2019版高考物理大一轮复习-第九章-磁场-第24讲-磁场-安培力学案(共19页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上第24讲磁场安培力考纲要求考情分析命题趋势1.磁场、磁感应强度、磁感线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4匀强磁场中的安培力2017全国卷,192017全国卷,182016北京卷,17高考对本节内容的考查主要是以选择题的形式考查磁感应强度、安培定则、安培力有时也出现涉及安培力的计算题,但一般难度不大说明:安培力的计算只限于电流与磁感应强度垂直的情形1磁场、磁感应强度(1)磁场的基本性质磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有_磁力_的作用(2)磁感应强度物理意义:描述磁场的_强弱和方向_.定义式:_B_(通电导线垂直于磁场)方向:小磁针静止时N极
2、的指向.单位:_特斯拉_,符号T.(3)匀强磁场定义:磁感应强度的大小_处处相等_、方向_处处相同_的磁场称为匀强磁场特点:疏密程度相同、方向相同的平行直线(4)地磁场地磁的N极在地理_南极_附近,S极在地理_北极_附近,磁感线分布如图所示在赤道平面上,距离地球表面高度相等的各点,磁感应强度_大小相等_,且方向水平_向北_.2磁感线和电流周围的磁场(1)磁感线的特点磁感线上某点的_切线方向_就是该点的磁场方向磁感线的疏密程度定性地表示磁场的_强弱_,在磁感线较密的地方磁场_较强_;在磁感线较疏的地方磁场_较弱_.磁感线是闭合曲线,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
3、_S极_指向_N极_.同一磁场的磁感线不_中断_、不_相交_、不相切磁感线是假想的曲线,客观上不存在(2)电流周围的磁场(安培定则) 磁场项目 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、非匀强磁场且距导线越远处磁场越弱与条形磁铁的磁场相似,管内为匀强磁场且磁场最强,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,磁场越弱安培定则3安培力的大小和方向(1)大小若IB时,_F0_;若IB时,FBIl.(2)方向总垂直于_B、I_所决定的平面,即一定垂直于B和I,但B与I不一定垂直可以用左手定则来判定:伸开左手,使大拇指跟其余四个手指_垂直_,并且都跟手掌在_同一平面内_,
4、把手放入磁场中,让磁感线_垂直穿入手心_,使伸开的四指指向_电流_的方向,那么,_拇指_所指的方向就是通电导线在磁场中的受力方向(3)两平行通电导线间的作用同向电流相互_吸引_,反向电流相互_排斥_.1判断正误(1)磁场中某点磁感应强度的大小,跟放在该点的试探电流元的强弱有关()(2)将通电导线放人磁场中,若不受安培力,说明该处磁感应强度为零()(3)磁场中某点磁感应强度的方向,跟放在该点的试探电流元所受磁场力的方向一致()(4)通电导线在磁感应强度越大的地方所受安培力越大()(5)磁感线是客观存在的,磁感线上各点的切线方向表示该点的磁场方向()(6)相邻两条磁感线之间的空白区域磁感应强度为零
5、()(7)安培力可能做正功,也可能做负功()(8)地磁的N极在地球南极附近,赤道表面附近的地磁场可近似认为平行地面向北()一安培定则的应用和磁场的叠加1安培定则的应用在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清“因”和“果”.因果磁场原因(电流方向)结果(磁场方向)直线电流的磁场大拇指四指环形电流的磁场四指大拇指2磁场的叠加磁感应强度为矢量,合成与分解遵循平行四边形定则例1(2017全国卷)如图,在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中,两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置,两者之间的距离为l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时,纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零如果让P
6、中的电流反向、其他条件不变,则a点处磁感应强度的大小为(C)A0 BB0 CB0 D2B0解析两导线中通电流I时,两电流在a点处的磁感应强度与匀强磁场的磁感应强度的矢量合为0,则两电流磁感应强度的矢量和为B0,如图甲得BB0.P中电流反向后,如图乙,B合BB0,B合与B0的矢量和为B总B0,故选项C正确分析磁场的叠加的思路(1)根据安培定则确定通电导线周围磁场的方向(2)磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向(3)磁感应强度是矢量,多个通电导体产生的磁场叠加时,合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和二安培力的分析和计算1计算安培力公式FBIL,应用时要注意(
