2020版高考物理第九章第55课时磁场及其对电流的作用（双基落实课）讲义.docx

磁场考 纲 要 求考 情 分 析磁场、磁感应强度、磁感线1.命题规律近几年高考对该部分内容考查的重点是安培力、洛伦兹力以及带电粒子在磁场(或复合场)中的运动问题，对安培力、洛伦兹力的考查多以选择题的形式出现，对带电粒子的运动问题多以计算题的形式出现，综合考查受力分析、动力学关系、功能关系、圆周运动、平抛运动等知识，难度较大，分值较高。2.考查热点预计在今后的高考中仍将以带电粒子在有界磁场、组合场、叠加场中运动的综合分析为重点，出现大型综合题的概率较大。通电直导线和通电线圈周围磁场的方向安培力、安培力的方向匀强磁场中的安培力洛伦兹力、洛伦兹力的方向洛伦兹力公式带电粒子在匀强磁场中的运动质谱仪和回旋加速器第55课时磁场及其对电流的作用(双基落实课)点点通(一)磁场和磁感应强度1磁场的基本性质磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁力的作用。2磁感线为了形象地描述磁场，在其中画出的一系列有方向的曲线，曲线上各点的切线方向即为该点的磁场方向。3磁感应强度(1)物理意义：描述磁场的强弱和方向。(2)定义式：B(通电导线垂直于磁场)。(3)方向：小磁针静止时N极所指的方向。(4)单位：特斯拉，符号T。4匀强磁场(1)定义：磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场。(2)磁感线分布特点：疏密程度相同、方向相同的平行直线。小题练通1(多选)(教科教材原题)一小段长为L的通电直导线放在磁感应强度为B的磁场中，当通过它的电流为I时，所受安培力为F。以下关于磁感应强度B的说法正确的是()A磁感应强度B一定等于B磁感应强度B可能大于或等于C磁场中通电直导线受力大的地方，磁感应强度一定大D在磁场中通电直导线也可以不受力解析：选BD只有在通电直导线垂直于磁场时，B才成立，通电直导线和磁场不垂直时，B，通电直导线和磁场平行时，导线不受力，故A错误，B、D正确；磁感应强度是用比值法定义的，通电直导线受力大的地方，磁感应强度不一定大，C错误。2(多选)(鲁科教材原题)下列说法正确的是()A磁感线从磁体的N极发出，终止于磁体的S极B磁感线可以表示磁场的方向和强弱C磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场D因为异名磁极相互吸引，所以放入通电螺线管内的小磁针的N极一定指向通电螺线管的S极解析：选BC磁感线是闭合曲线，A错误；磁感线可以表示磁场的方向和强弱，B正确；磁铁和电流都能产生磁场，C正确；通电螺线管内部的磁场方向从S极指向N极，则放入其中的小磁针的N极指向与其内部磁场方向一致，即指向通电螺线管的N极，故D错误。3.(2019安徽江南十校联考)中国宋代科学家沈括在公元1086年写的梦溪笔谈中最早记载了“方家(术士)以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”。进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布如图所示，结合上述材料，下列说法正确的是()A在地磁场的作用下小磁针静止时指南的磁极叫北极，指北的磁极叫南极B对垂直射向地球表面宇宙射线中的高能带电粒子，在南、北极所受阻挡作用最弱，赤道附近最强C形成地磁场的原因可能是带正电的地球自转引起的D由于地磁场的影响，在奥斯特发现电流磁效应的实验中，通电导线应相对水平地面竖直放置解析：选B地球内部存在磁场，地磁南极在地理北极附近，所以在地磁场的作用下小磁针静止时指南的磁极叫南极，指北的磁极叫北极，选项A错误；在地球的南北极地磁场的方向几乎与地面垂直，对垂直射向地球表面宇宙射线中的高能带电粒子，在南、北极所受阻挡作用最弱，赤道附近的磁场方向与地面平行，则高能粒子所受的磁场力最大，选项B正确；地球自转方向自西向东，地球的南极是地磁场的北极，由安培定则判断可能地球是带负电的，选项C错误；在奥斯特发现电流磁效应的实验中，若通电导线相对水平地面竖直放置，地磁场方向与导线电流的方向垂直，则根据安培定则可知，地磁场对实验的影响较大，故在进行奥斯特实验时，通电导线南北放置时实验现象最明显，选项D错误。 融会贯通(1)磁感应强度是用比值法定义的物理量，只有在通电直导线和磁场方向垂直时，定义式B才成立，通电直导线在磁场中受力为零时，磁感应强度不一定为零。(2)磁感线可以表示磁场的方向和强弱，放入磁场中的小磁针静止时N极所指的方向和该点的磁场方向一致。点点通(二)安培定则的应用与磁场叠加1电流周围的磁场(安培定则)直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点无磁极、非匀强磁场且距导线越远处磁场越弱与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场最强，管外为非匀强磁场环形电流的两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱安 培 定 则2.磁场的叠加磁感应强度是矢量，磁场叠加时符合矢量运算的平行四边形定则。 小题练通1.如图所示，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，以下说法正确的是()Aa、b、c的N极都向纸里转Bb的N极向纸外转，而a、c的N极向纸里转Cb、c的N极都向纸里转，而a的N极向纸外转Db的N极向纸里转，而a、c的N极向纸外转解析：选B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里，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。2(鲁科教材原题)两根长直漆包线交叉放置并分别通以如图所示的电流I，那么两电流的磁场在导线平面内方向一致的是()A区域1、2 B区域3、4C区域1、3 D区域2、4解析：选C根据安培定则判断，两电流的磁场在导线平面内方向一致的是区域1、3，故C正确。3(教科教材原题)如图所示，两根垂直纸面平行放置的直导线M和N，通有大小相等方向相反的电流I，在纸面上与M、N距离相等的P点处，M、N导线在该点产生的磁场的方向如何？