物理第9章 磁場(chǎng) 第1講 磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用 新人教版

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1、磁場(chǎng)磁場(chǎng)第 九 章考 試 說 明考點(diǎn)內(nèi)容要求說明要點(diǎn)解讀磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線滲透考查或細(xì)節(jié)考查。全國課標(biāo)卷未直接考查，而是借助安培力、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、電磁感應(yīng)等問題間接考查。通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場(chǎng)的方向直接考查或滲透考查。1.多以選擇題考查，會(huì)用安培定則判斷通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場(chǎng)的方向。2.要求會(huì)分析多條通電直導(dǎo)線磁場(chǎng)的疊加。安培力、安培力的方向直接考查。往往結(jié)合平衡問題、牛頓運(yùn)動(dòng)定律和電磁感應(yīng)問題進(jìn)行考查。考點(diǎn)內(nèi)容要求說明要點(diǎn)解讀勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的安培力1.安培力的計(jì)算只限于電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直的情況直接考查。1.安培力和安培力作用下的平衡或者運(yùn)動(dòng)問題，近兩年均有考查，

2、以選擇題或計(jì)算題形式出現(xiàn)。2.要求能夠利用FBIL計(jì)算安培力大小，能夠處理有關(guān)安培力的平衡問題，會(huì)利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解有關(guān)安培力作用下的運(yùn)動(dòng)問題。3.常與電磁感應(yīng)問題綜合考查。洛倫茲力、洛倫茲力的方向2.洛倫茲力的計(jì)算只限于速度與磁場(chǎng)方向垂直的情況 細(xì)節(jié)考查或直接考查。一般在帶電粒子在磁場(chǎng)或者復(fù)合場(chǎng)中綜合考查。1.知道安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。2.會(huì)用左手定則判斷洛倫茲力的方向。洛倫茲力公式直接考查。一般結(jié)合帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)綜合考查。理解并能熟練運(yùn)用洛倫茲力公式。考點(diǎn)內(nèi)容 要求說明要點(diǎn)解讀帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)2.洛倫茲力的計(jì)算只限于速度與磁場(chǎng)方向垂直的情況直接考查或綜合考查。1.

3、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是高考考查的熱點(diǎn)，也是難點(diǎn)。全國課標(biāo)卷每年均有命題，考查形式有選擇題，也有計(jì)算題，計(jì)算題往往是壓軸題。2.考查形式涉及單邊界磁場(chǎng)、雙邊界磁場(chǎng)、圓形區(qū)域磁場(chǎng)等，還會(huì)考查電磁復(fù)合場(chǎng)中的動(dòng)力學(xué)分析問題；對(duì)綜合分析能力、空間想象能力、建模能力、利用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問題的能力要求非常高。3.復(fù)習(xí)中要注意以最新科技成果為背景考查磁場(chǎng)的知識(shí)。質(zhì)譜儀和回旋加速器直接考查。備考中注意對(duì)類似儀器的考查，例如速度選擇器、電磁流量計(jì)、磁流體發(fā)電機(jī)、霍爾元件等。要熟練掌握這些儀器的工作原理。第第1講磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用講磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用1 1知 識(shí) 梳 理 自 測(cè)知 識(shí) 梳 理 自 測(cè)2

4、2核 心 考 點(diǎn) 突 破核 心 考 點(diǎn) 突 破3 3階段培優(yōu)微專題階段培優(yōu)微專題4 42 2 年 高 考 模 擬年 高 考 模 擬知識(shí)梳理自測(cè)知識(shí)梳理自測(cè) 1磁場(chǎng) (1)定義：磁場(chǎng)是_、_周圍存在的一種特殊物質(zhì)。 (2)基本性質(zhì)：磁場(chǎng)對(duì)處于其中的_、_和_有磁場(chǎng)力的作用。 (3)方向：小磁針的_所受磁場(chǎng)力的方向。 2磁感應(yīng)強(qiáng)度 (1)定義式：_(通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng))。 (2)方向：小磁針靜止時(shí)_的指向。知識(shí)點(diǎn)1 磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁體磁體電流電流磁體磁體電流電流運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷N極極N極極 1磁感線：在磁場(chǎng)中畫出一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的_方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致。 2安培定則： (

