（通用版）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 第55課時(shí) 磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用（雙基落實(shí)課）講義（含解析）.doc

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磁場(chǎng) 考 綱 要 求 考 情 分 析 磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線 Ⅰ 1.命題規(guī)律 近幾年高考對(duì)該部分內(nèi)容考查的重點(diǎn)是安培力、洛倫茲力以及帶電粒子在磁場(chǎng)(或復(fù)合場(chǎng))中的運(yùn)動(dòng)問題，對(duì)安培力、洛倫茲力的考查多以選擇題的形式出現(xiàn)，對(duì)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)問題多以計(jì)算題的形式出現(xiàn)，綜合考查受力分析、動(dòng)力學(xué)關(guān)系、功能關(guān)系、圓周運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)等知識(shí)，難度較大，分值較高。 2.考查熱點(diǎn) 預(yù)計(jì)在今后的高考中仍將以帶電粒子在有界磁場(chǎng)、組合場(chǎng)、疊加場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的綜合分析為重點(diǎn)，出現(xiàn)大型綜合題的概率較大。 通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場(chǎng)的方向 Ⅰ 安培力、安培力的方向 Ⅰ 勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的安培力 Ⅱ 洛倫茲力、洛倫茲力的方向 Ⅰ 洛倫茲力公式 Ⅱ 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) Ⅱ 質(zhì)譜儀和回旋加速器 Ⅰ 第55課時(shí)　磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用(雙基落實(shí)課) 點(diǎn)點(diǎn)通(一)　磁場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度 1．磁場(chǎng)的基本性質(zhì) 磁場(chǎng)對(duì)處于其中的磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷有磁力的作用。 2．磁感線 為了形象地描述磁場(chǎng)，在其中畫出的一系列有方向的曲線，曲線上各點(diǎn)的切線方向即為該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。 3．磁感應(yīng)強(qiáng)度 (1)物理意義：描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。 (2)定義式：B＝(通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng))。 (3)方向：小磁針靜止時(shí)N極所指的方向。 (4)單位：特斯拉，符號(hào)T。 4．勻強(qiáng)磁場(chǎng) (1)定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小處處相等、方向處處相同的磁場(chǎng)稱為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。 (2)磁感線分布特點(diǎn)：疏密程度相同、方向相同的平行直線。 [小題練通] 1．(多選)(教科教材原題)一小段長(zhǎng)為L(zhǎng)的通電直導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，當(dāng)通過它的電流為I時(shí)，所受安培力為F。以下關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的說法正確的是(　　) A．磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定等于 B．磁感應(yīng)強(qiáng)度B可能大于或等于 C．磁場(chǎng)中通電直導(dǎo)線受力大的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度一定大 D．在磁場(chǎng)中通電直導(dǎo)線也可以不受力 解析：選BD　只有在通電直導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)時(shí)，B＝才成立，通電直導(dǎo)線和磁場(chǎng)不垂直時(shí)，B>，通電直導(dǎo)線和磁場(chǎng)平行時(shí)，導(dǎo)線不受力，故A錯(cuò)誤，B、D正確；磁感應(yīng)強(qiáng)度是用比值法定義的，通電直導(dǎo)線受力大的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定大，C錯(cuò)誤。 2．(多選)(魯科教材原題)下列說法正確的是(　　) A．磁感線從磁體的N極發(fā)出，終止于磁體的S極 B．磁感線可以表示磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)弱 C．磁鐵能產(chǎn)生磁場(chǎng)，電流也能產(chǎn)生磁場(chǎng) D．