2013屆高考物理第一輪專題復(fù)習(xí)教案 磁場的描述 磁場對電流的作用.doc

2013屆高三物理一輪復(fù)習(xí)專題：第八章 磁場 第1課時磁場的描述磁場對電流的作用考點內(nèi)容要求考綱解讀磁場、磁感應(yīng)強度、磁感線1.磁感應(yīng)強度、磁感線、安培力、洛倫茲力的理解及安培定則和左手定則的運用，一般以選擇題的形式出現(xiàn)高考資源網(wǎng)KS5U.COM2安培力的大小計算，以及帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的分析與計算一般以計算題的形式出現(xiàn)高考資源網(wǎng)3帶電粒子在分立場、混合場中的運動問題仍是本章考查的重點內(nèi)容，極易成為試卷的壓軸題.K通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向高考資源網(wǎng)KS5U.COM安培力、安培力的方向勻強磁場中的安培力洛倫茲力、洛倫茲力的方向洛倫茲力的公式帶電粒子在勻強磁場中的運動質(zhì)譜儀和回旋加速器說明：(1)安培力的計算只限于電流與磁感應(yīng)強度垂直的情形(2)洛倫茲力的計算只限于速度與磁場方向垂直的情形.第1課時磁場的描述磁場對電流的作用導(dǎo)學(xué)目標(biāo)1.會用安培定則判斷電流周圍的磁場方向.2.會計算電流在磁場中受到的安培力.3.會用左手定則分析解決通電導(dǎo)體在磁場中的受力及平衡類問題一、磁場、磁感應(yīng)強度基礎(chǔ)導(dǎo)引判斷下列說法的正誤(1)磁場和電場一樣，是客觀存在的物質(zhì)()(2)在地球北半球，地磁場的方向是向北且斜向下的()(3)磁極與磁極、磁極與電流之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，而電流與電流之間的相互作用是通過電場發(fā)生的()(4)磁場中某點的B的大小，跟放在該點的試探電流元的情況有關(guān)()(5)無論在何處，小磁針的指向就是磁場的方向()(6)磁場中磁感線越密集的地方，磁感應(yīng)強度B越大()知識梳理1磁場的特性：磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有_的作用2磁場的方向：小磁針靜止時_所指的方向3磁感應(yīng)強度(1)物理意義：描述磁場的_(2)大?。築_(通電導(dǎo)線垂直于磁場)(3)方向：小磁針靜止時_的指向(4)單位：_，簡稱_，符號：_.4磁通量(1)概念：在勻強磁場中，與磁場方向_的面積S和磁感應(yīng)強度B的乘積(2)公式：_.(3)單位：1 Wb_.二、磁感線、通電導(dǎo)體周圍的磁場的分布知識梳理1磁感線：在磁場中畫出一些有方向的曲線，使曲線上各點的_方向跟這點的磁感應(yīng)強度方向一致2條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場磁感線分布(如圖1所示)圖13電流的磁場直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場特點無磁極、非勻強且距導(dǎo)線越遠處磁場_與_磁鐵的磁場相似，管內(nèi)為_磁場且磁場_，管外為_磁場環(huán)形電流的兩 側(cè)是N極和S極，且離圓環(huán)中心越遠，磁場_安培定則立體圖橫截面圖4.磁感線的特點(1)磁感線上某點的_方向就是該點的磁場方向(2)磁感線的疏密定性地表示磁場的_，在磁感線較密的地方磁場_；在磁感線較疏的地方磁場較_(3)磁感線是_曲線，沒有起點和終點在磁體外部，從N極指向S極；在磁體內(nèi)部，由S極指向N極(4)同一磁場的磁感線不_、不_、不相切(5)磁感線是假想的曲線，客觀上不存在：磁感線與電場線有什么相同點與不同點三、安培力的大小和方向基礎(chǔ)導(dǎo)引下面的幾個圖顯示了磁場對通電直導(dǎo)線的作用力，其中正確的是()知識梳理1安培力的大小當(dāng)磁感應(yīng)強度B的方向與導(dǎo)線方向成角時，F(xiàn)_，這是一般情況下的安培力的表達式，以下是兩種特殊情況：(1)當(dāng)磁場與電流_時，安培力最大，F(xiàn)maxBIL.(2)當(dāng)磁場與電流_時，安培力等于零2安培力的方向(1)安培力：_在磁場中受到的力(2)左手定則：伸開左手，使拇指與其余四指_，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)讓磁感線從掌心進入，并使四指指向_的方向，這時_所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向(3)兩平行的通電直導(dǎo)線間的安培力：同向電流互相_，異向電流互相_：在磁場中某點的試探電流元不受磁場力作用時，該點B值大小就一定為零嗎？