2020届高考物理总复习 第9章 磁场 第1课时 磁场及磁场对电流的作用课件 教科版

第九章磁场高考考纲备考建议内容要求说明带电粒子在匀强磁场中的运动综合了洛伦兹力、牛顿运动定律、匀速圆周运动、数学知识等,是高考命题的热点和重点,命题时涉及情境比较多,并善于变化情景考查相关知识点.对安培力的考查较多的是与电磁感应结合的题目,难度适中或较大.高考命题仍将带电粒子在匀强磁场中运动作为重点,可能与电场结合,也可能将对安培力的考查与电磁感应结合.磁场、磁感应强度、磁感线Ⅰ1.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和磁场方向垂直的情况.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第1课时磁场及磁场对电流的作用基础回顾核心探究演练提升基础回顾自主梳理·融会贯通知识梳理一、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:小磁针静止时所指的方向,即是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)定义式:B=(通电导线垂直于磁场).(3)方向:小磁针时N极的指向.磁场力N极强弱方向静止FIL二、磁感线电流的磁场1.磁感线(1)引入:曲线上每一点的方向为该点的磁场方向,曲线的疏密表示磁场的强弱,曲线疏的地方磁场,曲线密的地方磁场.(2)特点:磁感线的特点与电场线的特点类似,主要区别在于磁感线是.的曲线.(3)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图所示).切线弱强闭合2.安培定则(1)通电直导线:右手握住导线,让所指的方向与电流方向一致,则所指的方向就是磁感线环绕的方向.(2)环形电流:如果右手与环形电流的方向一致,所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向.如图,分别表示通电直导线、环形电流、通电线圈周围的磁场,①表示.的方向,②表示的方向.3.匀强磁场强弱、方向的磁场.伸直的拇指弯曲的四指弯曲的四指伸直的拇指电流磁感线处处相同三、安培力的大小和方向1.大小(1)F=(其中θ为B与I之间的夹角)(2)磁感应强度B的方向与电流I的方向垂直时,F=.(3)磁感应强度B的方向与电流I的方向平行时,F=0.ILBsinθILB2.方向(1)用左手定则判定:伸出左手,四指并拢,使大拇指和其余四指垂直,并且都跟手掌在同一个平面内,让磁感线垂直穿过手心,四指指向,则大拇指所指方向就是通电导线所受.如图,①表示的方向,②表示的方向,③表示的方向.电流方向安培力的方向电流磁场安培力(2)安培力的方向特点:F⊥B,F⊥I,即F垂直于B和I决定的平面.(注意:B和I可以有任意夹角)拓展思考如图所示,长方形线框abcd通有电流I,放在直线电流I′附近,线框四个边受到安培力的作用吗?合力方向如何?答案:线框四个边都受安培力作用,合力向左.自主检测1.思考判断(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强弱有关.()(2)安培力做功的实质是能量转化.()(3)在磁场中磁感线越密集的地方,磁感应强度越大.()(4)奥斯特发现了电流可以产生磁场.()(5)由定义式B=可知,电流I越大,导线L越长,某点的磁感应强度就越小.()(6)磁感线是真实存在的.()答案:(1)×(2)√(3)√(4)√(5)×(6)×FIL2.(多选)下列说法中正确的是()A.电荷在某处不受电场力的作用,则该处电场强度为零B.一小段通电导线在某处不受磁场力作用,则该处磁感应强度一定为零C.表征电场中某点电场的强弱,是用一个检验电荷放在该点时受到的电场力与检验电荷本身电荷量的比值D.表征磁场中某点磁场的强弱,是用一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导线长度和电流乘积的比值AC解析:电场对放入其中的电荷有力的作用,磁场对通电导线有力的作用的条件是磁场方向不能和电流方向平行,选项A正确,B错误;同理根据电场强度的定义式E=可知C正确.而同样用比值定义法定义的磁感应强度则应有明确的说明,即B=中I和B的方向必须垂直,选项D错误.FqFIL3.为了解释地球的磁性,19世纪安培假设:地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的.在图中能正确表示安培假设中环形电流方向的是()B解析:地磁场的N极在地球南极附近,地磁场的S极在地球北极附近,根据安培定则,可判定电流方向为顺时针方向(站在地球的北极向下看),选项B正确,A,C,D错误.4.如图所示,某区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B.一正方形刚性线圈边长为L,匝数为n,线圈平面与磁场方向垂直,线圈一半在磁场内.某时刻,线圈中通过大小为I的电流,则此时线圈所受安培力的大小为()DA.2BILB.12nBILC.nBILD.2nBIL解析:有效长度l=2L,则F=nBIl=2nBIL,选项D正确.核心探究分类探究·各个击破考点一磁场的理解及安培定则1.磁场的特点(1)磁场是磁体、电流周围存在的一种特殊物质,是客观存在的.(2)磁场的强弱由磁场本身决定,与放入其中的电流元的大小无关.(3)磁场既有强弱也有方向,磁场的强弱和方向可用磁感应强度来表示,也可用磁感线定性地表示.2.电流的磁场类型直线电流环形电流通电螺线管特点无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越弱两侧等效为小磁针的N极和S极,且离圆环中心越远,磁场越弱与条形磁铁的磁场相似,管内为匀强磁场,管外为非匀强磁场安培定则立体图纵截面图3.