高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教学案160152

高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计160152[高考导航]考点内容要求磁场、磁感觉强度、Ⅰ磁感线通电直导线和通电线圈周围磁场的方Ⅰ向安培力、安培力的方Ⅰ向匀强磁场中的安培Ⅱ力洛伦兹力、洛伦兹力Ⅰ的方向洛伦兹力的公式Ⅱ带电粒子在匀强磁Ⅱ场中的运动质谱仪和回旋加速Ⅰ器说明：(1)安培力的计算只限于电流与磁感觉强度垂直的状况。(2)洛伦兹力的计算只限于速度与磁场方向垂直的状况。

第9章磁场高考(全国卷)三年命题状况比较解析20172018命题解析卷卷Ⅰ·T16：Ⅰ·T17：带电粒子磁场及其在复合场卷对电流的中的运动Ⅰ·T25：作用1.高考对本章内卷带电粒子卷容观察命题频率Ⅰ·T：在组合场Ⅱ·T：极高，常以选择1917磁场的叠中的运动磁场对运题和计算题两种加，磁场卷动电荷的形式命题。对电流的Ⅱ·T20：作用2．选择题一般考作用磁场的叠卷查磁场的基础知卷加Ⅲ·T：识和基本规律，18Ⅱ·T18：卷磁场对运难度不大；计算带电粒子Ⅱ·T25：动电荷的题主若是观察安在匀强磁带电粒子作用培力、带电粒子场中的圆在组合场卷在磁场中的运动周运动中的运动Ⅱ·T：与力学、电学、17卷卷带电粒子能量知识的综合Ⅲ·T18：Ⅲ·T24：在匀强磁应用，难度较大，磁场的叠带电粒子场中的运很多的是高考的加在组合场动压轴题。卷中的运动卷Ⅲ·T24：Ⅰ·T24：带电粒子带电粒子在复合场在复合场1/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计160152中的运动中的运动物理看法：磁场、磁感觉强度、磁感线、安培力、洛伦兹力(如卷Ⅰ·T17)。科学思想：左手定则、安培定则、右手定则、“电流元法”、“比核心涵养值定义法”、“图象法”、“控制变量法”、“临界法”(如卷Ⅱ·T17)。科学研究：研究影响磁感觉强度的因素。科学态度与责任：磁与现代科技应用。第1节磁场的描述磁场对电流的作用一、磁场、磁感觉强度．磁场基本性质：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用。方向：小磁针的N极所受磁场力的方向。．磁感觉强度物理意义：描述磁场的强弱和方向。F大小：B＝IL(通电导线垂直于磁场)。方向：小磁针静止时N极的指向。单位：特斯拉(T)。．匀强磁场2/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计160152定义：磁感觉强度的大小各处相等、方向各处相同的磁场称为匀强磁场。特点：疏密程度相同、方向相同的平行直线。．地磁场地磁的N极在地理南极周边，S极在地理北极周边，磁感线分布以下列图。在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感觉强度相等，且方向水平向北。．磁场的叠加磁感觉强度是矢量，计算时与力的计算方法相同，利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解。二、磁感线通电直导线和通电线圈周围磁场的方向．磁感线及特点磁感线：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感觉强度的方向一致。特点①磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向。②磁感线的疏密定性地表示磁场的强弱。③磁感线是闭合曲线，没有起点和终点。3/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计160152④磁感线是假想的曲线，客观上不存在。．电流的磁场通电直导线通电螺线管环形电流安培定则三、安培力及其方向．安培力的大小磁场和电流垂直时：F＝BIL。磁场和电流平行时：F＝0。．安培力的方向左手定则判断：伸出左手，让拇指与其他四指垂直，并且都在同一个平面内。让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流方向。拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。1．思虑辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)磁场中某点磁感觉强度的大小，跟放在该点的试试电流元的状况没关。