考點一安培定則的應(yīng)用和磁場的疊加考點解讀1高考對磁場基本知識的考查，往往同時考查多個方面，包括對磁感應(yīng)強度的概念、安培定則的應(yīng)用、磁場的疊加和磁感線的理解難度以中低檔題為主解題的關(guān)鍵是復(fù)習(xí)中對基本概念與知識的正確理解與記憶2安培定則的應(yīng)用在運用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場時應(yīng)分清“因”和“果”.原因(電流方向)結(jié)果(磁場繞向)直線電流的磁場大拇指四指環(huán)形電流的磁場四指大拇指3.磁場的疊加磁感應(yīng)強度是矢量，計算時與力的計算方法相同，利用平行四邊形定則或正交分解法進行合成與分解特別提醒兩個電流附近的磁場的磁感應(yīng)強度是由兩個電流分別獨立存在時產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度疊加而成的典例剖析圖2例1(2011大綱全國卷15)如圖2，兩根相互平行的長直導(dǎo)線分別通有方向相反的電流I1和I2，且I1I2；a、b、c、d為導(dǎo)線某一橫截面所在平面內(nèi)的四點且a、b、c與兩導(dǎo)線共面；b點在兩導(dǎo)線之間，b、d的連線與導(dǎo)線所在平面垂直，磁感應(yīng)強度可能為零的點是()Aa點 Bb點 Cc點 Dd點思維突破1牢記判斷電流的磁場的方法安培定則，并能熟練應(yīng)用，建立磁場的立體分布模型2在進行磁感應(yīng)強度的疊加時，應(yīng)注意是哪個電流產(chǎn)生的磁場，磁場方向如何跟蹤訓(xùn)練1(2011新課標(biāo)全國卷14)為了解釋地球的磁性，19世紀安培假設(shè)：地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的在下列四個圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是()考點二安培力作用下導(dǎo)體運動情況的判定考點解讀1通電導(dǎo)體在磁場中的運動實質(zhì)是在磁場對電流的安培力作用下導(dǎo)體的運動2明確磁場的分布和正確運用左手定則進行判斷是解題的關(guān)鍵典例剖析圖3例2如圖3所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面當(dāng)線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后，線圈的運動情況是 ()A線圈向左運動 B線圈向右運動C從上往下看順時針轉(zhuǎn)動 D從上往下看逆時針轉(zhuǎn)動思維突破判定安培力作用下導(dǎo)體運動情況的常用方法跟蹤訓(xùn)練2如圖4所示，圖4條形磁鐵放在光滑斜面上，用平行于斜面的輕彈簧拉住而平衡，A為水平放置的直導(dǎo)線的截面，導(dǎo)線中無電流時磁鐵對斜面的壓力為FN1；當(dāng)導(dǎo)線中有垂直紙面向外的電流時，磁鐵對斜面的壓力為FN2，則下列關(guān)于壓力和彈簧的伸長量的說法中正確的是 ()AFN1FN2，彈簧的伸長量增大DFN1FN2，彈簧的伸長量減小考點三安培力的綜合應(yīng)用考點解讀1安培力的綜合應(yīng)用，一般有兩種情形，一是安培力作用下導(dǎo)體的平衡和加速；二是與安培力有關(guān)的功能關(guān)系問題安培力的綜合應(yīng)用是高考的熱點，題型有選擇題，也有綜合性的計算題2處理這類問題，需弄清楚電流所在處的磁場分布情況要做好受力分析，搞清物體的受力情況，然后利用牛頓運動定律或者功能關(guān)系求解，在受力分析時，有時要把立體圖轉(zhuǎn)換成平面圖，轉(zhuǎn)換時要標(biāo)明B的方向，以有利于確定安培力的方向3安培力大小的計算公式FILB是在磁感應(yīng)強度B與電流I垂直情況下的結(jié)果；式中L是有效長度，對通電直導(dǎo)線，是導(dǎo)線在磁場中的那段長度；對彎曲導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線所在平面與磁場方向垂直，且磁場為勻強磁場時，L等于彎曲導(dǎo)線兩端點連接直線的長度，如圖5所示，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端圖5典例剖析圖6例3 如圖6所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離L0.40 m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角37 ，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布 著磁感應(yīng)強度B0.50 T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強磁場金屬導(dǎo)軌的一端接有電動勢E4.5 V、內(nèi)阻r0.50 的直流電源現(xiàn)把一個質(zhì)量m0.040 kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點間的電阻R02.5 ，金屬導(dǎo)軌電阻不計， g取10 m/s2.