物理 高三：高中物理第1轮专题复习全套学案-第8章 第1课时

考点内容要求考纲解读磁场、磁感应强度、磁感线通电直导线和通电线圈周围磁场的方向安培力、安培力的方向匀强磁场中的安培力洛伦兹力、洛伦兹力的方向洛伦兹力的公式带电粒子在匀强磁场中的运动质谱仪和回旋加速器说明1安培力的计算只限于电流与磁感应强度垂直的情形2洛伦兹力的计算只限于速度与磁场方向垂直的情形1磁感应强度、磁感线、安培力、洛伦兹力的理解及安培定则和左手定则的运用，一般以选择题的形式出现2安培力的大小计算，以及带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的分析与计算一般以计算题的形式出现3带电粒子在分立场、混合场中的运动问题仍是本章考查的重点内容，极易成为试卷的压轴题第1课时磁场的描述磁场对电流的作用导学目标1会用安培定则判断电流周围的磁场方向2会计算电流在磁场中受到的安培力3会用左手定则分析解决通电导体在磁场中的受力及平衡类问题一、磁场、磁感应强度基础导引判断下列说法的正误1磁场和电场一样，是客观存在的物质2在地球北半球，地磁场的方向是向北且斜向下的3磁极与磁极、磁极与电流之间的相互作用是通过磁场发生的，而电流与电流之间的相互作用是通过电场发生的4磁场中某点的B的大小，跟放在该点的试探电流元的情况有关5无论在何处，小磁针的指向就是磁场的方向6磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度B越大知识梳理1磁场的特性磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有_的作用2磁场的方向小磁针静止时_所指的方向3磁感应强度1物理意义描述磁场的_2大小B_通电导线垂直于磁场3方向小磁针静止时_的指向4单位_，简称_，符号_4磁通量1概念在匀强磁场中，与磁场方向_的面积S和磁感应强度B的乘积2公式_3单位1WB_二、磁感线、通电导体周围的磁场的分布知识梳理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_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1所示图13电流的磁场直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点无磁极、非匀强且距导线越远处磁场_与_磁铁的磁场相似，管内为_磁场且磁场_，管外为_磁场环形电流的两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场_安培定则立体图横截面图4磁感线的特点1磁感线上某点的_方向就是该点的磁场方向2磁感线的疏密定性地表示磁场的_，在磁感线较密的地方磁场_；在磁感线较疏的地方磁场较_3磁感线是_曲线，没有起点和终点在磁体外部，从N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极4同一磁场的磁感线不_、不_、不相切5磁感线是假想的曲线，客观上不存在磁感线与电场线有什么相同点与不同点思考三、安培力的大小和方向基础导引下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是知识梳理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，F_，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当磁场与电流_时，安培力最大，FMAXBIL2当磁场与电流_时，安培力等于零2安培力的方向1安培力_在磁场中受到的力2左手定则伸开左手，使拇指与其余四指_，并且都与手掌在同一个平面内让磁感线从掌心进入，并使四指指向_的方向，这时_所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向3两平行的通电直导线间的安培力同向电流互相_，异向电流互相_在磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用时，该点B值大小就一定为零吗思考图2考点一安培定则的应用和磁场的叠加考点解读1高考对磁场基本知识的考查，往往同时考查多个方面，包括对磁感应强度的概念、安培定则的应用、磁场的叠加和磁感线的理解难度以中低档题为主解题的关键是复习中对基本概念与知识的正确理解与记忆2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的磁场时应分清“因”和“果”原因电流方向结果磁场绕向直线电流的磁场大拇指四指环形电流的磁场四指大拇指3磁场的叠加磁感应强度是矢量，计算时与力的计算方法相同，利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解特别提醒两个电流附近的磁场的磁感应强度是由两个电流分别独立存在时产生的磁场的磁感应强度叠加而成的典例剖析例12011大纲全国卷15如图2，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2，且I1I2；A、B、C、D为导线某一横截面所在平面内的四点且A、B、C与两导线共面；B点在两导线之间，B、D的连线与导线所在平面垂直，磁感应强度可能为零的点是AA点BB点CC点DD点思维突破1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2在进行磁感应强度的叠加时，应注意是哪个电流产生的磁场，磁场方向如何跟踪训练12011新课标全国卷14为了解释地球的磁性，19世纪安培假设地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是图3考点二安培力作用下导