专题九第1讲磁场磁场对电流的作用(教育精品).ppt

专题九磁场考点内容要求热点考向1.磁场、磁感应强 度、磁感线1.左手定则的运用和带电粒子在磁场中的运动是最常考的知识点安培力的计算只限于电流与磁感应强度垂直的情形，洛伦兹力的计算只限于速度与磁场方向垂直的 情形2.带电粒子在磁场中运动的考题一般运动情景复杂、综合性强,多以场的性质、运动学规律、牛顿运动定律、功能关系及交变电流等结合的计算题出现,难度中等偏上2.通电直导线和通电线圈周围磁场的 方向3.安培力、安培力 的方向考点内容要求热点考向4.匀强磁场中的安培力3.从近两年高考看，涉及本专题的命题常以构思新颖、高难度的压轴题形式出现，在复习 中要高度重视4.情景新颖、数理结合、联系实际是本考点近两年高考命题 的特点.5.洛伦兹力、洛伦兹力 的方向 6.洛伦兹力公式7.带电粒子在匀强磁场 中的运动8.质谱仪和回旋加速器续表第 1 讲 磁场磁场对电流的作用考点 1 磁场的基本概念1磁场(1)定义：存在于磁体、电流和运动电荷周围空间的一种特殊形态的物质磁体通电导线运动电荷(2)基本特性：磁场对处于其中的_、_和_有磁场力的作用(3)方向：在磁场中任一点，小磁针_极受力的方向，即小磁针静止时_极所指的方向，就是该点的磁场方向(4)磁现象的电本质：磁体的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产生的北北2磁感应强度(1)定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力 F安跟电流 I 和导线长度 L 的乘积的比值叫磁感应强度(2)定义式：_.(3)方向：就是磁场的方向，即小磁针静止时北极所指的方向，也是过该点的磁感线的_方向切线BILF安(4)磁感应强度是矢量，可描述磁场的强弱和方向(5)单位：特斯拉，简称特，国际符号是 T,1 T1NAm.3磁感线(1)磁感线是在磁场中画出的一些有方向的曲线(2)磁感线的分布可以形象地表示出磁场的强弱和方向，磁感线的疏密表示磁场的_，磁感线上某点的_方向就是该点的磁场方向强弱切线闭合SS(3)磁感线是永不相交的_ 曲线：在磁体外部，从_极指向_极；在磁体内部，由_极指向_极NN(4)注意：熟记条形磁体、蹄形磁体、直线电流、环形电流、通电螺线管的磁感线分布状况4磁通量(1)定义：设在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有一个面积为 S 且与磁场方向垂直的平面，磁感应强度 B 与面积 S 的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量，简称磁通(2)意义：穿过某一面积的磁感线条数的多少(3)定义式：BScos,式中 Scos为面积S在垂直于磁场方向的平面(中性面)上投影的大小，是 S 所在平面的法线方向与磁场方向的夹角(4)磁通量是标量，但是有正负，其正负表示与规定的正方向(如平面法线的方向)是相同还是相反若磁感线沿相反方向穿过同一平面,且正向磁感线条数为1，反向磁感线条数为2，则总磁通量12.相同(5)单位：韦伯，符号是 Wb.1 Wb1 Tm2.5匀强磁场：磁感应强度大小处处_、方向处处_的磁场称为匀强磁场距离很近的两个异名磁极之间的磁场、通电螺线管内部的磁场(边缘部分除外)以及平行板电容器间的磁场，都可以认为是匀强磁场相等【跟踪训练】1下列关于磁场的说法中，正确的是()DA只有磁体周围才存在磁场B磁场是假想的，不是客观存在的C磁场的方向就是小磁针静止时南极所指的方向D磁极与磁极，磁极与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用的相互作用，所以 D 正确解析：磁体和电流周围都能够产生磁场，A 错误；磁场的本质是运动电荷产生的客观物质，B 错误；磁场的方向就是小磁针静止时北极所指的方向，C 