已知sin 370.60，cos 370.80，求：(1)通過導(dǎo)體棒的電流；(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大??；(3)導(dǎo)體棒受到的摩擦力思維突破求解通電導(dǎo)體在磁場中的力學(xué)問題的方法：(1)選定研究對象；(2)變?nèi)S為二維，畫出平面受力分析圖，判斷安培力的方向時切忌跟著感覺走，要用左手定則來判斷，注意F安B、F安I；(3)根據(jù)力的平衡條件、牛頓第二定律列方程式進行求解圖7跟蹤訓(xùn)練3傾角為的導(dǎo)電軌道間接有電源，軌道上放有一根靜止的金屬桿ab.現(xiàn)垂直軌道平面向上加一勻強磁場，如圖7所示，磁感應(yīng)強度B逐漸增加的過程中，ab桿受到的靜摩擦力 ()A逐漸增大 B逐漸減小C先增大后減小 D先減小后增大11.導(dǎo)體變速運動時的安培力分析圖8例4(2010四川理綜20)如圖8所示，電阻不計的平行金屬導(dǎo)軌固定在一絕緣斜面上，兩相同的金屬導(dǎo)體棒a、b垂直于導(dǎo)軌靜止放 置，且與導(dǎo)軌接觸良好，勻強磁場垂直穿過導(dǎo)軌平面現(xiàn)用一平行于導(dǎo)軌的恒力F作用在a的中點，使其向上運動若b始終保持靜 止，則它所受摩擦力可能 ()A變?yōu)? B先減小后不變C等于F D先增大再減小解析a棒向上運動的過程中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢EBlv，則a、b棒受到的安培力大小F安 IlB.對a棒根據(jù)牛頓第二定律有Fmgsin mgcos ma，由于速度v增大，所以加速度a減小當(dāng)加速度a0時，v達到最大值vm，即a棒先做加速度逐漸減小的加速運動，然后以vm做勻速直線運動對b棒根據(jù)平衡條件有mgsin Ffb，當(dāng)v增大時，F(xiàn)fb減??；當(dāng)vm時，F(xiàn)fb0；當(dāng)vvm時，若棒b所受摩擦力仍沿斜面向上，則有Ffb先減小后不變A、B正確答案AB正本清源本題的易錯點在于有同學(xué)認為棒b所受的摩擦力一定是先減小后增大，最后不變.這是沒有結(jié)合棒a的運動情況而對b所受摩擦力作出分析.因為棒a的最終速度大小未知，所以就存在當(dāng)棒a的速度達到最大速度時，棒b所受的摩擦力還可能沿斜面向上，在這種情況下，棒b所受摩擦力就是一直減小最后不變，即B選項；而如果當(dāng)棒a的速度達到最大速度時，棒b所受的摩擦力恰好減小到0，這就是A選項.圖9跟蹤訓(xùn)練4如圖9所示，光滑的金屬軌道分水平段和圓弧段兩部分，O點為圓弧的圓心兩金屬軌道之間的寬度為0.5 m，勻強磁場方向如圖，大小為0.5 T質(zhì)量為0.05 kg、長為0.5 m的金屬細桿置于金屬軌道上的M點當(dāng)在金屬細桿內(nèi)通以電流強度為2 A的恒定電流時，金屬細桿可以沿桿向右由靜止開始運動已知MNOP1 m，則 ()A金屬細桿開始運動時的加速度大小為5 m/s2B金屬細桿運動到P點時的速度大小為5 m/sC金屬細桿運動到P點時的向心加速度大小10 m/s2D金屬細桿運動到P點時對每一條軌道的作用力大小為0.75 NA組安培力的基本應(yīng)用圖101. 如圖10，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直線段ab、bc和cd的長度均為L，且abcbcd135.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示導(dǎo)線段abcd所受到的磁場的作用力的合力()A方向沿紙面向上，大小為( 1)ILBB方向沿紙面向上，大小為( 1)ILBC方向沿紙面向下，大小為( 1)ILBD方向沿紙面向下，大小為( 1)ILB2在等邊三角形的三個頂點a、b、c處，各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面，導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流，方向如圖11所示過c點的導(dǎo)線所受安培力的方向()圖11A與ab邊平行，豎直向上 B與ab邊平行，豎直向下C與ab邊垂直，指向左邊 D與ab邊垂直，指向右邊B組磁場的疊加及導(dǎo)體在安培力作用下運動情況的判定圖123. 