(√)4/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计160152(2)小磁针N极所指的方向就是该处磁场的方向。(×)(3)在同一幅图中，磁感线越密，磁场越强。(√)将通电导线放入磁场中，若不受安培力，说明该处磁感觉强度为零。(×)(5)1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流能够使周围的小磁针发生偏转，称为电流的磁效应。(√)(6)安培力可能做正功，也可能做负功。(√)2．(粤教版选修3－1P84T1)把一小段通电直导线放入磁场中，导线碰到安培力的作用。关于安培力的方向，以下说法中正确的选项是()A．安培力的方向必然跟磁感觉强度的方向相同．安培力的方向必然跟磁感觉强度的方向垂直，但不用然跟电流方向垂直C．安培力的方向必然跟电流方向垂直，但不用然跟磁感觉强度方向垂直．安培力的方向必然跟电流方向垂直，也必然跟磁感觉强度方向垂直[依照左手定则可知，安培力的方向必然跟电流方向垂直，也必然跟磁感觉强度方向垂直，故D正确。]3．(教科版选修3－1P83T3)(多项选择)如图为通电螺线管。A为螺线管外一点，B、C两点在螺线管的垂直均分线上，则以下说法正确的是()5/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计160152A．磁感线最密处为A处，最疏处为B处B．磁感线最密处为B处，最疏处为C处C．小磁针在B处和A处N极都指向左方D．小磁针在B处和C处N极都指向右方BC[依照安培定则可知，A、B两处磁场方向向左，C处磁场方向向右；依照通电螺线管周围的磁感线分布状况可知，B处磁感线最密，C处磁感线最疏。]4．(人教版选修3－1P83“演示”实验改编)如图是“研究影响通电导体在磁场中受力的因素”的实验表示图。三块相同的蹄形磁铁并列放置在水平桌面上，导体棒用图中1、2、3、4轻而娇嫩的细导线悬挂起来，它们之中的任意两根与导体棒和电源构成回路。认为导体棒所在地址周边为匀强磁场，最初导线1、4接在直流电源上，电源没有在图中画出。关于接通电源时可能出现的实验现象，以下表达正确的是()A．改变电流方向同时改变磁场方向，导体棒摇动方向将会改变．仅改变电流方向也许仅改变磁场方向，导体棒摇动方向必然6/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计160152改变C．增大电流同时改变接入导体棒上的细导线，接通电源时，导体棒摇动幅度必然增大．仅拿掉中间的磁铁，导体棒摇动幅度不变[答案]B安培定则的应用和磁场的叠加[依题组训练]1．(多项选择)以下说法正确的选项是()A．磁场中某点的磁感觉强度能够这样测定：把一小段通电导线放在该点时，碰到的磁场力F与该导线的长度L、经过的电流I的乘F积的比值B＝IL，即磁场中某点的磁感觉强度．通电导线在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感觉强度必然为零FC．磁感觉强度B＝IL可是定义式，它的大小取决于场源及磁场中的地址，与F、I、L以及通电导线在磁场中的方向没关．磁场是客观存在的CD[A项观察的是磁感觉强度的定义，只有当通电导线与磁场F方向垂直时才有B＝IL，A错误；B项中，当通电导线与磁场平行时，7/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计160152F不受磁场力，此时，磁感觉强度不为零，B错误；C选项中，B＝IL是定义式，磁场强弱取决于场源及磁场中的地址，C正确；磁场与电场相同，都是客观存在的，D正确。]2．关于磁感线的描述，以下说法中正确的选项是()A．磁感线能够形象地描述各点磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致．磁感线能够用细铁屑来显示，所以是真实存在的C．两条磁感线的空隙处必然不存在磁场．两个磁场叠加的地域，磁感线即可能订交[磁感线上每一点的切线方向表示该点的磁场方向，即小磁针静止时北极所指的方向，A正确；磁感线是为了形象地描述磁场而假想的一簇有方向的闭合曲线，实质上其实不存在，细铁屑能够显示出其形状，但那其实不是磁感线，B错误；磁感线的疏密反响磁场的强弱，磁感线是假想的、人为画出的曲线，两条磁感线的空隙处也存在磁场，C错误；在磁铁外面磁感线从N极到S极，在内部从S极到N极，磁感线不订交，所以D错误。]以下列图，圆环上带有大量的负电荷，当圆环沿顺时针方向转动时，a、b、c三枚小磁针都要发生转动，以下说法正确的选项是()8/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计160152A．