高考物理一輪復(fù)習(xí)第九章磁場第1課時磁場及其對電流的作用學(xué)案新人教版

第九章磁場[定標(biāo)——核心素養(yǎng)]物理觀念理解磁場、安培力與洛倫茲力特點。科學(xué)思維將磁場轉(zhuǎn)化為物理模型，會綜合分析，并能科學(xué)推理論證?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任了解磁場相關(guān)作用力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用和影響。[定位——主干知識]1.磁場、磁感應(yīng)強度、磁感線2．通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向第1課時磁場及其對電流的作用eq\a\vs4\al(基礎(chǔ)自修課)必備知識(一)磁場和磁感應(yīng)強度1．[磁場的方向](2021·北京朝陽區(qū)期末)關(guān)于磁場中某一點磁感應(yīng)強度的方向，下列說法正確的是()A．與一小段通電直導(dǎo)線所受磁場力的方向一致B．與運動電荷所受磁場力的方向一致C．與小磁針N極所受磁場力的方向一致D．與小磁針S極所受磁場力的方向一致解析：選C磁場中某一點磁感應(yīng)強度的方向，與小磁針N極受力方向一致，C正確，A、B、D錯誤。2．[磁感應(yīng)強度的大小](多選)一小段長為L的通電直導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強度為B的磁場中，當(dāng)通過它的電流為I時，所受安培力為F。以下關(guān)于磁感應(yīng)強度B的說法正確的是()A．磁感應(yīng)強度B一定等于eq\f(F,IL)B．磁感應(yīng)強度B可能大于或等于eq\f(F,IL)C．磁場中通電直導(dǎo)線受力大的地方，磁感應(yīng)強度一定大D．在磁場中通電直導(dǎo)線也可以不受力解析：選BD只有在通電直導(dǎo)線垂直于磁場時，B＝eq\f(F,IL)才成立，通電直導(dǎo)線和磁場不垂直時，B>eq\f(F,IL)，通電直導(dǎo)線和磁場平行時，導(dǎo)線不受力，故A錯誤，B、D正確；磁感應(yīng)強度是用比值法定義的，通電直導(dǎo)線受力大的地方，磁感應(yīng)強度不一定大，C錯誤。3．[磁感線的特點](多選)下列說法正確的是()A．磁感線從磁體的N極發(fā)出，終止于磁體的S極B．磁感線可以表示磁場的方向和強弱C．磁鐵能產(chǎn)生磁場，電流也能產(chǎn)生磁場D．因為異名磁極相互吸引，所以放入通電螺線管內(nèi)的小磁針的N極一定指向通電螺線管的S極解析：選BC磁感線是閉合曲線，A錯誤；磁感線可以表示磁場的方向和強弱，B正確；磁鐵和電流都能產(chǎn)生磁場，C正確；通電螺線管內(nèi)部的磁場方向從S極指向N極，則放入其中的小磁針的N極指向與其內(nèi)部磁場方向一致，即指向通電螺線管的N極，故D錯誤。[系統(tǒng)歸納]1．磁場的基本性質(zhì)磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有磁力的作用。2．磁感應(yīng)強度(1)物理意義：描述磁場的強弱和方向。(2)定義式：B＝eq\f(F,IL)(通電導(dǎo)線垂直于磁場)。(3)方向：小磁針靜止時N極所指的方向。(4)單位：特斯拉，符號T。3．磁感線的特點(1)磁感線上某點的切線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強弱。(3)磁感線是閉合曲線，沒有起點和終點。(4)磁感線是假想的曲線，客觀上不存在。必備知識(二)安培定則的應(yīng)用與磁場的疊加1．[安培定則的應(yīng)用](2021·沈陽聯(lián)考)(多選)下列各圖中，已標(biāo)出電流I、磁感應(yīng)強度B的方向，其中符合安培定則的是()[系統(tǒng)歸納]1．電流周圍的磁場(安培定則)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、非勻強磁場且距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場越弱與條形磁鐵的磁場相似，管內(nèi)為勻強磁場且磁場最強，管外為非勻強磁場環(huán)形電流的兩側(cè)是N極和S極，且離圓環(huán)中心越遠(yuǎn)，磁場越弱安培定則2．