体运动情况的判定考点解读1通电导体在磁场中的运动实质是在磁场对电流的安培力作用下导体的运动2明确磁场的分布和正确运用左手定则进行判断是解题的关键典例剖析例2如图3所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面当线圈内通以图中方向的电流后，线圈的运动情况是A线圈向左运动B线圈向右运动C从上往下看顺时针转动D从上往下看逆时针转动思维突破判定安培力作用下导体运动情况的常用方法图4图6跟踪训练2如图4所示，条形磁铁放在光滑斜面上，用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡，A为水平放置的直导线的截面，导线中无电流时磁铁对斜面的压力为FN1；当导线中有垂直纸面向外的电流时，磁铁对斜面的压力为FN2，则下列关于压力和弹簧的伸长量的说法中正确的是AFN1FN2，弹簧的伸长量增大DFN1FN2，弹簧的伸长量减小考点三安培力的综合应用考点解读1安培力的综合应用，一般有两种情形，一是安培力作用下导体的平衡和加速；二是与安培力有关的功能关系问题安培力的综合应用是高考的热点，题型有选择题，也有综合性的计算题2处理这类问题，需弄清楚电流所在处的磁场分布情况要做好受力分析，搞清物体的受力情况，然后利用牛顿运动定律或者功能关系求解，在受力分析时，有时要把立体图转换成平面图，转换时要标明B的方向，以有利于确定安培力的方向3安培力大小的计算公式FILB是在磁感应强度B与电流I垂直情况下的结果；式中L是有效长度，对通电直导线，是导线在磁场中的那段长度；对弯曲导线，当导线所在平面与磁场方向垂直，且磁场为匀强磁场时，L等于弯曲导线两端点连接直线的长度，如图5所示，相应的电流方向沿L由始端流向末端图5典例剖析例3如图6所示，两平行金属导轨间的距离L040M，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B050T、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E45V、内阻R050的直流电源现把一个质量M0040KG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R025，金属导轨电阻不计，G取10M/S2已知SIN37060，COS37080，求1通过导体棒的电流；2导体棒受到的安培力大小；3导体棒受到的摩擦力思维突破求解通电导体在磁场中的力学问题的方法图7图8图91选定研究对象；2变三维为二维，画出平面受力分析图，判断安培力的方向时切忌跟着感觉走，要用左手定则来判断，注意F安B、F安I；3根据力的平衡条件、牛顿第二定律列方程式进行求解跟踪训练3倾角为的导电轨道间接有电源，轨道上放有一根静止的金属杆AB现垂直轨道平面向上加一匀强磁场，如图7所示，磁感应强度B逐渐增加的过程中，AB杆受到的静摩擦力A逐渐增大B逐渐减小C先增大后减小D先减小后增大11导体变速运动时的安培力分析例42010四川理综20如图8所示，电阻不计的平行金属导轨固定在一绝缘斜面上，两相同的金属导体棒A、B垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好，匀强磁场垂直穿过导轨平面现用一平行于导轨的恒力F作用在A的中点，使其向上运动若B始终保持静止，则它所受摩擦力可能A变为0B先减小后不变C等于FD先增大再减小解析A棒向上运动的过程中产生感应电动势EBLV，则A、B棒受到的安培力大小F安ILB对A棒根据牛顿第二定律有FMGSINMGCOSMA，由于速度VB2L2V2RB2L2V2R增大，所以加速度A减小当加速度A0时，V达到最大值VM，即A棒先做加速度逐渐减小的加速运动，然后以VM做匀速直线运动对B棒根据平衡条件有MGSINFFB，B2L2V2R当V增大时，FFB减小；当VM时，FFB0；当VVM时，若棒B所受摩擦力仍沿MGSIN2RB2L2斜面向上，则有FFB先减小后不变A、B正确答案AB正本清源本题的易错点在于有同学认为棒B所受的摩擦力一定是先减小后增大，最后不变这是没有结合棒A的运动情况而对B所受摩擦力作出分析因为棒A的最终速度大小未知，所以就存在当棒A的速度达到最大速度时，棒B所受的摩擦力还可能沿斜面向上，在这种情况下，棒B所受摩擦力就是一直减小最后不变，即B选项；而如果当棒A的速度达到最大速度时，棒B所受的摩擦力恰好减小到0，这就是A选项跟踪训练4如图9所示，光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分，O点为圆弧的圆心两金属轨道之间的宽度为05M，匀强磁场方向如图，大小为05T质量为005KG、长为05M的金属细杆置于金属轨道上的M点当在金属细杆内通以电流强度为2A的恒定电流时，金属细杆可以沿杆向右由静止开始运图10图12动已知MNOP1M，则A金属细杆开始运动时的加速度大小为5M/S2B金属细杆运动到P点时的速度大小为5M/SC金属细杆运动到P点时的向心加速度大小10M/S2D金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为075NA组安培力的基本应用1如图10，一段导线ABCD位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向垂直于纸面向里垂直线段AB、BC和CD的长度均为L，且ABCBCD135流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示导线段ABCD所受到的磁场的作用力的合力A方向沿纸面向上，大小为1ILB2B方向沿纸面向上，大小为1ILB2C方向沿纸面向下，大小为1ILB2D方向沿纸面向下，大小为1ILB22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