a、b、c的N极都向纸里转B．b的N极向纸外转，而a、c的N极向纸里转C．b、c的N极都向纸里转，而a的N极向纸外转D．b的N极向纸里转，而a、c的N极向纸外转[由于圆环带负电荷，故当圆环沿顺时针方向转动时，等效电流的方向为逆时针，由安培定则可判断环内磁场方向垂直纸面向外，环外磁场方向垂直纸面向内，磁场中某点的磁场方向即是放在该点的小磁针静止时N极的指向，所以小磁针b的N极向纸外转，a、c的N极向纸里转，故B正确。]4．(多项选择)(2018·全国卷Ⅱ)以下列图，纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2，L1中的电流方向向左，L2中的电流方向向上；L1的正上方有a、b两点，它们有关于L2对称。整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的磁感觉强度大小为B0，方向垂直于纸面向11外。已知a、b两点的磁感觉强度大小分别为3B0和2B0，方向也垂直于纸面向外。则()7A．流经L1的电流在b点产生的磁感觉强度大小为12B01B．流经L1的电流在a点产生的磁感觉强度大小为12B09/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计1601521C．流经L2的电流在b点产生的磁感觉强度大小为12B07D．流经L2的电流在a点产生的磁感觉强度大小为12B0AC[由对称性可知，流经L1的电流在a、b两点产生的磁感觉强度大小相等且方向相同，设为B1，流经L2的电流在a、b两点产生的磁感觉强度大小相等但方向相反，设其大小为B2，由磁场叠加117原理有B0－B1－B2＝3B0，B0－B1＋B2＝2B0，联立解得B1＝12B0，1B2＝12B0，所以A、C正确。]．安培定则的应用在运用安培定则判断直线电流和环形电流及通电螺线管的磁场时应分清“因”和“果”。原因(电流方向)结果(磁场方向)直线电流的磁场大拇指四指环形电流及通电螺线管的磁场四指大拇指．磁场叠加问题的解题思路确定磁场场源，如通电导线。定位空间中需求解磁场的点，利用安培定则判断各个场源在这一点上产生的磁场的大小和方向。以下列图为M、N在c点产生的磁场BM、BN。10/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计160152应用平行四边形定则进行合成，如图中的合磁场B。安培力大小和方向[讲典例示法]1．安培力大小：F＝ILBsinθ当I⊥B时，F＝BIL。当I∥B时，F＝0。注意：①当导线波折时，L是导线两端的有效直线长度(如图所示)。②关于任意形状的闭合线圈，其有效长度均为零，所以通电后在匀强磁场中碰到的安培力的矢量和为零。2．安培力方向：用左手定则判断，注意安培力既垂直于B，也垂直于I，即垂直于B与I决定的平面。[典例示法](多项选择)以下列图，空间中有一斜向右下方、与水平方向成θ角的匀强磁场，磁感觉强度为B，一绝缘竖直挡板AC垂直于纸面所在的平面竖直放置，一根通有垂直纸面向外的电流的水平金属杆，紧贴挡板上的O点处于静止状态。以下说法正确的选项是()11/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计160152A．若挡板AC表面圆滑，略减小杆中电流，杆可能依旧静止于点B．若挡板AC表面圆滑，略增大杆中电流，要使杆依旧静止，可将挡板绕过O点垂直纸面的轴逆时针转动必然角度C．若挡板AC表面粗糙，略增大杆中电流，杆可能依旧静止，且杆所受的静摩擦力必然增大D．若挡板AC表面粗糙，略减小杆中电流，杆可能依旧静止，且杆所受的静摩擦力方向可能竖直向上甲乙BD[若挡板AC表面圆滑，则杆受重力G、支持力N和安培力F的作用而静止，如图甲所示，依照平衡条件有Fcosθ＝G，而F＝BIL，得BILcosθ＝G，当略减小杆中电流I时，有BILcosθ<G，则杆将向下做加速运动，选项A错误；若挡板AC表面圆滑，则杆受重力G、支持力N和安培力F三个力的作用而静止，三力平衡时，三个力能够构成首尾相连的矢量三角形，如图乙所示，略增大杆中电流I，则安培力F(方向不变)略增大，要使杆重新平衡，支持力N必12/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计160152须逆时针转动必然角度，立刻挡板绕过O点垂直纸面的轴逆时针转动必然角度，选项B正确；若挡板AC表面粗糙，则杆可能受重力、支持力、静摩擦力和安培力的作用而静止，其中静摩擦力的方向可能竖直向上，也可能竖直向下，静摩擦力还可能为零，略增大杆中电流I，安培力F增大，杆可能依旧静止，若原静摩擦力方向竖直向上，依照Fcosθ＋f＝mg知，静摩擦力f可能减少，选项C错误；若挡板AC表面粗糙，略减小杆中电流I，安培力F减小，杆可能依旧静止，若原静摩擦力f方向竖直向上，依照Fcosθ＋f＝mg知，静摩擦力f增加且方向仍竖直向上，选项D正确。]