因?yàn)楫惷艠O相互吸引，所以放入通電螺線管內(nèi)的小磁針的N極一定指向通電螺線管的S極 解析：選BC　磁感線是閉合曲線，A錯(cuò)誤；磁感線可以表示磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)弱，B正確；磁鐵和電流都能產(chǎn)生磁場(chǎng)，C正確；通電螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)方向從S極指向N極，則放入其中的小磁針的N極指向與其內(nèi)部磁場(chǎng)方向一致，即指向通電螺線管的N極，故D錯(cuò)誤。 3.(2019安徽江南十校聯(lián)考)中國宋代科學(xué)家沈括在公元1086年寫的《夢(mèng)溪筆談》中最早記載了“方家(術(shù)士)以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也”。進(jìn)一步研究表明，地球周圍地磁場(chǎng)的磁感線分布如圖所示，結(jié)合上述材料，下列說法正確的是(　　) A．在地磁場(chǎng)的作用下小磁針靜止時(shí)指南的磁極叫北極，指北的磁極叫南極 B．對(duì)垂直射向地球表面宇宙射線中的高能帶電粒子，在南、北極所受阻擋作用最弱，赤道附近最強(qiáng) C．形成地磁場(chǎng)的原因可能是帶正電的地球自轉(zhuǎn)引起的 D．由于地磁場(chǎng)的影響，在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，通電導(dǎo)線應(yīng)相對(duì)水平地面豎直放置 解析：選B　地球內(nèi)部存在磁場(chǎng)，地磁南極在地理北極附近，所以在地磁場(chǎng)的作用下小磁針靜止時(shí)指南的磁極叫南極，指北的磁極叫北極，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在地球的南北極地磁場(chǎng)的方向幾乎與地面垂直，對(duì)垂直射向地球表面宇宙射線中的高能帶電粒子，在南、北極所受阻擋作用最弱，赤道附近的磁場(chǎng)方向與地面平行，則高能粒子所受的磁場(chǎng)力最大，選項(xiàng)B正確；地球自轉(zhuǎn)方向自西向東，地球的南極是地磁場(chǎng)的北極，由安培定則判斷可能地球是帶負(fù)電的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，若通電導(dǎo)線相對(duì)水平地面豎直放置，地磁場(chǎng)方向與導(dǎo)線電流的方向垂直，則根據(jù)安培定則可知，地磁場(chǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響較大，故在進(jìn)行奧斯特實(shí)驗(yàn)時(shí)，通電導(dǎo)線南北放置時(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象最明顯，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 [融會(huì)貫通] (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度是用比值法定義的物理量，只有在通電直導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，定義式B＝才成立，通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力為零時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定為零。 (2)磁感線可以表示磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)弱，放入磁場(chǎng)中的小磁針靜止時(shí)N極所指的方向和該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向一致。 點(diǎn)點(diǎn)通(二)　安培定則的應(yīng)用與磁場(chǎng)疊加 1．電流周圍的磁場(chǎng)(安培定則) 直線電流的磁場(chǎng) 通電螺線管的磁場(chǎng) 環(huán)形電流的磁場(chǎng) 特點(diǎn) 無磁極、非勻強(qiáng)磁場(chǎng)且距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場(chǎng)越弱 與條形磁鐵的磁場(chǎng)相似，管內(nèi)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)且磁場(chǎng)最強(qiáng)，管外為非勻強(qiáng)磁場(chǎng) 環(huán)形電流的兩側(cè)是N極和S極，且離圓環(huán)中心越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)越弱 安 培 定 則 2.磁場(chǎng)的疊加 磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，磁場(chǎng)疊加時(shí)符合矢量運(yùn)算的平行四邊形定則。 [小題練通] 1.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(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，a、b、c三枚小磁針都要發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，等效電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針，由安培定則可判斷環(huán)內(nèi)磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，環(huán)外磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁場(chǎng)方向即是放在該點(diǎn)的小磁針靜止時(shí)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．