错误；在磁体或电流周围首先产生磁场，其次放入磁场中的磁体或电流将通过磁场与之发生2关于磁感应强度，下列说法正确的是()A一小段通电导线放在磁感应强度为零的位置，它所受到的磁场力一定为零B通电导线所受的磁场力为零，该处的磁感应强度也一定为零C放置在磁场中 1 m 长的通电导线，通过 1 A 的电流，受到的磁场力为 1 N，则该处的磁感应强度就是 1 TD磁场中某处的磁感应强度 B 的方向跟电流在该处受到磁场力 F 的方向相同解析：根据磁感应强度的定义，A 正确；通电导线(电流 I)与磁场平行时，磁场力为零，B 错误；C 中结论成立的前提是通电导线(电流 I)必须与磁场垂直，C 错误；B 与 F 方向一定垂直，D 错误答案：A3(双选)关于磁感线，下列说法中正确的是()A磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致B磁感线是磁场中客观存在的、肉眼看不见的曲线C两条磁感线的空隙处不存在磁场，不同磁场所形成的磁感线可以相交D匀强磁场的磁感线是同向的、平行等间距的直线解析：磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向，所以 A 正确；磁感线是形象描绘磁场的假想曲线，可以用实验来模拟，但是不存在的，B 错误；用磁感线的疏密反映磁场的强弱，但不等于空隙处不存在磁场，磁场是充满某个区域的，不同磁源产生的磁场在某一区域叠加合成，磁感线描绘的是叠加后的合磁场，某处的磁感应强度是唯一的，磁感线是不相交的，C 错误；匀强磁场的强弱和方向都处处相同，磁感线是方向相同的平行等间距的直线，D 正确答案：AD4(上海闸北区 2011 届高三期末)关于磁通量的概念，以下说法中正确的是()DA磁通量发生变化，一定是磁场发生变化引起的B磁感应强度越大，穿过闭合回路的磁通量也越大C磁感应强度越大，线圈面积越大，则穿过线圈的磁通量也越大D穿过线圈的磁通量为零，但该处的磁感应强度不一定为零考点 2 电流的磁效应磁场对电流的作用1电流磁效应：奥斯特发现了电流的磁效应，即电流周围存在磁场，可用安培定则（即右手螺旋定则）判断电流的磁场方向.2磁场对电流的作用(1)安培力的大小：当IB时(90)，FmaxBIL；当IB时(0)，Fmin0；当通电导线方向与磁场方向成角时，F安BILsin.(2)特点：不仅与 B、I、L 有关，还与夹角有关；L 是有效长度，不一定是导线的实际长度弯曲导线的有效长度 L 等于两端点所连直线的长度，所以任意形状的闭合线圈的有效长度 L0.(3)安培力的方向：安培力的方向既与磁场方向垂直，又与电流的方向垂直，即 F 总是垂直于 B 和 I 所在的平面，可以用左手定则来判定定则右手螺旋定则左手定则作用判断电流的磁场方向判断电流在磁场中的 受力方向内容具体情况直线电流环形电流或通电 螺线管电流在磁场中具体操作大拇指指向电 流的方向四个手指弯曲的方向指向电流的 环绕方向磁感线垂直穿过掌心，四指指向电流 的方向结果四个手指弯曲的方向表示磁 感线的方向大拇指指向轴线上的磁感线方向大拇指指向电流所受 到的安培力的方向3右手螺旋定则与左手定则的比较【跟踪训练】5如图 911 所示，带负电的金属环绕轴 OO以角速度 匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是()AN 极竖直向上BN 极竖直向下CN 极沿轴线向左DN 极沿轴线向右图 911解析：带负电的金属环旋转，可形成环形电流，而产生磁场，负电荷匀速旋转，会产生与旋转方向相反的环形电流，由右手定则可知在磁针所处的磁场方向沿 OO 轴向左，由于磁针 N 极指向为磁场方向，所以应选 C.