高考物理一轮复习 专题8.1 磁场的描述 磁场对电流的作用教学案 新人教版.doc

2016高考物理一轮复习 专题8.1 磁场的描述 磁场对电流的作用教学案 新人教版【2016考纲解读】1、理解磁感应强度的定义2理解磁感线的概念、基本性质以应用。3熟练掌握安培定则以及通电直导线和通电线圈周围磁场的方向的判断。4理解安培力并能运用左手定则判断安培力的方向。【重点知识梳理】一、基本概念1.磁场的产生磁极周围有磁场。电流周围有磁场（奥斯特）。安培提出分子电流假说（又叫磁性起源假说），认为磁极的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产生的。（但这并不等于说所有磁场都是由运动电荷产生的，因为麦克斯韦发现变化的电场也能产生磁场。）变化的电场在周围空间产生磁场。2.磁场的基本性质磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用（对磁极一定有力的作用；对电流只是可能有力的作用，当电流和磁感线平行时不受磁场力作用）。这一点应该跟电场的基本性质相比较。3.磁场力的方向的判定磁极和电流之间的相互作用力（包括磁极与磁极、电流与电流、磁极与电流），都是运动电荷之间通过磁场发生的相互作用。因此在分析磁极和电流间的各种相互作用力的方向时，不要再沿用初中学过的“同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引”的结论（该结论只有在一个磁体在另一个磁体外部时才正确），而应该用更加普遍适用的：“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”，或用左手定则判定。4.磁感线用来形象地描述磁场中各点的磁场方向和强弱的曲线。磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向，也就是在该点小磁针静止时n极的指向。磁感线的疏密表示磁场的强弱。磁感线是封闭曲线（和静电场的电场线不同）。要熟记常见的几种磁场的磁感线： 地球磁场 通电直导线周围磁场 通电环行导线周围磁场 安培定则（右手螺旋定则）：对直导线，四指指磁感线方向；对环行电流，大拇指指中心轴线上的磁感线方向；对长直螺线管大拇指指螺线管内部的磁感线方向。5.磁感应强度（条件是匀强磁场中，或l很小，并且lb ）。磁感应强度是矢量。单位是特斯拉，符号为t，1t=1n/（am）=1kg/（as2）6.磁通量如果在磁感应强度为b的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，其面积为s，则定义b与s的乘积为穿过这个面的磁通量，用表示。是标量，但是有方向（进该面或出该面）。单位为韦伯，符号为wb。1wb=1tm2=1vs=1kgm2/（as2）。可以认为穿过某个面的磁感线条数就是磁通量。在匀强磁场磁感线垂直于平面的情况下，b=/s，所以磁感应强度又叫磁通密度。在匀强磁场中，当b与s的夹角为时，有=bssin。二、安培力 （磁场对电流的作用力）1.安培力方向的判定用左手定则。用“同性相斥，异性相吸”（只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部时）。用“同向电流相吸，反向电流相斥”（反映了磁现象的电本质）。可以把条形磁铁等效为长直螺线管（不要把长直螺线管等效为条形磁铁）。2.安培力大小的计算f=blisin（为b、l间的夹角）高中只要求会计算=0（不受安培力）和=90两种情况。三、与地磁场有关的电磁现象综合问题1.地磁场中安培力的讨论2.地磁场中的电磁感应现象3.如何测地磁场磁感应强度的大小和方向地磁场的磁感线在北半球朝向偏北并倾斜指向地面，在南半球朝向偏北并倾斜指向天空，且磁倾角的大小随纬度的变化而变化.若测出地磁场磁感应强度的水平分量和竖直分量，即可测出磁感应强度的大小和方向.【高频考点突破】考点一 磁场 描述磁场的物理量【例1】如图11-1-1所示，一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过小磁针的正上方时，磁针的s极向纸内偏转，这一束带电粒子可能是（ ）向右飞行的负离子 向左飞行的负离子向右飞行的正离子 向左飞行的正离子a b c d【变式探究】一小磁针静止在通电螺线管内部，螺线管通过如图11-1-2所示的电流，则下列说法中正确的是（ ）a螺线管左端是n极，小磁针左端也是n极b螺线管左端是s极，小磁针左端也是s极c螺线管左端是n极，小磁针左端是s极d螺线管左端是s极，小磁针左端是n极【感悟提高】对于磁极间的相互作用规律在应用时，一定先要弄清楚是磁铁的内部还是磁铁的外部，不能对规律生搬硬套，否则会导致错误。考点二、描述磁场的物理量【例2】关于磁感线的概念和性质，下列说法中正确的是（ ）a磁场中任意两条磁感线可能相交b磁感线上各点的切线方向就是各点的磁感应强的方向c铁屑在磁场中分布所形成的曲线就是磁感线d磁感线总是从磁体n极出发指向磁体的s极【变式探究】关于磁场中某点的磁感应强度，下列说法正确地是( )a由b=f/il可知，b与f成正比，与il的乘积成反比bb的大小与il的乘积无关，由磁场本身决定c长通电螺线管周围的磁场是匀强磁场db的方向与通电导线的受力方向相同【感悟提高】公式b=f/il是磁场强度的定义式，而磁感强度是由磁场本身决定的，它与外界因素无关，也就是磁感强度是磁场的属性，这个性质与电场强度是电场本身的属性相同；另外磁场强度方向就是该点磁场强度的方向，这个方向恰好与磁感线上该点的切线方向和小磁针静止时n极所指的方向相同还有对于每个物理量的定义式是不能谈比的。考点三、 安培力、左手定则例3、 如图11-1-4所示，三根通电直导线p、q、r互相平行，通过正三角形的三个顶点，三条导线通入大小相等，方向垂直纸面向里的电流；通电直导线产生磁场的磁感应强度b=ki/r，i为通电导线的电流强度，r为距通电导线的距离的垂直距离，k为常数；则r受到的磁场力的方向是（ ）a垂直r，指向y轴负方向 b垂直r，指向y轴正方向c垂直r，指向x轴正方向 d垂直r，指向x轴负方向【感悟提高】 最容易混淆的是左、右手的使用必须记清楚，只有在分析受力时才使用左手，其它情况（判断磁场方向、感应电流方向）均使用右手。