【红对勾】高考物理 磁场课件

内容要求磁场、磁感应强度、磁感线Ⅰ通电直导线和通电线圈周围磁场的方向Ⅰ安培力、安培力的方向Ⅰ匀强磁场中的安培力Ⅱ洛伦兹力、洛伦兹力的方向Ⅰ洛伦兹力的公式Ⅱ带电粒子在匀强磁场中的运动Ⅱ质谱仪和回旋加速器Ⅰ由上表对近几年高考试题分析不难看出，带电粒子在磁场运动以及复合场问题综合性较强，覆盖考点较多，在现今的理综试题中是一个热点，因此在今后的高考无论是物理单科还是综合考试，与洛伦兹力、电场力、重力有关的力电综合题型为考试内容的出题的几率都会很高，且以大型综合题为主．高考命题中，采用本章的基础知识与科学技术成果相结合，物理模型与生产生活实际相结合，是近年来命题的新思路．磁场这一章在电磁学乃至整个高中物理阶段都占据着相当重要的地位，它是学好下一章电磁感应的基础，在复习本章时要注意以下问题．1．重视并加强对基本概念、基本规律的学习，在学习中要注意与电场进行类比学习、类比记忆．同时更应该注意它们之间的区别．2．注意总结、归纳a．全章学完之后，要在头脑中建立起来基本知识框架，形成网络，最好自己先独立完成全章的基础知识归纳．b.归纳题型、总结解题方法．本章的题目很多，但如果透过现象看本质，好多题实质是一样的，属于一类题，如果我们总结出解决这类题的解题方法，再适当地加以强化训练，一定会取得较好的效果，但开始一定要按总结出的方法一步一步地进行，熟练之后才可灵活应用，切不可操之过急，我们把这个过程叫作“先死而后活”，全章学完之后头脑里装的不是一个一个的题而是若干个题型的解题方法．课时1磁场及其对电流的作用知识点一磁场——知识回顾——1．磁场的基本特点磁场对放入其中的磁体、电流和运动电荷有

的作用．2．磁场的方向在磁场中的任一点，小磁针的

受力的方向，亦即小磁针静止时

所指的方向，就是那一点的磁场方向．磁场力N极N极3．磁感线的特点磁感线是为形象地描述磁场的强弱和方向而引入的一系列假想的曲线，是一种理想化的模型．它有以下特点：(1)磁感线某点切线方向表示该点的磁场方向，磁感线的

，表示磁场的强弱．(2)磁感线是

的，外部N→S，内部S→N.(3)任意两条磁感线不相交．疏密闭合4．几种典型磁场(1)条形磁体和蹄形磁体的磁场(如图1)：图1(2)直线电流的磁场：无磁极，非匀强，距导线越远处磁场

，画法如图2所示．图2越弱(3)环形形电流流的磁磁场：：两侧侧是N极和S极，离离圆环环中心心越远远，磁磁场，画法法如图图3所所示．．图3越弱(4)通电电螺线线管的的磁场场：两两端分分别是是N极和S极，管管内是是磁场，，磁感感线方方向由由S极指向向N极，管管外为为磁场，，磁感感线由由N极指向向S极，画画法如如图4所示示．图4越弱非匀强强5．安安培定定则(1)直线线电流流和环环形电电流及及通电电螺线线管的的磁场场磁感感线的的方向向可(2)对于通电直导线，可用

握住导线，大拇指指向

方向，弯曲的四指指向

的方向．(3)对于环形电流和通电螺线管，则用弯曲的四指指向

环绕的方向，右手大拇指指向螺线管

的磁感线的方向．安培右手电流磁感线环绕绕电流轴线上——要点深深化——磁感线和电电场线比较较磁感线电场线相似点引入目的都是为了形象描述场而引入的假想线，实际不存在疏密都能定性描述场的强弱切线方向都是表示该点场的方向相交不能相交(电场中无电荷空间不相交)不同点闭合曲线，外部N→S，内部S→N起始于正电荷，终止于负电荷特别提醒没有画出磁磁感线或电电场线的地地方并不表表示那里没没有磁场或或电场存在在．—基础自测测——如图5所示示，放在通通电螺线管管内部中间间处的小磁磁针，静止止时N极指向右，，试判断电电源的正负负极．图5解析：小磁针N极的指向即即为该处的的磁场方向向，所以螺螺线管内部部磁感线由由a→b.根据安培培定则可判判断出电流流由电源的的c端流出，d端流入，故故c端为正极，，d端为负极．．答案：c端为正极，，d端为负极知识点二磁感应强度度——知识回回顾——1．磁感应应强度(1)定义义：在磁场场中垂直磁磁场方向的的通电导线线，受到的(2)表达式：B＝