5、1)通電直導(dǎo)線：右手握住導(dǎo)線，讓_所指的方向與電流方向一致，_所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向。 (2)環(huán)繞電流：讓右手_與環(huán)形電流的方向一致，_所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向。知識(shí)點(diǎn)2 磁感線與安培定則 切線切線伸直的拇指伸直的拇指彎曲的四指彎曲的四指彎曲的四指彎曲的四指伸直的拇指伸直的拇指 如圖，分別表示通電直導(dǎo)線、環(huán)形電流、通電線圈周圍的磁場(chǎng)，表示_的方向，表示_的方向。電流電流磁場(chǎng)磁場(chǎng) 思考：磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)的本質(zhì)是什么？ 答案：磁鐵中的每個(gè)原子會(huì)存在分子電流，并因分子電流而產(chǎn)生一個(gè)很小的磁場(chǎng)，平時(shí)分子電流磁場(chǎng)是雜亂無章的，所以對(duì)外不顯磁性，在磁鐵被磁化時(shí)，所有的分子電流磁場(chǎng)在強(qiáng)大

6、的外磁場(chǎng)作用下會(huì)旋轉(zhuǎn)自身的方向并趨于和外磁場(chǎng)的方向一致，這些分子電流磁場(chǎng)會(huì)合成一個(gè)較強(qiáng)的磁場(chǎng)，這時(shí)磁鐵就會(huì)顯示出磁性。在外加磁場(chǎng)撤去后，分子電流磁場(chǎng)還會(huì)有序排列，對(duì)外顯示出磁性。 1安培力的方向：左手定則 (1)伸出左手，讓拇指與其余四指_，并且都在同一個(gè)平面內(nèi)。 (2)讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使_指向電流方向。 (3)_所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。 如圖，表示_的方向，表示_的方向， 表示_的方向。知識(shí)點(diǎn)3 安培力的大小與方向 垂直垂直四指四指拇指拇指電流電流磁場(chǎng)磁場(chǎng)安培力安培力 2安培力的大小：F_(為磁場(chǎng)方向與電流方向的夾角) (1)當(dāng)磁場(chǎng)與電流垂直時(shí)，F(xiàn)_。 (2)當(dāng)

7、磁場(chǎng)與電流平行時(shí)，F(xiàn)_。BILsin BIL0 思考：(1)磁場(chǎng)中的一小段通電導(dǎo)體在該處受力為零，此處B一定為零嗎？ (2)利用左手定則判斷兩平行的通電(同向、異向)直導(dǎo)線間的安培力是引力還是斥力？ 答案：(1)不一定(2)同向相吸、異向相斥 思維診斷： (1)電流在磁場(chǎng)中受力為零，說明該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。() (2)磁體的磁感線不論是在磁體外部還是在內(nèi)部，都是由N極指向S極。() (3)同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引，與此類似，同向電流相互排斥，異向電流相互吸引。() (4)安培力F、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I三者方向總是相互垂直。() (5)安培力計(jì)算公式FBIl的成立條件是磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直

8、于電流I，即BI。() (6)磁鐵的磁場(chǎng)和電流的磁場(chǎng)本質(zhì)上是不同的。() (7)磁感應(yīng)強(qiáng)度是一個(gè)矢量，表示通電導(dǎo)線所受安培力的方向。() (8)地磁的N極在地球南極附近，赤道表面附近的地磁場(chǎng)可近似認(rèn)為平行地面向北。() (9)安培力只能對(duì)導(dǎo)體做正功。() C 解析地磁的南極在地理的北極附近，地磁的北極在地理的南極附近，兩者并不完全重合，故A錯(cuò)誤；物理學(xué)中規(guī)定，小磁針北極的受力方向?yàn)榇艌?chǎng)方向，故B錯(cuò)誤；磁場(chǎng)是真實(shí)存在的，而磁感線卻是人為引入的虛擬線，并不真實(shí)存在，故C正確；電流也可能產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)本質(zhì)一樣，故D錯(cuò)誤。 解析條形磁鐵內(nèi)部的磁感線方向從S極指向N極，外部

