物理选修3-1人教版第三章磁场单元复习（共77张ppt）

(共77张PPT)
磁场单元复习
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
顺磁性物质
抗磁性物质
铁磁性物质
被磁化后磁性的强弱
很弱
很弱
很强
被磁化后的磁场方向
使外磁场稍有增强
使外磁场稍有减弱
使外磁场大
增强
外磁场撤去以后
磁性几乎完全消失
磁性几乎完全消失
剩余一部分
磁性
典型代表物质
锰、铬、铝等
鉍、铜、银、惰性气体等
金属磁性材料，包括铁、钴、镍及其合金等；铁氧体
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
N
S
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
N
S
N
S
2、电流的磁感线
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：0.3×10-4～0.7×10-4T
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
F
B=
１、磁感应强度
磁通量：穿过某一面积磁感线的条数(用Φ表示)
大小：Φ=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=Φ/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α时，有Φ=BSsinα。
2、磁通量
穿过两面积的磁通量相等吗？
　　　　　２Ｒ
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
α
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α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
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
F
I
1、安培力的大小F=ILBSinα
不受力
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
α
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
方法：
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.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
L2
L1
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．2BIr
B．0.5BIr
C．BIr
D．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，其值为B2/2μ，式中B是磁感强度，μ是磁导率，在空气中μ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Δl，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=0.5Ω竖直导轨电阻可忽略,金属棒的质量m=0.1kg,R=0.5Ω,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:此磁场是斜向上还是斜向下?Ｂ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θ=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=mgtanθ
I=mgtanθ/BL=15A
(2)当磁场垂直斜面向
下时F=BIL=mgsinθ
I=mgsinθ/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
=
1Ω，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角θ=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
=
0.1Ω，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
=
20cm,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
θ=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.
B
h
s
【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=gt２/2、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
b
I
◎
N
S
a
I
b
·
右视：
前视：
磁力矩
◎
N
S
·
前视：
I
磁力矩
◎
N
S
·
前视：
a
I
b
磁力矩
◎
N
S
·
前视：
I
磁力矩
◎
N
S
·
前视：
I
磁力矩
·
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=
nBIScosθ
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θ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，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/NIL
B.磁感应强度的方向垂直纸面向里，
大小为mg/2NIL
C.磁感应强度的方向垂直纸面向外，
大小为（m1-m2）g/NIL
D.磁感应强度方向垂直纸面向外，
大小为mg/2NIL
答案：
B
例4：设电流计中的磁场为均匀幅向分布的磁场，下图中abcd表示的是电流计中的通电线圈，ab=dc=1
cm，ad=bc=0.9
cm，共50匝，线圈两边所在位置的磁感应强度为0.5
T，已知线圈每偏转1°，弹簧产生的阻碍线圈偏转的力矩为2.5×10-8
N·m
(1)当线圈中电流为0.6
mA时，
指针将转过多少度？
(2)如果指针的最大偏转角为
90°，则这只电流计量程
是多少？
(3)当指针偏转角为40°时，
通入线圈的电流多大？
答案：
(1)
54°
(2)
1
mA
(3)
0.44mA
例5.矩形导线框接在电压稳定的电路中，且与磁感线平行地放在匀强磁场中，此时它受到的磁力矩为M，要使线框受到的磁力矩变为1/2.可以采用的措施是：
A.将匝数减少一半
B.将长宽均减少一半
C.将线框转过30°角
D.将线框转过60°角
答案：
BD
例6.如图所示，一位于xy平面内的矩形通电线框只能绕ox轴转动，线圈的4个边分别与x、y轴平行，线圈中电流方向如图，当空间加上如下所述的哪种磁场线圈会转动起来：
A.方向沿x轴的恒定磁场
B.方向沿y轴的恒定磁场
C.方向沿z轴的恒定磁场
D.方向沿x轴的反方向的
恒定磁场
答案：
B
第七部分：
洛伦兹力
(1).在速度垂直于磁场时，洛伦兹力最大
(3)洛伦兹力的方向用左手定则(注意：四指的方向为正电荷的运动方向，或负电荷运动的反方向。)
(2).洛伦兹力始终垂直于速度，所以洛伦兹力不做功
洛伦兹力
磁场对运动电荷的作用力
洛伦兹力的公式：f=qvB
+
f
v
问题分析：三只带电小球，从同一高度，分别在水平电场、垂直纸面向内的磁场、只有重力作用下自由落下，试分析它们落地的时间、速率。
E
B
例11．显像管的磁偏转线圈由两个半圆铁芯上绕以导线制成，如图所示．当线圈中通以图示电流，并在圆环中心（显像管的轴线方向）有垂直纸面向外的阴极电子束运动时，这些电子将
A．向左偏转
B．向右偏转
C．向下偏转
D．向上偏转
答案:D
带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动
注意：周期与运动速度无关
例1：两个粒子带电量相等，在同一匀强磁场中只受磁场力而做匀速圆周运动，则(
)
A.若速率相等，则半径相等
B.若速率相等，则周期相等
C.若动量大小相等，则半径相等
D.若动能相等，则周期相等
C
Ⅰ:轨迹问题的定性分析
例2：如图所示，在长直导线中有恒电流I通过，导线正下方电子初速度v０方向与电流I的方向相同，电子将
A.沿路径
a
运动，轨迹是圆
B.沿路径
a
运动，
轨迹半径越来越大
C.沿路径
a
运动，
轨迹半径越来越小
D.沿路径
b
运动，
轨迹半径越来越大