《高考物理一輪復習 第8單元磁場第1講　磁感應強度 安培力課件 新人教版》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高考物理一輪復習 第8單元磁場第1講　磁感應強度 安培力課件 新人教版（78頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第1講磁感應強度安培力 知識建構模塊建構技能建構【考綱要求】【考情總結】【備考建議】模塊建構知識建構技能建構1.磁場、磁感應強度、磁感線2.通電直導線和通電線圈周圍磁場的方向3.安培力、安培力的方向4.勻強磁場中的安培力 5.洛倫茲力、洛倫茲力的方向6.洛倫茲力公式7.帶電粒子在勻強磁場中的運動8.質譜儀和回旋加速器說明:安培力的計算只限于電流與磁感應強度垂直的情形;洛倫茲力的計算只限于速度與磁場方向垂直的情形本單元是高考的熱點,也是難點,在歷年高考中本單元是必考內容,同時本單元的知識點與科技應用又聯(lián)系緊密,在生產(chǎn)、生活中常有體現(xiàn),所以考題載體通常較新.由于安培力、洛倫茲力的方向與磁場、電流

2、方向及電荷運動方向之間存在著較復雜的空間方位關系,要求考生具有較強的空間想象能力及物理過程和物理規(guī)律的綜合分析能力,能夠看懂有關的立體示意圖,并會借助于幾何圖形進行物理、數(shù)學方面的分析推理,在復習過程中要引起足夠的重視.分析近幾年的高考試卷,從考查的內容上來看,考查的熱點主要集中在帶電粒子在電場和磁場中的運動,試題主要以復合場或組合場、疊加場方式命題,涉及力學中平拋運動、勻速圓周運動的規(guī)律,運用牛頓運動定律、動能定理或功能關系解決問題.從考題的題型上看,主要是選擇題和計算題,而計算題基本上以壓軸題出現(xiàn),而且分值較高.從能力層級看,對磁場性質和安培力的考查以理解和簡單運用為主,對帶電粒子在磁場中

3、運動要運用分析、推理綜合能力.對空間圖形、函數(shù)等知識要求高,數(shù)學味濃.本單元內容包括磁場的基本性質和安培力的應用、洛倫茲力和帶電粒子在磁場中的運動、帶電粒子在復合場中的運動等內容.復習時應側重對磁場、磁感應強度、磁感線、地磁場、安培力、洛倫茲力等基本概念的理解,熟練掌握對電流在磁場中、帶電粒子在磁場中受力和運動進行分析,結合牛頓運動定律、運動學知識、圓周運動問題及功和能的關系等知識進行分析綜合,提高空間象能力和運用數(shù)學知識解決物理問題的能力.預計2013年高考仍將以帶電粒子在有界磁場中運動的臨界問題、在復合場中運動的受力和畫偏轉圖分析為主.而以生產(chǎn)、科技中帶電粒子運動問題為命題背景,突出由受力

4、推知或由運動分析受力的建模方法,仍是命題的一個趨勢.模塊建構知識建構技能建構 一、磁場、磁感應強度1.磁場模塊建構知識建構技能建構(2)方向:小磁針的N極所受磁場力的方向.(1)基本特性:磁場對處于其中的磁體、電流和運動的電荷有磁場力的作用.2.磁感應強度(1)物理意義:描述磁場的強弱和方向.模塊建構知識建構技能建構(3)方向:小磁針靜止時N極的指向.(2)定義式:B=(通電導線垂直于磁場).FIL3.磁通量(1)概念:在磁感應強度為B的勻強磁場中,與磁場方向垂直的平面面積S和B的乘積.模塊建構知識建構技能建構(3)單位:1 Wb=1 Tm2.(2)公式:=BS.模塊建構知識建構技能建構4.安

