（新課改省份專用）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 第1節(jié) 磁場的描述 磁場對電流的作用學(xué)案（含解析）.doc
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磁場的描述 磁場對電流的作用 新課程標(biāo)準(zhǔn) 核心知識提煉 1.了解我國古代對磁現(xiàn)象的認(rèn)識和應(yīng)用及其對人類文明的影響。 2.通過實驗，了解磁場。知道磁場是一種物質(zhì)，體會場的統(tǒng)一性與多樣性。知道磁感應(yīng)強度和磁通量。能用磁感線描述磁場。體會物理模型在探索自然規(guī)律中的作用。 3.知道電流的磁場。會判斷通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍的磁場方向。 4.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。 5.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。能用洛倫茲力分析帶電粒子在勻強磁場中的圓周運動。了解帶電粒子的磁偏轉(zhuǎn)原理及其應(yīng)用。 磁場 磁感應(yīng)強度 磁通量 磁感線 電流產(chǎn)生的磁場 安培定則 安培力的方向和大小 洛倫茲力的方向和大小 帶電粒子在勻強磁場中的圓周運動 帶電粒子的磁偏轉(zhuǎn)原理及其應(yīng)用 第1節(jié) 磁場的描述 磁場對電流的作用 一、磁場、磁感應(yīng)強度 1．磁場 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．磁感應(yīng)強度 (1)物理意義：描述磁場的強弱和方向。 (2)大小：B＝。[注1] (3)方向：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．勻強磁場 (1)定義：磁感應(yīng)強度的大小處處相等、方向處處相同的磁場稱為勻強磁場。 (2)特點：磁感線疏密程度相同、方向相同。 二、磁感線 通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向 1．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)強度的方向一致。 (2)特點[注2] 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。 2．電流的磁場 通電直導(dǎo)線 通電螺線管 環(huán)形電流 安 培 定 則 三、安培力、安培力的方向 勻強磁場中的安培力 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＝。 2．安培力的方向 左手定則判斷： [注3] (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。 【注解釋疑】 [注1] B的大小和方向由磁場本身決定，與該處放不放通電導(dǎo)線無關(guān)，在定義式中一定要強調(diào)通電導(dǎo)線垂直于磁場。 [注2] 磁場是客觀存在的特殊物質(zhì)，磁感線是假想的曲線；磁感線是閉合的曲線，而電場線是不閉合的曲線。 [注3] 安培力方向一定垂直電流與磁場方向決定的平面，即同時有FA⊥I，F(xiàn)A⊥B。而磁場與電流的方向可以不垂直。 [深化理解] 1．電流不受安培力或運動電荷不受洛倫茲力，都不能說明該處沒有磁場，這一點與電場不同，電荷在電場中一定受電場力作用。 2．安培力可以做功，而洛倫茲力永不做功。 3．安培力的沖量I＝BLq。 [基礎(chǔ)自測] 一、判斷題 (1)磁場中某點磁感應(yīng)強度的大小，跟放在該點的試探電流元的情況無關(guān)。(√) (2)磁場中某點磁感應(yīng)強度的方向，跟放在該點的試探電流元所受磁場力的方向一致。() (3)垂直磁場放置的線圈面積減小時，穿過線圈的磁通量可能增大。(√) (4)小磁針N極所指的方向就是該處磁場的方向。() (5)在同一幅圖中，磁感線越密，磁場越強。(√) (6)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)強度為零。() (7)1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)電流可以使周圍的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，稱為電流的磁效應(yīng)。(√) 二、選擇題 1．[粵教版選修3－1 P84T1]把一小段通電直導(dǎo)線放入磁場中，導(dǎo)線受到安培力的作用。關(guān)于安培力的方向，下列說法中正確的是( ) A．安培力的方向一定跟磁感應(yīng)強度的方向相同 B．安培力的方向一定跟磁感應(yīng)強度的方向垂直，但不一定跟電流方向垂直 C．安培力的方向一定跟電流方向垂直，但不一定跟磁感應(yīng)強度方向垂直 D．