ與電流I成正比
D.sin θ與電流I成正比

答案 D
【評析】 兩題均考查通電導體在安培力作用下的平衡問題,處理問題的方法相同,均轉換觀察的方向,變成二維受力圖再加以分析。兩者不同點是高考試題中的磁場為輻向磁場,從示意圖中可看出,導線在任意位置時磁場方向均與懸線和導線構成的面平行,則安培力的方向垂直此平面向上。
考向2 安培力作用下的加速問題
【典例7】 (2023·海南卷)如圖所示,U形金屬桿上邊長為L=15 cm,質量為m=1×10-3 kg,下端插入導電液體中,導電液體連接電源,金屬桿所在空間有垂直紙面向里的大小為B=8×10-2 T的勻強磁場。
(1)若插入導電液體部分深h=2.5 cm,閉合開關,金屬桿飛起后,其下端離液面最大高度H=10 cm,設離開導電液體前桿中的電流不變,求金屬桿離開液面時的速度大小和金屬桿中的電流有多大;(g=10 m/s2)
(2)若金屬桿下端剛與導電液體接觸,改變電動勢的大小,通電后金屬桿跳起高度H'=5 cm,通電時間t'=0.002 s,求通過金屬桿橫截面的電荷量。

(2)對金屬桿,由動量定理有(BI'L-mg)t'=mv',
由運動學公式有v'2=2gH',又q=I't',
解得q=0.085 C。

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