高三物理复习第九章磁场第1讲磁场及其对电流的作用省公开课一等奖新名师获奖

第九章磁场第1讲磁场及其对电流作用1/662/66【知识梳理】知识点1磁场、磁感应强度、磁感线1.磁场:(1)定义:磁场是_____、_____周围存在一个特殊物质。(2)基本性质:磁场对处于其中________________________________。磁体电流磁体、电流和运动电荷有力作用3/66(3)方向:小磁针____所受磁场力方向。2.磁感应强度:(1)定义式:(通电导线垂直于磁场)。(2)方向:______________________。3.磁感线及特点:(1)磁感线:在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一点切线方向都跟这点___________方向一致。N极小磁针静止时N极指向磁感应强度4/66(2)特点:①磁感线上某点_____方向就是该点磁场方向。②磁感线_____定性地表示磁场强弱。③磁感线是_____曲线,没有起点和终点。④同一磁场磁感线_____、_______、_______。⑤磁感线是假想曲线,客观上_______。切线疏密闭合闭合不中止不相切不存在5/66知识点2安培定则1.通电直导线:右手握住导线,让___________所指方向与电流方向一致,___________所指方向就是磁感线围绕方向。伸直拇指弯曲四指6/662.环形电流(或通电螺线管):让右手___________与环形电流(或通电螺线管中电流)方向一致,___________所指方向就是环形导线(或通电螺线管)轴线上磁感线方向。弯曲四指伸直拇指7/66如图,分别表示通电直导线、环形电流、通电线圈周围磁场,①表示_____方向,②表示_____方向。电流磁场8/66知识点3安培力大小与方向1.安培力方向:左手定则(1)伸出左手,让拇指与其余四指_____,而且都在同一个平面内。(2)让磁感线从掌心进入,并使_____指向电流方向。垂直四指9/66(3)_____所指方向就是通电导线在磁场中所受安培力方向。2.安培力大小:F=_________(θ为磁场方向与电流方向夹角)(1)当磁场与电流垂直时,F=____。(2)当磁场与电流平行时,F=__。拇指BILsinθBIL010/66【易错辨析】(1)磁场是假想,客观上不存在。()(2)磁场中一小段通电导体在该处受力为零,此处B一定为零。()(3)由定义式B=可知,电流强度I越大,导线L越长,某点磁感应强度就越小。()(4)磁感线是真实存在。()11/66(5)通电线圈可等效成条形磁铁,它周围磁感线起始于线圈一端,终止于线圈另一端。()(6)安培力方向既跟磁感应强度方向垂直,又跟电流方向垂直。()12/66提醒:(1)×。磁场是磁体、电流周围存在一个特殊物质,是客观存在。(2)×。当B∥I时,F=0,可见,通电导体受力为零,此处磁感应强度B不一定为零。(3)×。公式B=是磁感应强度比值定义式,磁感应强度大小由磁场本身决定,与电流I和导线长度L无关。13/66(4)×。磁感线是为了形象描述磁场画出假想线。(5)×。磁感线是闭合曲线,没有起点和终点。(6)√。安培力方向既垂直于磁场方向,又垂直于电流方向,即垂直于磁场与电流决定平面。14/66考点1磁场了解及安培定则【关键要素精讲】1.磁场特点:(1)磁场是磁体、电流周围存在一个特殊物质,是客观存在。(2)磁场强弱由磁场本身决定,与放入其中电流元大小无关。15/66(3)磁场现有强弱也有方向,磁场强弱和方向可用磁感应强度来表示,也可用磁感线定性地表示。16/662.电流磁场——安培定则:直线电流磁场通电螺线管磁场环形电流磁场特点无磁极,非匀强,距导线越远处磁场越弱两侧是N极和S极,与条形磁体磁场类似,管内可看作匀强磁场,管外是非匀强磁场两侧是N极和S极,圆环内侧,离导线越近,磁场越强;圆环外侧离圆环越远,磁场越弱17/66直线电流磁场通电螺线管磁场环形电流磁场安培定则18/66直线电流磁场通电螺线管磁场环形电流磁场立体图19/66直线电流磁场通电螺线管磁场环形电流磁场横截面图从上向下看从前向后看从右向左看20/663.磁场叠加:磁感应强度是矢量,合成与分解遵照平行四边形定则。21/66

