（江苏专用）2020版高考物理总复习 第八章 磁场 第1讲 磁场的描述 磁场对电流的作用课件（选修3

[高考导航]考点内容要求高考命题实况高考战报201620172018磁场磁感应强度磁感线磁通量ⅠT15：回旋加速器T1：磁通量T15：质谱仪T15：带电粒子在组合场中的运动3年4考难度中等或偏难保B冲A通电直导线和通电线圈周围磁场的方向Ⅰ高频考点：①安培力的计算及应用。②带电粒子在电磁场中的运动。创新区域：①带电粒子在磁场中的运动与现代科技结合。②带电粒子在交变磁场中的运动。安培力Ⅱ洛伦兹力Ⅱ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)安培力的计算限于通电直导线跟匀强磁场平行或垂直两种情况。(2)带电粒子在匀强磁场中的运动的计算限于带电粒子的速度与磁感应强度平行或垂直两种情况。第1讲磁场的描述磁场对电流的作用知识排查磁场、磁感应强度(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。1.磁场磁场力N极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：磁感线是疏密程度相同、方向相同的平行直线。强弱方向FILN极处处相等处处相同磁感线通电直导线和通电线圈周围的磁场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(如图1所示)切线图1(2)电流的磁场通电直导线通电螺线管环形电流安培定则安培力的大小和方向(1)磁场和电流垂直时：F＝______。(2)磁场和电流平行时：F＝____。1.安培力的大小BIL02.安培力的方向左手定则判断：(1)伸出左手，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。垂直电流拇指图2小题速练(1)磁场中某点磁感应强度的大小，跟放在该点的试探电流元的情况无关。()(2)在磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度越大。()(3)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。()(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。()1.思考判断答案(1)√(2)√(3)√(4)×(5)×(6)×(7)√(5)由定义式B＝FIL可知，电流强度I越大，导线L越长，某点的磁感应强度就越小。()(6)将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。()(7)安培力可能做正功，也可能做负功。()答案C2.[人教版选修3－1P94第1题改编]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()图33.[人教版选修3－1P94第3题改编]如图3所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度。下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方。线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态。若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是()解析天平处于平衡状态，说明线圈受到的重力和安培力的合力等于两侧砝码重力差，根据安培力公式F＝BIL，知选项A中线圈在磁场中有效长度最大，所受安培力最大，磁场发生微小变化，安培力变化最大，天平最容易失去平衡，选项A符合题意。答案A对磁场的理解1.磁感应强度B与电场强度E的比较磁感应强度B电场强度E物理意义描述磁场强弱的物理量描述电场强弱的物理量定义式方向磁感线切线方向，小磁针N极受力方向(静止时N极所指方向)电场线切线方向，正电荷受力方向大小决定因素由磁场决定，与电流元无关由电场决定，与检验电荷无关场的叠加合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和合电场强度等于各电场的电场强度的矢量和B＝FIL(L与B垂直)E＝Fq(1)在地理两极附近磁场最强，赤道处磁场最弱。(2)地磁场的N极在地理南极附近，地磁场的S极在地理北极附近。(3)在赤道平面(地磁场的中性面)附近，距离地球表面相等的各点，地磁场的强弱程度相同，且方向水平。2.地磁场的特点图4A.a、b、c的N极都向纸里转B.b的N极向纸外转，而a、c的N极向纸里转C.b、c的N极都向纸里转，而a的N极向纸外转D.b的N极向纸里转，而a、c的N极向纸外转【例1】(2018·连云港模拟)如图4所示，圆环上带有大量的负电荷，当圆环沿顺时针方向转动时，a、b、c三枚小磁针都要发生转动，以下说法正确的是()解析由于圆环带负电荷，故当圆环沿顺时针方向转动时，等效电流的方向为逆时针，由安培定则可判断环内磁场方向垂直纸面向外，环外磁场方向垂直纸面向内，磁场中某点的磁场方向即是放在该点的小磁针静止时N极的指向，所以b的N极向纸外转，a、c的N极向纸里转，B项正确。答案BA.BC＝BB－BA，开始时A与C磁场同向，后来A与C磁场反向B.BC＝BB－BA，开始时A与C磁场反向，后来A与C磁场同向C.BC＝2BA－BB，开始时A与C磁场同向，后来A与C磁场反向D.BC＝2BA－BB，开始时A与C磁场反向，后来A与C磁场同向【例2】(2018·无锡市期末)如图5所示，一对相同的载流圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向等大电流，在两线圈圆心连线上取A、B、C三点，使得AO1＝O1B＝BO2＝O2C，A、B两点的磁感应强度分别为BA和BB，若仅将线圈O2中电流反向(大小不变)，则C点的磁感应强度大小变为BC，下列说法正确的是()图5解析设AO1＝O1B＝BO2＝O2C＝x，距离圆线圈x处每个圆线圈单独产生的磁感应强度为B1，距离圆线圈3x处每个圆线圈单独产生的磁感应强度为B2。