5、培的分子電流假說安培認為,在原子、分子等物質微粒的內部,存在著一種環(huán)形電流分子電流.分子電流使每個物質微粒都成為微小的 磁體，它的兩側相當于 兩個磁極（如圖所示）.模塊建構知識建構技能建構1.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這點的磁感應強度的方向一致.二、磁感線及幾種常見的磁場模塊建構知識建構技能建構(1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(如圖所示)2.幾種常見的磁場模塊建構知識建構技能建構 直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場特點無磁極、非勻強且距導線越遠處磁場越弱與條形磁鐵的磁場相似,管內為勻強磁場且磁場最強,管外為非勻強磁場環(huán)形電流的兩側是N極和S極,且離圓環(huán)中心

6、越遠,磁場越弱(2)幾種電流周圍的磁場分布模塊建構知識建構技能建構安培定則立體圖模塊建構知識建構技能建構橫截面圖縱截面圖模塊建構知識建構技能建構(3)勻強磁場:在磁場的某些區(qū)域內,磁感線為等間距的平行線,如下圖所示.模塊建構知識建構技能建構(4)地磁場地磁場的N極在地球地理南極附近,S極在地球地理北極附近,磁感線分布如圖所示.地磁場B的水平分量(Bx)總是從地球南極指向北極,而豎直分量(By)則南北相反,在南半球垂直地面向上,在北半球垂直地面向下.在赤道平面上,距離地球表面高度相等的各點,磁感應強度大小相等且方向水平平行.注意:(1)只有在同一個圖中才能根據(jù)磁感線的疏密來判定磁場的強弱.模塊建

7、構知識建構技能建構(2)應用安培定則判斷直線電流的磁場方向和判斷環(huán)形電流的磁場方向時,四指、大拇指指向的意義正好相反.三、安培力的大小和方向模塊建構知識建構技能建構1.安培力的大小(如圖所示)模塊建構知識建構技能建構(1)如圖所示的情況下:F=BILsin .(2)磁場方向和電流方向垂直時:F=BIL.(3)磁場方向和電流方向平行時:F=0.注意:公式中的L為有效長度,即垂直磁感應強度方向的長度.模塊建構知識建構技能建構(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,讓磁感線從掌心進入,并使四指指向電流的方向,這時大拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安

8、培力的方向.2.安培力的方向模塊建構知識建構技能建構(2)安培力的方向特點:FB,FI,即F垂直于B和I決定的平面.注意:安培力的方向垂直于磁感應強度B和電流I所決定的平面,但磁感應強度B與電流I不一定垂直.B與I垂直時產(chǎn)生的安培力最大.四、磁電式電流表1.基本組成部分:磁鐵和放在磁鐵兩極之間的線圈.模塊建構知識建構技能建構3.優(yōu)、缺點:優(yōu)點是靈敏度高,能測出很弱的電流;缺點是線圈的導線很細,允許通過的電流很弱.2.工作原理模塊建構知識建構技能建構1.關于磁感應強度,正確的說法是( )A.根據(jù)定義式B=,磁場中某點的磁感應強度B與F成正比,與I成反比B.磁感應強度B是矢量,方向與F的方向一致C

9、.磁感應強度B是矢量,方向與F的方向相反D.在確定的磁場中,同一點的磁感應強度B是確定的,不同點的磁感應強度B可能不同,磁感線密的地方磁感應強度B大些,磁感線疏的地方磁感應強度B小些FIL模塊建構知識建構技能建構反,B、C不正確;在確定的磁場中,同一點的磁感應強度B是確定的,不同點的磁感應強度B可能不同,磁感線密的地方磁感應強度B大些,磁感線疏的地方磁感應強度B小些,D正確.【答案】D【解析】磁感應強度是磁場本身的性質,與磁場中該點的電流I或受力大小F無關,A不正確;由左手定則,F的方向與磁感應強度B的方向總是垂直的,既不與磁感應強度B一致,也不與磁感應強度B相模塊建構知識建構技能建構2.(2

