（浙江选考）2020版高考物理总复习 第八章 1 第1节 描述磁场的基本概念课件

知识内容考试要求真题统计2016.102017.42017.112018.42018.111.磁现象和磁场b102.磁感应强度c3.几种常见的磁场b第八章磁场知识内容考试要求真题统计2016.102017.42017.112018.42018.114.通电导线在磁场中受到的力d109227、23225.运动电荷在磁场中受到的力c232322106.带电粒子在匀强磁场中的运动d2323232223第八章磁场第1节描述磁场的基本概念第八章磁场一、磁场磁感应强度1．磁场(1)基本性质：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．磁场力2．磁感应强度(1)物理意义：描述磁场______和______．(2)定义式：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，符号T.强弱方向N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：匀强磁场中的磁感线是疏密程度相同的、方向相同的平行直线．二、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和B的乘积．2．公式：Φ＝______．3．单位：1Wb＝____________．处处相等处处相同垂直BS1T·m2三、磁感线通电直导线和电流的磁场1．磁感线(1)在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的______方向都跟这点的磁感应强度的方向一致．(2)磁感线的特点①磁感线上某点的______方向就是该点的磁场方向．②磁感线的疏密定性地表示磁场的______，在磁感线较密的地方磁场较______；在磁感线较疏的地方磁场较______．切线切线强弱强弱③磁感线是______曲线，没有起点和终点．在磁体外部，从N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极．④同一磁场的磁感线不______、不______、不相切．⑤磁感线是假想的曲线，客观上不存在．⑥条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布，如图所示．闭合中断相交2．地磁场(1)地磁场的N极在地理______附近，地磁场的S极在地理______附近，磁感线分布如图所示．(2)地磁场B的水平分量(Bx)总是从地理南极指向地理北极，而竖直分量(By)，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下．赤道处的地磁场沿水平方向，指向北．南极北极3．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______与条形磁铁的磁场相似，管内为______磁场且磁场______，管外为非匀强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______越弱匀强最强越弱直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场安培定则立体图横截面图四、磁场对电流的作用——安培力1．安培力的方向(1)左手定则：伸开左手，让拇指与其余四个手指______，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______所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．(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)(3)两平行的通电直导线间的安培力：同向电流互相______，异向电流互相______．垂直电流拇指吸引排斥2．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)当磁场与电流______时，安培力最大，Fmax＝______．(2)当磁场与电流______时，安培力等于零．ILBsinθ垂直ILB平行五、物理学史1．1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电流磁效应．2．法国物理学家安培发现两根通有同向电流的平行导线相吸，通有反向电流的平行导线则相斥，并总结出安培定则(右手螺旋定则，用来判断电流与磁场的相互关系)和左手定则(判断通电导线在磁场中受到磁场力的方向)．对磁现象和磁场、磁感应强度的理解【题组过关】1．(2019·温州调研)如图所示的四幅图为电流产生磁场的分布图，其中正确的是()A．①③B．②③C．①④D．②④解析：选C.①中电流方向向上，由右手螺旋定则可得磁场为逆时针(从上向下看)，故①正确；②中电流方向向下，由右手螺旋定则可得磁场为顺时针(从上向下看)，故②错误；③中电流为环形电流，由右手螺旋定则可知，内部磁场应向右，故③错误；④中根据图示电流方向，由右手螺旋定则可知，内部磁感线方向向右，故④正确，所以C正确．2．(2019·宁波质检)磁场中某区域的磁感线如图所示，则()A．a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba＞BbB．a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba＜BbC．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大D．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小解析：选B.磁感线的疏密表磁场强弱，则Ba＜Bb，A项错误，B项正确．当通电导线与磁场平行时，通电导线受的安培力为零；则同一通电导线放在a处受力与放在b处受力大小关系不确定，C、D两项均错误．3．