【变式1】若G>BILcosθ，杆可否受静摩擦力f？方向如何？略增大I时，f如何变化？提示：受静摩擦力，竖直向上，I增大时，f减小，可减为零。【变式2】若G＝BILcosθ，杆可否受静摩擦力f？略增大或减少I时，f如何变化？提示：不受静摩擦力，I增大时，f竖直向下增大，I减小时，f竖直向上增大。【变式3】若G<BILcosθ，杆可否受静摩擦力f？方向如何？若减小I时，f如何变化？提示：受静摩擦力，竖直向下，I减小时，f减小，可减为零。【变式4】若金属杆随粗糙挡板一起水平向左做匀加速直线运动，挡板保持竖直，其他条件均不变，则与挡板静止时对照较，杆受的安培力、支持力、摩擦力如何变化？13/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计160152提示：安培力不变，支持力变大，摩擦力不变。安培力作用下的平衡问题与力学中的平衡问题解析方法是相同的，只但是多了安培力，解题的要点仍是受力解析。视图变换：关于安培力作用下的力学问题，线框的受力边及金属棒的受力经常分布在三维空间的不相同方向上，这时应利用俯视图、剖面图或侧视图等，变立体图为二维平面图。在剖面图中，线框的受力边及金属棒可用小圆圈代替，垂直剖面方向的电流可用“?”或“⊙”表示，垂直剖面方向的磁场可用“×”或“·”表示，但垂直剖面方向的力不能够用“×”或“·”表示。[跟进训练]安培力的大小和方向1．以下列图，一个边长为L的正方形金属框竖直放置，各边电阻相同，金属框放置在磁感觉强度大小为B、方向垂直金属框平面向里的匀强磁场中。若A、B两端与导线相连，由A到B通以以下列图方向的电流(由A点流入，从B点流出)，流过AB边的电流为I，则金属框碰到的安培力大小和方向分别为()A．2BIL，竖直向下14/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计1601524B．3BIL，竖直向上C．BIL，竖直向上3D．4BIL，竖直向下[由题图可知，电流由A点流入，从B点流出，则有A→B和A→D→C→B的电流，而A→D→C→B的电流产生的安培力可等效成DC边碰到的安培力，由于流过AB边电流为I，依照电路并联14特点，流过DC边的电流为3I，所以金属框碰到的合安培力为3BIL，依照左手定则，方向竖直向上，故B正确，A、C、D错误。]2．(·江西红色七校联考)以下列图，三根通电长直导线P、Q、R互相平行，垂直纸面放置，此间距均为a，电流均为I，方向垂直纸面向里(已知在电流为I的长直导线产生的磁场中，距导线r处的磁kI感觉强度B＝r，其中k为常数)。某时刻有一电子(质量为m、电荷量为e)正好经过原点O，速度大小为v，方向沿y轴正方向，则电子此时所受磁场力为()2evkIA．方向垂直纸面向里，大小为3a15/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计1601522evkIB．方向指向x轴正方向，大小为3aevkIC．方向垂直纸面向里，大小为3aevkID．方向指向x轴正方向，大小为3a[P、Q两根导线距O点的距离相等，在O点产生的磁感觉强度方向相反、大小相等，合磁感觉强度为零，所以O点磁感觉强度等于R在O点产生的磁感觉强度，依照安培定则，可知其方向沿3kI2kIx轴负方向，RO＝2a，磁感觉强度的大小B＝r＝3a，依照左手定则，洛伦兹力方向垂直纸面向里，大小为F＝evB＝2evkI，故A3a项正确。]安培力作用下的平衡问题3．以下列图，一劲度系数为k的轻质弹簧，下面挂有匝数为n的矩形线框abcd，bc边长为l，线框的下半部分处在匀强磁场中，磁感觉强度大小为B，方向与线框平面垂直(在图中垂直于纸面向里)，线框中通以电流I，方向以下列图，开始时线框处于平衡状态。令磁场反向，磁感觉强度的大小仍为B，线框达到新的平衡，则在此过程中线框位移的大小x及方向是()16/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计160152nBIlA．x＝k，方向向上nBIlB．x＝，方向向下knBIlC．x＝k，方向向上nBIlD．x＝k，方向向下[线框在磁场中受重力、安培力、弹簧弹力处于平衡状态，安培力为F＝nBIl，且开始时方向向上，改变磁场方向后安培力方向向下，大小不变。