[運動電荷形成的磁場]如圖所示，圓環(huán)上帶有大量的負(fù)電荷，當(dāng)圓環(huán)沿順時針方向轉(zhuǎn)動時，a、b、c三枚小磁針都要發(fā)生轉(zhuǎn)動，以下說法正確的是()A．a(chǎn)、b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn)B．b的N極向紙外轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙里轉(zhuǎn)C．b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn)，而a的N極向紙外轉(zhuǎn)D．b的N極向紙里轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙外轉(zhuǎn)3．[磁場的疊加](2021年1月新高考8省聯(lián)考·河北卷)如圖，兩根相互絕緣的通電長直導(dǎo)線分別沿x軸和y軸放置，沿x軸方向的電流為I0。已知通電長直導(dǎo)線在其周圍激發(fā)磁場的磁感應(yīng)強度B＝keq\f(I,r)，其中k為常量，I為導(dǎo)線中的電流，r為場中某點到導(dǎo)線的垂直距離。圖中A點的坐標(biāo)為(a，b)，若A點的磁感應(yīng)強度為零，則沿y軸放置的導(dǎo)線中電流的大小和方向分別為()A.eq\f(a,b)I0，沿y軸正向 B.eq\f(a,b)I0，沿y軸負(fù)向C.eq\f(b,a)I0，沿y軸正向 D.eq\f(b,a)I0，沿y軸負(fù)向首先將運動的電荷等效為電流，然后根據(jù)安培定則判斷電流的磁場方向，最后再由小磁針N極受力方向為磁場方向確定N極的轉(zhuǎn)向。3．磁場疊加問題的分析思路(1)確定磁場場源，如通電導(dǎo)線。(2)定位空間中需求解磁場的點，利用安培定則判定各個場源在這一點上產(chǎn)生的磁場的大小和方向，如圖所示M、N在c點產(chǎn)生的磁場磁感應(yīng)強度分別為BM、BN。(3)應(yīng)用平行四邊形定則進(jìn)行合成，如圖中c點的合磁場磁感應(yīng)強度為B。[精解詳析]1．選AB圖A為環(huán)形電流的磁場，符合安培定則；圖B是直線電流的磁場，符合安培定則；圖C是直線電流的磁場，不符合安培定則；圖D是通電螺線管的磁場，不符合安培定則。2．選B由于圓環(huán)帶負(fù)電荷，故當(dāng)圓環(huán)沿順時針方向轉(zhuǎn)動時，等效電流的方向為逆時針，由安培定則可判斷環(huán)內(nèi)磁場方向垂直紙面向外，環(huán)外磁場方向垂直紙面向里，磁場中某點的磁場方向即是放在該點的小磁針靜止時N極的指向，所以小磁針b的N極向紙外轉(zhuǎn)，a、c的N極向紙里轉(zhuǎn)。故B正確。3．選A沿x軸方向?qū)Ь€電流在A點的磁感應(yīng)強度大小為Bx＝keq\f(I0,b)，由安培定則，可知方向垂直xOy平面向外，由題知A點的磁感應(yīng)強度為零，則沿y軸方向?qū)Ь€電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度方向垂直xOy平面向里，由安培定則知，沿y軸放置的導(dǎo)線中電流方向沿y軸正向，其在A點的磁感應(yīng)強度大小滿足By＝keq\f(I,a)＝keq\f(I0,b)，即沿y軸放置的導(dǎo)線中電流的大小I＝eq\f(a,b)I0，故A項正確。必備知識(三)磁場對電流的作用——安培力1．[安培力的方向]下面的幾個圖顯示了磁場對通電直導(dǎo)線的作用力，其中F的方向正確的是()[系統(tǒng)歸納]安培力的方向——左手定則伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。[注意]F⊥B且F⊥I，但I(xiàn)與B的方向可成任意夾角。2.[安培力的大小](2019·全國卷Ⅰ)如圖，等邊三角形線框LMN由三根相同的導(dǎo)體棒連接而成，固定于勻強磁場中，線框平面與磁感應(yīng)強度方向垂直，線框頂點M、N與直流電源兩端相接。已知導(dǎo)體棒MN受到的安培力大小為F，則線框LMN受到的安培力的大小為()A．2FB．FC．F安培力的大?。篎＝BILsinθ，θ為磁感應(yīng)強度與電流方向的夾角。