高考物理总复习第1节磁场及磁吃电流的作用课件

第九章磁场考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析201620172018磁场、磁感应强度、磁感线ⅠⅠ卷T15:带电粒子在复合场中的运动Ⅱ卷T8:带电粒子在圆形磁场中的运动Ⅲ卷T18:带电粒子在有界磁场中的运动Ⅰ卷T19:安培定则、左手定则Ⅱ卷T18:带电粒子在圆形磁场中的运动T21:安培力、左手定则Ⅲ卷T18:磁感应强度的合成、安培定则Ⅰ卷T19:安培定则T23:组合场、匀速圆周运动及其相关的知识点Ⅱ卷T20:右手定则、矢量叠加T25:组合场、匀速圆周运动及其相关的知识点Ⅲ卷T24:组合场、匀速圆周运动及其相关的知识点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Ⅰ1.考查方式:对安培力、洛伦兹力及其磁场的根本知识考查以选择题为主.对带电粒子的运动考查以计算题的形式出现,难度较大.2.命题趋势:(1)会继续考查根本概念及规律,特别是磁场磁感线的分布和安培定那么、左手定那么的应用.仍将以带电粒子在有界磁场、组合场、叠加场中运动的综合分析为重点,出现大型综合题的概率较大.(2)本章知识与现代科技及生产、生活息息相关,以现代科技为载体,对安培力、洛伦兹力进行考查,仍将是今后高考命题的趋势.第1节磁场及磁场对电流的作用根底过关考点研析素养提升根底过关紧扣教材·自主落实根底知识一、磁场、磁感应强度1.磁场(1)根本特性:磁场对处于其中的磁体和运动电荷有的作用.(2)方向:小磁针的所受磁场力的方向.2.磁感应强度(1)物理意义:描述磁场的和.磁场力N极强弱方向(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:特斯拉(T).N极二、磁感线通电直导线和通电线圈周围磁场的方向1.磁感线及特点(1)磁感线:在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点的

的方向一致.(2)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

定性地表示磁场的强弱.③磁感线是

曲线,没有起点和终点.④磁感线是假想的曲线,客观上

.磁感应强度切线疏密闭合不存在2.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、非匀强磁场且距导线越远处磁场越弱与条形磁铁的磁场相似,管内为匀强磁场且磁场最强,管外为非匀强磁场环形电流的两侧是N极和S极,且离圆环中心越远,磁场越弱安培定则3.匀强磁场(1)定义:磁感应强度的大小

、方向

的磁场称为匀强磁场.处处相等处处相同(2)特点:磁感线是一簇簇疏密程度相同、方向相同的平行直线.自主探究如图,在x轴和y轴构成的平面直角坐标系中,过原点再做一个z轴,就构成了空间直角坐标系.匀强磁场的磁感应强度B=0.2T,方向沿x轴的正方向,且ab=dc=0.4m,bc=ef=ad=0.3m,be=cf=0.3m.通过面积S1(abcd),S2(aefd)的磁通量Φ1,Φ2有什么关系?

答案:Φ1=BS1=B·ab·ad=0.2×0.4×0.3Wb=0.024Wb,Φ2=B·S2cosθ=B·S1=0.024Wb,故Φ1等于Φ2.三、安培力、安培力的方向匀强磁场中的安培力1.安培力的大小(1)磁场和电流垂直时:F=.(2)磁场和电流平行时:F=.2.安培力的方向左手定那么判断:(1)伸开左手,让拇指与其余四指,并且都在同一个平面内.(2)让磁感线从掌心进入,并使四指指向方向.(3)所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.ILB0垂直电流拇指教材解读如果两根通电直导线的电流都是竖直向下的,那么根据安培定则左边电流在右边电流处产生的磁场方向是