设在磁场反向从前弹簧的伸长量为x，则磁场反向此后弹簧的伸长量为(x＋x)，由平衡条件知kx＋nBIl＝mg及k(x＋x)nBIl＝nBIl＋mg，联立解得x＝k，且线框向下搬动，B对。]4．以下列图，U形平行金属导轨与水平面成37°角，金属杆ab横跨放在导轨上，其有效长度为0.5m，质量为0.2kg，与导轨间的动摩擦因数为0.1。空间存在竖直向上的磁感觉强度为2T的匀强磁场。要使ab杆在导轨上保持静止，则ab中的电流大小应在什么范围？(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)17/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计160152[解析]先画出金属杆受力的侧面图，由于安培力的大小与电流有关，所以改变电流的大小，能够改变安培力的大小，也能够使导线所受的摩擦力方向发生变化。由平衡条件可知，当电流较小时，导线所受的摩擦力方向沿斜面向上，如图甲所示。甲乙则mgsinθ＝μ(mgcosθ＋Fsinθ)＋Fcosθmgsinθ－μcosθ又F＝BI1L，得I1＝BLcosθ＋μsinθ≈1.21A当电流较大时，导线所受的摩擦力方向沿斜面向下，如图乙所示。则mgsinθ＋μ(mgcosθ＋Fsinθ)＝Fcosθmgsinθ＋μcosθ又F＝BI2L，I2＝BLcosθ－μsinθ≈1.84A所以1.21A≤I≤1.84A。[答案]1.21A≤I≤1.84A安培力作用下导体运动状况的判断方法[讲典例示法]．判断导体运动状况的基本思路18/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计160152判断通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势，第一必定弄清楚导体所在地址的磁感线分布状况，尔后利用左手定则正确判断导体的受力状况，进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。．五种常用判断方法电流元法

左手定则切割为电流元―――――→安培力方向→整段导体所受合力方向→运动方向特别地址法在特别地址→安培力方向→运动方向等效法环形电流→小磁针，通电螺线管→条形磁铁同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；两不平行的直线电流互相作用结论法时，有转到平行且电流方向相同的趋势定性解析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题，可先解析变换研究电流在磁体磁场中所受的安培力，尔后由牛顿第三定律，确定磁体所受对象法电流磁场的作用力，进而确定磁体所受合力及运动方向[典例示法](一题多法)一个能够自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，以下列图。当两线圈中通以图示方向的电流时，从左向右看，线圈L1将()A．不动．顺时针转动C．逆时针转动．在纸面内平动[解析]方法一(电流元法)把线圈L1沿水平转动轴分成上下两部分，每一部分又能够看作无数段直线电流元，电流元处在L2产生19/23高考物理大一轮复习第9章磁场第1节磁场的描述磁吃电流的作用教教学设计160152的磁场中，依照安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上，由左手定则可得，上半部分电流元所受安培力均指向纸外，下半部分电流元所受安培力均指向纸内，所以从左向右看线圈L1将顺时针转动。方法二(等效法)把线圈L1等效为小磁针，该小磁针恰好处于环形电流I2的中心，小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向，由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心处竖直向上，而L1等效成小磁针后，转动前，N极指向纸内，所以小磁针的N极应由指向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈L1将顺时针转动。方法三(结论法)环形电流I1、I2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止。据此可得，从左向右看，线圈L1将顺时针转动。[答案]B判断磁场中导体运动趋势的两点注意应用左手定则判断安培力方向时，磁感线穿下手心，大拇指必然要与磁感线方向垂直，四指与电流方向一致但不用然与磁感线方向垂直。导体与导体之间、磁体与磁体之间、磁体与导