.(3)矢量性：方向为该点的磁场方向，即通过该点的磁感线的切线方向．(4)单位：特斯拉(T)．2．匀强磁磁场(2)特点①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．②距离很近的两个异名磁极之间的磁场和通电螺线管内部的磁场(边缘部分除外)，都可以认为是匀强磁场．处处相等处处相同——要点深深化——磁感应强度度的理解1．磁感应应强度是由由比值法定定义的，磁磁场中某位位置的磁感感应强度的的大小及方方向是客观观存在的，，由磁场本本身的性质质决定，与与放入的直直导线的电电流I的大小、导导线的长短短即L的大小无关关，与通电电导线受到到的力也无无关，即便便不放入载载流导体，，它的磁感感应强度也也照样存在在．因此不不能说B与F成正比，或或B与IL成反比．2．磁感应应强度B是矢量，遵遵守矢量分分解、合成成的平行四四边形定则则．注意磁磁感应强度度的方向就就是该处的的磁场方向向，并不是是该处通电电导线的受受力方向．．——基础自自测——关于磁感应应强度B，下列说法法中正确的的是()A．磁场中中某点B的大小，跟跟放在该点点的试探电电流元的情情况有关B．磁场中中某点B的方向，跟跟放在该点点的试探电电流元所受受磁场力方方向一致C．在磁场场中某点的的试探电流流元不受磁磁场力作用用时，该点点B值大小为零零D．在磁场场中磁感线线越密集的的地方，磁磁感应强度度越大答案：D知识点三磁场对电流流的作用力力——安培培力——知识回回顾——1．安培力力的方向(1)安培培力：通电电导线在磁磁场中受的的力．实验验表明安培培力的方向向与、都有关系．．(2)左手手定则：伸伸开左手磁场方向电流方向垂直电流的方向向拇指2．安培培力的大大小(1)当当磁场与与电流时，安培(2)当磁场与电流平行时，即磁场方向与电流方向相同或相反时，安培力为零．垂直特别提醒醒牢记安培培力的方方向既跟跟磁感应应强度方方向垂直直又跟电电流方向向垂直．．思考：闭闭合通电电线圈在在匀强磁磁场中所所受安培培力为多多少？任意形状状的闭合合线圈在在匀强磁磁场中所所受安培培力的矢矢量和为为零，但但不一定定会处于于静止状状态．——要点点深化———1．应用用公式F＝BIL时应注意意哪些问问题？(1)B与L垂直；(2)式式中L是有效长长度．①弯曲导导线的有有效长度度L等于在垂垂直磁场场平面内内的投影影长度两两端点所所连直线线的长度度(如图图6所示示)，相相应的电电流方向向沿L由始端流流向末图6②对于任任意形状状的闭合合线圈，，其有效效长度均均为零，，所以通通电后在在匀强磁磁场中受受到的安安培力的的矢量和和为零．．(3)B并非一定定是匀强强磁场，，但一定定是导线线所在处2．安培培力做功功的实质质——能能量的传传递(1)安培力力做正功：是是将电源的能能量传递给通通电导线或转转化为导线的的动能或其他他形式的能．．(2)安培力力做负功：是是将其他形式式的能转化为为电能，或储储存或再转化化为其他形式式的能．——基础自测测——(2010··上海高考)如图，长为2l的直导线折成成边长相等，，夹角为60°的V形，，并置于与其其所在平面相相垂直的匀强强磁场中，磁磁感应强度为为B.当在该导线线中通以电流流强度为I的电流时，该该V形通电导导线受到的安安培力大小为为()A．0B．0.5BIlC．BIlD．2BIl图7解析：V形导线两部部分的受力情情况如图8所所示．其中F＝BIl，V形导线受受到的安培力力应为这两个个力的合力，，大小为F合＝2Fcos60°°＝BIl，故C项正确确．答案：C图8知识点四磁电式电流表表——知识回顾顾——1．基本组成成部分：磁铁铁和放在磁铁铁两极之间的的．线圈2．工作原理理：如图9所示，，磁场的方向向总沿着均匀辐射地分分布，在距轴轴线等距离处处的磁感应强强度的大小总总是的，保证B的大小不发生生变化，且安安培力的方向向与线圈垂直直．图9径向当电流通过线线圈时，导线线受到安培力力的作用，线线圈转动，螺螺旋弹簧变形形，反抗线圈圈的转动，电电流越大，安安培力就，螺旋弹簧的的形变也就．I与指针偏角θ成正比，表盘盘刻度(均匀、不均3．优、缺点：优点是

