高三物理(鲁科版)一轮复习配套课件8-1磁场的描述及磁场对电流的作用

强基固本考点突破考点内容要求命题规律复习策略磁场、磁感应强度、磁感线Ⅰ(1)磁感应强度的理解和计算；(2)安培力、洛伦兹力的特点；(1)注重以受力分析为基础，根据平衡条件分析通电导线的受力和运动情况；(2)注重应用牛顿第二定律结合圆周运动的知识分析带电粒子在磁场中的运动；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Ⅰ强基固本考点突破说明：(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。(3)有界磁场中的临界问题；(4)带电粒子在匀强磁场中的多解问题；(5)带电粒子在组合场和复合场中的运动(3)注重实际应用，如质谱仪、回旋加速器、霍尔元件、磁流体发电机、速度选择器等的原理都可能成为命题背景；(4)注重应用数学方法解决物理问题能力的培养强基固本考点突破知识点一、磁场、磁感应强度1．磁场(1)基本特性：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有_______的作用。(2)方向：小磁针的_____所受磁场力的方向。第1课时磁场的描述及磁场对电流的作用[知识梳理]磁场力N极强基固本考点突破2．磁感应强度(1)物理意义：描述磁场的_____和_____。(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)。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。(2)特点：疏密程度相同、方向相同的平行直线。FIlN极处处相等处处相同强弱方向强基固本考点突破知识点二、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．几种常见的磁场(1)常见磁体的磁场切线强基固本考点突破(2)电流的磁场通电直导线通电螺线管环形电流安培定则立体图强基固本考点突破横截面图纵截面图强基固本考点突破知识点三、安培力、安培力的方向匀强磁场中的安培力1．安培力的大小当磁感应强度B的方向与导线方向成θ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)磁场和电流垂直时：F＝____。(2)磁场和电流平行时：F＝0。IlBsinθIlB强基固本考点突破2．安培力的方向(1)用左手定则判定：伸开左手，让拇指与其余四指_____，并与手掌在同一平面内，让磁感线_____穿过手心，四指指向_____方向，那么，拇指所指方向即为通电直导线在磁场中的受力方向。(2)安培力的方向特点：F⊥B，F⊥I，即F垂直于____决定的平面。垂直垂直电流B和I强基固本考点突破思维深化判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)奥斯特发现了电流可以产生磁场。()(2)磁感线是客观存在的，磁感线上各点的切线方向表示该点的磁场方向。()(3)通电导线放入磁场中，若不受安培力，说明该处磁感应强度为零。()(4)磁场中某点磁感应强度的方向，跟放在该点的试探电流元所受磁场力的方向一致。()答案(1)√(2)×(3)×(4)×强基固本考点突破题组一磁感线与磁感应强度的理解1．(多选)下列说法中正确的是()A．磁感线可以表示磁场的方向和强弱B．磁感线从磁体的N极出发，终止于磁体的S极C．磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场D．放入通电螺线管内的小磁针，根据异名磁极相吸的原则，小磁针的N极一定指向通电螺线管的S极[题组自测]强基固本考点突破解析磁感线能够用来表示磁场的强弱和方向，A正确；磁感线是闭合的曲线，不是终止于S极，B错；磁铁和电流均能产生磁场，C正确；小磁针的N极指向应根据磁感线的切线方向进行判断，小磁针的N极在螺线管内部应指向通电螺线管的N极，D错。答案AC强基固本考点突破题组二安培定则、左手定则的理解与应用2．在如图所示的四幅图中，正确标明通电导线所受安培力F方向的是()解析根据左手定则可知：A、B、C图中安培力方向应向下，D图中安培力垂直于电流和磁场向纸外，故正确答案为B。答案B强基固本考点突破3.(多选)如图1所示，在方框中有一能产生磁场的装置，现在在方框右边放一通电直导线(电流方向如箭头方向)，发现通电导线受到向右的作用力，则方框中放置的装置可能是()解析由左手定则可知方框内装置产生的磁场在通电导线处的方向应向外，根据安培定则可知，选项C、D满足要求。答案CD图1强基固本考点突破题组三安培力公式(F＝IlB)的应用4．在赤道上，地磁场可以看作是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场，磁感应强度是5×10－5T。如果赤道上有一条沿东西方向的直导线，长40m，载有20A的电流，地磁场对这根导线的作用力大小是()A．4×10－8NB．2.5×10－5NC．9×10－4ND．4×10－2N解析磁场方向是南北方向，电流方向是东西方向，它们相互垂直，可以利用公式F＝BIl来计算此安培力的大小，其大小为F＝BIl＝5×10－5×20×40N＝4×10－2N。答案D强基固本考点突破5.如图2所示，AC是一个用长为L的导线弯成的、以O为圆心的四分之一圆弧，将其放置在与平面AOC垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中。当在该导线中通以由C到A，大小为I的恒定电流时，该导线受到的安培力的大小和方向是()图2A．BIL，平行于OC向左B.22BILπ，平行于OC向右C.22BILπ，垂直AC的连线指向左下方D．22BIL，垂直AC的连线指向左下方强基固本考点突破答案C解析由L为14圆弧，所以2πR4＝L，即R＝2Lπ，AC︵的有效长度为l＝2R＝22Lπ，安培力为FA＝BIl＝22BILπ，方向由左手定则判断，垂直AC的连线指向左下方，因此选项C正确。强基固本考点突破考点一安培定则的应用和磁场的叠加1．