安培力的方向一定跟電流方向垂直，也一定跟磁感應(yīng)強度方向垂直 解析：選D 根據(jù)左手定則可知，安培力的方向一定跟電流方向垂直，也一定跟磁感應(yīng)強度方向垂直，故D正確。 2．[教科版選修3－1 P83T3](多選)如圖為通電螺線管。A為螺線管外一點，B、C兩點在螺線管的垂直平分線上，則下列說法正確的是( ) A．磁感線最密處為A處，最疏處為B處 B．磁感線最密處為B處，最疏處為C處 C．小磁針在B處和A處N極都指向左方 D．小磁針在B處和C處N極都指向右方 解析：選BC 根據(jù)安培定則可知，A、B兩處磁場方向向左，C處磁場方向向右；根據(jù)通電螺線管周圍的磁感線分布情況可知，B處磁感線最密，C處磁感線最疏。 3．(多選)一小段長為L的通電直導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強度為B的磁場中，當(dāng)通過它的電流為I時，所受安培力為F。以下關(guān)于磁感應(yīng)強度B的說法正確的是( ) A．磁感應(yīng)強度B一定等于 B．磁感應(yīng)強度B可能大于或等于 C．磁場中通電直導(dǎo)線受安培力大的地方，磁感應(yīng)強度一定大 D．在磁場中通電直導(dǎo)線也可以不受安培力 答案：BD 4.[人教版選修3－1 P94T3改編]如圖所示，用天平測量勻強磁場的磁感應(yīng)強度。下列各選項所示的載流線圈匝數(shù)相同，邊長MN相等，將它們分別掛在天平的右臂下方。線圈中通有大小相同的電流，天平處于平衡狀態(tài)。若磁場發(fā)生微小變化，天平最容易失去平衡的是( ) 解析：選A 由安培力F＝BIL可知，線圈在磁場中的有效長度越大，天平越容易失去平衡，故A正確。 高考對本節(jié)內(nèi)容的考查，主要集中在安培定則和磁場疊加、安培力作用下導(dǎo)體運動情況的判斷與平衡問題，對三個考點的考查，主要以選擇題的形式呈現(xiàn)，難度一般，而對安培力作用下的平衡問題有時考查計算題，難度中等。 考點一 安培定則的應(yīng)用和磁場的疊加[基礎(chǔ)自修類] [題點全練] 1．[安培定則的應(yīng)用] 如圖所示，圓環(huán)上帶有大量的負(fù)電荷，當(dāng)圓環(huán)沿順時針方向轉(zhuǎn)動時，a、b、c三枚小磁針都要發(fā)生轉(zhuǎn)動，以下說法正確的是( ) A．a(chǎn)、b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn) B．b的N極向紙外轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙里轉(zhuǎn) C．b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn)，而a的N極向紙外轉(zhuǎn) D．b的N極向紙里轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙外轉(zhuǎn) 解析：選B 由于圓環(huán)帶負(fù)電荷，故當(dāng)圓環(huán)沿順時針方向轉(zhuǎn)動時，等效電流的方向為逆時針，由安培定則可判斷環(huán)內(nèi)磁場方向垂直紙面向外，環(huán)外磁場方向垂直紙面向內(nèi)，磁場中某點的磁場方向即是放在該點的小磁針靜止時N極的指向，所以小磁針b的N極向紙外轉(zhuǎn)，a、c的N極向紙里轉(zhuǎn)。故B正確。 2．[兩電流產(chǎn)生磁場的疊加] (多選)(2018全國卷Ⅱ)如圖，紙面內(nèi)有兩條互相垂直的長直絕緣導(dǎo)線L1、L2，L1中的電流方向向左，L2中的電流方向向上；L1的正上方有a、b兩點，它們相對于L2對稱。整個系統(tǒng)處于勻強外磁場中，外磁場的磁感應(yīng)強度大小為B0，方向垂直于紙面向外。已知a、b兩點的磁感應(yīng)強度大小分別為B0和B0，方向也垂直于紙面向外。則( ) A．流經(jīng)L1的電流在b點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B0 B．流經(jīng)L1的電流在a點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B0 C．流經(jīng)L2的電流在b點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B0 D．流經(jīng)L2的電流在a點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B0 解析：選AC 外磁場、電流的磁場方向如圖所示，由題意知 在b點：B0＝B0－B1＋B2 在a點：B0＝B0－B1－B2 由上述兩式解得B1＝B0，B2＝B0，故A、C正確。 3．[多個電流產(chǎn)生磁場的疊加] 四根相互平行的通電長直導(dǎo)線a、b、c、d電流均為I，如圖所示放在正方形的四個頂點上，每根通電直導(dǎo)線單獨存；在時，正方形中心O點的磁感應(yīng)強度大小都是B，則四根通電導(dǎo)線同時存在時O點的磁感應(yīng)強度的大小和方向為( ) A．