11所示过C点的导线所受安培力的方向图11A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B组磁场的叠加及导体在安培力作用下运动情况的判定3已知地磁场的水平分量为B，利用这一值可以测定某一弱磁场的磁感应强度，如图12所示为测定通电线圈中央一点的磁感应强度的实验实验方法先将未通电线圈平面固定于南北方向竖直平面内，中央放一枚小磁针，N极指向北方；给线圈通电，此时小磁针N极指北偏东角后静止，由此可以确图13图14定线圈中电流方向由东向西看与线圈中央的合磁感应强度分别为A顺时针；B顺时针；BCOSBSINC逆时针；D逆时针；BCOSBSIN4如图13所示，两个完全相同且相互绝缘、正交的金属环，可沿轴线OO自由转动，现通以图示方向电流，沿OO看去会发现AA环、B环均不转动BA环将逆时针转动，B环也逆时针转动，两环相对不动CA环将顺时针转动，B环也顺时针转动，两环相对不动DA环将顺时针转动，B环将逆时针转动，两者吸引靠拢C组安培力作用下导体的平衡5质量为M的通电细杆置于倾角为的导轨上，导轨的宽度为L，杆与导轨间的动摩擦因数为，有电流通过杆，杆恰好静止于导轨上如下列选项所示截面图，杆与导轨间的摩擦力一定不为零的是6如图14所示，光滑导轨与水平面成角，导轨宽为L匀强磁场磁感应强度为B金属杆长也为L，质量为M，水平放在导轨上当回路总电流为I1时，金属杆正好能静止求1B至少多大这时B的方向如何2若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上，应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止图1图2课时规范训练限时60分钟一、选择题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，磁场中某点的磁感应强度B与F成正比，与I成反比FILB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2下列各图中，用带箭头的细实线标出了通电直导线周围磁感线的分布情况，其中正确的是3在磁场中某区域的磁感线，如图1所示，则AA、B两处的磁感应强度的大小不等，BABBBA、B两处的磁感应强度的大小不等，BABBC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4两根长直导线A、B平行放置，如图2所示为垂直于导线的截面图，图中O点为两根导线连线AB的中点，M、N为AB的中垂线上的两点且与A、B等距，两导线中通有等大、同向的恒定电流，已知直线电流在某点产生的磁场的磁感应强度B的大小跟该点到通电导线的距离R成反比，则下列说法中正确的是AM点和N点的磁感应强度大小相等，方向相同BM点和N点的磁感应强度大小相等，方向相反C在线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零D若在N点放一小磁针，静止时其北极沿ON指向O点图3图4图5图652011新课标全国卷18电磁轨道炮工作原理如图3所示待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触电流I从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度的大小与I成正比通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是A只将轨道长度L变为原来的2倍B只将电流I增加至原来的2倍C只将弹体质量减至原来的一半D将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其他量不变6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4所示下列哪种情况将会发生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7某专家设计了一种新型电磁船，它不需螺旋桨推进器，航行时平稳而无声，时速可达100英里这种船的船体上安装一组强大的超导线圈，在两侧船舷装上一对电池，导电的海水在磁场力作用下即会推动船舶前进如图5所示是超导电磁船的简化原理图，AB和CD是与电池相连的导体，磁场由超导线圈产生以下说法正确的是A船体向左运动B船体向右运动C无法断定船体向哪个方向运动D这种新型电磁船会由于良好的动力性能而提高船速8如图6所示，用粗细均匀的电阻丝折成平面梯形框架，AB、CD边均与AD边成60角，ABBCCDL，长度为L的电阻丝电阻为R，框架与一电动势为E，内阻为R的电源相连接，垂直于框架平面有磁感应强度为B的匀强磁场，则框架受到的安培力的合力大小为图7图8图9图10A0B5BEL11RCD10BEL11RBELR9均匀直角金属杆AOB可绕水平光滑轴O在竖直平面内转动，OAOB现加一水平方向的匀强磁场B并通以电流I，若撤去外力后恰能使直角金属杆OB部分保持水平，如图7所示则A电流I一定从A点流入才能使杆保持平衡B电流I从B点流入也可能使杆保持平衡C直角金属杆受到的弹力一定竖直向上D直角金属杆受到安培力与重力的合力为零10物理学家法拉第在研究电磁学时，亲手做过许多实验如图8所示的实验就是著名的电磁旋转实验，这种现象是如果载流导线附近只有磁铁的一个极，磁铁就会围绕导线旋转；反之，载流导线也会围绕单独的某一磁极旋转这一装置实际上就成为最早的电动机图中A是可动磁铁，B是固定导线，C是可动导线，D是固定磁铁图中黑色部分表示汞磁铁和导线的下半部分都浸没在汞中，下部接在电源上这时自上向下看，A和C的转动方向分别是AA顺时针，C逆时针BA逆时针，C顺时针CA逆时针，C逆时针DA顺时针，C顺时针二、非选择题11在倾角30的斜面上，固