江苏专用2020版高考物理新增分大一轮复习第八章磁场第1讲磁场及其对电流的作用讲义含解.pdf
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1、磁场及其对电流的作用磁场及其对电流的作用 考试内容范围及要求高考统计高考命题解读 内容要求说明2015201620172018 35.磁场 磁 感应强度 磁感线 磁 通量 T1 36.通电直导 线和通电线 圈周围磁场 的方向 37.安培力 计算限于通 电直导线跟 匀强磁场平 行或垂直两 种情况 T4T13 38.洛伦兹力 39.带电粒子 在匀强磁场 中的运动 计算限于带电 粒子的速度与 磁感应强度平 行或垂直两种 情况 T15T15T15T15 40.质谱仪和 回旋加速器 的工作原理 T15T15T15 1.考查方式 高考对本章内容考查 命题频率极高, 常以选 择题和计算题两种形 式出题, 选
2、择题一般考 查磁场的基础知识和 基本规律, 一般难度不 大;计算题主要是考查 安培力、 带电粒子在匀 强磁场中的运动与力 学、电学、能量知识的 综合应用,难度较大, 较多是高考的压轴题 2命题趋势 (1)磁场的基础知识及 规律的考查; (2)安培力、洛伦兹力 的考查; (3)带电粒子在有界匀 强磁场中运动的临界 问题,在组合场、复合 场中的运动问题; (4)磁场与现代科学知 识的综合应用. 第 1 讲 磁场及其对电流的作用第 1 讲 磁场及其对电流的作用 一、磁场、磁感应强度 1基本性质 磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用 2磁感应强度 (1)物理意义:描述磁场的强弱和方向 (2)
3、定义式:B(通电导线垂直于磁场) F IL (3)方向:小磁针静止时 N 极的指向 (4)单位:特斯拉,符号为 T. 3匀强磁场 (1)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 (2)磁感线特点:疏密程度相同、方向相同的平行直线 4地磁场 (1)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 1 所示 图 1 (2)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 5磁场的叠加 磁感应强度是矢量,计算时与力的计算方法相同,利用平行四边形定则或正交分解法进行合 成与分解 自测 1 (多选)一小段长为L的通电直导线放在磁感应强度
4、为B的匀强磁场中,当通过它的 电流为I时,所受安培力大小为F.以下关于磁感应强度B的说法正确的是( ) A磁感应强度B一定等于 F IL B磁感应强度B可能大于或等于 F IL C磁场中通电直导线受力大的地方,磁感应强度一定大 D在磁场中通电直导线也可以不受力 答案 BD 自测 2 中国宋代科学家沈括在梦溪笔谈中最早记载了地磁偏角:“以磁石磨针锋,则 能指南,然常微偏东,不全南也”进一步研究表明,地球周围地磁场的磁感线分布如图 2 所示结合上述材料,下列说法不正确的是( ) 图 2 A地理南、北极与地磁场的南极和北极不重合 B地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近 C地球表面任意位置的地磁
5、场方向都与地面平行 D地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用 答案 C 解析 地球为一巨大的磁体,地磁场的南、北极在地理的北极和南极附近,两极并不重合, 故 A、B 正确 ; 地球内部也存在磁场,但只有赤道附近上空磁场的方向才与地面平行,故 C 错 误;射向地球赤道的带电宇宙射线粒子的速度方向与地磁场方向不平行,一定受到地磁场力 的作用,故 D 正确 二、磁感线和电流周围的磁场 1磁感线的特点 (1)磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向 (2)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