2B，方向向左 B．2B，方向向下 C．2B，方向向右 D．2B，方向向上 解析：選A 根據(jù)安培定則判斷四根導(dǎo)線在O點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度的方向分別為：a導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度方向為Od方向；c導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度方向為Od方向；同理，b導(dǎo)線產(chǎn)生的方向為Oa方向，d導(dǎo)線產(chǎn)生的方向為Oa方向，則根據(jù)平行四邊形定則進(jìn)行合成可知，所以四根導(dǎo)線同時存在時O點的磁感應(yīng)強度大小為2B，方向水平向左。故A正確。 [名師微點] 1．安培定則的應(yīng)用 在運用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流及通電螺線管的磁場時應(yīng)分清“因”和“果”。 原因(電流方向) 結(jié)果(磁場方向) 直線電流的磁場 大拇指 四指 環(huán)形電流及通電螺線管的磁場 四指 大拇指 2.磁場的疊加 磁感應(yīng)強度為矢量，合成與分解遵循平行四邊形定則。 考點二 安培力作用下導(dǎo)體運動情況的判斷[師生共研類] 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。 2．五種常用判定方法 電流元法 分割為電流元安培力方向―→整段導(dǎo)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(huán)形電流→小磁針，通電螺線管→條形磁鐵 結(jié)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(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢 轉(zhuǎn)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 [典例] 如圖所示，把一重力不計的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時，導(dǎo)線的運動情況是(從上往下看)( ) A．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降 B．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升 C．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降 D．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升 [解析] 如圖甲所示，把直線電流等效為無數(shù)小段，中間的點為O點，選擇在O點左側(cè)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(cè)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(cè)導(dǎo)線受到垂直紙面向里的安培力；同理判斷出O點右側(cè)的導(dǎo)線受到垂直紙面向外的安培力。因此，由上向下看，導(dǎo)線沿順時針方向轉(zhuǎn)動。 分析導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90時的情形，如圖乙所示。導(dǎo)線中的電流向外，由左手定則可知，導(dǎo)線受到向下的安培力。由以上分析可知，導(dǎo)線在順時針轉(zhuǎn)動的同時向下運動。選項A正確。 [答案] A [題點全練] 1．[等效法] 如圖所示，在固定放置的條形磁鐵S極附近懸掛一個金屬線圈，線圈與水平磁鐵位于同一豎直平面內(nèi)，當(dāng)在線圈中通入沿圖示方向流動的電流時，將會看到( ) A．線圈向左平移 B．線圈向右平移 C．從上往下看，線圈順時針轉(zhuǎn)動，同時靠近磁鐵 D．從上往下看，線圈逆時針轉(zhuǎn)動，同時靠近磁鐵 解析：選C 把通電線圈等效成小磁針，等效小磁針的N極垂直于紙面向外，根據(jù)同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引可知：從上往下看，線圈順時針轉(zhuǎn)動，同時靠近磁鐵，C正確。 2．[結(jié)論法與電流元法組合] 如圖所示，一通電金屬環(huán)固定在絕緣的水平面上，在其左端放置一可繞中點O自由轉(zhuǎn)動且可在水平方向自由移動的豎；直金屬棒，中點O與金屬環(huán)在同一水平面內(nèi)，當(dāng)在金屬環(huán)與金屬棒中通有圖中所示方向的電流時，則( ) A．金屬棒始終靜止不動 B．