（江蘇專用）2023屆高三物理一輪復(fù)習(xí)必考部分第8章磁場第1節(jié)磁場的描述磁場對電流的作用教師用書

PAGEPAGE1第1節(jié)磁場的描述磁場對電流的作用節(jié)次考綱命題規(guī)律第1節(jié)磁場的描述磁場對電流的作用磁場、磁感應(yīng)強度、磁感線、磁通量Ⅰ從近幾年高考試題來看，高考對本章內(nèi)容的考查，重點考查安培力、洛倫茲力以及帶電粒子在磁場(或復(fù)合場)中的運動問題．主要有以下特點：1.對安培力、洛倫茲力的考查多以選擇題或計算題的形式出現(xiàn)；2.對帶電粒子的運動問題多以綜合計算題的形式出現(xiàn)，一般綜合考查受力分析、動力學(xué)關(guān)系、功能關(guān)系、圓周運動、平拋運動等知識，難度較大，分值較高．3.應(yīng)當(dāng)關(guān)注以生產(chǎn)、科技中帶電粒子運動問題為命題的背景，掌握由受力推知運動或由運動分析受力的模型.通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向Ⅰ安培力Ⅱ第2節(jié)磁場對運動電荷的作用帶電粒子在勻強磁場中的運動Ⅱ洛倫茲力Ⅱ第3節(jié)帶電粒子在復(fù)合場中的運動質(zhì)譜儀和盤旋加速器的工作原理Ⅰ第1節(jié)磁場的描述磁場對電流的作用知識點1磁場、磁感線、磁感應(yīng)強度1．磁場(1)根本特性：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圖8-1-14．磁感應(yīng)強度(1)物理意義：描述磁場強弱和方向．(2)大小：B＝eq\f(F,IL)(通電導(dǎo)線垂直于磁場)．(3)方向：小磁針靜止時N極的指向．5．磁通量勻強磁場中磁感應(yīng)強度B和磁場方向垂直的平面面積S的乘積，即Φ＝BS.知識點2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．安培定那么(1)通電直導(dǎo)線：用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向．(2)通電螺線管：讓右手彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，大拇指所指的方向就是環(huán)形電流中軸線上的磁感線的方向或螺線管內(nèi)部磁感線的方向．圖8-1-2知識點3安培力的方向和大小1．安培力的方向(1)左手定那么：伸開左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一個平面內(nèi)，把手放入磁場中讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開的四指指向電流的方向，那么，大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)兩平行的通電直導(dǎo)線間的安培力：同向電流互相吸引，反向電流互相排斥．2．安培力的大小當(dāng)磁感應(yīng)強度B的方向與導(dǎo)線方向成θ角時，F(xiàn)＝BILsinθ，這是一般情況下的安培力的表達式，以下是兩種特殊情況：(1)當(dāng)磁場與電流垂直時，安培力最大，F(xiàn)max＝BIL.(2)當(dāng)磁場與電流平行時，安培力等于零．1．正誤判斷(1)磁場中某點磁感應(yīng)強度的方向，跟放在該點的試探電流元所受磁場力的方向一致．(×)(2)垂直磁場放置的線圈面積減小時，穿過線圈的磁通量可能增大．(√)(3)磁感線是真實存在的．(×)(4)在同一幅圖中，磁感線越密，磁場越強．(√)(5)將通電導(dǎo)線放入磁場中，假設(shè)不受安培力，說明該處磁感應(yīng)強度為零．(×)(6)安培力可能做正功，也可能做負功．(√)2．(電流磁場及磁場性質(zhì)的理解)(多項選擇)以下各選項中，小磁針的指向正確的選項是()【導(dǎo)學(xué)號：96622141】【答案】ABD3.(磁感應(yīng)強度的理解)(多項選擇)以下說法中正確的選項是()A．電荷在某處不受電場力的作用，那么該處電場強度為零B．一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場力作用，那么該處磁感應(yīng)強度一定為零C．表征電場中某點電場的強弱，是把一個檢驗電荷放在該點時受到的電場力與檢驗電荷本身電荷量的比值D．表征磁場中某點磁場的強弱，是把一小段通電導(dǎo)線放在該點時受到的磁場力與該小段導(dǎo)線長度和電流乘積的比值【答案】AC4．(對安培力的理解)(2022·全國卷Ⅱ)關(guān)于通電直導(dǎo)線在勻強磁場中所受的安培力，以下說法正確的選項是()【導(dǎo)學(xué)號：96622142】A．安培力的方向可以不垂直于直導(dǎo)線B．安培力的方向總是垂直于磁場的方向C．安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場方向的夾角無關(guān)D．將直導(dǎo)線從中點折成直角，安培力的大小一定變?yōu)樵瓉淼囊话搿敬鸢浮緽5．(對地磁場的理解)(2022·北京高考)中國宋代科學(xué)家沈括在?夢溪筆談?中最早記載了地磁偏角：“以磁石磨針鋒，那么能指南，然常微偏東，不全南也．〞進一步研究說明，地球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖8-1-3.結(jié)合上述材料，以下說法不正確的選項是()圖8-1-3A．