高考物理一轮复习 磁场的描述及磁场对电流的作用教学案.doc

磁场的描述及磁场对电流的作用 一考点整理 基本概念 1磁场：磁体周围存在的一种特殊 磁场的基本特性是磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有 的作用磁场向的规定：小磁针的 所受磁场力的方向为该点的磁场方向2磁感应强度：磁感应强度描述了磁场的 和 ；大小：b = （通电导线垂直于磁场）= /s（磁感线与面积垂直）；单位： （t）3匀强磁场：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；匀强磁场中的磁感线是疏密程度相同的、方向相同的平行直线4磁感线：在磁场中画出一些有方向的曲线，使曲线上各点的 方向跟这点的磁感应强度方向 常见磁体感线分布图 电流的磁场感线分布图通电直导线通电螺线管环形电流安培定则立体图横截面图纵截面图5安培力的大小：当磁感应强度b的方向与导线方向成角时，f = 特殊地：磁场和电流垂直时：f = ，磁场和电流平行时：f = ； 安培力的方向： 用左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指 ，并且都与手掌在同一个 内让磁感线从掌心进入，并使四指指向 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 安培力的方向特点：fb，fi，即f垂直于b和i决定的 二思考与练习 思维启动 1物理学中，通过引入检验电流来了解磁场力的特性，对检验电流的要求是 （ ）a将检验电流放入磁场，测量其所受的磁场力f，导线长度l，通电电流i，应用公式b = f/il，即可测得磁感应强度bb检验电流不宜太大c利用检验电流和运用公式b = f/il只能应用于匀强磁场d只要满足长度l很短，电流很小，将其垂直放入磁场的条件，公式b = f/il对任何磁场都适用2下列关于电场线和磁感线的说法中，正确的是 （ ）a电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线b磁场中两条磁感线一定不相交，但在复杂电场中的电场线是可以相交的c电场线是一条不闭合曲线，而磁感线是一条闭合曲线d电场线越密的地方，电场越强，磁感线越密的地方，磁场也越强3一根容易形变的弹性导线，两端固定导线中通有电流，方向如图中箭头所示当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是 （ ） 三考点分类探讨 典型问题 考点1对磁感应强度的理解及叠加【例1】如图所示，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【变式跟踪1】关于磁感应强度b，下列说法中正确的是 （ ）a根据磁感应强度定义b = f/(il)，磁场中某点的磁感应强度b与f成正比，与i成反比b磁感应强度b是标量，没有方向c磁感应强度b是矢量，方向与f的方向相反d在确定的磁场中，同一点的磁感应强度b是确定的，不同点的磁感应强度b可能不同，磁感线密集的地方磁感应强度b大些，磁感线稀疏的地方磁感应强度b小些考点2对安培定则、左手定则的理解及应用【例2】通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线mn在同一平面内，电流方向如图所示，ad边与mn平行，关于mn中电流产生的磁场对线框的作用，下列叙述中正确的是（ ）a线框有两条边所受到的安培力方向相同b线框有两条边所受到的安培力大小相同c整个线框有向里收缩的趋势d若导线mn向左微移，各边受力将变小，但合力不变【变式跟踪2】在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示，则过c点的导线所受安培力的方向 （ ）a与ab边平行，竖直向上 b与ab边平行，竖直向下c与ab边垂直，指向左边 d与ab边垂直，指向右边考点3通电导体在安培力作用下的平衡问题【例3】如图所示，金属棒mn两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由m向n的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为如果仅改变下列某一个条件，角的相应变化情况是 （ ）a棒中的电流变大，角变大 b两悬线等长变短，角变小c金属棒质量变大，角变大 d磁感应强度变大，角变小【变式跟踪3】如图所示，光滑的平行导轨与电源连接后，与水平方向成角倾斜放置，导轨上放一个质量为m的金属导体棒当s闭合后，在棒所在区域内加一个合适的匀强磁场，可以使导体棒静止平衡，下面四个图中分别加了不同方向的磁场，其中一定不能平衡的是 （ ） 四考题再练 高考试题 1【2012海南卷】如图所示的装置可演示磁场对通电导线的作用电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，l是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆当电磁铁线圈两端a、b，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，l便在导轨上滑动下列说法正确的是 （ ）a若a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，则l向右滑动b若a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，则l向右滑动c若a接负极，b接正极，e接正极，f接负极，则l向左滑动d若a接负极，b接正极，e接负极，f接正极，则l向左滑动【预测1】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，同时向右平衡2【2012上海高考】载流长直导线周围磁场的磁感应强度大小为b = ki/r，式中常量k 0，i为电流强度，r为距导线的距离在水平长直导线mn正下方，矩形线圈abcd通以逆时针方向的恒定电流，被两根轻质绝缘细线静止地悬挂，如所示开始时mn内不通电流，此时两细线内的张力均为t0当mn通以强度为i1的电流时，两细线内的张力均减小为t1，当mn内电流强度变为i2时，两细线内的张力均大于t0 分别指出强度为i1、i2的电流的方向； 求mn分别通以强度为i1、i2的电流时，线框受到的安培力f1与f2大小之比； 当mn内的电流强度为i3时两细线恰好断裂，在此瞬间线圈的加速度大小为a，求i3【预测2】如图所示，两平行金属导轨间的距离l = 0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角 = 37，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度b = 0.50 t、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场金属导轨的一端接有电动势e = 4.5 v、内阻r = 0.50 的直流电源现把一个质量m = 0.040 kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻r0 = 2.5 ，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2已知sin 37 = 0.60，cos 37 = 0.80，求： 通过导体棒的电流； 导体棒受到的安培力大小； 导体棒受到的摩擦力 五课堂演练 自我提升 1一段长0.2 m，通过2.5 a电流的直导线，在磁感应强度为b的匀强磁场中所受安培力f的情况，正确的是 （ ）a如果b = 2 t，f一定是1 n b如果f = 0，b也一定为零c如果b = 4 t，f有可能是1 n d如果f有最大值，通电导线一定与b平行2在实验精度要求不高的情况下，可利用罗盘来测量电流产生磁场的磁感应强度，具体做法是：在一根南北方向放置的直导线的正下方10 cm处放一个罗盘导线没有通电时罗盘的指针（小磁针的n极）指向北方；当给导线通入电流时，发现罗盘的指针偏转一定角度，根据偏转角度即可测定电流磁场的磁感应强度现已测出此地的地磁场水平分量b = 5.0105 t，通电后罗盘指针停在北偏东60 的位置，如图所示由此测出该通电直导线在其正下方10 cm处产生磁场的磁感应强度大小为 （ ）a5.0105 t b1.0104 t c8.66105 t d7.07105 t3在赤道上，地磁场可以看做是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场，磁感应强度是5105 t如果赤道上有一条沿东西方向的直导线，长40 m，载有20 a的电流，地磁场对这根导线的作用力大小是 （ ）a4108 n b2.5105 n c9104 n d4102 n4通有电流的导线l1、l2处在同一平面（纸面）内，l1是固定的，l2可绕垂直纸面的固定转轴o转动（o为l2的中心），各自的电流方向如图所示下列哪种情况将会发 （ ）a因l2不受磁场力的作用，故l2不动b因l2上、下两部分所受的磁场力平衡，故l2不动cl2绕轴o按顺时针方向转动dl2绕轴o按逆时针方向转动5如图甲所示，在水平地面上固定一对与水平面倾角为的光滑平行导电轨道，轨道间的距离为l，两轨道底端的连线与轨道垂直，顶端接有电源将一根质量为m的直导体棒ab放在两轨道上，且与两轨道垂直已知轨道和导体棒的电阻及电源的内电阻均不能忽略，通过导体棒的恒定电流大小为i，方向由a到b，图乙为图甲沿a b方向观察的平面图若重力加速度为g，在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场，使导体棒在轨道上保持静止 请在图乙所示的平面图中画出导体棒受力的示意图； 求出磁场对导体棒的安培力的大小； 如果改变导轨所在空间的磁场方向，试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度b的最小值的大小和方向参考答案： 一考点整理 基本概念 1物质 磁场力 n极2强弱 方向 f/il 特斯拉3切线 一致4bilsin bil 0 垂直 平面 电流 平面 二思考与练习 思维启动 1bd；用检验电流来了解磁场，要求检验电流对原来磁场的影响很小，可以忽略，所以导体长度l应很短，电流应很小，当垂直放置时，定义式b = f/il适用于所有磁场，选项b、d正确2cd3d；通电导线在磁场中受安培力时，可用左手定则判断安培力的方向 三考点分类探讨 典型问题 例1 c；根据安培定则判断磁场方向，再结合矢量的合成知识求解根据安培定则判断：两直线电流在o点产生的磁场方向均垂直于mn向下，o点的磁感应强度不为零，故a选项错误；a、b两点的磁感应强度大小相等，方向相同，故b选项错误；根据对称性，c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，故c选项正确；a、c两点的磁感应强度方向相同，故d选项错误变式1 d；磁感应强度是磁场本身的性质，与放入磁场中的导体的电流或受力大小f无关，a错误；磁感应强度b是矢量，其方向与f总是垂直的，电流方向与f也总是垂直的，b、c错误；在确定的磁场中，同一点的磁感应强度b是确定的，由磁场本身决定，与其他外来的一切因素无关，用磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，d正确例2 b；由直线电流产生磁场的特点可知，与导线距离相等的位置磁感应强度大小相等，因此ab与cd边受到的安培力大小相等，b对；由安培定则知mn中电流在导线框处产生的磁场垂直纸面向里，由左手定则可判定ab受力方向向下，cd受力方向向上，ad受力方向向左，bc受力方向向右，但ad受到的力大于bc受到的力，整个线框有向外扩张的趋势，a、c错；若mn向左微移，则线框各边所在处磁场均减弱，故各边受力均变小，但ad边所在处减弱更多，故线框所受向左的合力变小，d错变式2 c；根据安培定则，a、b在c处所激发的磁场方向分别如图中ba、bb所示，应用平行四边形定则可知c导线所在处的合磁场方向如图所示根据左手定则可知安培力f安的方向与a、b连线垂直，指向左边例3 a；选金属棒mn为研究对象，其受力情况如图所示根据平衡条件及三角形知识可得tan = bil/mg，所以当棒中的电流i、磁感应强度b变大时，角变大，选项a正确，选项d错误；当金属棒质量m变大时，角变小，选项c错误；角的大小与悬线长无关，选项b错误变式3 b；四种情况的受力分别如图所示，a、c有可能平衡，d中如果重力与安培力刚好大小相等，则导体棒与导轨间没有压力，也可以平衡，b中合外力不可能为零，一定不能平衡 四考题再练 高考试题 1bd；若a接正极，b接负极，电磁铁磁极间磁场方向向上，e接正极，f接负极，由左手定则判定金属杆受安培力向左，则l向左滑动，a项错误，同理判定b、d选项正确，c项错误预测1 b；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2 根据题意知，i1方向向左，i2方向向右 线框中通电流i1时，fabb1i1li1l fcdb2i1li1l f1fabfcdkii1l()故安培力的大小与线框中电流的大小成正比故f1f2 = i1i2 当线圈中没有电流时，2t0mg 当线圈中电流为i1时，2t1f1mg 当线圈中电流为i3时，根据牛顿第二定律 f3mgma 再根据i1i3f1f3 解得 i3 = (t0i1a g)/(t0 t1g)预测2 根据闭合电路欧姆定律i = e/(r0 + r) = 1.5 a 导体棒受到的安培力f安 = bil = 0.30 n 导体棒受力如图，将重力正交分解 f1 = mgsin 37 = 0.24 nf1 f安，根据平衡条件 mgsin 37 + f = f安，解得：f = 0.