2022年高中物理第章打开电磁联系的大门_安培力与磁感应强度_改写通信史的发明-电报和电话教师用书沪科 .pdf

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1、1 2.2 安培力与磁感应强度2.3 改写通信史的发明电报和电话1(3 分)关于磁感线的说法，下列正确的是()A磁感线从磁体N极出发，终止于S极B磁感线可表示磁场的强弱和方向C磁感线就是磁场中碎铁屑排列成的曲线D沿磁感线方向，磁场逐渐减弱【解析】在磁体的外部磁感线是从N极出发，从S极进入，在内部是从S极到 N极，磁感线是闭合曲线，是为了形象地描述磁场而引入的假想曲线，其疏密表示磁场的强弱，所以 B选项正确【答案】B 2(3 分)关于磁场下列说法正确的是()A电流周围存在磁场B在磁场中无磁感线区域不存在磁场C任何物体周围都存在磁场D磁体的内部没有磁场【解析】由奥斯特实验可知A正确；磁场分布于磁体

2、和电流周围的整个空间，所以B错误；只有磁体和电流的周围才存在磁场，因此C是错误的；磁体的外部、内部同样存在磁名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 14 页 -2 场，所以D错误故选A.【答案】A 3(4 分)如图 2-2-1 所示，环形导线的A、B处另用导线与直导线ab相连，(1)图中标出了环形电流磁场的方向，则C和D接电源正极的是_；(2)放在ab下方的小磁针的_极转向纸外图 2-2-1【解析】环形导线部分已知磁场方向，由安培定则可知环形导线中的电流方向为顺时针，因此C端接电源正极由环形电流方向可知直导线ab中电流方向为ba，由安培定则可知，ab下方小磁针处磁场方向垂

3、直纸面向外，N极受力向外，因此N极转向纸外【答案】(1)C(2)N 课标导思1.知道什么是安培力，理解左手定则，会判断安培力的方向(重点)2知道影响安培力大小的因素3知道磁感应强度的定义及方向，会用磁感应强度描述磁场(难点)4知道磁感线的疏密与磁感应强度的关系，知道什么是匀强磁场(重点)5理解磁通量及其定义，掌握公式BS.6了解电报和电话的发明历程及意义.一、什么叫安培力1电流间的作用：两根直导线之间的相互作用，是通过磁场发生的，即电流I1磁场电流I22安培力：磁场对电流的作用力通常叫做安培力二、安培力的方向1方向特点：安培力的方向既跟磁场垂直，又跟电流方向垂直，它们三者之间的关系用左手定则判

4、断2左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿过手心，并使四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 14 页 -3 三、安培力的大小实验表明：安培力的大小跟磁场强弱、电流大小和导线长度有关当导线垂直磁场方向放置时，磁场越强，电流越大，在磁场中的导线越长，安培力越大四、磁感应强度1磁感应强度(1)定义：描述磁场强弱和方向的物理量叫做磁感应强度，用B表示(2)大小：用垂直磁场放置的一小段通电导线所受的安培力来定义磁感应强度(3)定义式：BFIL.(4)单位：特斯

5、拉(T)，1 T 1 N/Am.(5)方向：磁感应强度的方向就是磁场的方向，也就是某处小磁针N极的受力方向2磁感线与磁感应强度(1)磁感线较密的地方，表示磁感应强度大；磁感线较疏的地方表示磁感应强度小(2)磁感线各处的切线方向就是该处磁感应强度的方向3匀强磁场匀强磁场 磁感应强度的大小和方向处处相同的磁场叫匀强磁场，匀强磁场的磁感线可以用等间距分布的平行直线表示五、磁通量1定义：在匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的面我们把磁感应强度B与面积S的乘积叫做穿过这个面的磁通量，简称磁通，用符号 表示2表达式：BS.3单位：韦伯简称韦，符号Wb,1 Wb1 Tm2.4意义：表示穿过磁场中某个平面(或曲