,由左手定则,右边电流受到的安培力

;同理,右边电流在左边电流处产生的磁场是

,左侧电流受到的安培力

.即同向电流相互吸引.假设左侧电流仍然方向向下,右侧电流方向改为向上.那么根据安培定则左边电流在右边电流处产生的磁场方向是

,由左手定则,右边电流受到的安培力

;同理,右边电流在左边电流处产生的磁场是

,左侧电流受到的安培力

.即异向电流相互排斥.垂直纸面向外水平向左垂直纸面向里水平向右垂直纸面向外水平向右垂直纸面向外水平向左过关巧练×1.思考判断(1)通电导线放入磁场中,假设不受安培力,说明该处磁感应强度为零.()(2)垂直磁场放置的线圈面积减小时,穿过线圈的磁通量可能增大.()(3)磁场是客观存在的,磁感线实际上是不存在的,磁感线上各点的切线方向表示该点的磁场方向.()(4)安培力可能做正功,也可能做负功.()(5)1820年,丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转,称为电流的磁效应.()√√√√2.如下图,两根垂直纸面平行放置的直导线M和N,通有大小相等方向相反的电流I,在纸面上与M,N距离相等的P点处,M,N导线在该点产生的磁场的方向如何M导线受到的安培力方向又怎样解析:根据安培定那么和磁场的矢量叠加,P点磁场方向水平向右;根据安培定那么知,N导线在M导线处产生的磁场方向水平向右,再根据左手定那么,M导线受到的安培力方向竖直向上.答案:水平向右竖直向上3.[人教版选修3-1·P94·T3]如下图为电流天平,可以用来测量匀强磁场的磁感应强度,它的右臂挂着矩形线圈,匝数n=9,线圈的水平边长为L,处于匀强磁场内,磁感应强度B的方向与线圈平面垂直,当线圈中通过电流I时,调节砝码使两臂到达平衡,然后使电流反向,大小不变,这时需要在左盘中增加质量为m的砝码,才能使两臂再到达新的平衡.(1)用量和可测量量n,m,L,I,计算B的表达式.(2)当L=10.0cm,I=0.10A,m=8.78g时,磁感应强度是多少考点研析核心探究·重难突破考点一磁场的理解及安培定那么1.电流的磁场及安培定那么直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场安培定则立体图横截面图特点无磁极,非匀强磁场,距导线越远处磁场越弱两侧是N极和S极,与条形磁体的磁场类似,管内可看做匀强磁场,管外是非匀强磁场两侧是N极和S极,圆环内侧,离导线越近,磁场越强;圆环外侧离圆环越远,磁场越弱2.安培定那么的应用在运用安培定那么时应分清“因〞和“果〞,电流是“因〞,磁场是“果〞,既可以由“因〞判断“果〞,也可以由“果〞追溯“因〞.原因(电流方向)结果(磁场方向)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为矢量,合成与分解遵循平行四边形定那么.AC