9、由N極指向S極，故A錯(cuò)誤；若一小段通電導(dǎo)線平行磁感線放在某處，不受磁場(chǎng)力作用，但該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，故B錯(cuò)誤；兩通電導(dǎo)線之間的相互作用是通過磁場(chǎng)發(fā)生的。故C正確；在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，只有和磁場(chǎng)方向垂直時(shí)穿過面積為S的平面的磁通量為BS，故D錯(cuò)誤。C C 解析a處的磁感線比b處稀疏，則a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度比b點(diǎn)的小，所以BaBb，故C正確，D錯(cuò)誤；當(dāng)將同一通電導(dǎo)線放入磁場(chǎng)中，由于受到放置角度的限制，當(dāng)通電導(dǎo)線垂直磁場(chǎng)時(shí)，受到的磁場(chǎng)力最大，平行磁場(chǎng)時(shí)受到的磁場(chǎng)力為零，故雖然BaBb，但是無法比較通電導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力的大小，故A、B錯(cuò)誤。CD 核心考點(diǎn)突破核心考點(diǎn)突破 1電流的磁場(chǎng)安培定則的應(yīng)

10、用和磁場(chǎng)的疊加 考點(diǎn)一 2安培定則的應(yīng)用：在運(yùn)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(chǎng)時(shí)應(yīng)分清“因”和“果”。 3磁場(chǎng)的疊加：磁感應(yīng)強(qiáng)度為矢量，合成與分解遵循平行四邊形定則。原因(電流方向) 結(jié)果(磁場(chǎng)方向)直線電流的磁場(chǎng)大拇指四指環(huán)形電流及通電螺線管的磁場(chǎng)四指大拇指例 1B 規(guī)律總結(jié)： 高考?？嫉娜惔艌?chǎng) (1)電流表內(nèi)部永磁體及鐵心產(chǎn)生的磁場(chǎng)。 (2)通電環(huán)形螺線管中部磁場(chǎng)分布。 其中甲圖中絕大部分磁場(chǎng)被束縛在鐵心中，環(huán)形螺線管左、右半部相當(dāng)于兩個(gè)螺線管，且根據(jù)安培定則，相當(dāng)于兩個(gè)螺線管N、S極首尾相連；乙圖環(huán)形螺線管左、右半部也相當(dāng)于兩個(gè)螺線管，且根據(jù)安培定則，相當(dāng)于兩個(gè)螺線管

11、N極對(duì)N極，S極對(duì)S極的并聯(lián)，磁場(chǎng)被迫在螺線管中部形成了閉合曲線，中部可近似看成勻強(qiáng)磁場(chǎng)。 AP的右端為S極 BP的中軸線與地磁場(chǎng)方向平行 CP在x0處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0 Dx0處合磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B0類題演練類題演練 1 C 1判斷方向 (1)磁場(chǎng)和電流方向不垂直時(shí)，將磁感應(yīng)強(qiáng)度沿電流和垂直電流方向分解，再用左手定則判定垂直分量作用的安培力。 (2)不論磁場(chǎng)和電流方向是否垂直，安培力總是垂直于磁場(chǎng)和電流方向所決定的平面。 (3)兩平行的直線電流作用時(shí)，同向電流吸引，異向電流排斥。安培力的判斷與計(jì)算 考點(diǎn)二 2計(jì)算大小 (1)有效長度法：公式FBIL中的L是有效長度，彎曲導(dǎo)線的

12、有效長度等于連接兩端點(diǎn)線段的長度。相應(yīng)的電流沿L由始端流向末端，如圖所示。 (2)電流元法：將導(dǎo)線分割成無限個(gè)小電流元，每一小段看成直導(dǎo)線，再按直線電流判斷和計(jì)算。例 2C 解題導(dǎo)思：(1)本題中計(jì)算安培力時(shí)通電導(dǎo)線的有效長度等于弧長AC的長嗎？ (2)如何確定安培力方向？ 答案：(1)有效長度不等于弧長AC的長，應(yīng)等于連線AC的長。(2)由左手定則確定安培力方向。類題演練類題演練 2 B 1通電導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中的平衡問題是一種常見的力學(xué)綜合模型，該模型一般由傾斜導(dǎo)軌、導(dǎo)體棒、電源和電阻等組成。這類題目的難點(diǎn)是題圖具有立體性，各力的方向不易確定。因此解題時(shí)一定要先把立體圖轉(zhuǎn)化成平面圖，通過受力分