说说理由。M导线受到的安培力方向又怎样？解析：根据安培定则和磁场的矢量叠加，P点磁场方向水平向右；根据安培定则知，N导线在M导线处产生的磁场方向水平向右，再根据左手定则，M导线受到的安培力方向竖直向上。答案：水平向右，理由见解析竖直向上 融会贯通(1)通电螺线管内部磁感线的方向是从S极指向N极，磁感线是闭合曲线。(2)判断合磁场的方向，要先确定每个电流在该点产生的磁场的方向，再根据平行四边形定则合成后判断。点点通(三)磁场对电流的作用安培力1安培力的大小FBILsin ，为磁感应强度与电流方向的夹角。(1)当磁场与电流垂直时，安培力最大，FmaxBIL。(2)当磁场与电流平行时，安培力为零。2安培力的方向左手定则伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时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。注意FB且FI，但I与B的方向可成任意夹角。 小题练通1下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中F的方向正确的是()解析：选C根据左手定则判断可知，A中F方向向右，B中F方向向下，C中F方向向下，D中磁场与电流平行，F0，故只有C正确。2(粤教教材原题)把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用。关于安培力的方向，下列说法中正确的是()A安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同B安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直C安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度方向垂直D安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直解析：选D安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直，故D正确。3.(沪科教材原题)电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示。1982年澳大利亚国立大学制成了能把2.2 g的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到10 km/s的电磁炮(常规炮弹的速度约为2 km/s)。若轨道宽2 m，长为100 m，通过的电流为10 A，试问轨道间所加匀强磁场的磁感应强度和磁场的最大功率有多大(轨道摩擦不计)?解析：根据安培力FBIL再根据动能定理Fsmv2解得F1.1103 N，B55 T根据PFv，解得P1.1107 W。答案：55 T1.1107 W 融会贯通(1)安培力的方向一定跟磁感应强度和电流的方向都垂直。(2)导体中的电流方向和磁感线方向平行时，导体不受安培力的作用，应用左手定则时，首先要排除这种情况。(3)应用FBIL计算安培力的大小时，L一定是有效长度。1磁场叠加问题的分析思路(1)确定磁场场源，如通电导线。(2)定位空间中需求解磁场的点，利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁场的大小和方向，如图所示M、N在c点产生的磁场磁感应强度分别为BM、BN。(3)应用平行四边形定则进行合成，如图中c点的合磁场磁感应强度为B。2安培力作用下导体的平衡问题(1)根据导体中的电流方向与磁场方向，先利用左手定则判断出安培力的方向，然后对导体进行受力分析，再结合力的平衡条件求解。(2)若不能判断出安培力的方向，要先对导体进行受力分析，然后结合力的平衡条件确定安培力的方向和大小，此类试题一般是包括安培力在内的三力动态平衡问题，通常利用“闭合矢量三角形法”或“相似三角形法”求解。 课堂综合训练1.(2017上海高考)如图，一导体棒ab静止在U形铁芯的两臂之间，电键闭合后导体棒受到的安培力方向()A向上 B向下C向左 D向右解析：选D根据图中所示的电流方向，由安培定则知U形铁芯下端为N极，上端为S极，ab中的电流方向由ab，由左手定则可知导体棒受到的安培力方向向右，选项D正确。2.(多选)如图所示，两根平行长直导线相距2l，通有大小相等、方向相同的恒定电流；a、b、c是导线所在平面内的三点，左侧导线与它们的距离分别为、l和3l。关于这三点处的磁感应强度，下列判断正确的是()Aa处的磁感应强度大小比c处的大Bb、c两处的磁感应强度大小相等Ca、c两处的磁感应强度方向相同Db处的磁感应强度为零解析：选ADa、c两点处的磁感应强度是两导线电流产生的磁场的合磁感应强度，由于a点比c点距离两导线较近，所以a处的磁感应强度比c处的大，A正确；根据安培定则知，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点处产生的磁场大小相等，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。3.如图所示，导线框中电流为I，导线框垂直于磁场放置，磁感应强度为B，GH与CD相距为d，则金属棒MN所受安培力大小()AFBId BFBIdsin CF DFBIdcos 解析：选C金属棒MN与磁感应强度B垂直，金属棒MN的有效长度L，所以FBIL，选项C正确。4目前世界上输送功率最大的直流输电工程哈(密)郑(州)特高压直流输电工程已正式投运。已知某段直流输电线长度l200 m，通有从西向东I4 000 A的恒定电流，该处地磁场的磁感应强度B5105 T，磁倾角(磁感线与水平面的夹角)为5(sin 50.1)。则该段导线所受安培力的大小和方向为()A40 N，向北与水平面成85角斜向上方B4 N，向北与水平面成85角斜向上方C4 N，向南与水平面成5角斜向下方D40 N，向南与水平面成5角斜向下方解析：选A地磁场方向(从南向北)与电流方向垂直，安培力FBIl40 N，B、C项错；北半球地磁场磁感线相对水平面向下倾斜，由左手定则可知，导线所受安培力方向向北与水平面成85角斜向上方，A项对，D项错。5.如图所示，两平行光滑金属导轨CD、EF间距为L，与电动势为E0的电源相连，