答案：C6如图 912 所示，a、b、c 三枚小磁针分别放在通电螺线管的正上方、管内和右侧当这些小磁针静止时，小磁针N 极的指向是()CAa、b、c 均向左Ba、b、c 均向右Ca 向左，b 向右，c 向右Da 向右，b 向左，c 向右解析：首先搞清电流的方向，再根据安培定则判断螺线管右侧相当于 N 极，左侧相当于 S 极，在外部磁感线由 N 极指向 S 极，在内部磁感线由 S 极指向 N 极，所以小磁针的 N 极 a 向左，b 向右，c 向右，故选 C.图 9127如下列图所示，匀强磁场对电流 I 的作用力 F 的相互关系(方向关系)，正确的是()A解析：根据左手定则，A 正确考点 3 涉及安培力的力学问题1通电导线在安培力作用下运动情况的判定方法(1)画出通电导线所在处的磁感线方向(2)用左手定则判断各段通电导线所受安培力的方向(3)确定导线的运动情况2安培力作用下导线受力运动问题的处理步骤(1)正确画出导线受力的投影平面图(或侧视图)(2)结合物体的平衡条件、牛顿运动定律、欧姆定律等进行分析解答3物体在安培力作用下运动的分析方法(1)电流元受力分析法：即把整段电流等效为很多段直流电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力方向，从而判断出整段电流所受合力方向，最后确定运动方向(2)特殊值分析法：把电流或磁体转到一个便于分析的特殊位置(如转 90)后再判断所受安培力方向，从而确定运动方向(3)等效分析法：环形电流可以等效成条形磁体，条形磁体也可以等效成环形电流，通电螺线管可等效成很多的环形电流(4)推论分析法：两电流相互平行时无转动趋势，方向相同相互吸引，方向相反相互排斥；两电流不平行时有转动趋势【跟踪训练】8如图 913 所示，把轻质线圈用细线挂在磁铁 N 极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的平面，当线)圈内通过图示方向的电流时，线圈运动的情况是(图 913A线圈向磁铁靠拢C线圈不动B线圈远离磁铁D无法确定解析：环形线圈可等效为一条形磁体，由安培定则可知，图中的环形线圈其左侧为 S 极，右端为 N 极，由磁体相互之间的作用可知两者彼此吸引，故线圈将向磁铁靠拢同理，也可视磁体为环形通电线圈，即把磁体等效为与线圈通有同向电流的线圈，而同向电流相互吸引，故两者彼此靠拢答案：A9(2010 年广东六校联考)一段长 0.2 m，通过 2.5 A 电流的直导线，关于在磁感应强度为 B 的匀强磁场中所受安培力 F 的情况，正确的是()CA如果 B2 T，F 一定是 1 NB如果 F0，B 也一定为零C如果 B4 T，F 有可能是 1 ND如果 F 有最大值时，通电导线一定与 B 平行解析：当导线与磁场方向垂直放置时，FBIL，力最大，当导线与磁场方向平行放置时，F0，当导线与磁场方向成任意其他角度放置时，0FBIL，A、D 两项不正确，C 项正确；磁感应强度是磁场本身的性质，与受力 F 无关，B 不正确热点 1 安培定则和左手定则【例 1】(2010 年上海卷)如图 914，水平桌面上放置一根条形磁铁,磁铁中央正上方用绝缘弹簧悬挂一水平直导线,并与磁铁垂直当直导线中通入图中所示方向的电流时,可以判断出()A弹簧的拉力增大，条形磁铁对桌面的压力减小B弹簧的拉力减小，条形磁铁对桌面的压力减小C弹簧的拉力增大，条形磁铁对桌面的压力增大D弹簧的拉力减小，条形磁铁对桌面的压力增大图 914思路点拨：先对导线进行受力分析，利用左手定则判断出导线受到磁铁的磁场力，然后根据力是相互作用的，得出磁铁受到导线的磁场力方向解析：由于磁铁的磁场对通电导线的作用，由左手定则可判断直导线所受安培力方向向下，使弹簧的拉力增大，由于相互作用，磁铁受到向上的作用，条形磁铁对桌面的压力减小，A 正确答案：A【触类旁通】1(双选，2011 年黄冈中学期中)如图 915 所示，在光滑水平面上一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时磁铁对水平面的压力为 N1，现在磁铁左上方位置固定一导体棒，当导体棒中通以垂直纸面向里的电流后，磁铁对水平面的压力)为 N2 ，则以下说法正确的是(A弹簧长度将变长B弹簧长度将变短CN1N2DN1N2图 915BC解析：由条形磁体磁场分布可得出导线受力方向为斜向右下，可知磁体受斜向左上的力热点 2 安培力的应用【例 2】(双选，2011 年上海卷)如图 916，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，悬线与竖直方向夹角为.