物理第8章 磁场 第1节 磁场的描述、磁场对电流的作用 新人教版.ppt

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1、20172017高三一轮总高三一轮总复习复习物物 理理选修选修3-1第八章磁场第八章磁场考纲要求近三年命题分析备考策略201320142015磁场、磁感应强度、磁感线新课标卷：第18题6分对于磁场的性质的考查，分为两个方面，一是磁场对电流的作用，即通电直导线在磁场中受安培力的问题，涉及到通电直导线的平衡问题和加速运动问题，对于平衡问题，根据平衡条件结合力的合成与分解的法则求解；对于加速运动问题，可以利用整体隔离法分析求解；一是磁场对运动电荷的作用，比如带电粒子在匀强磁场中的运动，这部分本质是匀速圆周运动问题，洛伦兹力提供向心力，根据几何关系画出轨迹，找出圆心、半径即可解题通电直导线和通电线圈周

2、围磁场的方向海南卷：第9题5分海南卷：第8题3分安培力、安培力的方向新课标卷：第24题12分新课标卷：第15题6分匀强磁场中的安培力新课标卷：第15题6分浙江卷：第20题6分江苏卷：第4题3分重庆卷：第7题15分新课标卷：第24题12分质谱仪和回旋加速器浙江卷：第25题22分新课标卷：第20题6分江苏卷：第15题16分重庆卷：第9题18分带电粒子在匀强磁场中的运动新课标卷：第18题6分新课标卷：第17题6分江苏卷：第15题16分浙江卷：第20题6分天津卷：第11题18分广东卷：第21题6分海南卷：第14题13分安徽卷：第23题16分福建卷：第22题20分四川卷：第11题19分新课标卷：第16题

3、6分新课标卷：第20题6分江苏卷：第14题16分天津卷：第12题20分北京卷：第16题6分安徽卷：第18题6分重庆卷：第9题18分广东卷：第36题18分海南卷：第14题14分大纲卷：第25题20分四川卷：第11题19分山东卷：第24题20分新课标卷：第14题6分新课标卷：第19题6分浙江卷：第25题22分天津卷：第12题20分四川卷：第7题6分山东卷：第24题20分福建卷：第22题20分带电粒子在有界磁场中的偏转问题是考试的重点，粒子在磁场边界的影响下，轨迹不再是完整的圆周，解题的关键是画出轨迹路线，特别注意轨迹和界面相切的情况带电粒子在匀强磁场中运动的临界与多解问题是难度，带电粒子的电性、磁

4、场的方向、临界状态的不唯一和圆周运动的周期性均会产生多解，综合分析题干信息，抓住粒子运动的规律，利用圆周运动的公式和几何关系求解是关键.第一节磁场的描述磁场对电流的作用第一节磁场的描述磁场对电流的作用栏目导航1 12 23 34 4基础知识整合基础知识整合热门考点研析热门考点研析方法技巧归纳方法技巧归纳考题随堂演练考题随堂演练基础知识整合图中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场，现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力，来测量磁场的磁感应强度大小、并判定其方向所用部分器材已在图中给出，其中D为位于纸面内的U形金属框，其底边水平，两侧边竖直且等长；E为直流电源；R为电阻箱；A为电流表；

5、S为开关此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线(1)实验电路图如图，完成下列实验步骤按图接线保持开关S断开，在托盘内加入适量细沙，使D处于平衡状态；然后用天平称出细沙质量m1.闭合开关S，调节R的值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使D重新处于平衡状态；然后读出电流表的示数I，并用天平称出此时细沙的质量m2.用米尺测量D的底边长度L.(2)用测得的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小，可以得出B_.(3)判断磁感应强度方向的方法是：若m2m1，磁感应强度方向垂直纸面_；反之，磁感应强度方向垂直纸面_【思路引导】1.安培力与哪些因素有关，如何根据平衡条件求解磁感应强度？2左手定则的内