(1)當(dāng)磁場與電流垂直時，安培力最大，F(xiàn)max＝BIL。(2)當(dāng)磁場與電流平行時，安培力為零。(3)應(yīng)用F＝BIL計算安培力的大小時，L一定是有效長度。3.[安培力作用下的平衡](2021年1月新高考8省聯(lián)考·湖南卷)如圖，力傳感器固定在天花板上，邊長為L的正方形勻質(zhì)導(dǎo)線框abcd用不可伸長的輕質(zhì)絕緣細(xì)線懸掛于力傳感器的測力端，導(dǎo)線框與磁感應(yīng)強度方向垂直，線框的bcd部分處于勻強磁場中，b、d兩點位于勻強磁場的水平邊界線上。若在導(dǎo)線框中通以大小為I、方向如圖所示的恒定電流，導(dǎo)線框處于靜止?fàn)顟B(tài)時，力傳感器的示數(shù)為F1，只改變電流方向，其它條件不變，力傳感器的示數(shù)為F2，該勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為()A.eq\f(F2－F1,4IL) B.eq\f(F1－F2,4IL)C.eq\f(\r(2)F2－F1,4IL) D.eq\f(\r(2)F1－F2,4IL)(1)基本思路①選定研究對象：通電導(dǎo)線或?qū)w棒。②變?nèi)S為二維：畫出平面受力分析圖，其中安培力的方向要用左手定則來判斷。[注意]安培力垂直于電流和磁場方向決定的平面。③列方程求解：根據(jù)力的平衡條件列方程。(2)求解關(guān)鍵①電磁問題力學(xué)化。②立體圖形平面化。③求解極值數(shù)學(xué)化。[精解詳析]1．選C根據(jù)左手定則判斷可知，A中F方向向右，B中F方向向下，C中F方向向下，D中磁場與電流平行，F(xiàn)＝0，故只有C正確。2．選B設(shè)每根導(dǎo)體棒的電阻為R，長度為L，則電路中，上下兩路電阻之比為R1∶R2＝2R∶R＝2∶1，上下兩路電流之比I1∶I2＝1∶2。如圖所示，由于上路通電的導(dǎo)體受安培力的有效長度也為L，根據(jù)安培力計算公式F＝ILB，可知F′∶F＝I1∶I2＝1∶2，得F′＝eq\f(1,2)F，根據(jù)左手定則可知，兩力方向相同，故線框LMN所受的合力大小為F＋F′＝1.5F，選項B正確。3.選C線框在磁場中受到安培力的等效長度為bd＝eq\r(2)L，當(dāng)電流方向為圖示方向時，由左手定則可知導(dǎo)線框受到的安培力豎直向上，大小為F＝eq\r(2)BIL，因此對導(dǎo)線框受力平衡可得F1＋F＝mg，當(dāng)導(dǎo)線框中的電流反向，則安培力方向豎直向下，此時有mg＋F＝F2，聯(lián)立可得B＝eq\f(\r(2)F2－F1,4IL)，故C正確。必備知識(四)導(dǎo)體運動情況的判定1．判定導(dǎo)體運動情況的基本思路判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動或運動趨勢，首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁感線分布情況，然后利用左手定則準(zhǔn)確判定導(dǎo)體的受力情況，進(jìn)而確定導(dǎo)體的運動方向或運動趨勢的方向。2．五種常用判定方法等效法環(huán)形電流→小磁針通電螺線管→條形磁鐵(如第1題中通電線圈等效成小磁針)結(jié)論法同向電流互相吸引，異向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢電流元法分割為電流元eq\o(→,\s\up7(左手定則),\s\do5())安培力方向→整段導(dǎo)體所受合力方向→運動方向特殊位置法在特殊位置→安培力方向→運動方向(如第4題中當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°時判斷吸引還是排斥)轉(zhuǎn)換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動或運動趨勢的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場的作用力，從而確定磁體所受合力及運動方向[集訓(xùn)沖關(guān)]1．[等效法]如圖所示，在固定放置的條形磁鐵S極附近懸掛一個金屬線圈，線圈與水平磁鐵位于同一豎直平面內(nèi)，當(dāng)在線圈中通入沿圖示方向流動的電流時，將會看到()A．