6、体外部,由 N 极指向 S 极;在磁体内部,由 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几种常见的磁场 (1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图 3 所示) 图 3 (2)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 立体图 横截 面图 纵截 面图 自测 3 (2019海州高级中学模拟)如图 4 所示,甲、乙是直线电流的磁场,
7、丙、丁是环形 电流的磁场,戊、己是通电螺线管的磁场,试在各图中补画出电流方向或磁感线方向 图 4 答案 三、安培力的大小和方向 1大小 若IB,F0;若IB,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,使拇指跟其余四个手指垂直,并且都跟手掌在同一平面内,让磁感线从 掌心进入,并使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所受安 培力的方向 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 自测 4 在如图所示的四幅图中,正确标明通电导线所受安培力F方向的是( ) 答案 B 命题点一 安培定
8、则的应用和磁场的叠加命题点一 安培定则的应用和磁场的叠加 1安培定则 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.解题思路 (1)确定磁场场源,如通电导线 (2)定位空间中需求解磁场的点, 利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁场的大小和 方向如图 5 所示为M、N在c点产生的磁场 图 5 (3)应用平行四边形定则进行合成,如图中的合磁场 例 1 如图 6,两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点,且与纸面垂直,导线中通有 大小相等、方向相反的电流a、O、b在M、
9、N的连线上,O为MN的中点,c、d位于MN的中 垂线上, 且a、b、c、d到O点的距离均相等 关于以上几点处的磁场, 下列说法正确的是( ) 图 6 AO点处的磁感应强度为零 Ba、b两点处的磁感应强度大小相等,方向相反 Cc、d两点处的磁感应强度大小相等,方向相同 Da、c两点处磁感应强度的方向不同 答案 C 解析 由安培定则可知,两导线中的电流在O点产生的磁场均竖直向下,合磁感应强度一定 不为零,选项 A 错误 ; 由安培定则知,两导线中的电流在a、b两点处产生的磁场的方向均竖 直向下,由于对称性,M处导线中电流在a处产生的磁场的磁感应强度等于N处导线中电流 在b处产生的磁场的磁感应强度,
10、 同时M处导线中电流在b处产生的磁场的磁感应强度等于N 处导线中电流在a处产生的磁场的磁感应强度,所以a、b两点处磁感应强度大小相等,方向 相同,选项 B 错误;根据安培定则和平行四边形定则可知,c、d两点处的磁感应强度大小相 等,方向相同,选项 C 正确;a、c两点处磁感应强度的方向均竖直向下,选项 D 错误 变式 1 指南针是我国古代的四大发明之一当指南针静止时,其 N 极指向如图 7 中虚线 (南北向)所示,若某一条件下该指南针静止时 N 极指向如图中实线(N 极指向北偏东)所 示则以下判断正确的是( ) 图 7 A可能在指南针上面有一导线东西放置,通由东向西的电流 B可能在指南针上面有
11、一导线东西放置,通由西向东的电流 C可能在指南针上面有一导线南北放置,通由北向南的电流 D可能在指南针上面有一导线南北放置,通由南向北的电流 答案 C 命题点二 安培力的大小与方向命题点二 安培力的大小与方向 1安培力的大小 (1)当IB时,FBIL. (2)当IB时,F0. 注意:当导线弯曲时,L是导线两端的有效直线长度(如图 8 所示) 图 8 对于任意形状的闭合线圈,其有效长度均为零,所以通电后完全处在匀强磁场中时受到的 安培力的矢量和为零 2安培力的方向 用左手定则判断,注意安培力既垂直于B,也垂直于I,即垂直于B与I决定的平面 例 2 (2018南通市、泰州市一模)在匀强磁场中有粗细
