2020版高考物理总复习9第1讲磁场及其对电流的作用教案新人教版.docx

第1讲磁场及其对电流的作用一、磁场、磁感应强度1磁场(1)基本特性：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用。(2)方向：小磁针的N极所受磁场力的方向。2磁感应强度(1)物理意义：描述磁场的强弱和方向。(2)大小：B(通电导线垂直于磁场)。(3)方向：小磁针静止时N极的指向。(4)单位：特斯拉(T)。3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)特点：匀强磁场中的磁感线是疏密程度相同且方向相同的平行直线。二、磁感线通电直导线和通电线圈周围磁场的方向1磁感线(1)磁感线：在磁场中画出一些有方向的曲线，使曲线上各点的切线方向跟这点的磁感应强度方向一致。(2)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布(如图所示)2电流的磁场三、安培力1安培力的大小当磁感应强度B的方向与导线方向成角时，FBILsin，这是一般情况下的安培力的表达式，以下是两种特殊情况：(1)磁场和电流垂直时：FBIL。(2)磁场和电流平行时：F0。2安培力的方向(1)用左手定则判定：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。让磁感线从掌心穿入，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。(2)安培力的方向特点：FB，FI，即F垂直于B和I决定的平面。(判断正误，正确的画“”，错误的画“”。)1磁场中某点磁感应强度的方向，跟放在该点的试探电流元所受磁场力的方向一致。()2磁感线是客观存在的，磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向。()3通电导线放入磁场中，若不受安培力，说明该处磁感应强度为零。()4垂直磁场放置的线圈面积减小时，穿过线圈的磁通量可能增大。()5安培力可能做正功，也可能做负功。()1(电流的磁场及磁场的性质)下列关于小磁针在磁场中静止时的指向，正确的是()解析根据在磁体外部同名磁极相互排斥可知A项错误；应用安培定则可知环形电流中心线上的磁场方向由右向左，小磁针N极受到的磁场力向左，B项错误；根据安培定则可知通电螺线管内部磁场向右，内部小磁针N极受到的磁场力向右，C项正确；根据安培定则可知通电直导线右边磁场向里，小磁针N极应向里，D项错误。答案C2. (磁感应强度及叠加)如图所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，水平放置一根长直通电导线，电流的方向垂直纸面向里，以直导线为中心的同一圆周上有a、b、c、d四个点，连线ac和bd是相互垂直的两条直径，且b、d在同一竖直线上，则()Ac点的磁感应强度的值最小Bb点的磁感应强度的值最大Cb、d两点的磁感应强度相同Da、b两点的磁感应强度相同解析由安培定则知，通电导线在圆周上产生的磁场的磁感线为顺时针，大小恒定(设为B)，通电导线的磁场与匀强磁场叠加，c点合磁感应强度大小为|BB|，其值最小，a点的合磁感应强度大小为BB，其值最大，A项正确，B项错误；b、d两点的合磁感应强度大小为，方向不同，C、D两项错误。答案A3. (磁感线)在磁场中某区域的磁感线如图所示，则()Aa、b两处的磁感应强度的大小不等，且BaBbBa、b两处的磁感应强度的大小相等C同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大D同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小解析磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，安培力的大小跟该处的磁感应强度的大小、I、L和导线放置的方向与磁感应强度的方向的夹角有关，故C、D两项错误；由a、b两处磁感线的疏密程度可判断出BaBb，所以A项正确，B项错误。答案A4(安培力)将长为L的导线弯成六分之一圆弧，固定于垂直纸面向外、大小为B的匀强磁场中，两端点A、C连线竖直，如图所示。若给导线通以由A到C、大小为I的恒定电流，则导线所受安培力的大小和方向是()AILB，水平向左BILB，水平向右C.，水平向右D.，水平向左解析弧长为L，圆心角为60，则弦长AC，导线受到的安培力FBIl，由左手定则可知，导线受到的安培力方向水平向左，D项正确。答案D考点1安培定则的应用和磁场的叠加考|点|速|通1安培定则的应用：在运用安培定则判定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2.磁场的叠加：磁感应强度为矢量，合成与分解遵循平行四边形定则。典|例|微|探【例1】(多选)圆心为O、半径为R的半圆的直径两端，各固定一根垂直圆平面的长直导线a、b，两导线中通有大小分别为2I0和I0且方向相同的电流。已知长直导线产生的磁场的磁感应强度Bk，其中k为常数、I为导线中电流、r为点到导线的距离。则下列说法正确的是()A圆心O点处的磁感应强度的方向由a指向bB在直径ab上，磁感应强度为0的点与b点距离为C在半圆上一定存在“磁感应强度方向平行于直径ab”的位置D在半圆上一定存在“磁感应强度方向沿半圆切线方向”的位置解析长直导线a、b，两导线中通有大小分别为2I0和I0方向相同的电流，则它们在O处的磁场方向垂直ab向下，故A项错误；根据Bk，又电流是2I0和I0在直径上产生的磁场大小相等，方向相反，磁感应强度B0的位置一定在Ob之间，设此点到b的距离为x，则有kk，代入解得xR，故B项正确；在半圆上任取一点c，电流a在c点的磁感应强度为B1，电流b在c点的磁感应强度为B2，设该处磁感应强度B的方向与ac的夹有为，则tan，设ac与ab的夹角为，则tan，所以tan2tan，故B的方向不可能与ab平行，一定存在B方向沿半圆切线方向的位置，故C项错误，D项正确。