（名师导学）2020版高考物理总复习 第九章 第1节 磁场的描述 磁场对电流的作用课件 新人教版

第九章磁场(选修3－1)考点要求说明磁场、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年份考题题型分值主要考点2017全国卷Ⅰ第16题选择题6分带电粒子在复合场中的运动全国卷Ⅰ第19题选择题6分电流产生的磁场的合成全国卷Ⅱ第18题选择题6分带电粒子在圆形匀强磁场中运动全国卷Ⅱ第21题选择题6分通电线圈在磁场中转动全国卷Ⅲ第18题选择题6分电流产生的磁场的合成全国卷Ⅲ第24题计算题12分带电粒子在磁场中运动天津卷第11题计算题18分带电粒子在组合场中的运动江苏卷第1题选择题3分磁通量江苏卷第15题计算题16分质谱仪北京卷第23题计算题18分带电粒子在磁场中运动、质能方程2018全国卷Ⅰ第19题选择题6分安培定则、磁感线方向全国卷Ⅰ第25题计算题20分涉及带电粒子在磁场中运动全国卷Ⅱ第20题选择题6分电流产生的磁场的合成全国卷Ⅱ第25题计算题20分涉及带电粒子在磁场中运动全国卷Ⅲ第24题计算题12分涉及带电粒子在磁场中运动全国卷Ⅰ第19题选择题6分安培定则、磁感线方向第1节磁场的描述磁场对电流的作用1．磁场的性质(1)来源：磁场是存在于磁体、________和运动电荷周围的一种特殊物质．(2)基本性质：磁场对放入磁场中的磁体、电流(方向与磁场方向不平行)和运动电荷(速度方向与磁场方向不平行)有___________的作用．(3)方向：磁场中某点的磁场方向为该点小磁针静止时___________所指方向．考点1►对磁场的理解电流磁场力N极2．磁场的描述(1)磁感应强度①意义：描述磁场___________的物理量．②定义式：B＝____，式中通电直导线中的电流I与磁场方向垂直．由磁场本身决定，与I、L和F的大小均_________．③方向：小磁针静止时__________所指的方向．④单位：__________，符号T，1T＝1N/(A·m)．⑤磁场的叠加：a．磁感应强度是矢量，合成与分解遵守平行四边形定则．b．空间中有几个磁体或电流同时存在时某点的磁感应强度是每个磁体或电流在该点产生的磁感应强度的矢量和．FIL强弱和方向无关N极特斯拉(2)磁感线：在磁场中人为地画出一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的______________的方向一致，曲线的疏密程度表示磁场的_______，这样的曲线叫做磁感线．3．常见的磁场(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(2)地磁场地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，主要特点有：磁感应强度强弱①地磁场的_____在地理南极附近，_____在地理北极附近，如图所示．②地磁场B的水平分量(Bx)总是从南方指向_____；而竖直分量(By)则南、北半球相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下．③在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁场强弱______，且方向水平．(3)匀强磁场：若某个区域里磁感应强度大小处处_____，方向_______，那么该区域的磁场叫匀强磁场，匀强磁场中的磁感线是____________的直线．如通电螺线管内部的磁场、两个平行放置且距离很近的异名磁极之间的磁场都可认为是匀强磁场．N极S极北方相同相等相同平行等距例1与电场强度相对应，我们把描述磁场强弱的物理量叫作磁感应强度，关于磁感应强度的概念及其定义式B＝FIL，下列说法中正确的是()A．在同一磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度越大B．磁场中某点B的方向，与垂直放在该点的试探电流元所受安培力方向相同C．磁场中某点B的大小，与垂直放在该点的试探电流元所受到的安培力大小成正比D．在磁场中的某点，试探电流元不受磁场力作用时，该点B的大小一定为零【解析】磁感应强度的定义式为比值法定义，即磁感应强度大小与该点的试探电流元无关，磁感线越密，磁感应强度越大，A正确，C错误；磁感应强度的方向，与垂直放在该点的试探电流元所受安培力方向垂直，B错误；若试探电流元平行于磁场方向，该电流元受到的磁场力为零，所以若试探电流元不受磁场力作用，并不表示该点的磁感应强度大小为零，D错误．