10、012年錦州模擬)如圖所示,環(huán)形金屬軟彈簧套在條形磁鐵的中心位置.若將彈簧沿半徑向外拉,使其面積增大,則穿過彈簧所包圍面積的磁通量將( )A.增大B.減小C.不變D.無法確定如何變化【解析】穿過彈簧所圍面積的磁通量應為合磁通量,磁鐵內部由S極指向N極的磁通量不變,而其外部由N極指向S極的磁通量隨面積的增大而增大,故合磁通量減小,選B.【答案】B模塊建構知識建構技能建構3.實驗室經(jīng)常使用的電流表是磁電式儀表.這種電流表的構造如圖甲所示.蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻地輻射分布的.若線圈中通以如圖乙所示的電流,則下列說法正確的是( )A.在量程內指針轉至任一角度,線圈平面都跟磁感線平行模塊建構知識建

11、構技能建構B.線圈轉動時,螺旋彈簧被扭動,阻礙線圈轉動C.當線圈在如圖乙所示的位置時,b端受到的安培力方向向上D.當線圈在如圖乙所示的位置時,安培力的作用使線圈沿順時針方向轉動【解析】指針在量程內線圈一定處于磁場之中,由于線圈與鐵芯共軸,線圈平面總是與磁感線平行,故選項A正確;電表的調零使得當指針處于“0”刻度時,螺旋彈簧處于自然狀態(tài),所以無論線圈向哪一方向轉動都會使螺旋彈簧產(chǎn)生阻礙線圈轉動的力,故選項B正確;由左手定則知,b端受到的安培力方向向下,安培力將使線圈沿順時針方向轉動,故選項C錯誤,D正確.【答案】ABD模塊建構知識建構技能建構4.(2011年上海浦東新區(qū)質檢)某同學用圖示實驗裝置

12、研究電流在磁場中的受力方向與電流方向、磁場方向之間的關系.模塊建構知識建構技能建構(1)該同學將觀察到的實驗現(xiàn)象記錄如下表,在表中部分記錄缺失,請補充完整.實驗次數(shù)P中電流方向磁場方向P的運動方向12 3 模塊建構知識建構技能建構(2)某次實驗中閉合開關后,金屬棒P不動,可能的原因是: .【解析】(1)根據(jù)已知條件和左手定則可以判斷分別為:2中的電流方向向外,3中的磁場方向豎直向上.模塊建構知識建構技能建構(2)金屬棒P不動,說明金屬棒所受安培力小于靜摩擦力最大值,故可以解釋為:金屬棒受到的摩擦力太大,金屬棒與導軌接觸不良,磁場太弱,電流太小等.(以上可能性只寫出一個即可)【答案】(1)實驗次

13、數(shù)P中電流方向磁場方向P的運動方向123模塊建構知識建構技能建構(2)金屬棒受到的摩擦力太大,金屬棒與導軌接觸不良,磁場太弱,電流太小等模塊建構知識建構技能建構一、對磁感應強度的理解模塊建構知識建構技能建構 例1已知地磁場的水平分量為B,利用這一值可以測定某一弱磁場的磁感應強度.如圖所示為測定通電線圈中央一點的磁感應強度的實驗方法:先將未通電線圈平面固定于南北方向豎直平面內,中央放一枚小磁針,N極指向北方;給線圈通電,此時小磁針N極指北偏東角后靜止.由此可以確定線圈中電流方向(由東向西看)與線圈中央的合磁感應強度分別為( )A.順時針; B.順時針; C.逆時針; D.逆時針; BcosBsi

14、nBcosBsin模塊建構知識建構技能建構【名師點金】電流磁場方向地磁場(水平分量)方向水平面上合磁場方向 電流磁場磁感應強度模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】通電線圈產(chǎn)生磁場方向向東,由安培定則可知電流沿逆時針方向;磁感應強度為矢量,根據(jù)其疊加原理可得B=Bcos (B為合磁感應強度),所以B=.【答案】CBcos模塊建構知識建構技能建構1.磁感應強度是用比值法定義的,其大小由磁場本身的性質決定,與放入的直導線的電流I的大小、導線L的長短無關.方法概述2.由定義式B=計算磁感應強度B時,通電導線必須垂直于磁場;若通電導線平行放入磁場,則不受安培力,但不能說該處磁感應強度為零.FIL模塊建構