7、1)B与L垂直;(2)L是有效长度公式FILB中L指的是“有效长度”当B与I垂直时,F最大,FILB;当B与I平行时,F0.弯曲导线的有效长度L,等于连接两端点线段的长度(如图所示),相应的电流沿L由始端流向末端闭合线圈通电后,在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零2方向:根据左手定则判断例2(2017全国卷)(多选)如图,三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距,均通有电流I,L1中电流方向与L2中的相同,与L3中的相反下列说法正确的是(BC)AL1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直BL3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直CL1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力
8、大小之比为11DL1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1解析因三根导线中电流相等、两两等距则由对称性可知两两之间的作用力大小均相等因平行电流间同向吸引、反向排斥,各导线受力如图所示,由图中几何关系可知,L1所受磁场作用力F1的方向与L2、L3所在平面平行,L3所受磁场作用力F3的方向与L1、L2所在平面垂直,选项A错误,B正确设单位长度的导线两两之间作用力的大小为F,则由几何关系可得L1、L2单位长度所受的磁场作用力大小为2Fcos 60F,L3单位长度所受的磁场作用力大小为2Fcos 30F,故选项C正确,D错误三对安培力作用下导体运动问题的探究1导体的平衡问题通电导体在磁场中受
9、到安培力的作用而处于平衡状态,此类问题要归结为力学问题,通过受力分析,列平衡方程求解受力分析时,仍然遵循确定研究对象、按一定顺序分析受力的原则需要注意的是,安培力方向的确定、安培力大小的计算要和左手定则、欧姆定律等知识相联系2导线或线圈在非匀强磁场中的变速运动此类问题中,关于安培力方向的判断是一个难点,常用的方法有:(1)电流元法:即把整段电流等效为很多段直线电流元,先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向,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:把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向,从而确定运动方向(3)等效法:环形电流可以等效成小磁
10、针,通电螺线管可等效为很多环形电流(4)利用已知的一些相关结论法:两电流相互平行时无转动趋势,方向相同时相互吸引,方向相反时相互排斥两电流不平行时有转动到平行方向相同的趋势例3如图所示,长为L、质量为m的导体棒ab,置于倾角为的光滑斜面上导体棒与斜面的水平底边始终平行已知导体棒通以从b向a的电流,电流为I,重力加速度为g.(1)若匀强磁场方向竖直向上,为使导体棒静止在斜面上,求磁感应强度B的大小;(2)若匀强磁场的大小、方向都可以改变,要使导体棒能静止在斜面上,求磁感应强度B的最小值和对应的方向思维导引分析导体棒所受安培力方向选择观察方向,分析导体棒受几个力的作用,并画出其平面受力图解析(1)
11、导体棒受力如图甲所示,由平衡条件得mgsin BILcos ,解得Btan .(2)如图乙所示,当安培力平行斜面向上,安培力和重力沿斜面的分力平衡时,安培力最小,有mgsin BIL,解得Bsin .由左手定则可知磁感应强度B的方向垂直斜面向上答案(1)tan (2)sin 方向垂直斜面向上求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路求解关键电磁问题力学化立体图形平面化求解极值数学化1如图甲所示,a、b两平行直导线中通有相同的电流,当两通电导线垂直圆平面放置于圆周上,且两导线与圆心连线的夹角为60时,圆心处的磁感应强度大小为B.如图乙所示,c导线中通有与a、b导线完全相同的电流,a、b、c垂直圆平
12、面放置在圆周上,且a、b两导线与圆心连线的夹角为120,b、c两导线与圆心连线的夹角为30,则此时圆心处的磁感应强度大小为(A)AB BB C0 DB2(2017上海杨浦区模拟)如图所示,质量m0.5 kg的通电导体棒在安培力作用下静止在倾角为37、宽度L1 m的光滑绝缘框架上,磁场方向垂直于框架平面向下(磁场仅存在于绝缘框架内)右侧回路中,电源的电动势E8 V、内阻r1 ,额定功率为8 W、额定电压为4 V的电动机M正常工作取sin 370.6,cos 370.8,重力加速度大小g10 m/s2,则磁场的磁感应强度大小为(C)A2 T B1.73 T C1.5 T D1 T解析电动机M正常工