金屬棒的上半部分向紙面外轉(zhuǎn)，下半部分向紙面里轉(zhuǎn)，同時靠近金屬環(huán) C．金屬棒的上半部分向紙面里轉(zhuǎn)，下半部分向紙面外轉(zhuǎn)，同時靠近金屬環(huán) D．金屬棒的上半部分向紙面里轉(zhuǎn)，下半部分向紙面外轉(zhuǎn)，同時遠(yuǎn)離金屬環(huán) 解析：選B 由通電金屬環(huán)產(chǎn)生的磁場特點可知，其在金屬棒的上半部分產(chǎn)生有水平向左的磁場分量，由左手定則可判斷金屬棒上半部分受到方向垂直紙面向外的安培力，故向紙面外轉(zhuǎn)；同理可判斷金屬棒的下半部分向紙面里轉(zhuǎn)。當(dāng)金屬棒轉(zhuǎn)動到平行水平面時，由同向電流相吸，反向電流相斥可知，金屬棒在靠近金屬環(huán)，B正確。 3．[一題多法] 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 解析：選B 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均指向紙外，下半部分電流元所受安培力均指向紙內(nèi)，因此從左向右看線圈L1將順時針轉(zhuǎn)動。 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。 法三：結(jié)論法 環(huán)形電流I1、I2之間不平行，則必有相對轉(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。故B正確。 考點三 安培力作用下的平衡問題[多維探究類] 題型(一) 安培力的疊加 [例1] (多選)(2017全國卷Ⅰ)如圖，三根相互平行的固定長直導(dǎo)線L1、L2和L3兩 兩等距，均通有電流I，L1中電流方向與L2中的相同，與L3中的相反。下列說法 正確的是( ) A．L1所受磁場作用力的方向與L2、L3所在平面垂直 B．L3所受磁場作用力的方向與L1、L2所在平面垂直 C．L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為1∶1∶ D．L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為∶∶1 [解析] 由安培定則可判斷出L2在L1處產(chǎn)生的磁場(B21)方向垂直L1和L2的連線豎直向上，L3在L1處產(chǎn)生的磁場(B31)方向垂直L1和L3的連線指向右下方，根據(jù)磁場疊加原理，L3和L2在L1處產(chǎn)生的合磁場(B合1)方向如圖1所示，根據(jù)左手定則可判斷出L1所受磁場作用力的方向與L2和L3所在平面平行，選項A錯誤；同理，如圖2所示，可判斷出L3所受磁場(B合3)作用力的方向(豎直向上)與L1、L2所在平面垂直，選項B正確；同理，如圖3所示，設(shè)一根長直導(dǎo)線在另一根導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，根據(jù)幾何知識可知，B合1＝B，B合2＝B，B合3＝B，由安培力公式F＝BIL可知L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為1∶1∶，選項C正確，D錯誤。 [答案] BC 安培力的大小 安培力大小計算常用公式F＝BIL，要求兩兩垂直，應(yīng)用時要滿足： (1)B與L垂直； (2)L是有效長度，即垂直磁感應(yīng)強度方向的長度。 如彎曲導(dǎo)線的有效長度L等于兩端點所連直線的長度(如圖所示)，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端。因為任意形狀的閉合線圈，其有效長度為零，所以閉合線圈通電后在勻強磁場中，受到的安培力的矢量和為零。 題型(二) 通電金屬棒的平衡問題 [例2] (多選)如圖所示，空間中有一斜向右下方、與水平方向成θ角的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，一絕緣豎直擋板AC垂直于紙面所在的平面豎直放置，一根通有垂直紙面向外的電流的水平金屬桿，緊貼擋板上的O點處于靜止?fàn)顟B(tài)。下列說法正確的是( ) A．若擋板AC表面光滑，略減小桿中電流，桿可能仍然靜止于O點 B．若擋板AC表面光滑，略增大桿中電流，要使桿仍然靜止，可將擋板繞過O點垂直紙面的軸逆時針轉(zhuǎn)動一定角度 C．若擋板AC表面粗糙，略增大桿中電流，桿可能仍然靜止，且桿所受的靜摩擦力一定增大 D．若擋板AC表面粗糙，略減小桿中電流，桿可能仍然靜止，且桿所受的靜摩擦力方向可能豎直向上 [解析] 若擋板AC表面光滑，則桿受重力G、支持力N和安培力F的作用而靜止，如圖甲所示，根據(jù)平衡條件有Fcos θ＝G，而F＝BIL，得BILcos θ＝G，當(dāng)略減小桿中電流I時，有BILcos θ下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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