安培定则的使用电流方向磁场方向直线电流的磁场大拇指四指环形电流及通电螺线管的磁场四指大拇指强基固本考点突破2.磁场的叠加：磁感应强度为矢量，合成与分解遵循平行四边行定则。【例1】三根平行的长直导线，分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点，三导线中电流方向相同，A、B两导线中的电流大小相同，如图3所示，已知导线A在斜边中点O处所产生的磁场的磁感应强度大小为B，导线C在斜边中点O处所产生的磁场的磁感应强度大小为2B，则O处的磁感应强度的大小和方向为()图3强基固本考点突破解析由安培定则知导线A、B在O处产生的磁感应强度大小相等，方向相反，互相抵消，所以O处的磁感应强度即为导线C所产生的磁感应强度，即大小为2B，由安培定则可判定其方向沿OA方向，A、B、C错，D对。答案DA．大小为B，方向沿OA方向B．大小为22B，方向竖直向下C．大小为2B，方向沿OB方向D．大小为2B，方向沿OA方向强基固本考点突破求解有关磁感应强度问题的关键(1)磁感应强度―→由磁场本身决定。(2)合磁感应强度―→等于各磁场的磁感应强度的矢量和(满足平行四边形定则)。(3)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(记住5种常见磁场的立体分布图)。强基固本考点突破【变式训练】1.(多选)(2013·海南卷，9)三条在同一平面(纸面)内的长直绝缘导线组成一等边三角形，在导线中通过的电流均为I，方向如图4所示。a、b和c三点分别位于三角形的三个顶角的平分线上，且到相应顶点的距离相等。将a、b和c处的磁感应强度大小分别记为B1、B2和B3，下列说法正确的是()A．B1＝B2B3B．B1＝B2＝B3图4强基固本考点突破C．a和b处磁场方向垂直于纸面向外，c处磁场方向垂直于纸面向里D．a处磁场方向垂直于纸面向外，b和c处磁场方向垂直于纸面向里解析由于通过三条导线的电流大小相等，结合右手螺旋定则可判断出三条导线在a、b处产生的合磁感应强度垂直纸面向外，在c处垂直纸面向里，且B1＝B2B3，故选项A、C正确。答案AC强基固本考点突破考点二安培力的分析与计算1．计算安培力公式F＝IlB，应用时要注意：(1)B与l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，等于连接两端点线段的长度(如图5所示)；相应的电流沿l由始端流向末端。图5强基固本考点突破2．方向：根据左手定则判断。【例2】(2014·新课标全国卷Ⅰ，15)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强基固本考点突破答案B解析安培力的方向、磁感应强度的方向及电流的方向满足左手定则，所以安培力的方向既垂直于直导线，也垂直于磁场的方向，所以选项B正确、A错误；当通电直导线与磁场方向垂直时，安培力最大F＝IlB，当通电直导线与磁场方向平行时，安培力最小为零，故选项C错误；将直导线从中点折成直角，直导线在磁场中的有效长度可能变为原来的12，安培力的大小可能变为原来的一半(而不是一定)，故选项D错。强基固本考点突破【变式训练】2.如图6所示，长为2l的直导线折成边长相等、夹角为60°的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为()A．0B．0.5BIlC．BIlD．2BIl解析导线有效长度为2lsin30°＝l，所以该V形通电导线受到的安培力大小为BIl，选C。答案C图6强基固本考点突破考点三安培力作用下导体的平衡问题【例3】如图7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θ。如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是()A．棒中的电流变大，θ角变大B．两悬线等长变短，θ角变小C．金属棒质量变大，θ角变大D．磁感应强度变大，θ角变小图7强基固本考点突破(1)金属棒MN处于平衡状态，所受合力为零。(2)沿MN方向看，画出MN的受力图。(3)利用平衡条件列出平衡方程：BIl＝mgtanθ。强基固本考点突破答案A解析选金属棒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tanθ＝BIlmg，所以当棒中的电流I或磁感应强度B变大时，θ角变大，选项A正确，选项D错误；当金属棒质量m变大时，θ角变小，选项C错误；θ角的大小与悬线长无关，选项B错误。强基固本考点突破1．求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路2．求解关键(1)电磁问题力学化。(2)立体图形平面化。强基固本考点突破【变式训练】3．(2014·南昌市调研考试)水平面上有U形导轨NM、PQ，它们之间的宽度为l，M和P之间接入电源，现垂直于导轨搁一根质量为m的金属棒ab，棒与导轨间的动摩擦因数为μ(滑动摩擦力略小于最大静摩擦力)，通过棒的电流强度为I，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于金属棒ab，与垂直导轨平面的方向夹角为θ，如图8所示，金属棒处于静止状态，重力加速度为g，则金属棒所受的摩擦力大小为()图8强基固本考点突破A．BIlsinθB．BIlcosθC．μ(mg－BIlsinθ)D．μ(mg＋BIlcosθ)解析金属棒处于静止状态，其合力为零，对其进行受力分析，如图所示，在水平方向有BIlcosθ－f＝0，f＝BIlcosθ，选项B正确，选项A、C、D错误。答案B强基固本考点突破考点四安培力作用下导体运动情况的判定常用方法电流元法特殊位置法在特殊位置→安培力方向→运动方向等效法环形电流⇌小磁针条形磁铁⇌通电螺线管⇌多个环形电流结论法同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；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