13、析建立各力的平衡關(guān)系，如圖所示。安培力作用下導(dǎo)體的平衡與加速考點(diǎn)三 2安培力作用下的加速問題與動(dòng)力學(xué)問題一樣，關(guān)鍵是做好受力分析，然后根據(jù)牛頓第二定律求出加速度，最后利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解或結(jié)合動(dòng)能定理、能量守恒和轉(zhuǎn)化來求解。例 3AB 類題演練類題演練 3 ABC A一直向右移動(dòng) B速度隨時(shí)間周期性變化 C受到的安培力隨時(shí)間周期性變化 D受到的安培力在一個(gè)周期內(nèi)做正功 解析本題考查通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。解題關(guān)鍵是結(jié)合受力分析，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過程的分析，取安培力向右的方向?yàn)檎较颍鞒鰧?dǎo)體棒受安培力隨時(shí)間變化的圖象如圖甲所示，再根據(jù)受力情況，作出導(dǎo)體棒的vt圖象，v向右為正方向，如圖乙所示，從甲圖可知安

14、培力隨時(shí)間周期性變化，C正確； 類題演練類題演練 4 BD 階段培優(yōu)微專題階段培優(yōu)微專題 通電導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的五種判定方法 1通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的判定步驟：首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁場(chǎng)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(yùn)動(dòng)方向或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向。 2常用判斷方法 (1)電流元法：把整段彎曲導(dǎo)線分為多段直線電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向。 (2)特殊位置法：通電導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)到某個(gè)便于分析的特殊位置時(shí)，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動(dòng)方向。 (3)等效法：環(huán)形電流可等效成小磁針，

15、通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個(gè)環(huán)形電流。然后根據(jù)同極相斥、異極相吸判斷相互作用情況。 (4)結(jié)論法：兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢(shì)。 (5)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法：定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的問題時(shí)，可先分析電流在磁體磁場(chǎng)中所受的安培力，然后根據(jù)牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場(chǎng)的作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向。 例 4B 解析方法一：等效分析法。把線圈L1等效為小磁針，該小磁針剛好處于環(huán)形電流L2的中心，通電后，小磁針的N極應(yīng)指向該環(huán)形電流L2的磁場(chǎng)方向，由安

16、培定則知L2產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向在其中心豎直向上，而L1等效成小磁針，其N極應(yīng)由紙里轉(zhuǎn)為向上，所以從左向右看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 方法二：利用結(jié)論法(凡轉(zhuǎn)動(dòng)，必靠近)。環(huán)形電流L1、L2之間不平行，則必有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到兩環(huán)形電流同向平行為止，據(jù)此可得L1的轉(zhuǎn)動(dòng)方向應(yīng)是：從左向右看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 方法三：直線電流元法。把線圈L1沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸分成上下兩部分，每一部分又可以看成無數(shù)直線電流元，電流元處在L2產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，據(jù)安培定則可知各電流元所在磁場(chǎng)方向向上，據(jù)左手定則可得，上部電流元所受安培力均指向紙外，下部電流元所受安培力均指向紙內(nèi)，因此從左向右看線圈L1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 規(guī)律總結(jié)： 判斷通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)問

17、題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)： (1)同一問題可以用多種判斷方法分析，可以根據(jù)不同的題目選擇恰當(dāng)?shù)呐袛喾椒ā?(2)同一導(dǎo)體在安培力作用下，運(yùn)動(dòng)形式可能會(huì)發(fā)生變化，要根據(jù)受力情況進(jìn)行判斷。 類題演練類題演練 5A 解析如圖甲所示，把直線電流等效為無數(shù)小段，中間的點(diǎn)為O點(diǎn)，選擇在O點(diǎn)左側(cè)S極右上方的一小段為研究對(duì)象，該處的磁場(chǎng)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)右側(cè)的電流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(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 分析導(dǎo)

18、線轉(zhuǎn)過90時(shí)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)。選項(xiàng)A正確。類題演練類題演練 6B 解析磁鐵外部的磁感線方向是從N極到S極，因?yàn)橥妼?dǎo)線在磁鐵上方中心偏左位置，所以此處的磁感線斜向右上方，電流方向垂直于紙面向里，由左手定則可知，通電導(dǎo)線受到的磁鐵的安培力方向斜向右下方，通電導(dǎo)線是固定不動(dòng)的，根據(jù)物體間力的作用是相互的，通電導(dǎo)線對(duì)磁鐵的反作用力方向斜向左上方，將此力在水平方向和豎直方向上進(jìn)行分解，因此光滑平板對(duì)磁鐵的支持力減小，由于在水平方向產(chǎn)生向左的分力，所以彈簧被壓縮，彈簧長度變短，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。