高，能测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流

．越大越大均匀灵敏度很弱——基础自测测——关于磁电式电电流表内的磁磁铁和铁芯间间的矩形线圈圈与磁场的关关系，下列说说法中正确的的有()A．通电线圈旋转的角度不同，它所在位置的磁感应强度大小也不同B．不管通电线圈转到什么位置，它所在位置的磁感应强度大小都相等C．通电线圈旋转的角度不同，它的平面与磁感线的夹角也不同D．不管通电线圈转到什么位置，它的平面都与磁感线相平行答案：BD题型一安培定则的应应用及磁感应应强度的叠加加[例1]若若三根平行长长直导线中通通有大小相等等、方向相同同的电流，且且分别垂直地地通过一等边边三角形ABC的三个顶点(如图10所所示)，每根根通电直导线线在三角形的的中心O处的磁感应强强度大小为________．图10[解析]直流电流的磁磁场是以直线线电流为中心心的一组同心心圆，故中心心O点处三个直线线电流的磁场场方向如图11所示，由由于对称性，，它们互成120°角，，由于它们的的大小相等，，根据矢量合合成特点可知知它们的合矢矢量为零．[答案]零图11题后反思空间中磁场叠叠加，在某一一点的磁场方方向即该点的的磁感应强度度的方向只有有一个，即合合磁场方向，，应用平行四四边形定则来来求．变式1—1两两根通电的的长直导线平平行放置，电电流分别为I1和I2，电流的方向向如图12所所示，在与导导线垂直的平平面上有a、b、c、d四点，其中a、b在导线横截面面连接的延长长线上，c、d在导线横截面面连线的垂直直平分线上．．则导体中的的电流在这四四点产生的磁磁场的磁感应应强度可能为为零的是()A．a点B．．b点C．c点D．d点图12解析：I1和I2的磁场方向分分别为逆时针针和顺时针方方向，那么c、d两点的磁场方方向不可能相相反，由c、d两点的磁感应应强度不可能能为零，故C、D错误．．当I1大于I2时，b点的磁感应强强度可能为零零；I1小于I2时，a点的磁感应强强度可能为零零，选项A、、B正确．答案：AB题型二安培力作用下下导体的运动动问题[例2]如如图13甲所所示，导线ab固定，导线cd与ab垂直且与ab相隔一段距离离，cd可以自由移动动，试分析cd的运运动动情情况况．．图13[分分析析]cd如何何运运动动取取决决于于ab导体体产产生生的的磁磁场场对对cd的安安培培力力方方向向，，所所以以弄弄清清ab形成成的的磁磁场场的的分分布布情情况况是是解解题题的的关关键键．．[解解析析]首先先分分析析固固定定导导线线ab的磁磁感感线线的的分分布布情情况况，，如如图图13乙乙所所示示(用用安安培培定定则则)，，然然后后再再用用左左手手定定则则分分析析cd导线线在在磁磁场场中中的的受受力力方方向向，，可可以以发发现[答案]

