2020届高三物理一轮复习 第九章 第1讲 磁场的描述 磁场对电流的作用课件

高频考点·分类突破基础知识·自主梳理目录ONTENTSC学科素养提升4课时作业第1讲磁场的描述磁场对电流的作用第九章磁场考纲要求考频考情分析磁场、磁感应强度、磁感线Ⅰ5年2考1.命题趋势高考对本章内容命题频率极高，有选择题和计算题两种形式．(1)选择题一般考查磁场的基础知识和基础规律，一般难度不大；(2)计算题主要是考查安培力、带电粒子在磁场中的运动与力学、电学、能量等的综合应用，难度较大．2．备考策略(1)磁场的基本概念、安培力、洛伦兹力的力学综合问题是高考选择题命题热点．(2)带电粒子在有界磁场中的临界问题和在组合场、复合场中的运动问题要加以重视．(3)磁场与现代科学知识的综合应用应引起足够重视．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Ⅰ5年3考匀强磁场中的安培力Ⅱ5年1考考纲要求考频考情分析洛伦兹力、洛伦兹力的方向Ⅰ1.命题趋势高考对本章内容命题频率极高，有选择题和计算题两种形式．(1)选择题一般考查磁场的基础知识和基础规律，一般难度不大；(2)计算题主要是考查安培力、带电粒子在磁场中的运动与力学、电学、能量等的综合应用，难度较大．2．备考策略(1)磁场的基本概念、安培力、洛伦兹力的力学综合问题是高考选择题命题热点．(2)带电粒子在有界磁场中的临界问题和在组合场、复合场中的运动问题要加以重视．(3)磁场与现代科学知识的综合应用应引起足够重视．洛伦兹力公式Ⅱ带电粒子在匀强磁场中的运动Ⅱ5年11考质谱仪和回旋加速器Ⅰ5年2考说明：(1)安培力的计算只限于电流与磁感应强度方向垂直的情况；(2)洛伦兹力的计算只限于速度与磁场方向垂直的情况.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N极所受磁场力的方向．2．磁感应强度(1)物理意义：描述磁场的和．(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)．磁场力强弱方向FILN极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．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的方向一致．处处相等处处相同切线2．几种常见的磁场(1)常见磁体的磁场(如图所示)．(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，且距导线越远处磁场越与磁铁的磁场相似，管内为磁场且磁场，管外为磁场环形电流的两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越安培定则弱条形匀强最强非匀强弱三、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＝.BIL02．安培力的方向左手定则判断(如图所示)：(1)伸开左手，让拇指与其余四指，并且都与手掌在同一个平面内．(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■判一判记一记易错易混判一判(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)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．()(3)磁感线是真实存在的．()(4)在同一幅图中，磁感线越密处，磁场越强.()√××√(5)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.()(6)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．()(7)安培力可能做正功，也可能做负功．()××√规律结论记一记(1)电流不受安培力(电荷不受洛伦兹力)，不能说明该处没有磁场，这一点与电场不同，电荷在电场中一定受电场力作用．(2)安培力可以做功，而洛伦兹力永不做功．(3)磁感线的某点切线表示该点磁感应强度方向，其疏密反映磁场的强弱，这一点与电场类似．(4)解题中常用到的二级结论①安培力方向一定垂于直电流和磁场方向决定的平面，即同时有FA⊥I，FA⊥B.②通电线圈在匀强磁场中所受磁场力没有平动效应，只有转动效应．③安培力的冲量I＝BLq.考点一磁场及安培定则的应用自主学习型1．磁场的三点说明(1)磁感应强度是矢量，其方向与导线所受力的方向垂直；(2)电流元必须垂直于磁场方向放置，公式B＝FIL才成立；(3)磁场中某点的磁感应强度是由磁场本身决定的，与通电导线受力的大小及方向都无关．2．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”．因果磁场原因(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．磁场叠加问题的一般解题思路(1)确定磁场场源，如通电导线．(2)定位空间中需求解磁场的点，利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁场的大小和方向．如图所示为M、N在c点产生的磁场．(3)应用平行四边形定则进行合成，如图中的合磁场．1．[安培定则的应用]下列关于小磁针在磁场中静止时的指向，正确的是()根据在磁体外部同名磁极相互排斥可知选项A错误；应用安培定则可知环形电流中心线上的磁场方向由右向左，小磁针N极受到的磁场力向左，选项B错误；根据安培定则可知通电螺线管内部磁场方向向右，内部小磁针N极受到的磁场力向右，选项C正确；根据安培定则可知通电直导线右边磁场方向向里，小磁针N极应向里，选项D错误．C2．[磁场的叠加](多选)(2018·高考全国卷Ⅱ)如图，纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2，L1中的电流方向向左，L2中的电流方向向上；L1的正上方有a、b两点，它们相对于L2对称．整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外．已知a、b两点的磁感应强度大小分别为13B0和12B0，方向也垂直于纸面向外．则()A．流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为712B0B．