[原創(chuàng)]201年南方新高考物理 專(zhuān)題九 第1講 磁場(chǎng) 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用[配套課件]

1、專(zhuān)題九 磁 場(chǎng)考點(diǎn)內(nèi)容要求熱點(diǎn)1.磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線(xiàn)1.縱觀(guān)近幾年高考，涉及磁場(chǎng)知識(shí)點(diǎn)的題目年年都有，考查與洛倫茲力有關(guān)的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)或復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)次數(shù)最多，其次是與安培力有關(guān)的通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的加速或平衡問(wèn)題2.本章知識(shí)常與電場(chǎng)、恒定電流以及電磁感應(yīng)、交變電流等章節(jié)知識(shí)聯(lián)系綜合考查，是高考的熱點(diǎn)3.本章知識(shí)與生產(chǎn)、生活、現(xiàn)代科技等聯(lián)系密切，如質(zhì)譜儀、回旋加速器、粒子速度選擇器、等離子體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)等高科技儀器的理解及應(yīng)用相聯(lián)系，在復(fù)習(xí)中應(yīng)做到有的放矢.2. 通電直導(dǎo)線(xiàn)和通電線(xiàn)圈周?chē)艌?chǎng)的方向3.安培力、安培力的方向4.勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的安培力5.洛倫茲力、洛倫茲力的方向6.洛倫

2、茲力公式7. 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)8.質(zhì)譜儀和回旋加速器第1講磁場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)電流的作用一、磁場(chǎng)及其描述1磁場(chǎng)：(1)定義：存在于磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷周?chē)臻g的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)磁體電流運(yùn)動(dòng)電荷(2)基本特性：磁場(chǎng)對(duì)處于其中的_、_和_有磁力的作用n(北)n(北)(3)方向：在磁場(chǎng)中任一點(diǎn)，小磁針_極受力的方向，即小磁針靜止時(shí)_極所指的方向，就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向(4)磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：磁體的磁場(chǎng)和電流的磁場(chǎng)都是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的2磁感應(yīng)強(qiáng)度：(1)定義：在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線(xiàn)，所受的安培力 f安跟電流 i 和導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度 l 的乘積 il 的比值叫磁感應(yīng)強(qiáng)度(2)定義式：_.bfil切線(xiàn)(3

3、)方向：就是磁場(chǎng)的方向，即小磁針靜止時(shí)北極所指的方向，也是過(guò)該點(diǎn)的磁感線(xiàn)的_方向3磁感線(xiàn)：強(qiáng)弱切線(xiàn)閉合nsn(1)磁感線(xiàn)的分布可以形象地表示出磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向，磁感線(xiàn)的疏密表示磁場(chǎng)的_，磁感線(xiàn)上某點(diǎn)的_方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相等相同(2)磁感線(xiàn)是永不相交的_曲線(xiàn)在磁體外部，磁感線(xiàn)由_極指向_極；在磁體內(nèi)部，磁感線(xiàn)由_極指向_極4勻強(qiáng)磁場(chǎng)：磁感應(yīng)強(qiáng)度大小處處_、方向處處_的磁場(chǎng)稱(chēng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)距離很近的兩個(gè)異名磁極之間的磁場(chǎng)、通電螺線(xiàn)管內(nèi)部的磁場(chǎng)(邊緣部分除外)以及平行板電容器間的磁場(chǎng)，都可以認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場(chǎng)s【自我檢測(cè)】1(雙選)關(guān)于磁感線(xiàn)，下列說(shuō)法正確的是()a磁感線(xiàn)上每一點(diǎn)的切線(xiàn)方向都跟該點(diǎn)的磁

4、場(chǎng)方向一致b磁感線(xiàn)是磁場(chǎng)中客觀(guān)存在的、肉眼看不見(jiàn)的曲線(xiàn)c兩條磁感線(xiàn)的空隙處不存在磁場(chǎng)，不同磁場(chǎng)所形成的磁感線(xiàn)可以相交d勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)是同向的、平行等間距的直線(xiàn)答案：ad二、幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)1地磁場(chǎng)：n 極s 極南極北極(1)地磁場(chǎng)的_在地理南極附近，_在地理北極附近(2)地磁場(chǎng) b 的水平分量 bx 總是從地理_指向_；豎直分量 by 在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下(3)在赤道平面上，距離地球表面高度相等的各點(diǎn)，磁場(chǎng)強(qiáng)弱相同，且方向水平向北2幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)分布：(1)地磁場(chǎng)、條形磁體和蹄形磁體的磁場(chǎng)如圖 9-1-1 所示圖 9-1-1(2)直線(xiàn)電流的磁場(chǎng)如圖 9-1-2 所示圖 9