【答案】A1．中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也．”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图．结合上述材料，下列说法不正确的是()A．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合B．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行D．地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用C【解析】根据“则能指南，然常微偏东，不全南也”知，选项A正确．由图可知地磁场的南极在地理北极附近，选项B正确．由图可知在两极附近地磁场与地面不平行，选项C不正确．由图可知赤道附近的地磁场与地面平行，射向地面的带电宇宙粒子运动方向与磁场方向垂直，会受到磁场力的作用，选项D正确．考点2►安培定则的应用和磁感应强度的叠加几种常见电流周围的磁场分布直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点非匀强磁场且距导线越远处__________磁场与条形磁铁的磁场相似，管内为_____磁场，管外为非匀强磁场环形电流的两侧相当于两个磁极且离圆环中心越远，磁场______安培定则磁场越弱匀强越弱立体图横截面图纵截面图例2无限长通电直导线在周围某一点产生的磁场的磁感应强度B的大小与导线中电流成正比，与导线到这一点的距离成反比，即B＝kIr(式中k为常数)．如图所示，两根相距L的无限长直导线A和C分别通有电流I和3I.在两根导线连线所在的直线上有a、b两点，a点为两根直导线连线的中点，b点距导线A的距离为L.下列说法正确的是()A．a点和b点的磁感应强度方向相同B．a点和b点的磁感应强度方向相反C．a点和b点的磁感应强度大小之比为8∶1D．a点和b点的磁感应强度大小之比为16∶1【解析】a点和b点的磁感应强度应为两条通电直导线分别在两点产生的磁场的磁感应强度的矢量和，由安培定则及公式B＝kIr可得，导线C在a点产生的磁感应强度大小Ba1＝k·3I0.5L＝6kIL，方向竖直向下，导线A在a点产生的磁感应强度大小Ba2＝k·I0.5L＝2kIL，方向竖直向下，则a点的磁感应强度大小Ba＝Ba1＋Ba2＝8kIL，方向竖直向下；导线C在b点产生的磁感应强度大小Bb1＝k·3I2L＝3kI2L，方向竖直向下，导线A在b点产生的磁感应强度大小Bb2＝kIL，方向竖直向上，则b点的磁感应强度大小Bb＝Bb1－Bb2＝3kI2L－kIL＝kI2L，方向竖直向下，所以a点与b点的磁感应强度大小之比为Ba∶Bb＝8kIL∶kI2L＝16∶1，a点和b点的磁感应强度方向相同，选项A、D正确．【答案】AD【小结】1.空间任意一点的磁感应强度，是各个电流在该点分别产生的磁感应强度的矢量和．2．电流方向和磁场方向之间的关系，用安培定则确定：在直线电流中，大拇指指电流方向，弯曲的四指指磁场绕行方向；在环形电流中，四指指环形电流的绕行方向，大拇指指环内磁场的方向．2．图中a、b、c为三根与纸面垂直的固定长直导线，位于等边三角形的三个顶点上，bc沿水平方向，导线中均通有大小相等的电流，方向如图所示，O点为三角形的中心．则()A．O点的磁感应强度为零B．O点的磁场方向垂直Oc向下C．导线a受到的安培力方向竖直向上D．导线b受到的安培力方向沿bc连线方向指向cB【解析】根据安培定则，电流a在O产生的磁场平行于bc向左，b电流在O产生的磁场平行ac指向右下方，电流c在O产生的磁场平行ab指向左下方；由于三导线电流相同，到O点的距离相同，根据平行四边形定则，则O点合场强的方向垂直Oc向下，故A错误，B正确；根据左手定则，结合矢量合成法则，导线a受到的安培力方向水平向左，而导线b受到的安培力方向平行于ac斜向左上方，故C、D错误．考点3►磁场对电流的作用1．安培力的大小(1)一般公式：F＝____________，如图所示，θ为B与I的夹角．①当B与I垂直时：安培力最大，F＝BIL.