cd导线顺时针转动的同时向ab导线平移．题后后反反思思判断断通通电电导导线线或或线线圈圈在在安安培培力力作作用用下下的的运运动动方方向向问问题题，，可可根根据据问问题题的的需需要要灵灵活活选选用用直直线线电电流流元元分分析析法法、、特特殊殊位位置置分分析析法法等等方方法法．．变式式2——1如图图14所所示示，，把把一一重重力力不不计计的的通通电电直直导导线线水水平平放放在在蹄蹄形形磁磁铁铁两两极极的的正正上上方方，，导导线线可可以以自自由由转转动动，，当当导导线线通通入入图图示示方方向向电电流流I时，，导导线线的的运运动动情情况况是是(从从上上往往下下看看)()A．．顺顺时时针针方方向向转转动动，，同同时时下下降降B．．顺顺时时针针方方向向转转动动，，同同时时上上升升C．．逆逆时时针针方方向向转转动动，，同同时时下下降降D．．逆逆时时针针方方向向转转动动，，同同时时上上升升图14解析析：：首先先用用电电流流元元法法：：把把直直线线电电流流等等效效为为AO′、、O′O、OB三段段(O′O段极极短短)电电流流元元，，由由于于O′O段电电流流方方向向与与该该处处磁磁场场方方向向相相反反，，所所以以不不受受安安培培力力作作用用；；AO′段段电电流流元元所所在在处处的的磁磁场场方方向向倾倾斜斜向向上上，，根根据据左左手手定定则则可可知知其其所所受受安安培培力力方方向向垂垂直直于于纸纸面面向向外外；；OB段电电流流元元所所在在处处的的磁磁场场方方向向倾倾斜斜向向下下，，同同理理可可知知其其所所受受安安培培力力方方向向垂垂直直纸纸面面向向里里．．综综上上可可知知导导线线将将顺顺时时针针转转动动(俯俯视视)．．然后后应应用用特特殊殊位位置置法法：：把把导导线线转转过过90°°的的特特殊殊位位置置来来分分析析，，根根据据左左手手定定则则判判得得安安培培力力方方向向向向下下，，故故导导线线在在顺顺时时针针转转动动的的同同时时向向下下运运动动．．答案：A题型三安培力作作用下的的平衡问问题[例3]如图图15所所示，在在磁感应应强度B＝1.0T，，方向竖竖直向下下的匀强强磁场中中，有一一个与水水平面成成θ＝37°°角的导导电滑轨轨，滑轨轨上放置置一个可可自由移移动的金金属杆ab.图15已知接在在滑轨中中的电源源电动势势E＝12V，内内阻不计计．ab杆长L＝0.5m，，质量m＝0.2kg，杆与与滑轨间间的动摩摩擦因数数μ＝0.1，滑轨轨与ab杆的电阻阻忽略不不计．求求：要使使ab杆在滑轨轨上保持持静止，，滑动变变阻器R的阻值在在什么范范围内变变化？(g取10m/s2，sin37°°＝0.6)[解析]分析画出出ab杆在恰好好不下滑滑和恰好好不上滑滑这两种种情况下下的受力力分析，，如图16所示示．图16题后反思思(1)解解决有关关通电导导体在磁磁场中的的平衡问问题，关关键是受受力分析析，只不不过比纯纯力学中中的平衡衡问题要要多考虑虑一个安安培力．．(2)把把立体图图改画成成平面图图，标明明方向(如B的方向、、I的方向等等)是画画好受力力分析图图的关键键．(3)由由于安培培力、电电流I、磁感应应强度B的方向之之间涉及及到三维维空间，，所以在在受力分分析时要要善于把把立体图图转化成成平面图图．变式3——1水水平面上上有电阻阻不计的的U形导轨NMPQ，它们之之间的宽宽度为L，M和P之间接入入电动势势为E的电源(不计内内阻)．．现垂直直于导轨轨搁一根根质量为为m，电阻为为R的金属棒棒ab，并加一一个范围围较大的的匀强磁磁场，磁磁感应强强度大小小为B，方向与与水平面面夹角为为θ且指向右右斜上方方，如图图17所所示，问问：图17(1)当当ab棒静止时时，受到到的支持持力和摩摩擦力各各为多少少？(2)若若B的大小和和方向均均能改变变，则要要使ab棒所受支支持力为为零，B的大小至至少为多多少？此此时B的方向如如何？解析：从b向a看侧视图图如图18所示示．(1)水水平方向向：F＝Fasinθ①竖直方向向：FN＋FAcosθ＝mg②图181．(2009·全全国卷ⅠⅠ)如图19，一段段导线abcd位于磁感感应强度度大小为为B的匀强磁磁场中，，且与磁磁场方向向(垂直直于纸面面向里)垂直．．线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流经导线的的电流为I，方向如图中中箭头所示．．导线段abcd所受到的磁场场的作用力的的合力()图19答案：A图202．为了培养小明明的观察与思思考能力，一一天中午当物物理教师的爸爸爸和小明一一起利用手边边的器材：一一根松弛的导导体线圈、导导线、电池及及电键连接成成的电路如图图20所示．．试问当闭合合电键后，小小明将会观察察到线圈发生生的现象是()A．纵向收缩缩，径向膨胀胀 B．．纵向伸长，，径向收缩C．纵向伸长长，径向膨胀胀 D．．纵向收缩，，径向收缩答案：A3．如图21所示，有两