考点四、安培力作用下的平衡问题【例4】如图11-1-6所示，在倾角为的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为l，质量为m的直导体棒在导体棒中的电流i垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，下列外加匀强磁场的磁感应强度b的大小和方向正确的是（ ）a.，方向垂直斜面向下 b.，方向垂直斜面向上c，方向垂直斜面向下 d，方向垂直斜面向上【感悟提高】在分析通电导体在磁场中的受力平衡问题，一定要注意力学规律的综合应用，如力的平行四边形法则、力的三角形法则和力的正交分解罚，因为安培力作用下的平衡问题实质上就是一个力学问题，只不过多了一个安培力而已考点五、安培力作用下物体运动方向的判断安培力作用下通电导体运动方向的判断常用方法有：1等效法：适用于环形电流和通电螺线管与磁体或电流之间的安培力及运动方向的判断因环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，同样条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管，从而转化为磁体与磁体之间或电流与电流之间的作用，进而判断其运动方向2特殊位置法：适用于磁感线为曲线型的非匀强磁场中导体安培力方向及运动方向的判断具体方法为：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置（如转过90），再根据左手定则判断安培力方向，从而确定运动方向例5 如图11-2-7所示，把轻质线圈用细线挂在磁铁n极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的平面，当线圈内通过图示的方向的电流时，线圈将怎样运动？【变式探究】如图11-2-8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 顺时针转动，同时下降b 顺时针转动，同时上升c 逆时针转动，同时下降 d 逆时针转动，同时上升【感悟提高】在分析安培力作用下通电导体运动方向的判断时，通常情况下利用等效的方法，即可将电流等效为磁铁，然后根据磁场的相互作用规律进行分析考点六 、安培力的综合应用例6、据报道，最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮，其原理如图所示炮弹（可视为长方形导体）置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接开始时炮弹在导轨的一端，通以电流后炮弹会被磁力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出设两导轨之间的距离m，导轨长5.0m，炮弹质量导轨上的电流i的方向如图11-1-9中箭头所示可以认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为b2.0，方向垂直于纸面向里若炮弹出口速度为，求通过导轨的电流i忽略摩擦力与重力的影响【经典考题精析】【高考在线】1（2014浙江卷）如图1所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为l，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为b.垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒从t0时刻起，棒上有如图2所示的持续交变电流i，周期为t，最大值为im，图1中i所示方向为电流正方向则金属棒()第20题图1第20题图2a一直向右移动b速度随时间周期性变化c受到的安培力随时间周期性变化d受到的安培力在一个周期内做正功2（2014四川卷）如图所示，不计电阻的光滑u形金属框水平放置，光滑、竖直玻璃挡板h、p固定在框上，h、p的间距很小质量为0.2 kg的细金属杆cd恰好无挤压地放在两挡板之间，与金属框接触良好并围成边长为1 m的正方形，其有效电阻为0.1 .此时在整个空间加方向与水平面成30角且与金属杆垂直的匀强磁场，磁感应强度随时间变化规律是b(0.40.2t) t，图示磁场方向为正方向框、挡板和杆不计形变则()at1 s时，金属杆中感应电流方向从c到dbt3 s时，金属杆中感应电流方向从d到cct1 s时，金属杆对挡板p的压力大小为0.1 ndt3 s时，金属杆对挡板h的压力大小0.2n3（2014新课标全国卷）关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是()a安培力的方向可以不垂直于直导线b安培力的方向总是垂直于磁场的方向c安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关d 将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半（2013新课标全国卷）如图，在光滑绝缘水平面上，三个带电小球a、b和c分别位于边长为l的正三角形的三个顶点上；a、b带正电，电荷量均为q，c带负电整个系统置于方向水平的匀强电场中已知静电力常量为k.若三个小球均处于静止状态，则匀强电场场强的大小为()a. b.c. d.【答案】b【解析】 由题意，三个小球均处于静止状态，对c球而言，a、b两球在c球所在位置处产生的合场强与匀强电场的场强等大反向，故匀强电电场的场强大小e2cos30，b正确（2013浙江卷）为了降低潜艇噪音，提高其前进速度，可用电磁推进器替代螺旋桨潜艇下方有左、右两组推进器，每组由6个相同的、用绝缘材料制成的直线通道推进器构成，其原理示意图如下在直线通道内充满电阻率0.2 m的海水，通道中abc0.3 m0.4 m0.3 m的空间内，存在着由超导线圈产生的匀强磁场，其磁感应强度b6.4 t、方向垂直通道侧面向外磁场区域上、下方各有ab0.3 m0.4 m的金属板m、n，当其与推进器专用直流电源相连后，在两板之间的海水中产生了从n到m，大小恒为i1.0103 a的电流，设该电流只存在于磁场区域不计电源内阻及导线电阻，海水密度m1.0103 kg/m3.(1)求一个直线通道推进器内磁场对通电海水的作用力大小，并判断其