则磁感应强度方向和大小可能为()图 916思路点拨：对通电导线受力分析当磁感应强度沿 z 正向和沿悬线时，通电导线不能平衡而有加速度；当磁感应强度沿y 正向时，通电导线受安培力竖直向上，且与重力平衡，即 mgBIL；当磁感应强度沿 z 负向时，安培力水平向外，导线在重力、悬线拉力、安培力作用下平衡答案：BC【触类旁通】2(2009 年全国卷)如图 917，一段导线 abcd 位于磁感线强度大小为 B 的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直线段 ab、bc 和 cd 的长度均为 L，且abcbcd135.流经导线的电流为 I，方向如图中箭头所示导线段 abcd所受到的磁场的作用力的合力()图 917答案：A易错点 1 对磁感应强度的理解不到位造成错误【例 1】把电流强度均为 I、长度均为 l 的两小段通电直导线分别置于磁场中的 1、2 两点处时，所受磁场力的大小分别为F1 和 F2，已知 1、2 两点磁感应强度的大小 B1B2，则()AB1F1IlBB2F2IlCF1F2D以上都不对指点迷津：学物理不能只死记公式，而不理解公式的含义置时，导线受到的安培力为零，但磁感应强度不为零【纠错强化】1.关于磁感应强度的概念，以下说法中正确的有()A.电流元 IL 在磁场中受力为 F,则磁感应强度 B 一定等于FILB.电流元 IL 在磁场中受力为 F，则磁感应强度可能大于或等于FILC.磁场中电流元受力大的地方，磁感应强度一定大D.磁场中某点磁感应强度的方向，与电流元在此点的受力方向相同解析：判断磁感应强度的大小，需要在电流元受力最大的前提下进行，选项 A、B 中的力 F 可能小于或等于最大受力，其放置方向有关，因此电流元受力大的地方，磁感应强度不一定大；磁场的方向规定为小磁针静止时 N 极所指的方向，与电流元受力方向不相同综上所述，B 项正确答案：B易错点 2 忽略了磁通量的正负导致错误【例 2】如图 918，通有恒定电流的导线与闭合金属框abcd 共面，第一次将金属框由位置平移到位置，第二次将金属框由位置绕 cd 边翻转到位置，设先后两次通过金属框的磁通量变化分别为1 和2，则()A12B12C12D12图 918正确解析:设线框在位置、时的磁通量分别为1、2，直线电流产生的磁场在处比在处要强,12.将线框从位置平移到位置,磁感线是从线框的同一面穿过的，所以1|21|12;将线框从位置绕 cd 边翻转到位置，磁感线分别是线框的正反两面穿过的,所以2|(2)1|12.(以原来穿过平面的磁通量为正，则后来从另一面穿过磁通量的为负)故选 A.指点迷津：磁通量BScos,公式中是线圈所在平面的法线与磁感线方向的夹角.若90时,为正;若90时，为负，所以磁通量有正负之分,磁通量的符号既不表示大小关系，也不表示方向，只为处理问题方便而使用解题时易忽略磁通量的正负而导致错误【纠错强化】2如图 919 所示，两个金属圆环同心放置，条形磁体穿过圆心且与两环平面垂直，通过两圆环的磁通量a、b 的关系为()AabBabCabD不能确定图 919解析：此题考查磁通量的概念及条形磁体的磁感线分布情况因条形磁体的磁感线是闭合的曲线，穿过线圈 a、b 的磁通量的大小可以用穿过的磁感线的条数来比较，则面积越大，返回的磁感线越多，抵消得越多，磁通量就越小，故 a 的磁通量较大，选 A.答案：A