2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí)講義 第8章 第1講 磁場的描述 磁場對電流的作用.doc
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2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí)講義 第8章 第1講 磁場的描述 磁場對電流的作用 考 綱 點 擊 備 考 指 南 1.磁場、磁感應(yīng)強度、磁感線、磁通量Ⅰ 1.考查磁場的基本概念,如磁感線、磁感應(yīng)強度、磁通量等,一般以選擇題的形式出現(xiàn). 2.結(jié)合左手定則分析解決通電導(dǎo)體在磁場中的平衡、運動類問題.以非選擇題的形式考查居多. 3.帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動,確定其圓心、半徑、運動軌跡、運動時間等問題,特別注意“邊界問題”以及由周期性引起的“多解問題”. 4.帶電粒子在復(fù)合場中的運動問題,以及分析解決粒子速度選擇器、磁流體發(fā)電機、質(zhì)譜儀、回旋加速器、霍爾效應(yīng)、電磁流量計等磁場知識在生活和科技方面的應(yīng)用問題,幾乎是每年必考,常以計算題的形式出現(xiàn). 2.通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向 3.安培力、安培力的方向Ⅰ 4.勻強磁場中的安培力Ⅱ 5.洛倫茲力、洛倫茲力的方向Ⅰ 6.洛倫茲力公式 帶電粒子在勻強磁場中的運動Ⅱ 7.質(zhì)譜儀和回旋加速器Ⅰ 說明:(1)安培力的計算只限于電流與磁感應(yīng)強度垂直的情形 (2)洛倫茲力的計算只限于速度與磁場方向垂直的情形 知識一 磁場、磁感線、磁感應(yīng)強度 1.磁場 (1)基本特性:磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有磁場力的作用. (2)方向:小磁針的N極所受磁場力的方向. 2.磁感線 在磁場中畫出一些曲線,使曲線上每一點的切線方向都跟該點的磁感應(yīng)強度的方向一致. 3.磁體的磁場和地磁場 條形磁鐵 蹄形磁鐵 地磁場 圖8-1-1 4.磁感應(yīng)強度 (1)物理意義:描述磁場強弱和方向. (2)定義式:B=(通電導(dǎo)線垂直于磁場). (3)方向:小磁針靜止時N極的指向. (4)單位:特斯拉(T) 5.勻強磁場 (1)定義:磁感應(yīng)強度的大小處處相等、方向處處相同的磁場稱為勻強磁場. (2)特點 勻強磁場中的磁感線是疏密程度相同的、方向相同的平行直線. 磁感線并不是真實存在的,沒有磁感線的地方并不表示沒有磁場. 知識二 電流的磁場 1.奧斯特實驗:奧斯特實驗發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng),即電流可以產(chǎn)生磁場,首次揭示了電與磁的聯(lián)系. 2.電流的磁場 通電直導(dǎo)線 通電螺線管 環(huán)形電流 特點 無磁極、非勻強,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 立體圖 橫截面圖 從上往下看 從左往右看 從右往左看 縱截面圖 如圖所示,一束帶電粒子沿水平方向的虛線飛過小磁針上方,并與小磁針方向平行,能使小磁針N極轉(zhuǎn)向讀者,那么這束帶電粒子可能是如何運動的? [提示] 帶電粒子沿水平方向的虛線飛過小磁針上方,并與小磁針方向平行,能使小磁針N極轉(zhuǎn)向讀者.可知電流的磁場在小磁針?biāo)谔幨谴怪庇诩埫嬷赶蜃x者的.依據(jù)安培定則可得,電流的方向水平向左.因此,如果這束帶電粒子是正離子,則向左飛行;如果是負(fù)離子,則向右飛行. 知識三 磁通量 1.概念 在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,與磁場方向垂直的面積S和B的乘積. 2.公式:Φ=BS.(勻強磁場且B⊥S) 3.單位:1 Wb=1_Tm2. (1)磁通量是標(biāo)量,但有正負(fù)之分. (2)磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān). 