【高考命题探究】【典例1】(·北京高考)中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角:“以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也。”深入研究表明,地球周围地磁场磁感线分布示意如图。结合上述材料,以下说法不正确是世纪金榜导学号42722199()22/66A.地理南、北极与地磁场南、北极不重合B.地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近C.地球表面任意位置地磁场方向都与地面平行D.地磁场对射向地球赤道带电宇宙射线粒子有力作用23/66【解析】选C。地理南、北极与地磁场存在一个夹角,称为磁偏角,故地理南、北极与地磁场南、北极不重合,A正确;地磁南极在地理北极附近,地磁北极在地理南极附近,B正确;因为地磁场中某点磁场方向沿该点磁感线切线方向,故只有赤道处磁场方向与地面平行,C错误;在赤道处磁场方向水平,而射线是带电粒子,运动方向垂直磁场方向,依据左手定则可得射向赤道带电宇宙射线粒子受到洛伦兹力作用,D正确。24/66【强化训练】1.科考队进入某一磁矿区域后,发觉指南针原来指向正北N极逆时针转过30°(如图所表示虚线),设该处地磁场磁感应强度水平分量为B,则磁矿所产生磁感应强度水平分量最小值为()A.BB.2BC.D.B25/66【解析】选C。合磁场方向沿虚线方向,所以该磁矿产生磁感应强度水平分量最小值为Bsin30°=,选项C正确。26/662.(多项选择)如图,两根平行长直导线相距2l,通有大小相等、方向相同恒定电流;a、b、c是导线所在平面内三点,左侧导线与它们距离分别为、l和3l。关于这三点处磁感应强度,以下判断正确是()27/66A.a处磁感应强度大小比c处大B.b、c两处磁感应强度大小相等C.a、c两处磁感应强度方向相同D.b处磁感应强度为零28/66【解析】选A、D。a、c两点磁感应强度是两导线电流产生合磁感应强度,因为a点比c点距离两导线较近,所以a点磁感应强度比c点大,A正确。依据安培定则知,a、c两处磁感应强度方向相反,C错误。b点位于两导线中间,两导线在b点产生磁场大小相等,方向相反,合磁感应强度为零,c处磁感应强度不为零,D正确,B错误。29/66【加固训练】图中a、b、c、d为四根与纸面垂直长直导线,其横截面位于正方形四个顶点上,导线中通有大小相同电流,方向如图所表示。一带正电粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面方向向外运动,它所受洛伦兹力方向是()A.向上B.向下 C.向左D.向右30/66【解析】选B。由安培定则能够判断出a、b、c、d四根长直导线在正方形中心O处产生磁感应强度如图所表示。四个磁感应强度按矢量平行四边形定则合成,可得合磁场为水平向左。利用左手定则判断洛伦兹力方向,可得洛伦兹力竖直向下,故B项正确。31/66考点2判断安培力作用下导体运动【关键要素精讲】1.判断导体运动情况基本思绪:首先明确导体所在位置磁感线分布情况,然后利用左手定则判定导体受力情况,进而确定导体运动方向或运动趋势方向。32/662.惯用判断方法:电流元法分割为电流元安培力方向→整段导体所受协力方向→运动方向特殊位置法在特殊位置:安培力方向→运动方向33/66等效法环形电流⇔小磁针通电螺线管⇔条形磁铁⇔多个环形电流结论法同向电流相互吸引,异向电流相互排斥;两不平行直线电流相互作用时,有转到平行且电流方向相同趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下怎样运动或运动趋势问题,可先分析电流在磁体磁场中所受安培力,然后由牛顿第三定律,确定磁体所受电流磁场作用力,从而确定磁体所受协力及运动方向34/66【高考命题探究】【典例2】(·徐州模拟)通有电流导线L1、L2处于同一平面(纸面)内,L1是固定,L2可绕垂直纸面固定转轴O转动(O为L2中心),各自电流方向如图所表示。以下哪种情况将会发生()世纪金榜导学号4272220035/66A.因L2不受磁场力作用,故L2不动B.因L2上、下两部分所受磁场力平衡,故L2不动C.L2绕轴O按顺时针方向转动D.L2绕轴O按逆时针方向转动36/66【解析】选D。由右手螺旋定则可知导线L1上方磁场方向为垂直纸面向外,且离导线L1越远地方,磁场越弱,导线L2上每一小部分受到安培力方向均为水平向右,因为O点下方磁场较强,则所受安培力较大,所以L2绕轴O按逆时针方向转动,D项正确。37/66【感悟提升】(1)特点:本题属于判断导体在安培力作用下运动情况问题。(2)方法:先明确_________________情况,然后判断导体_____________________情况,最终判断导体运动情况。(3)拓展:若撤去转轴O,L2边转动,边_____L1。磁场强弱、方向各处受力大小、方向远离38/66【强化训练】1.(多项选择)把一根不计重力通电硬直导线ab放在磁场中,导线所在区域磁感线呈弧形,如图所表示。导线能够在空中自由移动和转动,导线中电流方向由a向b,关于导线受力和运动情况,下述说法正确是()