磁场的叠加磁感应强度是矢量,计算时与力的计算方法相同,利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解.【典例1】(2017·全国Ⅲ卷,18)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()CA.0B.33B0C.233B0D.2B0解析:由题意知P,Q在a点产生的磁感应强度的大小相等,设为B1,两B1的合磁感应强度为B合,由在a点的磁感应强度为零得,B合和匀强磁场的磁感应强度B0,大小相等,方向相反,即B合=B0,如图(甲)所示,由几何关系得B1=2cos30B合=33B0.P中电流反向,PQ在a点的合磁感应强度B合′,如图(乙)所示,由几何关系得B合′=B1=33B0,所以当P电流反向后在a点的磁感应强度B=2'20BB合=220033BB=233B0,选项C正确.多维训练1.[磁场的理解](多选)指南针是我国古代四大发明之一.关于指南针,下列说法正确的是()A.指南针可以仅具有一个磁极B.指南针能够指向南北,说明地球具有磁场C.指南针的指向会受到附近铁块的干扰D.在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线,导线通电时指南针不偏转BC解析:任何磁体均具有两个磁极,故选项A错误;指南针之所以能指向南北,是因为指南针的两个磁极受到磁场力的作用,这说明地球具有磁场,即选项B正确;放在指南针附近的铁块被磁化后,反过来会影响指南针的指向,即选项C正确;通电直导线产生的磁场对其正下方的指南针有磁场力的作用,会使指南针发生偏转,故选项D错误.2.[安培定则的应用,磁场的叠加](2018·江西上高县模拟)(多选)有两根长直导线a,b互相平行放置,如图所示为垂直于导线的截面图.在图中所示的平面内,O点为两根导线连线的中点,M,N为两根导线附近的两点,它们在两导线连线的中垂线上,且与O点的距离相等.若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流I,则下列说法中正确的是()A.M点和N点的磁感应强度大小相等,方向相反B.导线a,b互相排斥C.在线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零D.在线段MN上只有一点的磁感应强度为零AD解析:根据安培定则判断得知,两根通电导线产生的磁场方向均沿逆时针方向,由于对称,两根通电导线在M,N两点产生的磁感应强度大小相等,根据平行四边形进行合成得到,M点和N点的磁感应强度大小相等,M点磁场方向向下,N点磁场方向向上,方向相反,选项A正确;两导线通有同向电流,故相互吸引,选项B错误;只有当两根通电导线在同一点产生的磁感应强度大小相等、方向相反时,合磁感应强度才为零,则知只有O点的磁感应强度为零,选项C错误,D正确.考点二安培力的分析与计算1.在应用左手定则判定安培力方向时,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.应用安培力的公式F=ILB时要注意(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,等于连接两端点线段的长度.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.【典例2】如图所示,用粗细均匀的电阻丝折成平面梯形框架,ab,cd边均与ad边成60°角,ab=bc=cd=L,长度为L的电阻丝电阻为r,框架与一电动势为E、内阻为r的电源相连接,垂直于框架平面有磁感应强度为B的匀强磁场,则框架受到的安培力的合力大小为()CA.0B.511BELrC.1011BELrD.BELr解析:因abcd段长3L,则Rabcd=3r,ad长2L,则Rad=2r,并联后总电阻R=3232rrrr+r=115r,总电流I=ER=511Er,故Uad=E-Ir=611E,〚核心点拨〛可分别求出ab,bc,cd段受到的安培力,然后由平行四边形定则求合力;也可将abcd段等效为长为2L的一段直导线,方向与ad平行,然后求安培力.Iad=2adUr=311ErFad=BIadLad=611BELr,方向竖直向上Iabcd=3adUr=211ErFabcd=BIabcd·2L=411BELr,方向竖直向上F合安=Fad+Fabcd=1011BELr.方法技巧弯折类导线所受安培力的求法(1)分段求安培力,再由力的合成求其合力.(2)等效法求有效长度,其数值等于处于磁场中的通电导线两端点间在垂直于磁场方向的距离,再用公式求安培力.多维训练1.[安培力的方向及大小](2014·全国Ⅰ卷,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B解析:安培力总是垂直于磁场与电流所决定的平面,因此,安培力总与磁场和电流的方向垂直,A项错误,B项正确;安培力F=BILsinθ,其中θ是导线与磁场方向的夹角,所以C项错误;以直导线与磁场垂直放置为例,将直导线从中点折成直角,导线受到安培力的有效长度变为原来的22,安培力变为原来的22,D项错误.2.[左手定则的应用](2017·全国Ⅱ卷,21)(多选)某同学自制的简易电动机示意图如图所示.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;若将左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,则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;若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,