6、容是什么？如何判断磁感应强度的方向？【解析】本题属于教材试题内容的考查，关键是平衡条件的利用(3)若m2m1，则D受到的向上的拉力大于重力，所以安培力的方向向下，根据左手定则可知磁感应强度方向垂直纸面向外；若m2m1，则D受到的向上的拉力小于重力，所以安培力的方向向上，根据左手定则可知磁感应强度方向垂直纸面向里 磁场磁感应强度1磁场的性质(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(2)基本特性：磁场对处于其中的_、_和_有力的作用(3)方向：在磁场中任一点，小磁针N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)磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间，以

7、及通电导体与通电导体之间的相互作用是通过_发生的知识点知识点1 磁体磁体电流电流运动电荷运动电荷N磁场磁场2磁感应强度(1)定义：在磁场中_于磁场方向的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积的比值叫磁感应强度(3)单位：特斯拉，简称特，国际符号是T,1 T1_.(4)物理意义：描述磁场的_和_的物理量，是矢量(5)匀强磁场：磁感应强度_的磁场叫做匀强磁场垂直垂直磁场本身性质磁场本身性质 强弱强弱方向方向处处相等处处相等 磁感线电流周围磁场1磁感线(1)定义：磁感线是在磁场中画出的一些有方向的曲线(2)特征：磁感线的分布可以形象地表示出磁场的_和_，磁感线的_表示磁场的强弱，磁感线上

8、某点的_方向就是该点的磁场方向磁感线是永不相交的_曲线：在磁体外部，从N极指向_极；在磁体内部，由_极指向_极条形磁铁与蹄形磁铁磁感线的分布如图所示：知识点知识点2强弱强弱方向方向疏密疏密切线切线闭合闭合SSN2几种常见的磁场(1)电流的磁场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、非匀强且距导线越远处磁场_与条形磁铁的磁场相似，管内为_磁场且磁场_，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_安培定则越弱越弱匀强匀强最强最强越弱越弱立体图 横截面图 (2)地磁场地磁场的N极在地理_附近，地磁场的S极在地理_附近，磁感线分布如图所示：地磁场B的水平分量总是

9、从地理南极指向地理北极，而竖直分量在南半球垂直地面向_，在北半球垂直地面向_赤道处的地磁场沿水平方向，指向北南极南极北极北极下下上上 磁场对电流的作用安培力1安培力的方向(1)方向的判断：运用_判断电流在磁场中的受力方向，磁感线垂直穿手心，四指指向_方向，拇指指向_方向；(2)安培力的方向垂直于电流I和磁感应强度B所决定的平面2安培力的大小表达式：_，是电流I和磁感应强度B的夹角；当90时，FBIL，此时，电流受到的安培力最大；当0或是180，F0，即电流在磁场中平行于磁场方向运动时，磁场对电流不受安培力作用知识点知识点3左手定则左手定则电流电流受力受力F安安BILsin特别提醒磁感应强度与电

10、场强度的比较热门考点研析解决磁场的叠加和安培定则的应用类问题时，注意以下几点1根据安培定则确定通电导线周围磁感线的方向2磁场中每一点磁感应强度的方向沿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导体单独存在时在该点产生的磁感应强度的矢量和磁感应强度的叠加磁感应强度的叠加考考 点点 1 (多选)如图所示，甲、乙是两个相同的金属圆环，过圆心的直线垂直于两个环面，B是圆心连线的中点，A是过圆心直线上的一点，A到甲圆心的距离与B到乙圆心的距离相等，现在甲、乙中通以大小相等的电流，结果A，B两点的磁感应强度大小分别为B1、B2，现将乙的电流反向，则()例