知識四 磁場對電流的作用——安培力 1.安培力的大小 (1)當(dāng)磁場B與電流垂直時:F=BIL. (2)當(dāng)磁場B與電流平行時:F=0. 2.安培力的方向 (1)用左手定則判定: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. (2)安培力的方向特點:F⊥B,F(xiàn)⊥I,即F垂直于B和I決定的平面. (1)通電導(dǎo)線放入磁場中,若不受安培力,說明該處磁感應(yīng)強度為零.() (2)安培力一定不做功.() 1.下列關(guān)于磁場和磁感線的描述中正確的是( ) A.磁感線可以形象地描述各點磁場的方向 B.磁感線是磁場中客觀存在的線 C.磁感線總是從磁鐵的N極出發(fā),到S極終止 D.實驗中觀察到的鐵屑的分布就是磁感線 【解析】 磁感線可以形象地描述磁場的強弱和方向,但它不是客觀存在的線,可用細(xì)鐵屑模擬.在磁鐵外部磁感線由N極到S極,但內(nèi)部是由S極到N極.故只有A正確. 【答案】 A 2.19世紀(jì)20年代,以塞貝克(數(shù)學(xué)家)為代表的科學(xué)家已認(rèn)識到:溫度差會引起電流,安培考慮到地球自轉(zhuǎn)造成了太陽照射后正面與背面的溫度差,從而提出如下假設(shè):地球磁場是由繞地球的環(huán)形電流引起的.則該假設(shè)中的電流方向是(注:磁子午線是地球磁場N極與S極在地球表面的連線)( ) A.由西向東垂直磁子午線 B.由東向西垂直磁子午線 C.由南向北沿磁子午線 D.由赤道向兩極沿磁子午線 【解析】 如圖所示,考慮地球的自轉(zhuǎn)方向,利用安培定則可以判定磁場是由東向西的環(huán)形電流產(chǎn)生的,故B正確. 【答案】 B 3.(xx新課標(biāo)全國卷)為了解釋地球的磁性,19世紀(jì)安培假設(shè):地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的.在下列四個圖中,正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是( ) 【解析】 地磁場是從地球的南極附近出來,進入地球的北極附近,除兩極外地表上空的磁場都具有向北的磁場分量,由安培定則,環(huán)形電流外部磁場方向向北可知,B正確. 【答案】 B 圖8-1-2 4.(多選)(xx海南高考)圖8-1-2中裝置可演示磁場對通電導(dǎo)線的作用.電磁鐵上下兩磁極之間某一水平面內(nèi)固定兩條平行金屬導(dǎo)軌,L是置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直的金屬桿.當(dāng) 電磁鐵線圈兩端a、b,導(dǎo)軌兩端e、f,分別接到兩個不同的直流電源上時,L便在導(dǎo)軌上滑動.下列說法正確的是( ) A.若a接正極,b接負(fù)極,e接正極,f接負(fù)極,則L向右滑動 B.若a接正極,b接負(fù)極,e接負(fù)極,f接正極,則L向右滑動 C.若a接負(fù)極,b接正極,e接正極,f接負(fù)極,則L向左滑動 D.若a接負(fù)極,b接正極,e接負(fù)極,f接正極,則L向左滑動 【解析】 若a接正極,b接負(fù)極,電磁鐵磁極間磁場方向向上,e接正極,f接負(fù)極,由左手定則判定金屬桿受安培力向左,則L向左滑動,A項錯誤,同理判定B、D選項正確,C項錯誤. 【答案】 BD 考點一 [64] 對磁感應(yīng)強度的理解 一、磁感應(yīng)強度是反映磁場力的性質(zhì)的物理量,由磁場本身決定,是用比值法定義的. 二、磁感應(yīng)強度B與電場強度E的比較 對應(yīng)名稱 比較項目 磁感應(yīng)強度B 電場強度E 物理意義 描述磁場的力的性質(zhì)的物理量 描述電場的力的性質(zhì)的物理量 定義式 B=,通電導(dǎo)線與B垂直 E= 大小決定 由磁場決定,與檢驗電流無關(guān) 由電場決定,與檢驗電荷無關(guān) 方向 矢量 磁感線切線方向,小磁針N極受力方向 矢量 電場線切線方向,放入該點的正電荷受力方向 場的疊加 合磁感應(yīng)強度等于各磁場的磁感應(yīng)強度的矢量和 合場強等于各個電場的場強的矢量和 某同學(xué)為檢驗?zāi)晨臻g有無電場或者磁場存在,想到的以下方法中不可行的是( ) A.