39/66A.硬直导线先转动,后边转动边下移B.硬直导线只能转动,不会向下移动C.硬直导线各段所受安培力方向都与导线垂直D.在图示位置,a端受力垂直纸面向内,b端受力垂直纸面向外40/66【解析】选A、C。各处磁场能够分解为水平方向上分量和竖直方向上分量,依据左手定则能够判断出,在图示位置,a端受力垂直纸面向外,b端受力垂直纸面向内,即导线两端受到安培力方向均垂直于纸面,但方向相反,所以导线先转动,伴随转动,导线所受安培力含有竖直向下分量,所以后边转动边下移,选项A正确,B、D错误;硬直导线各段所受安培力方向都与导线垂直,也与该处磁场方向垂直,选项C正确。41/662.(·淄博模拟)如图所表示,一条形磁铁静止在固定斜面上,上端为N极,下端为S极,其中一条磁感线如图所表示。垂直于纸面方向有两根完全相同固定导线,它们与磁铁两端连线都与斜面垂直且长度相等(如图中虚线所表示)。开始两根导线未通电流,斜面对磁铁弹力、摩擦力大小42/66分别为FN、Ff,以后两根导线通一图示方向、大小相同电流后,磁铁依然静止,则与未通电时相比()A.FN、Ff均变大B.FN不变、Ff变小C.FN变大、Ff不变 D.FN变小、Ff不变43/66【解析】选D。两根导线通一题图所表示方向、大小相同电流后,导线受到安培力,由对称性和矢量合成结合牛顿第三定律知,磁铁受到垂直斜面向上力,斜面对磁铁弹力减小,摩擦力不变,选项D正确。44/663.将一个质量很小金属圆环用细线吊起来,在其附近放一条形磁铁,磁铁轴线与圆环在同一个平面内,且经过圆环中心,如图所表示,当圆环中通以顺时针方向电流时,从上往下看()45/66A.圆环顺时针转动,靠近磁铁B.圆环顺时针转动,远离磁铁C.圆环逆时针转动,靠近磁铁D.圆环逆时针转动,远离磁铁46/66【解析】选C。将圆环大致分成左、右两部分,右半部分受力指向纸里,左半部分受力指向纸外,故俯视图中,圆环逆时针转动;当圆环转过90°时,圆环右边相当于条形磁铁S极,故圆环靠近磁铁。综上可知选项C正确。47/66【加固训练】如图所表示,固定不动绝缘直导线mn和能够自由移动矩形线框abcd位于同一平面内,mn与ad、bc边平行且离ad边较近。当导线mn中通以方向向上电流,线框中通以顺时针方向电流时,线框运动情况是()48/66A.向左运动 B.向右运动C.以mn为轴转动 D.静止不动49/66【解析】选B。以mn为研究对象,线框内磁场方向垂直纸面向里,由左手定则知导线mn受到向左安培力,由牛顿第三定律可知线框受到向右作用力,故线框向右运动,选项B正确。50/66考点3安培力作用下导体平衡和加速问题【关键要素精讲】1.分析导体在磁场中平衡和加速问题基本思绪:(1)确定要研究导体。(2)按照已知力→重力→安培力→弹力→摩擦力次序,对导体受力分析。(3)分析导体运动情况。(4)依据平衡条件或牛顿第二定律列式求解。51/662.受力分析注意事项:(1)安培力方向特点:F⊥B,F⊥I,即F垂直于B和I决定平面。(2)安培力大小:应用公式F=BILsinθ计算弯曲导线在匀强磁场中所受安培力大小时,有效长度L等于曲线两端点直线长度。52/66(3)视图转换:对于安培力作用下力学问题,导体棒受力往往分布在三维空间不一样方向上,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。53/66【高考命题探究】【典例3】(·全国卷Ⅰ)如图,一长为10cm金属棒ab用两个完全相同弹簧水平地悬挂在匀强磁场中,磁场磁感应强度大小为0.1T,方向垂直于纸面向里;弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘,金属棒经过开关与一电动势为12V电池相连,电路54/66总电阻为2Ω。已知开关断开时两弹簧伸长量均为0.5cm;闭合开关,系统重新平衡后,两弹簧伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm,重力加速度取10m/s2。判断开关闭合后金属棒所受安培力方向,并求出金属棒质量。世纪金榜导学号4272220155/66【解析】依题意,开关闭合后,电流方向从b到a,由左手定则可知,金属棒所受安培力方向竖直向下。开关断开时,两弹簧各自相对于其原长伸长为Δl1=0.5cm。由胡克定律和力平衡条件得2kΔl1=mg①式中,m为金属棒质量,k是弹簧劲度系数,g是重力加速度大小。56/66开关闭合后,金属棒所受安培力大小为F=IBL②式中,I是回路电流,L是金属棒长度,两弹簧各自再伸长了Δl2=0.3cm,由胡克定律和力平衡条件得2k(Δl1+Δl2)=mg+F③由欧姆定律有E=IR④式中,E是电池电动势,R是电路总电阻。联立①②③④式,并代入题给数据得m=0.01kg答案:安培力方向竖直向下0.01kg57/66【迁移训练】58/66迁移1:计算瞬时加速度【典例3】中,闭合开关,系统重新平衡后,重新断开开关瞬间,金属棒加速度大小是多少?【解析】由2kx1=mg可得:k=10N/m重新断开开关瞬间,依据牛顿第二定律2kx2-mg=ma可得:a=6m/s2答案:6m/s259/66迁移2:磁场方向改变【典例3】中,其它条件不变,磁场方向变为竖直向下,闭合开关,系统平衡后,弹簧形变量是多少?