11、例 1 A乙的电流反向后，两线圈中的电流同向B乙的电流反向后，B点的磁感应强度大小为零C乙的电流反向后，A点的磁感应强度大小为B2B1【思路引导】1.通电线圈周围的磁场是怎么分布的？2磁感应强度叠加的原则是什么？如何表示A、B两点的磁感应强度？【答案】BC【总结提升】电流周围磁场的方向判断1在应用安培定则判定直线电流周围磁场的方向和通电螺线管周围磁场的方向时，应注意分清“因”和“果”(1)在判定直线电流的磁场方向时，大拇指指向电流方向(因)，四指绕向为磁感线绕向(果)(2)在判定通电螺线管周围的磁场方向时，四指绕向为电流绕向(因)，大拇指指向螺线管内部沿中心轴线的磁感线方向，即指向螺线管的N极

12、(果)(3)环形电流可以视为单匝螺线管2通电螺旋管内部的磁场是匀强磁场，磁感线由S极指向N极 (2016届云南模拟)如图所示，五根平行的长直导体棒分别过竖直平面内的正方形的四个顶点和中心，并和该正方形平面垂直，各导体棒中均通有大小相等的电流，方向如图所示，则中心处的导体棒受到其余四根导体棒的磁场力的合力方向是()A竖直向上B竖直向下C水平向左D.水平向右针对训练针对训练1解析：根据安培定则可知，正方形对角线上的电流产生的磁场共线，如图所示：根据平行四边形定则可知，合磁感应强度的方向为竖直向下，根据左手定则可知，中心处的导体棒受到其余四根导体棒的磁场力的合力方向是水平向左，C选项正确答案：C1.

13、安培力的方向(1)左手定则：伸开左手，让拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时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(2)力、磁场和电流三者的关系：力F垂直于磁场B和电流I所决定的平面，磁场B与电流I可以存在夹角(3)两平行的通电直导线间的安培力：同向电流互相吸引，异向电流互相排斥安培力的大小与方向安培力的大小与方向考考 点点 22安培力的大小(1)当磁感应强度B的方向与导线方向成角时，FBILsin，L是有效长度，如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度，如图所示：相应的电流方向沿L由始端流向末端因为任意形状的闭

14、合线圈，其有效长度为零，所以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)当磁场与电流垂直时，安培力最大，FmaxBIL.(3)当磁场与电流平行时，安培力等于零 (2015年重庆高考)音圈电机是一种应用于硬盘、光驱等系统的特殊电动机如图是某音圈电机的原理图，它是由一对正对的磁极和一个正方形刚性线圈构成，线圈边长为L，匝数为n，磁极正对区域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下，大小为B，区域外例例 2 的磁场忽略不计线圈左边始终在磁场外，右边始终在磁场内，前后两边在磁场内的长度始终相等某时刻线圈中电流从P流向Q，大小为I.(1)求此时线圈所受安培力的大小和方向；(2)若此时线圈水

15、平向右运动的速度大小为v，求安培力的功率【思路引导】1.如何根据左手定则求解多匝线圈安培力的大小？2根据安培力的功率公式求解【解析】(1)分析题意可知，线圈的平面与磁场的方向垂直，线圈的前、后两边受到的安培力大小相等，方向相反，相互抵消线圈右边电流流向向外，根据左手定则可知，受到安培力方向水平向右根据安培力计算公式可知，单匝线圈受到的安培力F0BIL，n匝线圈受到的安培力FnF0nBIL.(2)线圈在安培力的作用下运动，根据功率的公式可知：PFvnBILv.【答案】(1)nBIL水平向右(2)nBILv【总结提升】涉及到安培力的分析与计算问题必须准确利用安培力计算公式和左手定则，尤其是有效长度

16、的确定弯曲通电导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度，相应的电流方向由始端到末端因为任意形状的闭合线圈，其有效长度L0，所以通电后在匀强磁场中，闭合线圈受到的安培力的矢量和一定为零 (2016届邯郸模拟)如图所示，一长方体绝缘容器内部高为L，宽为H，垂直纸面方向的厚为d，左右两侧装有两根与容器内部连通，且上端开口的竖直细管a、b，上、下两端装有C和D，并经开关S与电源相连，电源的电动势为E，内电阻为r，容器中注满能导电的液体，液体的密度为，电阻率为电，将容器置于一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，当开关断开时，两竖直管a、b中的液面高度相同，开关S闭合后，a、b两管中液面将出现高度差(1)试