6、面)磁感线的多少在利用磁场的各种设备中，匀强磁场占据着关键位置，你知道哪些磁场可近似看作匀强磁场吗？提示：在通电螺线管内部或者两块靠近的异名磁极之间的磁场，其磁感线近似为平行线，可近似看作匀强磁场六、改写通信史的发明1电流磁效应的应用：制成电磁铁，它不仅在电磁起重机和自动控制的电磁继电器中得到应用，并且在电报机和电话中也起着很大的作用2电报发明之旅(1)1753年，英国的摩尔逊设计了静电电报机.19 世纪后，英国戴维等人研制了电磁式电报机英国的库克和惠斯通制成了五针式电报机(2)美国的莫尔斯发明了莫尔斯电码，实现了瞬时通讯名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 14 页

7、-4 3电话的诞生(1)1875 年 6 月 2 日，第一部电话机在美国波士顿诞生，它的发明人是贝尔(2)爱迪生发明了炭精话筒，彻底改进了电话的传声功能.一、安培力的大小的理解1安培力的大小除了与磁感应强度B通电导线的长度l，电流I三个因素有关以外，还与导线的放置方向有关2当导线与磁感应强度垂直时安培力最大，平行时不受安培力3当导线与磁感应强度垂直时我们定义BFIL，此公式变形后可得FBIL，计算安培力的表达式【特别提醒】磁感应强度虽然是通过通电导线在磁场中受力定义的，但磁场的强弱方向与通电导线无关.无论在磁场中是否放入通电导线或放入通电导线长短，电流大小，磁感应强度均不受影响.二、关于BFI

8、l的理解磁感应强度与电场强度的比较电场强度(E)磁感应强度(B)定义式EFqBFIl物理意义描述电场的强弱和方向描述磁场的强弱和方向定义的依据1.电场对电荷q有作用力F2 对电场中的任一点Fq，Fq恒量3对于不同点一般来说恒量的值不同1.磁场对通电导线Il有作用力F2磁场力F的大小与磁场强弱和放置情况有关，只考虑电流方向垂直磁场方向的情况FIl，FIl恒量3对于不同点一般来说恒量的值不同方向电场线的方向与正(负)电荷受力方向相同(反)磁场方向与电流受力方向一定垂直大小E在数值上等于电场对单位电荷作用力的大小B在数值上等于垂直于磁场方向长1 m，电流为 1 A 的导线所受磁场力的大小单位1 N/

9、C 1 V/m1 T 1 N/Am【深化探究】如果通电导线在磁场中不受力，是否说明此处磁感应强度为0？名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 14 页 -5 提示：如果导线中电流方向与磁场方向平行，则导线不受力，并不能说明此处无磁场，也就是此处磁感应强度并不为0.三、对磁通量的理解1磁通量指穿过某一面积的磁感线条数，在匀强磁场中，穿过与磁场方向垂直、面积为S的平面的磁通量BS，若磁感线与平面不垂直时，如图2-2-2 所示，我们采用投影的方法，将平面向垂直于磁场的方向上投影，就可得到磁通量的一般的计算公式BSBScos.图 2-2-2图中的S为面积为S的平面在垂直于磁感线方

10、向上的投影面积 为平面与该平面沿垂直磁场方向的投影面之间的夹角磁通量是标量，只有大小，没有方向，但有正负其正负仅表示磁感线的贯穿方向，一般来说，如果规定磁感线从线圈的正面穿过时，磁通量为正，那么磁感线从线圈反面穿过时磁通量就为负 磁感线从不同方向穿过同一面积时，磁通量是它们的代数和，即相互抵消后剩余的磁感线条数【特别提醒】1.公式 BS中的B应是匀强磁场的磁感应强度，S是与磁场方向垂直的面积，因此可以理解为BS.2.磁通量为标量，算“纯收入”.一、对安培力的认识下列说法正确的是()A如果通电导线在某处不受安培力，则该处一定不存在磁场B即使通电导线在某处不受安培力作用，该处也可能存在磁场C通电导