答案BD求解有关磁感应强度的三个关键1磁感应强度由磁场本身决定。2合磁感应强度等于各磁体(或通电导体)在该点产生磁感应强度的矢量和(用平行四边形定则解答)。3牢记判断电流的磁场的方法安培定则，并能熟练应用，建立磁场的立体分布模型。 题|组|冲|关1如图，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流。a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等。关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是()AO点处的磁感应强度为零Ba、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反Cc、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同Da、c两点处磁感应强度的方向不同解析由安培定则可知，两导线在O点产生的磁场均竖直向下，合磁感应强度一定不为零，A项错误；由安培定则，两导线在a、b两处产生磁场方向均竖直向下，由于对称性，电流M在a处产生磁场的磁感应强度等于电流N在b处产生磁场的磁感应强度，同时电流M在b处产生磁场的磁感应强度等于电流N在a处产生磁场的磁感应强度，所以a、b两处磁感应强度大小相等方向相同，B项错误；根据安培定则，两导线在c、d两处产生的磁场垂直c、d两点与导线连线方向向下，且产生的磁场的磁感应强度相等，由平行四边形定则可知，c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，C项正确；a、c两处磁感应强度的方向均竖直向下，D项错误。答案C2.在地球赤道上进行实验时，用磁传感器测得赤道上P点地磁场磁感应强度大小为B0。将一条形磁铁固定在P点附近的水平面上，让N极指向正北方向，如图所示，此时用磁传感器测得P点的磁感应强度大小为B1；现将条形磁铁以P点为轴旋转90，使其N极指向正东方向，此时用磁传感器测得P点的磁感应强度的大小应为(可认为地磁南、北极与地理北、南极重合)()AB1B0 BB1B0C D解析设条形磁铁在P点处产生的磁感应强度为B，当N极指向正北方时，B1B0B，解得BB1B0，当N极指向正东方时，P点的磁感应强度B，D项正确。答案D考点2与安培力有关的力学问题考|点|速|通1与安培力有关的力学问题与其他力学问题一样，受力分析是关键。利用左手定则正确分析安培力的方向，用安培力公式正确求解其大小，根据平衡条件或牛顿第二定律列方程求解。2将三维立体图转换为二维平面图，即通过画俯视图、剖面图、侧视图等，将立体图转换为平面受力图。典|例|微|探【例2】质量为m0.02 kg的通电细杆ab置于倾角为37的平行放置的导轨上，导轨的宽度d0.2 m，杆ab与导轨间的动摩擦因数0.4，磁感应强度B2 T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图所示。现调节滑动变阻器的触头，试求出为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流范围。(g取10 m/s2)解析杆ab中的电流从a到b，所受的安培力方向平行于导轨向上。当电流较大时，导体有向上的运动趋势，所受静摩擦力向下；当静摩擦力达到最大时，磁场力为最大值F1，此时通过ab的电流最大为Imax；同理，当电流最小时，应该是导体受向上的最大静摩擦力，此时的安培力为F2，电流为Imin。正确地画出两种情况下的受力图，由平衡条件列方程求解。根据图甲受力图列式如下：F1mgsinf10，FNmgcos0，f1FN，F1BImaxd。解上述方程得Imax0.46 A。根据乙受力图列式如下：F2f2mgsin0，FNmgcos0，f2FN，F2BImind。解上述方程得Imin0.14 A。故通过ab杆的电流范围是014 AI0.46 A。答案0.14 AI0.46 A题|组|冲|关1. (多选)如图所示，一根重力G0.1 N、长L1 m的质量分布均匀的导体ab，在其中点弯成60角，将此导体放入匀强磁场中，导体两端a、b悬挂于两相同的弹簧下端，弹簧均为竖直状态，当导体中通过I1 A 的电流时，两根弹簧比原长各缩短了x0.01 m，已知匀强磁场的方向垂直纸面向外，磁感应强度的大小B0.4 T，则()A导体中电流的方向为baB每根弹簧的弹力大小为0.10 NC弹簧的劲度系数k5 N/mD若导体中不通电流，则弹簧伸长0.02 m解析当导体中通过I1 A的电流时，两根弹簧比原长缩短，安培力方向向上，则由左手定则，导体中电流的方向为ba，A项正确；通电后，导体棒的有效长度L有0.5 m，受到的安培力FAIL有B10.50.4 N0.2 N，据受力分析G2FFA解得F0.05 N，每根弹簧的弹力大小为0.05 N，B项错误；据Fkx解得k5 N/m，C项正确；若导体中不通电流G2F2，F2kx2解得x20.01 m，弹簧伸长0.01 m，D项错误。答案AC2如图所示，一水平导轨处于与水平方向成45角斜向左上方的匀强磁场中，一根通有恒定电流的金属棒，由于受到安培力作用而在粗糙的导轨上向右做匀速运动。现将磁场方向沿顺时针缓慢转动至竖直向上，在此过程中，金属棒始终保持匀速运动，已知棒与导轨间的动摩擦因数为，则()A金属棒所受摩擦力一直在减小B导轨对金属棒的支持力先变小后变大C磁感应强度先变小后变大D金属棒所受安培力恒定不变解析金属棒匀速运动，受力如图甲，则有FNF安sinmg，F安cosfFN，F安BIL，联立解得B，其中tan，即9045，因是从45减小到0，所以B先变小后变大，金属棒所受安培力也先变小后变大，C项正确，D项错误；将N与f合成一个力F，则F与水平方向的夹角是一定值，金属棒受力如图乙，F安顺时针变化，力F一直在增大，所以金属棒所受摩擦力及导轨对金属棒的支持力一直在增大，A、B两项错误。