(魯科教材原題)兩根長(zhǎng)直漆包線交叉放置并分別通以如圖所示的電流I，那么兩電流的磁場(chǎng)在導(dǎo)線平面內(nèi)方向一致的是(　　) A．區(qū)域1、2　　 　　 B．區(qū)域3、4 C．區(qū)域1、3 D．區(qū)域2、4 解析：選C　根據(jù)安培定則判斷，兩電流的磁場(chǎng)在導(dǎo)線平面內(nèi)方向一致的是區(qū)域1、3，故C正確。 3．(教科教材原題)如圖所示，兩根垂直紙面平行放置的直導(dǎo)線M和N，通有大小相等方向相反的電流I，在紙面上與M、N距離相等的P點(diǎn)處，M、N導(dǎo)線在該點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向如何？說說理由。M導(dǎo)線受到的安培力方向又怎樣？ 解析：根據(jù)安培定則和磁場(chǎng)的矢量疊加，P點(diǎn)磁場(chǎng)方向水平向右；根據(jù)安培定則知，N導(dǎo)線在M導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向水平向右，再根據(jù)左手定則，M導(dǎo)線受到的安培力方向豎直向上。 答案：水平向右，理由見解析　豎直向上 [融會(huì)貫通] (1)通電螺線管內(nèi)部磁感線的方向是從S極指向N極，磁感線是閉合曲線。 (2)判斷合磁場(chǎng)的方向，要先確定每個(gè)電流在該點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向，再根據(jù)平行四邊形定則合成后判斷。 點(diǎn)點(diǎn)通(三)　磁場(chǎng)對(duì)電流的作用——安培力 1．安培力的大小 F＝BILsin θ，θ為磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流方向的夾角。 (1)當(dāng)磁場(chǎng)與電流垂直時(shí)，安培力最大，F(xiàn)max＝BIL。 (2)當(dāng)磁場(chǎng)與電流平行時(shí)，安培力為零。 2．安培力的方向——左手定則 伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指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。 [注意]　F⊥B且F⊥I，但I(xiàn)與B的方向可成任意夾角。 [小題練通] 1．下面的幾個(gè)圖顯示了磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)線的作用力，其中F的方向正確的是(　　) 解析：選C　根據(jù)左手定則判斷可知，A中F方向向右，B中F方向向下，C中F方向向下，D中磁場(chǎng)與電流平行，F(xiàn)＝0，故只有C正確。 2．(粵教教材原題)把一小段通電直導(dǎo)線放入磁場(chǎng)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(qiáng)度的方向相同 B．安培力的方向一定跟磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度方向垂直 解析：選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(qiáng)度方向垂直，故D正確。 3.(滬科教材原題)電磁炮是一種理想的兵器，它的主要原理如圖所示。1982年澳大利亞國立大學(xué)制成了能把2.2 g的彈體(包括金屬桿EF的質(zhì)量)加速到10 km/s的電磁炮(常規(guī)炮彈的速度約為2 km/s)。若軌道寬2 m，長(zhǎng)為100 m，通過的電流為10 A，試問軌道間所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)的最大功率有多大(軌道摩擦不計(jì))? 解析：根據(jù)安培力F＝BIL 再根據(jù)動(dòng)能定理Fs＝mv2 解得F＝1.1103 N，B＝55 T 根據(jù)P＝Fv，解得P＝1.1107 W。 答案：55 T　1.1107 W [融會(huì)貫通] (1)安培力的方向一定跟磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流的方向都垂直。 (2)導(dǎo)體中的電流方向和磁感線方向平行時(shí)，導(dǎo)體不受安培力的作用，應(yīng)用左手定則時(shí)，首先要排除這種情況。 (3)應(yīng)用F＝BIL計(jì)算安培力的大小時(shí)，L一定是有效長(zhǎng)度。 1．磁場(chǎng)疊加問題的分析思路 (1)確定磁場(chǎng)場(chǎng)源，如通電導(dǎo)線。 (2)定位空間中需求解磁場(chǎng)的點(diǎn)，利用安培定則判定各個(gè)場(chǎng)源在這一點(diǎn)上產(chǎn)生的磁場(chǎng)的大小和方向，如圖所示M、N在c點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為BM、BN。 (3)應(yīng)用平行四邊形定則進(jìn)行合成，如圖中c點(diǎn)的合磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。 2．安培力作用下導(dǎo)體的平衡問題 (1)根據(jù)導(dǎo)體中的電流方向與磁場(chǎng)方向，先利用左手定則判斷出安培力的方向，然后對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行受力分析，再結(jié)合力的平衡條件求解。 (2)若不能判斷出安培力的方向，要先對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行受力分析，然后結(jié)合力的平衡條件確定安培力的方向和大小，此類試題一般是包括安培力在內(nèi)的三力動(dòng)態(tài)平衡問題，通常利用“閉合矢量三角形法”或“相似三角形法”求解。 [課堂綜合訓(xùn)練] 1.(2017上海高考)如圖，一導(dǎo)體棒ab靜止在U形鐵芯的兩臂之間，電鍵閉合后導(dǎo)體棒受到的安培力方向(　　) A．向上　　　　 　　 B．向下 C．向左 D．向右 解析：選D　根據(jù)圖中所示的電流方向，由安培定則知U形鐵芯下端為N極，上端為S極，ab中的電流方向由a→b，由左手定則可知導(dǎo)體棒受到的安培力方向向右，選項(xiàng)D正確。 2.(多選)如圖所示，兩根平行長(zhǎng)直導(dǎo)線相距2l，通有大小相等、方向相同的恒定電流；a、b、c是導(dǎo)線所在平面內(nèi)的三點(diǎn)，左側(cè)導(dǎo)線與它們的距離分別為、l和3l。關(guān)于這三點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列判斷正確的是(　　) A．a(chǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小比c處的大 B．b、c兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等 C．a(chǎn)、c兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同 D．b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 解析：選AD　a、c兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度是兩導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度，由于a點(diǎn)比c點(diǎn)距離兩導(dǎo)線較近，所以a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度比c處的大，A正確；根據(jù)安培定則知，a、c兩處磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反，C錯(cuò)誤；b點(diǎn)位于兩導(dǎo)線中間，兩導(dǎo)線在b點(diǎn)處產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小相等，方向相反，合磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，c處磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，D正確，B錯(cuò)誤。 3.如圖所示，導(dǎo)線框中電流為I，導(dǎo)線框垂直于磁場(chǎng)放置，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，GH與CD相距為d，則金屬棒MN所受安培力大小(　　) A．F＝BId B．F＝BIdsin θ C．F＝ D．F＝BIdcos θ 解析：選C　金屬棒MN與磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直，金屬棒MN的有效長(zhǎng)度L＝，所以F＝BIL＝，選項(xiàng)C正確。 4．目前世界上輸送功率最大的直流輸電工程——哈(密)鄭(州)特高壓直流輸電工程已正式投運(yùn)。已知某段直流輸電線長(zhǎng)度l＝200 m，通有從西向東I＝4 000 A的恒定電流，該處地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝510－5 T，磁傾角(磁感線與水平面的夾角)為5(sin 5≈0.1)。則該段導(dǎo)線所受安培力的大小和方向?yàn)?　　) A．40 N，向北與水平面成85角斜向上方 B．4 N，向北與水平面成85角斜向上方 C．4 N，向南與水平面成5角斜向下方 D．40 N，向南與水平面成5角斜向下方 解析：選A　地磁場(chǎng)方向(從南向北)與電流方向垂直，安培力F＝BIl＝40 N，B、C項(xiàng)錯(cuò)；北半球地磁場(chǎng)磁感線相對(duì)水平面向下傾斜，由左手定則可知，導(dǎo)線所受安培力方向向北與水平面成85角斜向上方，A項(xiàng)對(duì)，D項(xiàng)錯(cuò)。 5.如圖所示，兩平行光滑金屬導(dǎo)軌CD、EF間距為L(zhǎng)，與電動(dòng)勢(shì)為E0的電源相連，質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌放置構(gòu)成閉合回路，回路平面與水平面成θ角，回路其余電阻不計(jì)。為使ab靜止，需在空間施加的勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值及其方向分別為(　　) A．，水平向右 B．，垂直于回路平面向上 C．，豎直向下 D．，垂直于回路平面向下 解析：選D　對(duì)ab受力分析，受重力、支持力和安培力，如圖所示；從圖可以看出，當(dāng)安培力沿斜面向上時(shí)，安培力最小，故安培力的最小值為FA＝mgsin θ，故磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值為B＝＝，根據(jù)歐姆定律，有E0＝IR，故B＝，由左手定則可知，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于回路平面向下，故D正確。