【针对训练】(2021·全国Ⅰ卷,19)(多项选择)如图,三根相互平行的固定长直导线L1,L2和L3两两等距,均通有电流I,L1中电流方向与L2中的相同,与L3中的相反,以下说法正确的选项是()BC考点二安培力作用下导体运动趋势的判断1.在应用左手定那么判定安培力方向时,磁感线方向不一定垂直于电流方向,但安培力的方向一定与磁场方向和电流方向垂直,即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面.2.用公式F=ILB计算安培力大小时应注意(1)B与I垂直.(2)L是有效长度.①公式F=ILB中L指的是“有效长度〞.当B与I垂直时,F最大,F=ILB;当B与I平行时,F=0.②弯曲导线的有效长度L等于在垂直磁场平面内的投影两端点所连线段的长度(如下图),相应的电流方向沿L由始端流向末端.③闭合线圈通电后,在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零.3.方向:根据左手定那么判断.4.判定安培力作用下导体运动情况的常用方法结论法同向电流互相吸引,异向电流互相排斥;两不平行的直线电流相互作用时,有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法例如定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题,可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力,然后由牛顿第三定律,确定磁体所受电流磁场的作用力,从而确定磁体所受合力及运动方向【典例2】(2021·全国Ⅱ卷,21)(多项选择)某同学自制的简易电动机示意图如下图.矩形线圈由一根漆包线绕制而成,漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出,并作为线圈的转轴.将线圈架在两个金属支架之间,线圈平面位于竖直面内,永磁铁置于线圈下方.为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来,该同学应将()A.左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉B.左、右转轴上、下两侧的绝缘漆都刮掉C.左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉D.左转轴上、下两侧的绝缘漆都刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉AD〚审题指导〛题干关键获取信息线圈能连续转动线圈受安培力左、右转轴下侧的绝缘漆刮掉转动一圈通电一次左、右转轴上、下两侧的绝缘漆都刮掉转动一圈通电两次左转轴上侧、右转轴下侧的绝缘漆刮掉无法通电左转轴上下两侧、右转轴下侧的绝缘漆刮掉转动一圈通电一次解析:为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来,将左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉,这样当线圈在图示位置时,线圈的上下边受安培力水平而转动,转过一周后再次受到同样的安培力而使其转动,选项A正确;假设将左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,那么当线圈在图示位置时,线圈的上下边受安培力水平而转动,转过半周后再次受到相反方向的安培力而使其停止转动,选项B错误;左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉,电路不能接通,故不能转起来,选项C错误;假设将左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉,这样当线圈在图示位置时,线圈的上下边受安培力水平而转动,转过半周后电路不导通;转过一周后再次受到同样的安培力而使其转动,选项D正确.题组训练1.[结论法](2021·广西陆川县期末)两条直导线互相垂直,如下图,但相隔一个小距离,其中一条AB是固定的,另一条CD能自由转动.当电流按图所示的方向通入两条导线时,CD导线将()A.顺时针方向转动,同时靠近导线ABB.逆时针方向转动,不平动C.顺时针方向转动,同时离开导线ABD.逆时针方向转动,同时靠近导线AB解析:两不平行的直线电流相互作用时,有转到平行且电流方向相同的趋势,又因为同向电流互相吸引,所以答案D正确.D2.[转换研究对象法](2021·湖北仙桃、天门、潜江三市联考)如下图,水平桌面上放置一根条形磁铁,磁铁中央正上方用绝缘弹簧悬挂一水平直导线,并与磁铁垂直.当直导线中通入图中所示方向的电流时,和未通电相比较,可以判断出()A.弹簧的拉力减小,条形磁铁对桌面的压力增大B.弹簧的拉力减小,条形磁铁对桌面的压力减小C.弹簧的拉力增大,条形磁铁对桌面的压力增大D.弹簧的拉力增大,条形磁铁对桌面的压力减小D解析:条形磁铁磁感线如下图:由图可知,直导线处磁场方向向右;根据左手定那么,直导线受到的安培力向下,故弹簧弹力变大;根据牛顿第三定律,电流对磁铁的作用力与安培力等大、反向、共线,即向上,故磁铁对桌面的压力变小.考点三安培力作用下导体的平衡与加速1.与安培力有关的力学问题与其他力学问题一样,受力分析是关键.利用左手定那么正确分析安培力的方向,用安培力公式正确求解其大小,根据平衡条件或牛顿第二定律列方程求解.2.将三维图转换为二维平面图,即通过画俯视图、剖面图、侧视图等,将立体图转换为平面受力图.【典例3】如图,一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中;磁场的磁感应强度大小为0.1T,方向垂直于纸面向里;弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘.金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连,电路总电阻为2Ω.开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm;闭合开关,系统重新平衡后,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm.重力加速度大小取10m/s2.判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向,并求出金属棒的质量.〚审题图示〛解析:依题意,开关闭合后,电流方向为从b到a,由左手定那么可知,金属棒所受的安培力方向为竖直向下.开关断开时,两弹簧各自相对于其原长的伸长量为Δl1=0.5cm.由胡克定律和力的平衡条件得2kΔl1=mg①式中,m为金属棒的质量,k是弹簧的劲度系数,g是重力加速度的大小.开关闭合后,金属棒所受安培力的大小为F=ILB②式中,I是回路电流,L是金属棒的长度.两弹簧各自再伸长了Δl2=0.3cm,由胡克定律和力的平衡条件得2k(Δl1+Δl2)=mg+F③由欧姆定律有E=IR④式中,E是电池的电动势,R是电路总电阻.联立①②③④式,并代入题给数据得m=0.01kg.答案:见解析误区警示(1)此题中安培力的方向易判断错误.(2)开关闭合后,弹簧的伸长量为(0.5+0.3)cm,不是0.3cm或(0.5-0.3)cm.(3)金属棒所受弹簧的弹力为2kx而不是kx.题组训练1.[动态平衡问题](2021·重庆一诊)如下图,一水平导轨处于与水平方向成45°角斜向左上方的匀强磁场中,一根通有恒定电流的金属棒,由于受到安培力作用而在粗糙的导轨上向右做匀速运动.现将磁场方向沿顺时针缓慢转动至竖直向上,在此过程中,金属棒始终保持匀速运动,棒与导轨间的动摩擦因数μ=,那么()A.金属棒所受摩擦力一直在减小B.导轨对金属棒的支持力先变小后变大C.磁感应强度先变小后变大D.金属棒所受安培力恒定不变C2.[加速问题](2021·广东惠州二模)如图是导轨式电磁炮实验装置示意图.两根平行长直金属导轨沿水平方向固定,其间安放金属滑块(即实验用弹丸).滑块可沿导轨无摩擦滑行,且始终与导轨保持良好接触.电源提供的强大电流从一根导轨流入,经过滑块,再从另一导轨流回电源.滑块被导轨中的电流形成的磁场推动而发射.在发射过程中,该磁场在滑块所在位置始终可以简化为匀强磁场,方向垂直于纸面,其强度与电流的关系为B=kI,比例常量k=5×10-7T/A.两导轨内侧间距L=2.0cm,滑块的质量m=40g,滑块沿导轨滑行2m后获得的发射速度v=100m/s(此过程视为匀加速运动).(1)求发射过程中电源提供的电流强度.答案:(1)1.0×105A

(2)假设此滑块射出后随即以速度v沿水平方向击中固定在水平面上的砂箱,它嵌入砂箱的深度为s.设滑块质量为m,求滑块对砂箱平均冲击力的表达式.素养提升学科素养·演练提升核心素养【二级结论】安培力在电磁感应中的冲量表达式感应电流通过直导线时,直导线在磁场中要受到安培力的作用,当导线与磁场垂直时,安培力的大小为F=BIL.在时间Δt内安培力的冲量FΔt=BILΔt=BLq=BL,式中q是通过导体截面的电