已知地磁場的水平分量為B，利用這一值可以測定某一弱磁場的磁感應(yīng)強度，如圖12所示為測定通電線圈中央一點的磁感應(yīng)強度的實驗實驗方法：先將未通電線圈平面固定于南北方向豎直平面內(nèi)，中央放一枚小磁針，N極指向北方；給線圈通電，此時小磁針N極指北偏東角后靜止，由此可以確定線圈中電流方向(由東向西看)與線圈中央的合磁感應(yīng)強度分別為()A順時針； B順時針；C逆時針； D逆時針；4. 如圖13所示，兩個完全相同且相互絕緣、正交的金屬環(huán)，可沿軸線OO自由轉(zhuǎn)動，現(xiàn)通以圖示方向電流，沿OO看去會發(fā)現(xiàn)()AA環(huán)、B環(huán)均不轉(zhuǎn)動圖13BA環(huán)將逆時針轉(zhuǎn)動，B環(huán)也逆時針轉(zhuǎn)動，兩環(huán)相對不動CA環(huán)將順時針轉(zhuǎn)動，B環(huán)也順時針轉(zhuǎn)動，兩環(huán)相對不動DA環(huán)將順時針轉(zhuǎn)動，B環(huán)將逆時針轉(zhuǎn)動，兩者吸引靠攏C組安培力作用下導(dǎo)體的平衡5質(zhì)量為m的通電細桿置于傾角為的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度為L，桿與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為，有電流通過桿，桿恰好靜止于導(dǎo)軌上如下列選項所示(截面圖)，桿與導(dǎo)軌間的摩擦力一定不為零的是()圖146. 如圖14所示，光滑導(dǎo)軌與水平面成角，導(dǎo)軌寬為L.勻強磁場磁感應(yīng)強度為B.金屬桿長也為L，質(zhì)量為m，水平放在導(dǎo)軌上當(dāng)回路總電流為I1時，金屬桿正好能靜止求：(1)B至少多大？這時B的方向如何？(2)若保持B的大小不變而將B的方向改為豎直向上，應(yīng)把回路總電流I2調(diào)到多大才能使金屬桿保持靜止？第1課時磁場的描述磁場對電流的作用(限時：60分鐘)一、選擇題1關(guān)于磁感應(yīng)強度B，下列說法中正確的是 ()A根據(jù)磁感應(yīng)強度定義B，磁場中某點的磁感應(yīng)強度B與F成正比，與I成反比B磁感應(yīng)強度B是標(biāo)量，沒有方向C磁感應(yīng)強度B是矢量，方向與F的方向相反D在確定的磁場中，同一點的磁感應(yīng)強度B是確定的，不同點的磁感應(yīng)強度B可能不同，磁感線密集的地方磁感應(yīng)強度B大些，磁感線稀疏的地方磁感應(yīng)強度B小些2下列各圖中，用帶箭頭的細實線標(biāo)出了通電直導(dǎo)線周圍磁感線的分布情況，其中正確的是 ()3. 在磁場中某區(qū)域的磁感線，如圖1所示，則()Aa、b兩處的磁感應(yīng)強度的大小不等，BaBb圖1Ba、b兩處的磁感應(yīng)強度的大小不等，BaBbC同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力大D同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力小圖24. 兩根長直導(dǎo)線a、b平行放置，如圖2所示為垂直于導(dǎo)線的截面圖，圖中O點為兩根導(dǎo)線連線ab的中點，M、N為ab的中垂線上的兩點且與a、b等距，兩導(dǎo)線中通有等大、同向的恒定電流，已知直線電流在某點產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度B的大小跟該點到通電導(dǎo)線的距離r成反比，則下列說法中正確的是 ()AM點和N點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相同BM點和N點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相反C在線段MN上各點的磁感應(yīng)強度都不可能為零D若在N點放一小磁針，靜止時其北極沿ON指向O點圖35. (2011新課標(biāo)全國卷18)電磁軌道炮工作原理如圖3所示待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動，并與軌道保持良好接觸電流I從一條軌道流入，通過導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(可視為勻強磁場)，磁感應(yīng)強度的大小與I成正比通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出現(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來的2倍，理論上可采用的辦法是 ()A只將軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍B只將電流I增加至原來的2倍C只將彈體質(zhì)量減至原來的一半D將彈體質(zhì)量減至原來的一半，軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍，其他量不變6通有電流的導(dǎo)線L1、L2處在同一平面(紙面)內(nèi)，L1是固定的，L2可繞垂直紙面的固定轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動(O為L2的中心)，各自的電流方向如圖4所示下列哪種情況將會發(fā)生 ()圖4A因L2不受磁場力的作用，故L2不動B因L2上、下兩部分所受的磁場力平衡，故L2不動CL2繞軸O按順時針方向轉(zhuǎn)動DL2繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動圖57. 某專家設(shè)計了一種新型電磁船，它不需螺旋槳推進器，航行時平穩(wěn)而無聲，時速可達100英里這種船的船體上安裝一組強大的超導(dǎo)線圈，在兩側(cè)船舷裝上一對電池，導(dǎo)電的海水在磁場力作用下即會推動船舶前進如圖5所示是超導(dǎo)電磁船的簡化原理圖，AB和CD是與電池相連的導(dǎo)體，磁場由超導(dǎo)線圈產(chǎn)生以下說法正確的是()A船體向左運動B船體向右運動C無法斷定船體向哪個方向運動D這種新型電磁船會由于良好的動力性能而提高船速圖68. 如圖6所示，用粗細均勻的電阻絲折成平面梯形框架，ab、cd邊均與ad邊成60角，abbccdL，長度為L的電阻絲電阻為r，框架與一電動勢為E，內(nèi)阻為r的電源相連接，垂直于框架平面有磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，則框架受到的安培力的合力大小為 ()A0 B.C. D.圖79. 均勻直角金屬桿aOb可繞水平光滑軸O在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，OaI2，且離導(dǎo)線越遠產(chǎn)生的磁場越弱，在a點I1產(chǎn)生的磁場比I2產(chǎn)生的磁場要強，A錯，同理，C對I1與I2在b點產(chǎn)生的磁場方向相同，合成后不可能為零，B錯d點兩電流產(chǎn)生的磁場B1、B2不共線，合磁場不可能為0，D錯跟蹤訓(xùn)練1B例2A甲解法一電流元法首先將圓形線圈分成很多小段，每一段可看作一直線電流元，取其中上、下兩小段分析，其截面圖和受安培力情況如圖甲所示根據(jù)對稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運動只有選項A正確解法二等效法將環(huán)形電流等效成小磁針，如乙圖乙所示， 據(jù)異 名磁極相吸引知，線圈將向左運動，選A.也可將左側(cè)條形磁鐵等效成環(huán)形電流，根據(jù)結(jié)論“同向電流相吸引，異向電流相排斥”也可判斷出線圈向左運動，選A.跟蹤訓(xùn)練2C例3(1)1.5 A(2)0.30 N(3)0.06 N跟蹤訓(xùn)練3D跟蹤訓(xùn)練4D金屬細桿在水平方向受到安培力作用，安培力大小F安BIL0.520.5 N0.5 N，金屬細桿開始運動時的加速度大小為a10 m/s2，選項A錯誤；對金屬細桿從M點到P點的運動過程，安培力做功W安F安(MNOP)1 J，重力做功WGmgON0.5 J，由動能定理得W安WGmv2，解得金屬細桿運動到P點時的速度大小為v m/s，選項B錯誤；金屬細桿運動到P點時的加速度可分解為水平方向的向心加速度和豎直方向的加速度，水平方向的向心加速度大小為a20 m/s2，選項C錯誤；在P點金屬細桿受到軌道水平向左的作用力F，水平向右的安培力F安，由牛頓第二定律得FF安，解得F1.5 N，每一條軌道對金屬細桿的作用力大小為0.75 N，由牛頓第三定律可知金屬細桿運動到P點時對每一條軌道的作用力大小為0.75 N，選項D正確分組訓(xùn)練1A2C根據(jù)直線電流的安培定則，a、b在c處所激發(fā)的磁場方向分別如圖中Ba、Bb所示，應(yīng)用平行四邊形定則可知c導(dǎo)線所在處的合磁場方向如圖所示根據(jù)左手定則可知安培力F安的方向與a、b連線垂直，指向左邊3C4.D5.CD6(1)方向垂直導(dǎo)軌平面向上(2)答案1D磁感應(yīng)強度是磁場本身的性質(zhì)，與放入磁場中的電流或受力大小F無關(guān)，A錯誤；磁感應(yīng)強度B是矢量，其方向與F總是垂直的，電流方向與F也總是垂直的，B、