線圈向左平移B．線圈向右平移C．從上往下看，線圈順時針轉(zhuǎn)動，同時靠近磁鐵D．從上往下看，線圈逆時針轉(zhuǎn)動，同時靠近磁鐵解析：選C把通電線圈等效成小磁針，等效小磁針的N極垂直于紙面向外，根據(jù)同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引可知：從上往下看，線圈順時針轉(zhuǎn)動，同時靠近磁鐵，C正確。2．[結(jié)論法](2018·浙江11月選考)電流天平是一種測量磁場力的裝置，如圖所示，兩相距很近的通電平行線圈Ⅰ和Ⅱ，線圈Ⅰ固定，線圈Ⅱ置于天平托盤上。當(dāng)兩線圈均無電流通過時，天平示數(shù)恰好為零。下列說法正確的是()A．當(dāng)天平示數(shù)為負(fù)時，兩線圈電流方向相同B．當(dāng)天平示數(shù)為正時，兩線圈電流方向相同C．線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力大于線圈Ⅱ?qū)€圈Ⅰ的作用力D．線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力與托盤對線圈Ⅱ的作用力是一對相互作用力解析：選A通電線圈相當(dāng)于條形磁鐵，兩線圈電流方向相同時，相當(dāng)于異性磁極相對，則相互吸引，天平示數(shù)為負(fù)，A正確、B錯誤；線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力跟線圈Ⅱ?qū)€圈Ⅰ的作用力是一對作用力與反作用力，大小相等，C錯誤；線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力與托盤對線圈Ⅱ的作用力都是線圈Ⅱ受到的力，不是一對相互作用力，D錯誤。3．[電流元法]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所示。下列哪種情況將會發(fā)生()A．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C．L2繞軸O按順時針方向轉(zhuǎn)動D．L2繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動解析：選D由右手螺旋定則可知導(dǎo)線L1上方的磁場方向為垂直紙面向外，且離導(dǎo)線L1越遠(yuǎn)的地方，磁場越弱，將導(dǎo)線L2分成很多小段，可以判斷導(dǎo)線L2上的每一小部分受到的安培力方向均為水平向右，由于O點下方的磁場較強，則所受安培力較大，因此L2繞軸O按逆時針方向轉(zhuǎn)動，D正確。4．[電流元法與特殊位置法的結(jié)合]如圖所示，把一重力不計的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時，導(dǎo)線的運動情況是(從上往下看)()A．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降B．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升C．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降D．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升解析：選A如圖甲所示，把直線電流等效為無數(shù)小段，中間的點為O點，選擇在O點左側(cè)S極右上方的一小段為研究對象，該處的磁場方向指向左下方，由左手定則判斷，該小段受到的安培力的方向垂直紙面向里，在O點左側(cè)的各段電流元都受到垂直紙面向里的安培力，把各段電流元受到的力合成，則O點左側(cè)導(dǎo)線受到垂直紙面向里的安培力；同理判斷出O點右側(cè)的導(dǎo)線受到垂直紙面向外的安培力。因此，由上向下看，導(dǎo)線沿順時針方向轉(zhuǎn)動。分析導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°時的情形，如圖乙所示。導(dǎo)線中的電流向外，由左手定則可知，導(dǎo)線受到向下的安培力。由以上分析可知，導(dǎo)線在順時針轉(zhuǎn)動的同時向下運動。選項A正確。5．[轉(zhuǎn)換研究對象法](多選)