5、-1-2(3)環(huán)形電流的磁場(chǎng)如圖 9-1-3 所示圖 9-1-3(4)通電螺線(xiàn)管的磁場(chǎng)如圖 9-1-4 所示圖 9-1-43安培定則：(1)直線(xiàn)電流和環(huán)形電流及通電螺線(xiàn)管產(chǎn)生的磁感線(xiàn)的方向可以用_定則確定(2) 對(duì)于通電直導(dǎo)線(xiàn)，可用右手握住導(dǎo)線(xiàn)，大拇指指向_方向，彎曲的四指指向_環(huán)繞的方向(3)對(duì)于環(huán)形電流和通電螺線(xiàn)管，則用右手彎曲的四指指向_環(huán)繞的方向，大拇指指向螺線(xiàn)管軸線(xiàn)上的_的方向安培電流磁感線(xiàn)電流磁感線(xiàn)4安培分子電流假說(shuō)：磁體磁極(1)內(nèi)容：在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流分子電流分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都成為微小的_，它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè)_(2)分子電流的實(shí)質(zhì)：是原子內(nèi)部

6、帶電粒子在不停地運(yùn)動(dòng)【自我檢測(cè)】2(珠海2013 屆質(zhì)檢)如圖 9-1-5 所示，p、q 兩枚小磁針?lè)謩e放在通電螺線(xiàn)管的正上方和右側(cè)閉合電鍵，小磁針靜止時(shí) n 極的指向是()圖 9-1-5ap、q 均向左bp、q 均向右cp 向左，q 向右dp 向右，q 向左答案：c三、安培力的大小和方向1安培力的大?。篵ilsinbil0(1)大?。喝鐖D 9-1-6 所示，一根長(zhǎng)為 l 的直導(dǎo)線(xiàn)，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 b 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中且與 b 的夾角為，當(dāng)通過(guò)電流 i時(shí)，安培力的大小可表示為 f_.當(dāng)90時(shí)，安培力最大，fmax_；當(dāng)0 或180時(shí)，安培力為_(kāi).(2)特點(diǎn)：不僅與 b、i、l 有關(guān)，還與夾角有關(guān)

7、；l 是有效長(zhǎng)度，不一定是導(dǎo)線(xiàn)的實(shí)際長(zhǎng)度彎曲導(dǎo)線(xiàn)的有效長(zhǎng)度 l 等于兩端點(diǎn)所連直線(xiàn)的長(zhǎng)度，所以任意形狀的閉合線(xiàn)圈的有效長(zhǎng)度 l0.圖 9-1-6電流安培力b、i2安培力的方向：(1)用左手定則判定：伸開(kāi)左手，使大拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)讓磁感線(xiàn)從掌心進(jìn)入，并使四指指向_的方向，這時(shí)大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中所受_的方向(2)安培力的方向特點(diǎn)：fb，fi，即 f 垂直于_決定的平面【自我檢測(cè)】3(廣東2014 屆十校聯(lián)考)如圖 9-1-7 所示，磁場(chǎng)方向豎直向下，通電直導(dǎo)線(xiàn) ab 由水平位置 1 繞 a 點(diǎn)在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)到位)圖 9-1-7置 2，通電導(dǎo)線(xiàn)所受