流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为112B0C．流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为112B0D．流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为712B0L1在a、b两点产生的磁感应强度大小相等设为B1，方向都垂直于纸面向里；L2在a点产生的磁感应强度大小设为B2，方向向里，在b点产生的磁感应强度大小也为B2，方向向外，规定向外为正，根据矢量叠加原理可知在a点：B0－B1－B2＝13B0在b点：B2＋B0－B1＝12B0可解得：B1＝712B0，B2＝112B0，故A、C正确．AC3．[磁场的叠加](2017·高考全国卷Ⅲ)如图，在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零．如果让P中的电流反向、其他条件不变，则a点处磁感应强度的大小为()A．0B.33B0C.233B0D．2B0导线P和Q中电流I均向里时，设其在a点产生的磁感应强度大小BP＝BQ＝B1，如图甲所示，则其夹角为60°，它们在a点的合磁场的磁感应强度平行于PQ向右、大小为3B1.又根据题意Ba＝0，则B0＝3B1，且B0平行于PQ向左．若P中电流反向，如图乙所示，则BP反向、大小不变，BQ和BP大小不变，夹角为120°，合磁场的磁感应强度大小为B合＝B1(方向垂直PQ向上、与B0垂直)，a点合磁场的磁感应强度B＝B02＋B合2＝233B0，则A、B、D项均错误，C项正确．C[规律总结]求解有关磁感应强度问题的3个关键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．考点二安培力作用下导体运动的判断师生互动型1．方法概述判定通电导体在安培力作用下的运动方向或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁感线分布情况，再弄清导体中电流方向，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势．2．常用方法电流元法分割为电流元――――→左手定则安培力方向―→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[典例1]一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，如图所示．当两线圈中通以图示方向的电流时，从左向右看，线圈L1将()A．不动B．顺时针转动C．逆时针转动D．在纸面内平动[思路点拨]研究对象：通电导线或导体明确导体所在位置的磁场分布情况利用合理方法选择确定导体的运动方向或运动趋势的方向[解析]方法一：电流元分析法把线圈L1沿水平转动轴分成上下两部分，每一部分又可以看成无数段直线电流元，电流元处在L2产生的磁场中，根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上，由左手定则可得，上半部分电流元所受安培力均指向纸外，同理可知下半部分电流元所受安培力均指向纸内，因此从左向右看线圈L1将顺时针转动．方法二：等效分析法把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的中心，小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向，由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心处竖直向上，而L1等效成小磁针后，转动前，N极指向纸内，因此小磁针的N极应由指向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈L1将顺时针转动．方法三：结论法环形电流I1、I2之间不平行，由于两不平行的电流的相互作用，则两环必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可得，从左向右看，线圈L1将顺时针转动．[答案]B1．[电流元法及结论法]一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如图所示，如果直导线可以自由地运动且通以由a到b的电流，则关于导线ab受磁场力后的运动情况，下列说法正确的是()A．从上向下看顺时针转动并靠近螺线管B．从上向下看顺时针转动并远离螺线管C．从上向下看逆时针转动并远离螺线管D．从上向下看逆时针转动并靠近螺线管方法一：电流元法由安培定则可判定通电螺线管产生的磁场方向，导线等效为Oa、Ob两电流元，由左手定则可判定两电流元所受安培力的方向，如图1所示，所以从上向下看导线逆时针转动，当转过90°时如图2所示，再用左手定则可判定导线所受磁场力向下，即导线在逆时针转动的同时还要靠近螺线管，选项D正确．方法二：结论法结论1：两电流相互平行时无转动趋势，电流方向相同时相互吸引，电流方向相反时相互排斥．结论2：两电流不平行时，将发生转动，有转到两电流相互平行且方向相同的趋势．通电螺线管上部磁场从左向右，此时螺线管相当于垂直纸面向里的直导线，由上述结论可知导线ab受磁场力后(从上向下看)逆时针转动并靠近螺线管，选项D正确．D2．[转换研究对象法]如图所示，条形磁铁放在光滑斜面上，用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡，A为水平放置的直导线的截面，导线中无电流时磁铁对斜面的压力为FN1.当导线中有垂直纸面向外的电流时，磁铁对斜面的压力为FN2，则下列关于磁铁对斜面的压力和弹簧的伸长量的说法中正确的是()A．FN1FN2，弹簧的伸长量减小B．FN1＝FN2，弹簧的伸长量减小C．FN1FN2，弹簧的伸长量增大D．FN1FN2，弹簧的伸长量减小在题图中，由于条形磁铁的磁感线是从N极出发到S极，所以可画出磁铁在导线A处的一条磁感线，其方向是斜向左下方的，导线A中的电流垂直纸面向外时，由左手定则可判断导线A必受斜向右下方的安培力F，由牛顿第三定律可知磁铁所受作用力F′的方向是斜向左上方，所以磁铁对斜面的压力减小，即FN1FN2.同时，F′有沿斜面向下的分力，使得弹簧弹力增大，可知弹簧的伸长量