图中a、b、c为三根与纸面垂直的长直导线，其横截面位于等边三角形的3个顶点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所示，则在三角形中心O点处的磁感应强度()A．方向向左B．方向向右C．方向向下D．大小为零解析：选B.根据右手螺旋定则，电流a在O产生的磁场平行于bc向右，电流b在O产生的磁场平行于ac指向右下方，电流c在O产生的磁场平行于ab指向右上方；由于三根导线中电流大小相同，到O点的距离相同，根据平行四边形定则，合场强的方向向右，故A、C、D错误，B正确．4.(2019·绍兴检测)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，则关于线段MN上各点的磁感应强度的说法中正确的是()A．M点和N点的磁感应强度大小相等、方向相同B．M点和N点的磁感应强度大小相等、方向相反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上三点的磁感应强度为零解析：选B.根据安培定则和磁场叠加原理，M点和N点的磁感应强度大小相等、方向相反，选项A错误，B正确；在线段MN上只有在O点处，a、b两直导线电流形成的磁场的磁感应强度等大反向，即只有O点处的磁感应强度为零，选项C、D错误．对磁感应强度的理解(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．(4)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．对安培力的理解和计算【知识提炼】1．方向判断：根据左手定则判断．2．大小计算：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，如图所示．【典题例析】如图，一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中；磁场的磁感应强度大小为0.1T，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘．金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连，电路总电阻为2Ω.已知开关断开时两弹簧的伸长量为0.5cm；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm.重力加速度大小取10m/s2.判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量．[审题指导]金属棒在安培力作用下处于平衡状态，由开关断开和闭合两种状态，可分别列受力平衡表达式联立求解．[解析]依题意，开关闭合后，电流方向从b到a，由左手定则可知，金属棒所受的安培力方向竖直向下．开关断开时，两弹簧各自相对于其原长伸长了Δl1＝0.5cm.由胡克定律和力的平衡条件得2kΔl1＝mg①式中，m为金属棒的质量，k是弹簧的劲度系数，g是重力加速度的大小．开关闭合后，金属棒所受安培力的大小为F＝IBL②式中，I是回路电流，L是金属棒的长度．两弹簧各自再伸长了Δl2＝0.3cm，由胡克定律和力的平衡条件得2k(Δl1＋Δl2)＝mg＋F③由欧姆定律有E＝IR④式中，E是电池的电动势，R是电路总电阻．联立①②③④式，并代入题给数据得m＝0.01kg.[答案]见解析【题组过关】考向1左手定则的应用1.如图所示，质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O′，并处于匀强磁场中．当导线中通以沿x正方向的电流I，且导线保持静止时，悬线与竖直方向z轴的夹角为θ，则磁感应强度方向和大小可能为()A．x正向，mgILB．y正向，mgILsinθC．z正向，mgILtanθD．沿悬线向下，mgILsinθ解析：选D.磁感应强度方向为x正向，与电流方向平行，不受安培力，细绳拉力与重力不能平衡，不符合题意，故A错误；磁感应强度方向为y正向，根据左手定则，直导线所受安培力方向沿z正方向，根据平衡条件BIL＝mg，则B＝mgIL，所以B错误；磁感应强度方向为z正方向，根据左手定则，直导线所受安培力方向沿y负方向，三力不能平衡，所以C错误．磁感应强度方向沿悬线向下，根据左手定则，直导线所受安培力向为垂直悬线向上，直导线平衡时有BIL＝mgsinθ，B＝mgILsinθ，所以D正确．考向2导线与磁体之间相对运动分析2.(2019·浙江黄岩月考)如图所示，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()A．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解析：选A.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.考向3对安培力公式的理解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，水平向左解析：选D.弧长为L，圆心角为60°，则弦长AC＝3Lπ，导线受到的安培力F＝BIl＝3ILBπ，由左手定则可知，导线受到的安培力方向水平向左．(1)判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况，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的方向．(2)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．(3)导体和磁体间相互运动的问题熟练后可以利用很多结论来进行判断．如“同向电流相吸，异向电流相斥”，也可利用转换研究对象法等．安培力作用下导体的力学问题求解【知识提炼】安培力作用下导体的力学问题分为安培力作用下导体的平衡问题和安培力作用下导体的运动问题．1．安培力作用下导体的平衡问题模型中，常见的有：倾斜导轨、导体棒、电源和电阻等组成．这类题目的难点是题图具有立体性，各力的方向不易确定．因此解题时一定要先把立体图转化成平面图，通过受力分析建立各力的平衡关系，如图所示．2．判断安培力作用下通电导体运动的常用方法电流元法分割为电流元――――→左手定