在該空間內(nèi)引入檢驗電荷,如果電荷受到電場力說明此空間存在電場 B.在該空間內(nèi)引入檢驗電荷,如果電荷沒有受到電場力說明此空間不存在電場 C.在該空間內(nèi)引入通電導(dǎo)線,如果通電導(dǎo)線受到磁場力說明此空間存在磁場 D.在該空間內(nèi)引入通電導(dǎo)線,如果通電導(dǎo)線沒有受到磁場力說明此空間不存在磁場 【解析】 如果把電荷引入電場中,一定會受到電場力作用,如果電荷沒有受到電場力作用,一定是沒有電場,A、B對.把通電導(dǎo)線引入磁場中時,只要電流方向不與磁場方向平行,就會受到磁場力作用,但是不受磁場力的原因有兩個,一是沒有磁場,二是雖有磁場,但是電流方向與磁場方向平行,C對,D錯. 【答案】 D (1)電場強度的方向與電荷的受力方向相同或相反,而磁感應(yīng)強度的方向與電流元受安培力方向垂直,滿足左手定則. (2)電荷在電場中一定會受到電場力的作用,如果電流方向與磁場方向平行,則電流在磁場中不受安培力的作用.考點二 [65] 安培定則的應(yīng)用與磁場的疊加 一、安培定則的應(yīng)用 在運用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流及通電螺線管的磁場時應(yīng)分清“因”和“果”. 原因(電流方向) 結(jié)果(磁場方向) 直線電流的磁場 大拇指 四指 環(huán)形電流及通電 螺線管的磁場 四指 大拇指 二、磁場的疊加 磁感應(yīng)強度為矢量,合成與分解遵循平行四邊形定則. 圖8-1-3 (xx大綱全國高考)如圖8-1-3,兩根相互平行的長直導(dǎo)線過紙面上的M、N兩點,且與紙面垂直,導(dǎo)線中通有大小相等、方向相反的電流.a(chǎn)、O、b在M、N的連線上,O為MN的中點,c、d位于MN 的中垂線上,且a、b、c、d到O點的距離均相等.關(guān)于以上幾點處的磁場,下列說法正確的是( ) A.O點處的磁感應(yīng)強度為零 B.a(chǎn)、b兩點處的磁感應(yīng)強度大小相等,方向相反 C.c、d兩點處的磁感應(yīng)強度大小相等,方向相同 D.a(chǎn)、c兩點處磁感應(yīng)強度的方向不同 【審題指導(dǎo)】 (1)導(dǎo)線M、N中電流方向相反. (2)O點為M、N的中點,a、b兩點和c、d兩點具有對稱性. 【解析】 根據(jù)安培定則判斷磁場方向,再結(jié)合矢量的合成知識求解.根據(jù)安培定則判斷:兩直線電流在O點產(chǎn)生的磁場方向均垂直于MN向下,O點的磁感應(yīng)強度不為零,故A選項錯誤;a、b兩點的磁感應(yīng)強度大小相等,方向相同,故B選項錯誤;根據(jù)對稱性,c、d兩點處的磁感應(yīng)強度大小相等,方向相同,故C選項正確;a、c兩點的磁感應(yīng)強度方向相同,故D選項錯誤. 【答案】 C 考點三 [66] 安培力作用下導(dǎo)體的平衡問題 一、安培力常用公式F=BIL,要求兩兩垂直,應(yīng)用時要滿足: 1.B與L垂直. 圖8-1-4 2.L是有效長度,即垂直磁感應(yīng)強度方向的長度.如彎曲導(dǎo)線的有效長度L等于兩端點所連直線的長度(如圖8-1-4所示),相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端.因為任意形狀的閉合線圈,其有效長度為零,所以閉合線圈通電后在勻強磁場中,受到的安培力的矢量和為零. 二、解決安培力作用下導(dǎo)體平衡問題的一般思路 ——————[1個示范例]—————— 圖8-1-5 (xx貴陽八中模擬)如圖8-1-5所示,用兩根相同的細(xì)繩水平懸掛一段均勻載流直導(dǎo)線MN,電流I的方向為從M到N,繩子的拉力均為F.為使F=0,可能達到要求的方法是( ) A.加水平向右的磁場 B.加水平向左的磁場 C.加垂直紙面向里的磁場 D.加垂直紙面向外的磁場 【解析】 要使繩子的拉力均為0,根據(jù)平衡條件知導(dǎo)線所受安培力應(yīng)豎直向上,由左手定則知,應(yīng)加垂直紙面向里的磁場. 