11、线在磁场中受安培力大的位置磁场一定强D磁场越强的位置，通电导线受到的安培力越大【导析】由于通电导线在磁场中所受安培力的大小除与磁感应强度、电流大小有关外，还与放置情况有关，由此可加以分析判断【解析】当通电导线平行磁场放置时，不受安培力的作用，故B正确，A错误安培力的大小与通电导线的长度、电流的大小、磁场的强弱，以及电流与磁场间的方向有关系，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 14 页 -6 如果平行磁场放置，磁场再强也不受安培力，故C、D均错误故选B.【答案】B 影响安培力的因素处理安培力大小，磁感应强度大小的有关问题时，要切记安培力的大小不仅与磁感应强度大小，导线中

12、电流大小，导线长度有关，还与导线在磁场中放置的位置有关1(多选)图中 2-2-3 磁感应强度B，电流I和安培力F之间的方向关系错误的是()图 2-2-3【解析】由左手定则不难判定A、B、C均正确，D选项中导线所受安培力方向应向左故答案为 D.【答案】D 二、安培力作用下物体的运动问题电磁炮是利用磁场对电流的作用力，把电能转变成机械能，使炮弹发射出去的如图 2-2-4 所示，把两根长为s，互相平行的铜制轨道放在磁场中，轨道之间放有质量为m的炮弹，炮弹架在长为l、质量为M的金属杆上，当有大的电流I1通过轨道和炮弹时，炮弹与金属架在磁场力的作用下，获得速度v1时刻的加速度为a，当有大的电流I2通过轨

13、道和炮弹时，炮弹最终以最大速度v2脱离金属架并离开轨道，设炮弹运动过程中受到的阻力与速度的平方成正比，求垂直于轨道平面的磁感应强度多大？图 2-2-4【导析】“炮弹运动过程中受到的阻力与速度的平方成正比”可以求得阻力与速度的关系，“炮弹最终以最大速度v2脱离金属架”“炮弹最后做匀速直线运动，受力平衡”列式：阻力fkv2，加速运动时BI1l-kv21(Mm)a，最大速度时BI2lkv22名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 14 页 -7【解析】设阻力fkv2，炮弹与金属架在安培力和阻力合力作用下加速，根据牛顿第二定律，获得v1速度时，BI1l-kv21(Mm)a当炮弹速

14、度最大时，有BI2lkv22解得垂直轨道的磁感应强度为BMm av22lI1v22-I2v21.【答案】Mm av22lI1v22-I2v21安培力大小的分析处理此类问题时的思路和力学问题完全相同，只是在受力分析中增加了安培力的分析2一金属棒长L0.5 m，质量m0.01 kg，用细线悬在B0.4 T的匀强磁场中，如图 2-2-5 所示，欲使悬线的张力为零，试问金属导体棒中电流的大小与方向？(g取 10 m/s2).【导学号：22940016】图 2-2-5【解析】欲使悬线的张力为零，则必须使金属导体棒所受的安培力的方向竖直向上，且大小等于棒的重力，根据左手定则可以判定，棒中的电流方向为ab.

15、由BILmg得ImgBL0.01100.4 0.5 A0.5 A【答案】0.5 A 方向为ab 三、对磁通量的理解如图 2-2-6 所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则穿过平面的磁通量为_若使框架绕OO转过 60角，则穿过框架平面的磁通量为 _；若从初始位置转过90角，则穿过框架平面的磁通量为_；若从初始位置转过180角，则穿过框架平面的磁通量的变化量大小为_名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 14 页 -8 图 2-2-6【导析】(1)磁通量的大小等于磁感应强度B与线圈在垂直于磁场方向上投影面积的乘积(2)计算磁通量变化时要注意磁通量的