12、均匀的同种导线制成的等边三角形 线框abc, 磁场方向垂直于线框平面,a、c两点间接一直流电源, 电流方向如图9所示 则( ) 图 9 A导线ab受到的安培力大于导线ac受到的安培力 B导线bc受到的安培力大于导线ac受到的安培力 C线框受到安培力的合力为零 D线框受到安培力的合力方向垂直于ac向下 答案 D 变式 2 (2018扬州中学 5 月模拟)如图 10 所示,某区域内有垂直纸面向里的匀强磁场, 磁感应强度大小为B.一正方形刚性线圈,边长为L,匝数为n,线圈平面与磁场方向垂直, 线圈一半在磁场内某时刻,线圈中通过大小为I的电流,则此线圈所受安培力的大小为 ( ) 图 10 A.BILB
13、.nBIL2 1 2 CnBILD.nBIL2 答案 D 命题点三 安培力作用下导体的运动情况命题点三 安培力作用下导体的运动情况 1问题概述 (1)问题特点 安培力作用下导体的运动问题与力学中的运动问题一样,同样遵从力学基本规律,只是研究 对象所受的力中多分析安培力而已 (2)规律分析 判定通电导体在安培力作用下的运动方向或运动趋势,首先必须弄清楚导体所在位置的磁感 线分布情况,再弄清导体中电流方向,然后利用左手定则准确判定导体的受力情况,进而确 定导体的运动方向或运动趋势 2几种判定方法 电流元法 分割为电流元安培力方向整段导体所受合力方向运动 左手定则 方向 特殊位置法在特殊位置安培力方
14、向运动方向 等效法 环形电流小磁针 条形磁铁通电螺线管多个环形电流 结论法 同向电流互相吸引,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 转换研究对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题,可先 分析电流在磁体磁场中所受的安培力,然后由牛顿第三定律,确定 磁体所受电流磁场的作用力,从而确定磁体所受合力及运动方向 例 3 (2018兴化一中四模)如图 11 所示为一螺距较大、有弹性的通电螺线管的磁场截面 分布图,虚线为螺线管的中轴线(与某一磁感线重合),ab为用绝缘细线悬挂的位于螺线管的 正上方的通电直导线,其电流方向由a到b,电流很小,不
15、影响螺线管磁场下列说法正确 的是( ) 图 11 AP、Q两点的磁感应强度相同 B直导线ab通电后,a端垂直纸面向外转动 C断开螺线管的电源后,螺线管有沿水平方向向内收缩的趋势 D将不计重力的电子沿中轴线射入螺线管,电子将做匀速直线运动 答案 D 解析 P、Q两点的磁感应强度方向不相同, 选项 A 错误 ; 直导线ab通电后, 由左手定则可知,a 端受安培力向里,则a端垂直纸面向里转动,选项 B 错误;螺线管通电时,各匝之间为同向 电流, 相互吸引, 则断开螺线管的电源后, 螺线管有沿水平方向向外扩张的趋势, 选项 C 错误 ; 长螺线管内部的磁场可认为是匀强磁场,将不计重力的电子沿中轴线射入
16、螺线管,电子运动 的方向与磁感线平行,不受洛伦兹力作用,则电子将做匀速直线运动,选项 D 正确 变式 3 (2018南京市期中)如图 12 所示,条形磁铁放置在水平桌面上,它的左上方固定 一条直导线,导线与磁铁垂直,给导线通以垂直纸面向外的电流,磁铁仍然静止在桌面上, 则( ) 图 12 A磁铁对桌面压力减小,它不受桌面摩擦力作用 B磁铁对桌面压力增大,它受向左的摩擦力作用 C磁铁对桌面压力增大,它不受桌面摩擦力作用 D磁铁对桌面压力减小,它受向右的摩擦力作用 答案 D 命题点四 通电导体棒的平衡与加速问题命题点四 通电导体棒的平衡与加速问题 通电导体棒在磁场中的平衡问题是一种常见的力电综合模
17、型,该模型一般由倾斜导轨、导体 棒、电源和电阻等组成这类题目的难点是题图具有立体性,各力的方向不易确定因此解 题时一定要先把立体图转化为平面图,通过受力分析建立各力的平衡关系,如图 13 所示 图 13 例 4 (2018江苏单科13)如图 14 所示,两条平行的光滑金属导轨所在平面与水平面的 夹角为,间距为d.导轨处于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向与导轨平面垂直质 量为m的金属棒被固定在导轨上,距底端的距离为s,导轨与外接电源相连,使金属棒通有 电流金属棒被松开后,以加速度a沿导轨匀加速下滑,金属棒中的电流始终保持恒定,重 力加速度为g.求下滑到底端的过程中,金属棒 图 14 (1)末
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- 江苏 专用 2020 高考 物理 新增 一轮 复习 第八 磁场 及其 电流 作用 讲义
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