②当B与I平行时：安培力最小，F＝0.BILsinθ(2)常用公式：F＝BIL，应用时要满足：①B与L垂直；②L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度；如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连线段的长度(如图所示)；与磁感应强度不垂直的导线的有效长度等于该导线垂直于磁感应强度的投影的长度，如图所示：相应的电流方向沿L由始端流向末端．因为任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，所以闭合线圈通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零．③B并非一定是匀强磁场，但一定是导线所在处的磁感应强度值．2．安培力的方向(1)判定方法——左手定则左手定则：伸开左手，使拇指跟其余四个手指________，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线从________进入，并使__________指向电流的方向，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．垂直掌心四指拇指(2)安培力的方向特点：F⊥B，F⊥I，即F______于B和I决定的平面．(注意：B和I可以有任意夹角)3．安培力做功(1)安培力可以做正功，安培力做正功的过程是把_______转化成其他形式的能的过程，安培力做的正功_______消耗的电能．(2)安培力可以做负功，安培力做负功的过程是把_______能转化成____能的过程，安培力做的负功的绝对值________产生的电能．垂直电能小于机械电等于例3如图所示，一个边长L、三边电阻相同的正三角形金属框放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，若通以图示方向的电流(从A点流入，从C点流出)，电流强度为I，则金属框受到的磁场力为()A．0B.BIL2C．BILD．2BIL【解析】解法一：先考虑AB、BC、AC所受磁场力的大小、方向，再求它们的合力．由电阻关系及并联电路特点，可得出AC中电流I1＝2I3，AB、BC中电流均为I3，AC受磁场力F1＝B·2I3L，方向垂直AC向上．AB、BC所受磁场力大小均为F2＝B·I3L，方向分别垂直AB、BC.金属框所受磁场力如图示，依矢量合成，可求得金属框受到的磁场力大小为BIL，C对．解法二：设AC中电流为I1，AB、BC中电流为I2，I1＋I2＝I，AC受磁场力F1＝BI1L，垂直AC向上，ABC的等效长度为L，所受磁场力F2＝BI2L，垂直AC向上，金属框所受磁场力F＝F1＋F2＝BIL，垂直AC向上，C对．【答案】C3．(多选)如图所示，在三维直角坐标系中，分布着沿y轴正方向的匀强磁场，折线导线A—B—C—D—E—F固定在立方体上，现通以方向如图的电流I，下列说法正确的是()A．BC、DE所受安培力相同B．CD所受安培力最大C．AB所受安培力为零D．BC、CD所受安培力方向相同AB【解析】BC、DE的有效长度均为AE，根据F＝BIL可得两者受到的安培力相同，A正确；AB与CD均与磁场垂直，受到的安培力与等效长度成正比，又因为CDAB，所以CD所受安培力最大，B正确，C错误；BC、CD的有效长度不同，所以受到的安培力大小不同，根据左手定则可知，两者受到的安培力方向也不同，D错误．通电导线在安培力作用下的平衡和加速运动问题的解题步骤(1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析要特别注意安培力方向的确定．(2)画出受力分析图．(3)依据平衡条件或牛顿第二定律列方程．考点4►在安培力作用下的平衡问题例4电流天平可以用来测量匀强磁场的磁感应强度的大小．测量前天平已调至平衡，测量时，在左边托盘中放入质量为m的砝码，右边托盘中不放砝码，将一个质量为m0、匝数为n、下边长为l的矩形线圈挂在右边托盘的底部，再将此矩形线圈的下部分放在待测磁场中．如图甲所示，线圈的两头连在如图乙所示的电路中，不计连接导线对线圈的作用力，电源电动势为E，内阻为r.开关S闭合后，调节可变电阻至R1时，天平正好平衡，此时