2016届《创新设计》高考物理(江苏专用)大一轮复习精讲课件第八章磁场-1磁场的描述及安培力

强基固本考点突破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磁通量Ⅰ(1)磁感应强度的理解和计算；(2)安培力、洛伦兹力的特点；(3)有界磁场中的临界问题；(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Ⅱ强基固本考点突破洛伦兹力Ⅱ(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带电粒子在匀强磁场中的运动Ⅱ质谱仪和回旋加速器的工作原理Ⅰ说明：(1)安培力的计算限于直导线跟匀强磁场平行或垂直两种情况；(2)洛伦兹力的计算限于速度和磁感应强度垂直或平行两种情况。强基固本考点突破第1课时磁场的描述及安培力强基固本考点突破[知识梳理]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。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＝FIL(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)。强弱方向N极强基固本考点突破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。处处相等处处相同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、磁通量1．概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向的面积S与B的乘积。2．公式：Φ＝。3．单位：1Wb＝。4．公式的适用条件(1)匀强磁场；(2)磁感线的方向与平面垂直，即B⊥S。BS垂直1T·m2强基固本考点突破知识点四、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。BILsinθBIL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，使拇指与其余四个手指垂直，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，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受的方向。(2)安培力的方向特点：F⊥B，F⊥I，即F垂直于决定的平面。电流安培力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。()强基固本考点突破(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[题组自测]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()强基固本考点突破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()图1强基固本考点突破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强基固本考点突破题组三磁通量的理解4．(多选)关于磁通量，正确的说法有()A．磁通量不仅有大小而且有方向，是矢量B．磁感应强度大，磁通量不一定大C．把某线圈放在磁场中的M、N两点，若放在M处的磁通量比在N处的大，则M处的磁感应强度一定比N处大D．在匀强磁场中，a线圈面积比b线圈面积大，但穿过a线圈的磁通量不一定比穿过b线圈的大强基固本考点突破解析磁通量有大小、正负，但它是标量，选项A错；磁通量的大小与磁场、线圈的面积及磁场与线圈的夹角有关，所以磁通量大，磁感强度不一定大，选项B、D正确，C错误。答案BD强基固本考点突破题组四安培力公式(F＝BIl)的应用5．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强基固本考点突破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6.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2强基固本考点突破A．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解析由L为14圆弧，所以2πR4＝L，即R＝2Lπ，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。答案C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。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【例1】[2015·苏、锡、常、镇四市高三教学情况调研(二)]如图3所示，无限长导线，均通以恒定电流I。直线部分和坐标轴接近重合，弯曲部分是以坐标原点O为圆心的相同半径的一段圆弧，已知直线部分在原点O处不形成磁场，则下图中O处磁感应强度和图3中O处磁感应强度相同的是()图3强基固本考点突破解析由题意可知，图3中O处磁感应强度的大小是其中一段在O点的磁场大小2倍，方向垂直纸面向里；A图中根据右手螺旋定则可知，左上段与右下段的通电导线产生的磁场叠加为零，则剩余的两段通电导线产生的磁场大小是其中一段的在O点磁场的2倍，且方向垂直纸面向里，故A正确；B图中同理，四段通电导线在O点的磁场是其中一段在O点的磁场的4倍，方向是垂直纸面向里，故B错误；C图中由上分析可知，右上段与左下段产生磁场叠加为零，则剩余两段产生磁场大小是其中一段在O点产生磁场的2倍，方向垂直纸面向外，故C错误；D图中与C选项分析相同，四段在O点的磁场是其中一段在O点产生磁场的2倍，方向垂直纸面向外，故D错误。答案A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。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()图4强基固本考点突破A．B1＝B2B3B．B1＝B2＝B3C．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＝BIL，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52．方向：根据左手定则判断。强基固本考点突破【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＝BIl，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。答案B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()图6A．0B．0.5BIlC．BIlD．2BIl强基固本考点突破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()图7强基固本考点突破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。答案A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强基固本考点突破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