8、安培力是(a數(shù)值變大，方向不變b數(shù)值變小，方向不變c數(shù)值不變，方向改變d數(shù)值、方向均改變解析：安培力的計(jì)算公式為fbilsin ，其中表示磁場(chǎng)方向與通電直導(dǎo)線(xiàn)之間的夾角，本題中變小，所以安培力變小；根據(jù)左手定則，安培力既垂直于磁場(chǎng)方向，也垂直于電流方向，即安培力垂直于磁場(chǎng)和電流所構(gòu)成的平面，本題中安培力的方向不變，仍垂直于紙面所在平面綜上分析，只有選項(xiàng)b 正確答案：b磁感線(xiàn)電場(chǎng)線(xiàn)不同點(diǎn)閉合曲線(xiàn)，外部 ns，內(nèi)部 sn起始于正電荷、終止于負(fù)電荷相似點(diǎn)形象描述場(chǎng)而引入的假想線(xiàn)，實(shí)際不存在疏密程度表示場(chǎng)的強(qiáng)弱切線(xiàn)方向表示場(chǎng)的方向不能相交(電場(chǎng)在無(wú)電荷的空間不相交)考點(diǎn)1 對(duì)磁感線(xiàn)和磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解重

9、點(diǎn)歸納1磁感線(xiàn)與電場(chǎng)線(xiàn)的比較：(2)不能根據(jù)公式b 就說(shuō)b與f成正比，與il成反比2.對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身決定，就像電場(chǎng)強(qiáng)度由電場(chǎng)本身決定一樣，跟該位置放不放通電導(dǎo)線(xiàn)無(wú)關(guān)fil(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度 b 的定義式也是其度量式，但用來(lái)測(cè)量的小段通電導(dǎo)線(xiàn)必須垂直放入磁場(chǎng)，如果小段通電直導(dǎo)線(xiàn)平行放入磁場(chǎng)，則其所受安培力為零，但不能說(shuō)該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零(4)磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，方向是放入其中的小磁針靜止時(shí) n極的指向(不是磁場(chǎng)中電流所受磁場(chǎng)力的方向，而是與受到磁場(chǎng)力的方向垂直)3磁感應(yīng)強(qiáng)度 b 與電場(chǎng)強(qiáng)度 e 的比較：典例剖析例1：如圖 9-1-8 所示，在 a、b、c 三處垂直于

10、紙面放置三根長(zhǎng)直通電導(dǎo)線(xiàn)，電流大小相等，a、b、c 是等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，a 處電流在三角形中心 o 點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 b，求 o 處的磁感應(yīng)強(qiáng)度思維點(diǎn)撥：首先求出 a、b、c 三根導(dǎo)線(xiàn)電流在 o 處各自形成的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向，然后利用平行四邊形定則進(jìn)行合成圖 9-1-8自主解答：由于oaoboc，所以在各電流等大的前提下，各處的電流在o 點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小也都為b，根據(jù)安培定則，各電流在o 處的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)垂直于各點(diǎn)和o 的連線(xiàn)，如圖46 所示，由圖中幾何關(guān)系知ba 與bb 夾角為120，所以根據(jù)平行四邊形定則，a、b 在 o 處的合磁感應(yīng)強(qiáng)度為b，方向水平向右，

11、所以o 處的總磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2b，方向平行ab 連線(xiàn)向右圖 46【觸類(lèi)旁通】1(雙選)如圖 9-1-9 所示，s 為一垂直紙面放置的通電直導(dǎo)線(xiàn)的橫截面，當(dāng)通以垂直紙面向里的恒定電流 i 后，在距導(dǎo)線(xiàn)的軸線(xiàn)為 r 的 a 處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 b，b、c、d 是與 a在同一圓周上的三點(diǎn)，現(xiàn)將導(dǎo)線(xiàn)放在豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 b 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，以下關(guān)于 a、b、c、d 四點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的說(shuō)法中正確的有()圖 9-1-9aa、c 點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為 0ba 點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 2b，豎直向上；c 點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 0cb 點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 ，和水平方向成 45斜向右上方dd 點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)

12、度大小為 ，和水平方向成 45斜向右下方答案：bc2b 2b 考點(diǎn)2 安培力的分析與計(jì)算重點(diǎn)歸納1對(duì)公式 fbil 的運(yùn)用：(1)b 與 l 垂直(2)式中 l 是有效長(zhǎng)度彎曲導(dǎo)線(xiàn)的有效長(zhǎng)度 l 等于在垂直磁場(chǎng)平面內(nèi)的投影中兩端點(diǎn)所連直線(xiàn)的長(zhǎng)度(如圖 9-1-10 所示)，相應(yīng)的電流方向沿 l 由始端流向末端任意形狀的閉合線(xiàn)圈，其有效長(zhǎng)度 l0，故通電后在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中通電后受到的安培力的矢量和一定為零圖 9-1-10(3)b 并非一定是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，但一定是導(dǎo)線(xiàn)所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度2安培力做功的實(shí)質(zhì)能量的傳遞：(1)安培力做正功：將電源的能量傳遞給通電導(dǎo)線(xiàn)或轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線(xiàn)的動(dòng)能及其他形式的能(2)安培力做