17、分析说明，开关S闭合后，哪根管内液面较高？针对训练针对训练2(2)若闭合开关S后，测得两管液面高度差为h，则磁场的磁感应强度大小为多大？(3)在实际应用中，可以用测量两管液面高度差的方法来测量一磁场的磁感应强度，试分析说明此法测量磁感强度B时，欲提高测量灵敏度，可采取什么方法？解析：(1)当开关闭合时，液体中有电流流过，电流在磁场中受到安培力作用，根据左手定则可知，液体受到水平向右的安培力，液体在安培力的作用下向b管发生流动，液面高度发生变化，b管的液面将比a管的高1.判定思路 导体所在位置的磁场左手定则,导体的受力情况力和运动的关系,导体的运动情况2常用方法(1)电流元法：把弯曲导线分为直线

18、电流元，根据左手定则判断关键部位的电流元受力的方向，然后判断导线所受合力的方向，确定导线运动方向(2)特殊位置法：导线转动到便于分析的特殊位置时，判断其所受安培力的方向，确定其运动方向安培力作用下通电导体的运动安培力作用下通电导体的运动考考 点点 3(3)等效法：环形电流可等效成小磁针，小磁针也可以等效为环形电流，等效后再确定相互作用情况(4)结论法：两平行同向直线电流互相吸引，异向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势(5)转换研究对象法：分析磁体受到电流作用后如何运动或运动趋势时，可先分析电流在磁场中所受的安培力，然后根据牛顿第三定律，确定磁体所受电流的

19、作用力，得到磁体所受合力及运动方向 (多选)(2014年浙江高考)如图1，两根光滑平行导轨水平放置，间距为L，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B.垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒从t0时刻起，棒上有如图2的持续交变电流I、周期为T，最大值为Im，图1中I所示方向为电流正方向则金属棒()例例 3 A一直向右移动B速度随时间周期性变化C受到的安培力随时间周期性变化D受到的安培力在一个周期内做正功【思路引导】1.如何判断金属棒受到的安培力的方向？2金属棒做何种运动，一个周期内做功为多少？【答案】ABC【总结提升】通电导线在安培力作用下运动的分析思路1确定研究对象2将三维图转化为二维平面图3

20、根据左手定则判断安培力的方向4画出平面受力分析图5由平衡条件、牛顿第二定律或功能关系列方程 (多选)(2016届河南模拟)如图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤有一定的读数现在磁铁上方中心偏右位置固定一通电导线，当通以一定的电流后，台秤的示数增加，同时弹簧缩短(弹簧始终处于弹性限度内)，则下列说法正确的是()针对训练针对训练3A磁铁右端为N极，左端为S极，导线中的电流方向垂直纸面向内B磁铁右端为N极，左端为S极，导线中的电流方向垂直纸面向外C磁铁右端为S极，左端为N极，导线中的电流方向垂直纸面向内D磁铁右端为S极，左端为N极，导线中的电流

21、方向垂直纸面向外解析：磁铁右端为N极，左端为S极时，磁铁外部的磁感线从N极到S极，长直导线在磁铁的中心偏右位置，此处的磁感线是斜向左上的，电流的方向垂直于纸面向内时，根据左手定则，导线受磁铁给的安培力方向是斜向右上的，根据物体间力的作用是相互的，导线给磁铁的反作用力方向就是斜向左下的，在水平向左方向上产生分力，所以对弹簧产生压力，弹簧长度将变短，A选项正确；同理，B选项错误；磁铁右端为S极，左端为N极时，导线所在位置的磁感线是斜向右下的，电流的方向垂直于纸面向外时，根据左手定则，导线受磁铁给的安培力方向是斜向右上的，根据物体间力的作用是相互的，导线给磁铁的反作用力方向就是斜向左下的，在水平向右