15、知識建構技能建構4.磁感應強度B與電場強度E的比較3.勻強磁場:磁感應強度大小和方向處處相同,磁感線互相平行且等距.模塊建構知識建構技能建構 磁感應強度 B電場強度E物理意義描述磁場的力的性質的物理量描述電場的力的性質的物理量定義式B=,通電導線與B垂直 E=大小決定由磁場決定,與檢驗電流元無關由電場決定,與檢驗電荷無關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FILFq模塊建構知識建構技能建構場的疊加合磁感應強度等于各磁場的磁感應強度的矢量和合場強等于各個電場的場強的矢量和單位1 T=1 N/(Am)1 V/m=1 N/C模塊建構知識建構技能建構注

16、意:電場強度的方向和電荷受力方向相同或相反,而磁感應強度的方向和電流元受力方向垂直.電荷在電場中一定受靜電力作用,而電流元在磁場中不一定受到安培力.模塊建構知識建構技能建構 磁感線電場線不同點閉合曲線起始于正電荷(或遠窮遠處),終止于負電荷(或遠窮遠處)5.磁感線和電場線的比較模塊建構知識建構技能建構相似點引入目的形象描述場而引入的假想線,實際不存在疏密場的強弱切線方向場的方向相交不相交(電場中無電荷空間不相交)模塊建構知識建構技能建構變式訓練1在正方形的四個頂點處分別放有電流方向垂直紙面向里或向外的通電直導線,如圖所示,通電電流強度大小分別為I1、I2、I3、I4,(I1-I3)(I2-I4

17、)0,已知距導線相同距離處的磁感應強度B與電流I成正比,正方形中心O處的磁感應強度可用圖中的四條有向線段中的一條來表示,它是( )A.B1 B.B2 C.B3 D.B4 模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】由安培定則分析出各導線電流在O點產(chǎn)生的磁場方向:I1和I3的磁場沿I2、I4連線且分別指向方向I4、I2,其矢量和指向I4;I2和I4的磁場方向沿I1、I3連線分別指I3、I1,其矢量和指向I3,且小于I1和I3的磁場矢量和.根據(jù)磁場疊加原理知,合磁場可能為B4.【答案】D模塊建構知識建構技能建構 例2如圖,矩形線圈有N匝,面積大小為S,放在水平面內,加一個豎直向下的范圍較大的勻強磁場,磁感

18、應強度為B,則穿過平面的磁通量是多少?若使線圈繞ab邊轉過60,則穿過線圈平面的磁通量是多少?若線圈繞ab邊轉過180,則穿過線圈的磁通量改變了多少?二、對磁通量的理解模塊建構知識建構技能建構(1)明確磁感線方向與線圈平面的角度關系.【名師點金】解決此題應把握以下兩點:模塊建構知識建構技能建構(2)求解磁通量變化時應考慮磁感線“正穿”和“反穿”的情況.【規(guī)范全解】由磁通量的定義可知:1=BS繞ab邊轉過60后的磁通量為2=BScos 60=BS繞ab邊轉過180后的磁通量為:3=-BS磁通量的改變量為:=|3-1|=2BS.【答案】BS BS 2BS1212模塊建構知識建構技能建構1.=BS的

19、含義:=BS只適用于磁感應強度B與面積S垂直的情況.當S與垂直于B的平面間的夾角為時,則有=BScos .可理解為=BScos ,即等于B與S在垂直于B方向上的分量的乘積;也可理解為=Bcos S,即等于B在垂直于S方向上的分量與S的乘積.如圖甲所示.方法概述模塊建構知識建構技能建構3.多匝線圈的磁通量:多匝線圈內磁通量的大小與線圈匝數(shù)無關,因為不論線圈匝數(shù)為多少,穿過線圈的磁感線條數(shù)相同,而磁感線條數(shù)可表示磁通量的大小.2.面積S的含義:S不一定是某個線圈的真正面積,而是線圈在磁場范圍內的正對面積.如圖乙所示,S應為線圈面積的一半.模塊建構知識建構技能建構4.合磁通量求法若某個平面內有不同方