16、正、负【解析】在题图所示位置时，磁感线与框架平面垂直，1BS.当框架绕OO轴转过60时，如图所示，2BSBScos 6012BS.转过 90时，框架由与磁感线垂直变为平行，30.框架转过180时，磁感线仍然垂直穿过框架，只不过穿过的方向变了，因而1BS，4BS，|41|2BS.【答案】BS12BS0 2BS投影法与分解法是计算磁通量的两种重要方法，实际计算时可任选一种；穿过线圈的磁通量与线圈匝数无关；要特别注意 角的含义，不能死套公式，以免出错；由 t0计算时，要注意t和 0的正负.3下列说法中，正确的是()A磁通量是描述磁场强弱的物理量B电场线与磁感线都是不封闭曲线C在匀强磁场中，a线圈面积

17、比b线圈大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的大D磁感应强度是描述磁场强弱的物理量【解析】磁通量 BScos，磁场强的地方，磁感应强度B一定大，但 不一名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 14 页 -9 定大；面积S大，也不一定大；磁感线是封闭曲线，故A，B，C均不正确【答案】D 1关于磁感应强度，下列说法中正确的是()A由BFIl可知，B与F成正比，与Il成反比B由BFIl知，一小段通电导线在某处不受磁场力，则说明该处一定无磁场C通电导线在磁场中受力越大，说明磁场越强D磁感应强度的方向就是静止的小磁针北极指向【解析】磁场中某点的磁感应强度B是客观存在的，与是否放

18、通电导线及通电导线受力的大小无关，所以选项A，C均错，当电流方向与磁场方向平行时，磁场对电流无作用力，但磁场却存在，所以选项 B错，磁感应强度的方向就是小磁针静止时N极的指向，而不是通电导线的受力方向【答案】D 2下列说法正确的是()A莫尔斯发明了五针式电报机B贝尔发明的电话采用炭精话筒，传出的声音清晰、有力，而且通话距离达到数百公里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 T D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的方向垂直【解析】英国的库克和惠斯通制成的五针式电报机，贝尔发明的电话传播距离声音质量不好，爱迪生进

19、行了改进，采用了炭精话筒，声音清晰且传播距离达数百公里，故A、B错误B与I垂直时才有BFIL，故 C错误，只有D正确【答案】D 3(多选)磁感线是用来形象地描述磁场的曲线，下图2-2-7 分别描述的是条形磁铁、蹄形磁铁、通电直导线、环形电流的磁感线分布，其中正确的是()名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 14 页 -10 图 2-2-7【解析】磁体的磁场磁感线的方向是：在磁体外部从N极指向 S极，在磁体内部从S极指向 N极，故 A，B图均对电流的磁场磁感线的分布可用安培定则判断，C错 D对【答案】ABD 4(多选)下列关于磁感线的描述正确的是()A沿磁感线方向磁场越来

20、越强B磁感线是自由小磁针在磁场力作用下运动的轨迹C磁感线不是磁场中实际存在的线D磁感线的疏密反映磁场的强弱【解析】磁感线是为了形象描述磁场所引入的假想线，实际上并不存在磁感线的疏密表示磁场的强弱【答案】CD 5面积为2.0 102 m2的矩形线圈放在磁感应强度为5.0 104 T 的匀强磁场中，当线圈平面与磁场方向垂直时，求穿过线圈的磁通量【解析】由磁通量的定义知：BS5.0 1042.0 10 2 Wb1.0 10 5 Wb.【答案】1.0 105 Wb 学业达标测评(六)(建议用时：45 分钟)1如图 2-2-8 所示，用一块蹄形磁铁靠近发光的白炽灯，灯丝会持续颤抖，产生上述现象的原因主要

21、是灯丝受到了()图 2-2-8A重力B电场力名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 14 页 -11 C恒定的安培力D变化的安培力【解析】白炽灯灯丝中通有电流，在外加磁场中受到变化的安培力作用而颤抖【答案】D 2各地地磁场磁感应强度(水平分量)Bx有所不同，可以在相关手册上查到下表给出我国几个城市的Bx值地名北京广州上海武汉Bx/104 T0.2890.3750.3330.343 现将同一根通电直导线分别在以上四地竖直放置，则使导线受磁场力最大的是()A北京B广州C上海D武汉【解析】由安培力公式FBIL可知同一根通电直导线竖直放置时，地磁场磁感应强度水平分量Bx越大，导