22、产生分力，所以弹簧产生压力，弹簧长度将变短，C选项错误；同理，D选项正确答案：AD方法技巧归纳与安培力有关的力学综合问题1安培力作用下的平衡或加速运动问题在高考中，通电导体在磁场中所受安培力的实际应用问题，联系现代科学技术和现实生活的试题越来越多，比如：电磁驱动、电磁炮等都在近几年高考中出现过通电导体在磁场中平衡或加速运动问题的处理方法和纯力学问题一样，无非是多了一个安培力2解决这类问题的思路方法(1)选定研究对象(2)受力分析时安培力的方向千万不可跟着感觉走，牢记安培力方向，既和磁感应强度方向垂直，又和电流方向垂直(3)将立体的受力分析图转化为平面的受力分析图，即画出垂直于导体的平面内的受力

23、分析图(4)平衡问题中有静摩擦力的情况下，要把握住静摩擦力的大小、方向随安培力的变化而变化的特点，并能从动态分析中找出静摩擦力转折的临界点(最大值、零值、方向变化点)(5)很多综合问题中往往通过电流I联系恒定电流的知识 (2015年新课标卷)如图，一长为10 cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为0.1 T，方向垂直于纸面向里，弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘，金属棒通过开关与一电动势为12 V的电池相连，电路总电阻为2，已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5 cm，闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3 cm，重力加速

24、度大小取10 m/s2，判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量.例例 4【思路引导】1.开关闭合前后，金属棒处于何种状态？2如何根据平衡条件列平衡关系式求解金属棒的质量？【解析】依题意，开关闭合后，电流方向从b到a，由左手定则可知，金属棒所受的安培力方向竖直向下开关断开时，两弹簧各自相对于其原长伸长为l10.5 cm.由胡克定律和力的平衡条件得，2kl1mg，式中，m为金属棒的质量，k是弹簧的劲度系数，g是重力加速度的大小开关闭合后，金属棒所受安培力的大小为FIBL，式中，I是回路电流，L是金属棒的长度两弹簧各自再伸长了l20.3 cm，由胡克定律和力的平衡条件得，2k(l1

25、l2)mgF，由欧姆定律有EIR，式中，E是电池的电动势，R是电路总电阻联立各式，并代入题给数据得，m0.01 kg.【答案】竖直向下0.01 kg 如图所示，一矩形轻质柔软反射膜可绕过O点垂直纸面的水平轴转动，其在纸面上的长度为L1，垂直纸面的宽度为L2.在膜的下端(图中A处)挂有一平行于转轴，质量为m，长为L2的导体棒使膜成平面在膜下方水平放置一足够大的太阳能光电池板，能接收到经反射膜反射到光电池板上的所有光能，并将光能转化成电能光电池板可等效为一个电池，输出电压恒定为U；输出电流正比于光电池板接收到的光能(设垂直于入射光单位面积上的光功率保持恒定)导体棒处在方向竖直向上的匀强磁场B中，并

26、与光电池构成回路，流经导体棒的电流垂直纸面向外(注：光电池与导体棒直接相连，连接导线未画出).针对训练针对训练4(1)现有一束平行光水平入射，当反射膜与竖直方向成60时，导体棒处于受力平衡状态，求此时电流强度的大小和光电池的输出功率；(2)当变成45时，通过调整电路使导体棒保持平衡，光电池除维持导体棒平衡外，还能输出多少额外电功率？解析：(1)导体处于平衡状态，受力如图所示：(2)当变成45时，如图所示：考题随堂演练1(多选)(2014年新课标卷)关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是()A安培力的方向垂直于直导线B安培力的方向总是垂直于磁场的方向C安培力的大小与通电直导线和