13、負(fù)功：是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，或儲(chǔ)存起來(lái)，又或再轉(zhuǎn)化為其他形式的能典例剖析例2：如圖 9-1-11 所示，長(zhǎng)為 2l 的直導(dǎo)線(xiàn)折成邊長(zhǎng)相等，夾角為 60的 v 形，并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 b.當(dāng)在該導(dǎo)線(xiàn)中通以電流強(qiáng)度為 i 的電流時(shí)，該)圖 9-1-11v 形通電導(dǎo)線(xiàn)受到的安培力大小為(a0b0.5bilcbild2bil解析：v 形導(dǎo)線(xiàn)兩部分的受力情況如圖47 所示其中fbil，v 形導(dǎo)線(xiàn)受到的安培力應(yīng)為這兩個(gè)力的合力，大小為f合2fcos 60bil，故c 項(xiàng)正確圖 47答案：c【觸類(lèi)旁通】2(雙選，2013 年肇慶檢測(cè))下圖中標(biāo)出了磁場(chǎng) b 的方向、通電直

14、導(dǎo)線(xiàn)中電流 i 的方向以及通電直導(dǎo)線(xiàn)所受磁場(chǎng)力 f 的方向，其中正確的是()abcd答案：ac考點(diǎn)3 安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題重點(diǎn)歸納1判定通電導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方法：(1)基本思路：判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁場(chǎng)分布情況，然后利用左手定則準(zhǔn)確判斷導(dǎo)體的受力情況，進(jìn)而確定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向電流元法分割為電流元安培力方向整段導(dǎo)體合力方向運(yùn)動(dòng)方向特殊位置法 在特殊位置安培力方向運(yùn)動(dòng)方向等效法環(huán)形電流小磁針通電螺線(xiàn)管或多個(gè)環(huán)形電流條形磁鐵結(jié)論法同向電流互相吸引，異向電流互相排斥轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的問(wèn)題，可先

15、分析電流在磁體磁場(chǎng)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(chǎng)的作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向(2)常用方法：2.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(xiàn)圈(2)工作原理：如圖 9-1-12 所示，磁場(chǎng)的方向總沿著徑向均勻輻射地分布，在距軸線(xiàn)等距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小總是相等的，保證 b 的大小不發(fā)生變化，且安培力的方向與線(xiàn)圈垂直圖 9-1-12當(dāng)電流通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)受到安培力的作用，線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋彈簧變形，反抗線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變也就越大i 與指針偏角成正比，表盤(pán)刻度均勻所以，從線(xiàn)圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷通過(guò)電流的大小(3)優(yōu)

16、、缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，能測(cè)出很弱的電流；缺點(diǎn)是線(xiàn)圈的導(dǎo)線(xiàn)很細(xì)，允許通過(guò)的電流很弱 典例剖析圖 9-1-13例3：如圖 9-1-13 所示，一通電直導(dǎo)線(xiàn)位于蹄形磁鐵的)磁極的正上方，當(dāng)通以電流 i 時(shí)，試判斷導(dǎo)線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)情況(a由上往下看導(dǎo)線(xiàn)，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)b由上往下看導(dǎo)線(xiàn)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)向上運(yùn)動(dòng)c由上往下看導(dǎo)線(xiàn)，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)向上運(yùn)動(dòng)d由上往下看導(dǎo)線(xiàn)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)思維點(diǎn)撥：采用電流元受力分析法，在導(dǎo)體中取三段電流元，用左手定則判斷它們所受安培力方向，從而確定導(dǎo)線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)情況解析：由蹄形磁鐵磁場(chǎng)的立體分布，知道磁感線(xiàn)從 a 端向上穿過(guò)，再?gòu)?b 端向下穿過(guò)由左手定則，a 端受向外的安培