13、作时的电流I12 A,电源内阻上的电压UEU8 V4 V4 V,根据欧姆定律得干路中的电流I4 A,通过导体棒的电流I2II12 A,导体棒受力平衡,有BI2Lmgsin 37,得B1.5 T,选项C正确,A、B、D错误3(多选)有一根质量为m、长度为d的通有水平向里的电流I的直导体棒,被长度为L的轻质绝缘细线悬挂在天花板上在此空间加上竖直向下的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小为B,若保持直导体捧中的电流I始终不变,则(BC)A细线偏离竖直方向的夹角最大为30B细线偏离竖直方向的夹角最大为60C在导体棒摆动过程中细线上拉力最大为2(1)mgD在导体棒摆动过程中细线上拉力最大为解析导体棒静止时细线
14、与竖直方向夹角设为,根据平衡有BIdmgtan ,解得30,根据对称性(类比重力场)可知细线与竖直方向夹角最大为260,选项A错误,B正确;类比重力场可知导体棒在经过平衡位置时细线上拉力最大,设为Fm,重力和安培力的合力为F,经过平衡位置时速度大小设为v,应用动能定理有FL(1cos )mv2,应用向心力公式有FmF,解得Fm2(1)mg,选项D错误,C正确4(多选)如图所示,两根平行长直导线相距2l,通有大小相等、方向相同的恒定电流a、b、c是导线所在平面内的三点,左侧导线与它们的距离分别为l、l和3l.关于这三点处的磁感应强度,下列判断正确的是(AD)Aa处的磁感应强度大小比c处的大Bb、
15、c两处的磁感应强度大小相等Ca、c两处的磁感应强度方向相同Db处的磁感应强度为零解析两根导线在a处的磁感应强度均垂直纸面向里,在c处的磁感应强度均垂直纸面向外,a处距左边导线为,距右边导线为,c处距左边导线为3l,距右边导线为l,而两导线中电流大小相等,距离电流越远,磁感应强度越小,故a处的磁感应强度大小比c处的大,选项A正确,C错误;左边导线在b处产生的磁感应强度垂直纸面向外,右边导线在b处产生的磁感应强度垂直纸面向里,两者与b处距离均为l,故b处的磁感应强度为零,选项D正确,B错误例1(8分)如图所示,导体杆ab的质量为m,电阻为R,放置在与水平面夹角为的倾斜金属导轨上,导轨间距为d,电阻
16、不计,系统处在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为B,电池内阻不计问:(1)若导轨光滑,电源电动势E为多大才能使导体杆静止在导轨上?(2)若杆与导轨之间的动摩擦因数为,且不通电时导体杆不能静止在导轨上,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,要使杆静止在导轨上,电源电动势应为多大?答题送检来自阅卷名师报告错误致错原因扣分(2)通电导线在安培力作用下的平衡问题中,因安培力的变化,可能导致摩擦力方向和大小的变化,应充分考虑,严密分析,特别要善于正确地进行受力分析,将立体图转化为平面图分析杆静止在导轨上时,只考虑了杆所受摩擦力,沿导轨向上,而忽视了沿导轨向下的情形导致漏解.4规范答题 解析 (1)从b向a看可以画
17、出如图甲所示的平面图F安mgtan ,F安BId,EIR,由以上各式可得E.(2)当导轨不光滑时,摩擦力有两种可能:一种是沿斜面向上,受力情况如图乙所示,采用正交分解法mgsin FfF安cos ,FNmgcos F安sin ,FfFN,F安BId,EIR,由以上各式可得E.另一种情况是摩擦力沿斜面向下,同理可得E,综上所述,电源电动势的取值范围是EEE.答案(1)(4分)(2)E(4分)例2(6分)长10 cm的通电直导线,通以1 A的电流,在磁场强弱、方向都一样的空间(匀强磁场)中某处受到的磁场力为0.4 N,则该磁场的磁感应强度为()A等于4TB大于或等于4 TC小于或等于4 TD上述说
18、法都错误答题送检来自阅卷名师报告错误致错原因扣分A将磁场力与电场力视为等同,忽视了磁场力的产生、大小与电流跟磁场方向的夹角有关,思维严密性欠佳只有当导线与磁场垂直时,才能直接应用公式B,在这一点上磁场与电场是不一样的6规范答题 解析 题目中没有给出导线如何放置,若导线与磁场垂直,则由磁感应强度的定义式得出BT4 T;若导线放置时没与磁场垂直,此时受到的磁场力为0.4 N,则若让此导线与磁场垂直,受到的磁场力将大于0.4 N,根据磁感应强度的定义式B可知此处磁感应强度将大于4 T,所以选项B正确答案B1(多选)如图所示,平行于纸面水平向右的匀强磁场,磁感应强度B11 T位于纸面内的细直导线,长L
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- 2019 高考 物理 一轮 复习 第九 磁场 24 安培 力学 19
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