电流同向时，根据安培定则，两线圈产生的磁感应强度在中轴线上磁场向下，B点的合磁感应强度BB＝2B1，方向向下①；A点的磁感应强度BA＝B1＋B2，方向向下②；电流反向时，线圈O2在C点的磁场方向向上，线圈O1在C点的磁场方向向下，合磁感应强度方向向上，BC＝B1－B2③；线圈O2在A点的磁场方向向上，线圈O1在A点的磁场方向向下，合磁感应强度方向向下，联立①②③得BC＝BB－BA，由上分析知，开始时A与C磁场同向，后来A与C磁场反向，故A项正确，B、C、D项错误。答案A安培力和安培力作用下导体的运动1.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(1)方向：根据左手定则判断。(2)大小：由公式F＝BIL计算，且其中的L为导线在磁场中的有效长度。如弯曲通电导线的有效长度L等于连接两端点的直线的长度，相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端，如图6所示。2.安培力图63.判定安培力作用下导体运动情况的常用方法电流元法分割为电流元安培力方向整段导体所受合力方向运动方向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，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图7【例3】将长为L的导线弯成六分之一圆弧，固定于垂直纸面向外、大小为B的匀强磁场中，两端点A、C连线竖直，如图7所示。若给导线通以由A到C、大小为I的恒定电流，则导线所受安培力的大小和方向是()A.ILB，水平向左B.ILB，水平向右C.3ILBπ，水平向右D.3ILBπ，水平向左答案D解析弧长为L，圆心角为60°，则弦长AC＝3Lπ，导线受到的安培力大小F＝BIl＝3ILBπ，由左手定则可知，导线受到的安培力方向水平向左。图8A.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【例4】如图8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()解析法一电流元法。首先将圆形线圈分成很多小段，每一段可看做一直线电流元，取其中上、下两小段分析，其截面图和受安培力情况如图甲所示。根据对称性可知，线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动。只有选项A正确。法二等效法。将环形电流等效成小磁针，如图乙所示，根据异名磁极相吸引知，线圈将向左运动，选A。也可将左侧条形磁铁等效成环形电流，根据结论“同向电流相吸引，异向电流相排斥”，也可判断出线圈向左运动，选A。答案A安培力作用下的平衡问题【例5】(2018·如皋市第二次质检)如图9所示，三根长为L的直线电流在空间构成等边三角形，电流的方向垂直纸面向里，电流大小均为I，其中A、B电流在C处产生的磁感应强度的大小都为B0，导线C位于水平面处于静止状态，则导线C受到的静摩擦力是()图9A.3B0IL，水平向左B.3B0IL，水平向右C.32B0IL，水平向左D.32B0IL，水平向右答案B解析电流A、B在C处产生的磁感应强度的大小都为B0，根据力的平行四边形定则，结合几何知识，则有BC＝3B0；再由左手定则可知，安培力方向水平向左，大小为F安＝3B0IL；由于导线C位于水平面处于静止状态，所以导线C受到的静摩擦力大小为3B0IL，方向水平向右。分析安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路科学思维的培养——安培力作用下的功能关系安培力做功的特点和实质(1)安培力做功与路径有关，这一点与电场力不同。(2)安培力做功的实质是能量转化①安培力做正功时将电源的能量转化为导线的机械能或其他形式的能。②安培力做负功时将机械能转化为电能或其他形式的能。图10A.一直向右移动B.速度随时间周期性变化C.受到的安培力随时间周期性变化D.受到的安培力在一个周期内做正功【典例】(多选)如图10甲所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为L，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B。垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒。从t＝0时刻起，棒上有如图乙所示的持续交变电流I，周期为T，最大值为Im，图甲中I所示方向为电流正方向。则金属棒()解析由左手定则可知，金属棒一开始向右加速运动，当电流反向以后，金属棒开始减速，经过一个周期速度变为零，然后重复上述运动，所以A、B项正确；安培力F＝BIL，由图象可知前半个周期向右，后半个周期向左，不断重复，C项正确；一个周期内，金属棒初、末速度相同，由动能定理可知安培力在一个周期内做功为零，D项错误。答案ABC图11【变式训练】(2019·江苏省盐城市高三摸底考试)(多选)如图11所示为电磁轨道炮的工作原理图。待发射弹体与轨道保持良好接触，并可在两平行轨道之间无摩擦滑动。电流从一条轨道流入，通过弹体流回另一条轨道。轨道电流在弹体处形成垂直于轨道平面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与电流强度I成正比。弹体在安培力的作用下滑行L后离开轨道，则下列说法正确的是()A.弹体向左高速射出B.I为原来的2倍，弹体射出的速度也为原来的2倍C.弹体的质量为原来的2倍，射出的速度也为原来的2倍D.L为原来的4倍，弹体射出的速度为原来的2倍答案BD解析B＝kI，电流所受安培力方向向右，所以A项错误；根据动能定理kI2dL＝12mv2－0，则v＝2kI2dLm，I为原来的2倍，弹体射出的速度也为原来的2倍，B项正确；弹体的质量为原来的2倍，射出的速度变为原来的22倍，C项错误；L为原来的4倍，弹体射出的速度为原来的2倍，D项正确。