22、线所受安培力越大，故导线在广州所受磁场力最大，B正确【答案】B 3关于对通电直导线所受安培力F、磁感应强度B和电流I三者方向之间的关系，下列说法正确的是()AF、B、I三者必定均保持垂直BF必定垂直于B、I，但B不一定垂直于ICB必定垂直于F、I，但F不一定垂直于IDI必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B【解析】由左手定则可知力F垂直平面BI，但B和I不一定垂直，故选项B正确【答案】B 4如图 2-2-9 所示，虚线框内有匀强磁场，1 和 2 为垂直磁场方向放置的两个圆环，分别用 1和 2表示穿过两环的磁通量，则有()图 2-2-9A12B12C12D无法判断【解析】磁通量定义式中的S应理解为

23、处于磁场中的有效面积，由于环 1 和环 2处在磁场中的面积相同，所以穿过这两个圆环的磁通量是相等的，即12，故 B选项正确名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 14 页 -12【答案】B 5(多选)在一根长为0.2 m的直导线中通入2 A的电流，将导线放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，则导线受到的安培力的大小可能是()【导学号：22940017】A0.4 N B0.2 N C0.1 N D0【解析】当导线与磁场方向垂直时，有效长度l最大，安培力最大，FmaxBIl0.5 20.2 N 0.2 N；当导线与磁场方向平行时，有效长度l0，此时安培力最小，Fmin0；

24、所以安培力大小的范围是0F0.2 N，故 B，C，D均正确【答案】BCD 6一根容易形变的弹性导线，两端固定，导线中通有电流，方向如图2-2-10 中箭头所示当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述线状态的四个图示中正确的是()图 2-2-10【解析】根据左手定则可得只有D正确【答案】D 7如图 2-2-11 所示，质量为m的通电细杆ab置于倾角为 的导轨上，导轨宽为d，杆ab与导轨间的摩擦因数为，有电流时，ab恰好在导轨上静止，下图是它的四个侧视图，标出四种可能的匀强磁场方向，其中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是()图 2-2-1

25、1名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 14 页 -13【解析】因杆ab静止在导轨上，所受合力为零，若杆ab的支持力和磁场对ab的安培力的合力可能为零，则ab杆与导轨之间的摩擦力就可能为零，对A、B、C、D四个图中杆ab进行受力分析知，选项A、B图中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零【答案】AB 8如图 2-2-12 所示，矩形线框abcd放置在水平面内，磁场方向与水平方向成 角，已知 sin 45，回路面积为S，磁感应强度为B，则通过线框的磁通量为_图 2-2-12【解析】由于 BS中S为垂直于磁场方向的面积，因此BSsin 45BS.【答案】45BS9如图 2-2-

26、13所示，在同一水平面的两导轨相互平行，处在竖直向上的磁场中，一根质量为 3.6 kg、有效长度为2 m 的金属棒放在导轨上，当金属棒中的电流为5 A 时，金属棒做匀速运动；当金属棒中的电流增大到8 A 时，金属棒能获得2 m/s2的加速度则磁场的磁感应强度为多少？图 2-2-13【解析】对金属棒进行受力分析，利用牛顿第二定律可得：当金属棒中的电流为5 A 时，BI1LF阻0 当金属棒中的电流为8 A 时，BI2LF阻ma由以上两式得BmaI2I1L3.6 2 T 1.2 T.【答案】1.2 T 磁悬浮列车磁悬浮列车分为常导型和超导型两大类名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 14 页 -14 常导型也称常导磁吸型，以德国高速常导磁悬浮列车transrapid为代表，它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起，悬浮的气隙较小，一般为10 毫米左右列车速度可达每小时400500 千米，适合于城市间的长距离快速运输超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型，以日本MAGLEV 为代表它是利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生电动斥力将列车悬起，悬浮气隙较大，一般为100 毫米左右，速度可达每小时500 千米以上名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 14 页 -