27、磁场方向的夹角无关D将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半答案：AB2.(2016届湖北省孝感市汉川二中期中)两个相同的圆形线圈，通以方向相同但大小不同的电流I1和I2，如图所示先将两个线圈固定在光滑绝缘杆上，问释放后它们的运动情况是()A相互吸引，电流大的加速度大B相互吸引，加速度大小相等C相互排斥，电流大的加速度大D相互排斥，加速度大小相等解析：根据平行通电直导线间的规律可知，同向电流相互吸引，异向电流相互排斥，故两线圈相互吸引，电流间存在相互作用力，线圈完全相同，故加速度大小相等，B选项正确答案：B答案：A4一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如图所示，如果

28、直导线可以自由地运动且通以方向由a到b的电流，则导线ab受到安培力作用后的运动情况为()A从上向下看顺时针转动并靠近螺线管 B从上向下看顺时针转动并远离螺线管 C从上向下看逆时针转动并远离螺线管 D从上向下看逆时针转动并靠近螺线管解析：分析通电螺线管周围磁场的分布情况，如图所示：则在导线左端的磁场斜向右上方，根据左手定则得安培力垂直纸面向外，同理可知，导线右端的磁场斜向左上方，安培力垂直纸面向里，故从上向下看导线逆时针转动，当转动到导线垂直于纸面时，根据左手定则可知，安培力竖直向下，故靠近螺线管，D选项正确答案：D5如图(a)所示为某同学“用DIS研究通电螺线管的磁感应强度”的电路实物图，电流

29、从接线柱A流入螺线管，从接线柱B流出螺线管.(1)实验操作正确，得到螺线管中心轴线上的磁感应强度B的分布如图(b)中的图线1，从图中可以看出，螺线管中部的磁感应强度特点是_(2)该同学发现螺线管是由很细的导线紧密绕制而成，其右侧还有一个接线柱C.为了探究螺线管导线的绕线方式及其如何与三个接线柱A、B、C相连，他接着做了以下探究性实验：保持其他条件不变，仅使电流从接线柱A流入，从接线柱C流出螺线管，得到螺线管中心轴线上的磁感应强度分布如图(b)中的图线2，且发现图线2中间部分的磁感应强度比图线1中间部分的磁感强度的一半值略大些保持其他条件不变，仅使电流从接线柱C流入，从接线柱B流出螺线管，得到螺

30、线管中心轴线上的磁感应强度分布与图线2相似，请根据实验结果猜测螺线管绕线可能是图(c)中的_(选填“甲”、“乙”或“丙”)(3)该同学通过理论分析，认为第2次实验结果中通电螺线管中心处的磁感强度应该是第1次实验结果的一半，而实际测量结果却存在差异，最可能的原因是_解析：(1)分析图(b)中的图线1可知，螺线管中部的磁场为匀强磁场(2)由图可知，甲图中，A到C与B到C的绕法相同，属于同向双股线的绕法，此情况下，电流由A到B时，A到C的电流与C到B的电流产生的磁场相互抵消，总磁感应强度是0，故甲错误；图乙中，B到C一匝线圈也没有，显然不符合实验的结果，故乙错误；丙图中，A到C与B到C的绕法相反，而A与C与C到B的绕法是相同的，属于单股线的绕法，此情况下，电流由A到B时，A到C的电流与C到B的电流产生的磁场相互叠加，总磁感应强度是A到C的电流产生的磁场的2倍，故丙是正确的(3)因为电流越大，产生的磁场越强，若考虑到螺线管导线存在电阻，第2次实验与第1次相比，线圈匝数少了一半，线圈电阻减小，通过的电流变大，则会使实验中测量的结果产生差别答案：(1)匀强磁场(2)丙(3)第2次实验与第1次相比，线圈匝数少了一半，线圈电阻减小，通过的电流变大课时强化作业三十四