20、向和不同強弱程度的磁場共同存在,當計算穿過這個面的磁通量時,先規(guī)定某個方向的磁通量為正,反方向的磁通量為負,平面內各個方向的磁通量的代數(shù)和等于這個平面內的合磁通量.注意:磁通量是標量,其正負值僅表示磁感線是正向還是反向穿過線圈平面.同一線圈平面,如果正向穿過平面的磁感線條數(shù)與反向穿過平面的條數(shù)一樣多,則=0.三、安培力作用下通電導體運動方向的判定模塊建構知識建構技能建構 例3如圖甲所示,把輕質導線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近,磁鐵的軸線穿過線圈的圓心,且垂直于線圈平面,當線圈中通入如圖所示方向的電流后,線圈的運動情況是( )A.線圈向左運動B.線圈向右運動C.從上往下看沿順時針方向轉動D.從

21、上往下看沿逆時針方向轉動甲模塊建構知識建構技能建構【名師點金】解答本題時可按以下思路分析確定磁場分布判斷安培力方向確定導體運動方向模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】解法一電流元法.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乙所示.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.選項A正確.模塊建構知識建構技能建構【答案】A模塊建構知識建構技能建構1.基本思路判定通電導體在安培力作用下的運動或運動趨勢,首先必須弄清楚導體所在位置的磁場磁感線的分布情況,然后利用左手定則準確判定導體的受力情況,進而確定導體的運動方向或運動趨

22、勢的方向.方法概述模塊建構知識建構技能建構電流元法分割為電流元安培力方向整段導體合力方向運動方向特殊位置法 在特殊位置安培力方向運動方向結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,有轉到平行且電流方向相同的趨勢.2.常用方法模塊建構知識建構技能建構轉換研究對象法 定性分析磁體在電流磁場作用下的運動或運動趨勢問題,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其運動方向.模塊建構知識建構技能建構注意:在應用左手定則時,磁感線不一定垂直穿過手心,但四指一定指向電流方向,大拇指一定要垂直于磁場方向和電流方向決

23、定的平面.某些導體在安培力作用下可能會出現(xiàn)平動與轉動同時發(fā)生的情況,這時就可以應用特殊位置法.模塊建構知識建構技能建構變式訓練2 如圖所示,臺秤上放一光滑平板,其左邊固定一擋板,一輕質彈簧將擋板和一條形磁鐵連接起來,此時臺秤的讀數(shù)為FN1.現(xiàn)在磁鐵上方中心偏右位置固定一通電導線,當通以如圖所示的電流后,臺秤的示數(shù)為FN2,則下列說法正確的是( )A.FN1FN2,彈簧長度將變長B.FN1FN2,彈簧長度將變短C.FN1FN2,彈簧長度將變長D.FN1I2;a、b、c、d為導線某一橫截面所在平面內的四點,且a、b、c與兩導線共面;b點在兩導線之間,b、d的連線與導線所在平面垂直.磁感應強度可能為

24、零的點是( )A.a點 B.b點 C.c點 D.d點模塊建構知識建構技能建構【解析提示】由安培定則判斷出電流磁場方向,根據(jù)直線電流磁場磁感線分布特點,分析觀察各點的磁場方向.結合直線電流磁場的磁感應強度與電流和點到直導線距離的關系就能得知磁感應強度可能為零的點.【命題分析】本題考查安培定則、直線電流磁場及磁場的疊加,試題難度較低.模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】根據(jù)安培定則可知,兩導線中的電流產(chǎn)生的磁場在導線連線上各點的磁感應強度同向,因此疊加后不可能為零,B項錯誤;在d點產(chǎn)生的磁感應強度方向不可能相反,因此疊加后不可能為零,D項錯誤;在a、c兩點產(chǎn)生的磁感應強度方向相反,由于I1I2,