答案C通电导体在安培力作用下运动情况的判断 1电流元分析法即把整段电流分为多段直线电流元，先用左手定则判断出每个电流元所受安培力的方向，再判断整段电流所受合力的方向，从而确定其运动方向。2等效法环形电流可等效为小磁针，也可等效为条形磁铁，通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁。3特殊位置法将通电导体转到一个便于分析的特殊位置后判断其安培力方向，从而确定运动方向。4利用电流相互作用的结论分析两电流相互平行时无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同并靠近的趋势。5转换研究对象法电流与电流间、磁体与电流间的相互作用均满足牛顿第三定律，因此定性分析时可以灵活地转换研究对象。【经典考题】如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，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，同时上升解析(1)电流元法如图所示，把直流电流等效为AO、OO、OB三段(OO段极短)电流元，由于OO段电流方向与该处磁场方向平行，所以不受安培力作用；AO段电流元所在处的磁场方向倾斜向上，根据左手定则可知其所受安培力方向垂直于纸面向外；OB段电流元所在处的磁场方向倾斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直于纸面向里。综上可知导线将以OO段为轴顺时针转动(俯视)。(2)特殊位置法把导线转过90的特殊位置来分析，根据左手定则判得安培力方向向下，故导线在顺时针转动的同时向下运动。综上所述，A项正确。答案A必|刷|好|题1一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如图所示，如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a到b的电流，则导线ab受磁场力后的运动情况为()A从上向下看顺时针转动并靠近螺线管B从上向下看顺时针转动并远离螺线管C从上向下看逆时针转动并远离螺线管D从上向下看逆时针转动并靠近螺线管解析本题考查安培定则以及左手定则，意在考查学生对安培定则以及左手定则的应用和理解。先由安培定则判断通电螺线管的南、北两极，找出导线左、右两端磁感应强度的方向，并用左手定则判断这两端受到的安培力的方向，如图甲所示。可以判断导线受磁场力后从上向下看逆时针方向转动。分析此时导线位置的磁场方向，再次用左手定则判断导线受磁场力的方向，如图乙所示，导线还要靠近螺线管，所以D项正确，A、B、C三项错误。答案D2.直导线ab与线圈所在的平面垂直且隔有一小段距离，其中直导线固定，线圈可自由运动，当通过如图所示的电流方向时(同时通电)，从左向右看，线圈将()A不动B顺时针转动，同时向右平移C顺时针转动，同时向左平移D逆时针转动，同时向右平移解析用安培定则判断线圈所处的B的方向，由左手定则及特殊位置法判定运动情况。答案C1(2018全国卷) (多选)如图，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，它们相对于L2对称。整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外。已知a、b两点的磁感应强度大小分别为B0和B0，方向也垂直于纸面向外。则()A流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0B流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0C流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0D流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0解析L1在ab两点产生的磁感应强度大小相等设为B1，方向都垂直于纸面向里，而L2在a点产生的磁感应强度设为B2，方向向里，在b点产生的磁感应强度也为B2，方向向外，规定向外为正，根据矢量叠加原理可知B0B1B2B0，B2B0B1B0，解得B1B0，B2B0，故A、C两项正确。答案AC2(2017全国卷) (多选)如图，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距，均通有电流I，L1中电流方向与L2中的相同，与L3中的相反，下列说法正确的是()AL1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直BL3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直CL1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为11DL1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1解析因为三根导线通的电流大小相等，所以任意两根导线之间的安培力大小相等，两平行直导线通同向电流时，两导线在安培力的作用下相互吸引，通反向电流时，两导线在安培力的作用下相互排斥，故由力的合成可知，A项错误，B项正确；设两导线间单位长度的安培力大小为F，则L1、L2单位长度所受的磁场作用力大小为F1F2F，L3单位长度所受的磁场作用力大小为F32Fcos30F，C项正确，D项错误。答案BC3(2017全国卷)(多选)某同学自制的简易电动机示意图如图所示。矩形线圈由一根漆包线绕制而成