【答案】 C ——————[1個預(yù)測例]—————— 如圖8-1-6所示,金屬棒MN兩端由等長的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛,處于豎直向上的勻強磁場中, 圖8-1-6 棒中通以由M向N的電流,平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為θ.如果僅改變下列某一個條件,θ角的相應(yīng)變化情況是( ) A.棒中的電流變大,θ角變大 B.兩懸線等長變短,θ角變小 C.金屬棒質(zhì)量變大,θ角變大 D.磁感應(yīng)強度變大,θ角變小 【審題指導(dǎo)】 (1)將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖,受力分析時弄清各力的方向關(guān)系. (2)畫受力圖時弄清細(xì)線長度和力的大?。? 【解析】 選金屬棒MN為研究對象,其受力情況如圖所示.根據(jù)平衡條件及三角形知識可得tan θ=,所以當(dāng)棒中的電流I、磁感應(yīng)強度B變大時,θ角變大,選項A正確,選項D錯誤;當(dāng)金屬棒質(zhì)量m變大時,θ角變小,選項C錯誤;θ角的大小與懸線長無關(guān),選項B錯誤. 【答案】 A 解決安培力相關(guān)問題的“關(guān)鍵” (1)要正確畫出通電導(dǎo)體受力的平面圖,電流方向和磁場方向表示要正確. (2)受力分析時安培力的方向必須用左手定則正確判定,注意安培力的方向既跟磁感應(yīng)強度的方向垂直,又和電流方向垂直. 通電導(dǎo)體在安培力作用下運動的判斷方法 一、思路概述 判斷通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動或運動趨勢,首先要弄清導(dǎo)體所在位置的磁場分布情況,然后利用左手定則判定導(dǎo)體的受力情況,進而確定導(dǎo)體的運動方向或運動趨勢的方向. 二、判斷方法 1.電流元法 分割為電流元左手定則,安培力方向―→整段導(dǎo)體所受合力方向―→運動方向 2.特殊位置法 在特殊位置―→安培力方向―→運動方向 3.等效法 (1)環(huán)形電流小磁針 (2)條形磁鐵通電螺線管多個環(huán)形電流 4.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 5.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 ——————[1個示范例]—————— 圖8-1-7 如圖8-1-7所示,把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近,磁鐵的軸線穿過線圈的圓心,且垂直于線圈平面,當(dāng)線圈中通入如圖8-1-7所示方向的電流后,線圈的運動情況是( ) A.線圈向左運動 B.線圈向右運動 C.從上往下看順時針轉(zhuǎn)動 D.從上往下看逆時針轉(zhuǎn)動 【解析】 甲 方法一:電流元法.首先將圓形線圈分成很多小段,每一段可看做一直線電流,取其中上、下兩小段分析,其截面圖和受安培力情況如圖甲所示.根據(jù)對稱性可知,線圈所受安培力的合力水平向左,故線圈向左運動.只有選項A正確. 乙 方法二:等效法.將環(huán)形電流等效成一條形磁鐵,如圖乙所示,據(jù)異名磁極相吸引知,線圈將向左運動,選A.也可將左側(cè)條形磁鐵等效成一環(huán)形電流,根據(jù)結(jié)論“同向電流相吸引,異向電流相排斥”.也可判斷出線圈向左運動.選A. 【答案】 A ——————[1個方法練]—————— 如圖8-1-8所示,條形磁鐵放在光滑斜面上,用平行于斜面的輕彈簧拉住而平衡,A為水平放置的直導(dǎo)線的截面,導(dǎo)線中無電流時磁鐵對斜面的壓力為FN1;當(dāng)導(dǎo)線中有垂直紙面向外的電流時,磁鐵對斜面的壓力為FN2,則下列關(guān)于磁鐵對斜面壓力和彈簧的伸長量的說法中正確的是( ) 圖8-1-8 A.FN1- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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