25、I1在a點產(chǎn)生的磁場磁感應強度比I2在a點產(chǎn)生的磁場磁感應強度大,即a點磁感應強度不為零,A項錯誤;同理可以分析在C點的磁感應強度可能為零,C項正確.【答案】C模塊建構知識建構技能建構考向預測1 (2011年濮陽一模)處于紙面內的一段直導線長L=1 m,通有I=1 A的恒定電流,方向如圖所示.將導線放在勻強磁場中,它受到垂直于紙面向外的大小F=1 N的磁場力作用.據(jù)此( )A.能確定磁感應強度的大小和方向B.能確定磁感應強度的方向,不能確定它的大小C.能確定磁感應強度的大小,不能確定它的方向D.磁感應強度的大小和方向都不能確定模塊建構知識建構技能建構【答案】D【解析】由B=可知水平向左的磁感應

26、強度的分量為1 T,無法確定沿電流方向的磁感應強度的分量,由矢量合成可知無法確定磁感應強度的方向;僅知道F的方向,無法用左手定則判斷磁感應強度的方向.故選D.FIL模塊建構知識建構技能建構高考真題2 (2011年高考新課標全國卷)電磁軌道炮工作原理如圖所示.待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動,并與軌道保持良好接觸.電流I從一條軌道流入,通過導電彈體后從另一條軌道流回.軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(可視為勻強磁場),磁感應強度的大小與I成正比.通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出.現(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來的2倍,理論上可采用的方法是( )A.只將軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?

27、倍B.只將電流I增加至原來的2倍C.只將彈體質量減至原來的一半D.將彈體質量減至原來的一半,軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍,其他量不變模塊建構知識建構技能建構【解析提示】力的恒定與否決定加速度恒定與否,加速度與初速度決定運動性質.電磁炮模型中,不計感應電流的影響,彈體的運動是初速度為零的勻加速直線運動.【命題分析】試題考查導體在安培力作用下的加速運動問題.題目新穎之處在于電流自身激發(fā)磁場,磁感應強度為電流的函數(shù),難度低.模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】由安培力F=BIl以及磁感應強度的大小與I成正比得,安培力F=kI2l(k為比例系數(shù)),根據(jù)動能定理,FL=mv2,可得v=,得到選項B、D正確.

28、【答案】BD1222kI lLm模塊建構知識建構技能建構考向預測2如圖所示,光滑的金屬軌道分水平段和圓弧段兩部分,O點為圓弧的圓心.兩金屬軌道之間的寬度為0.5 m,勻強磁場方向如圖所示,大小為0.5 T.質量為0.05 kg、長為0.5 m的金屬細桿置于金屬軌道上的M點.當在金屬細桿內通以2 A的恒定電流時,金屬細桿可以沿桿向右由靜止開始運動.已知MN=OP=1 m,則( )A.金屬細桿開始運動的加速度為5 m/s2 B.金屬細桿運動到P點時的速度大小為5 m/sC.金屬細桿運動到P點時的向心加速度大小為10 m/s2 D.金屬細桿運動到P點時對每一條軌道的作用力大小為0.75 N模塊建構知

29、識建構技能建構項A錯誤;對金屬細桿從M點到P點的運動過程,安培力做功W=F(MN+OP)=1 J,重力做功WG=-mgON=-0.5 J,由動能定理得W+WG=mv2,解得金屬細桿運動到P點時的速度大小v= m/s,選項B錯誤;金屬細桿運動到P點時的向心加速度大小a=20 m/s2,選項C錯誤;在P點金屬細桿受到軌道水平向左的作用力F,水平向右的安培力FA,由牛頓第二定律得F-FA=m,解得F=1.5 N,每一條軌道對金屬細桿的作用力大小為0.75 N,由牛頓第三定律可知金屬細桿運動到P點時對每一條軌道的作用力大小為0.75 N,選項D正確. 【答案】D12202vr2vr【解析】金屬細桿在水平方向受到安培力作用,安培力大小F=BIL=0.520.5 N=0.5 N,金屬細桿開始運動的加速度a=10 m/s2,選Fm模塊建構知識建構技能建構