地理南、北極與地磁場的南、北極不重合B．地球內(nèi)部也存在磁場，地磁南極在地理北極附近C．地球外表任意位置的地磁場方向都與地面平行D．地磁場對射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用【答案】C[核心精講]1．安培定那么的“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2.磁場的疊加(1)磁感應(yīng)強度為矢量，合成與分解遵循平行四邊形定那么．(2)兩個電流附近的磁場某處的磁感應(yīng)強度是由兩個電流分別獨立存在時產(chǎn)生的磁場在該處的磁感應(yīng)強度疊加而成的．[題組通關(guān)]1．(2022·上海高考)如圖8-1-4，一束電子沿z軸正向流動，那么在圖中y軸上A點的磁場方向是()【導(dǎo)學(xué)號：96622143】圖8-1-4A．＋x方向 B．－x方向C．＋y方向 D．－y方向A據(jù)題意，電子流沿z軸正向流動，電流方向沿z軸負向，由安培定那么可以判斷電流激發(fā)的磁場是以z軸為中心沿順時針方向(沿z軸負方向看)，通過y軸A點時方向向外，即沿x軸正向，那么選項A正確．2．如圖8-1-5所示，M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點，O為半圓弧的圓心，∠MOP＝60°，在M、N處各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面，導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流，方向如下圖，這時O點的磁感應(yīng)強度大小為B1.假設(shè)將M處長直導(dǎo)線移至P處，那么O點的磁感應(yīng)強度大小為B2，那么B2與B1之比為()圖8-1-5A.eq\r(3)∶1 B.eq\r(3)∶2C．1∶1 D．1∶2B如下圖，當(dāng)通有電流的長直導(dǎo)線在M、N兩處時，根據(jù)安培定那么，可知：二者在圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度都為eq\f(B1,2)；當(dāng)將M處長直導(dǎo)線移至P處時，兩直導(dǎo)線在圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度也為eq\f(B1,2)，做平行四邊形，由圖中的幾何關(guān)系，可得cos30°＝eq\f(\f(B2,2),\f(B1,2))＝eq\f(B2,B1)＝eq\f(\r(3),2)，應(yīng)選項B正確．[名師微博]求解有關(guān)磁感應(yīng)強度的三個關(guān)鍵1．磁感應(yīng)強度→由磁場本身決定．2．合磁感應(yīng)強度→等于各磁場的磁感應(yīng)強度的矢量和(滿足平行四邊形定那么)．3．牢記判斷電流的磁場的方法→安培定那么，并能熟練應(yīng)用，建立磁場的立體分布模型(記住5種常見磁場的立體分布圖)．[核心精講]1．判定導(dǎo)體運動情況的根本思路判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動或運動趨勢，首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁場磁感線分布情況，然后利用左手定那么準確判定導(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．2．五種常用判定方法電流元法分割為電流元eq\o(→,\s\up14(左手定那么))安培力方向→整段導(dǎo)體所受合力方向→運動方向特殊位置法在特殊位置→安培力方向→運動方向等效法環(huán)形電流小磁針條形磁鐵通電螺線管多個環(huán)形電流結(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[師生共研]一個可以自由運動的線圈L1和一個固定的線圈L2互相絕緣垂直放置，且兩個線圈的圓心重合，如圖8-1-6所示．當(dāng)兩線圈中通以圖示方向的電流時，從左向右看，線圈L1將()圖8-1-6A．不動B．順時針轉(zhuǎn)動C．逆時針轉(zhuǎn)動D．在紙面內(nèi)平動B方法一：(電流元分析法)把線圈L1沿水平轉(zhuǎn)動軸分成上下兩局部，每一局部又可以看成無數(shù)段直線電流元，電流元處在L2產(chǎn)生的磁場中，根據(jù)安培定那么可知各電流元所在處的磁場方向向上，由左手定那么可得，上半局部電流元所受安培力均指向紙外，下半局部電流元所受安培力均指向紙內(nèi)，因此從左向右看線圈L1將順時針轉(zhuǎn)動．方法二：(等效分析法)把線圈L1等效為小磁針，該小磁針剛好處于環(huán)形電流I2的中心，小磁針的N極應(yīng)指向該點環(huán)形電流I2的磁場方向，由安培定那么知I2產(chǎn)生的磁場方向在其中心處豎直向上，而L1等效成小磁針后，轉(zhuǎn)動前，N極指向紙內(nèi)，因此小磁針的N極應(yīng)由指向紙內(nèi)轉(zhuǎn)為向上，所以從左向右看，線圈L1將順時針轉(zhuǎn)動．方法三(結(jié)論法)環(huán)形電流I1、I2之間不平行，那么必有相對轉(zhuǎn)動，直到兩環(huán)形電流同向平行為止，據(jù)此可得，從左向右看，線圈L1將順時針轉(zhuǎn)動．[題組通關(guān)]3．將一個質(zhì)量很小的金屬圓環(huán)用細線吊起來，在其附近放一塊條形磁鐵，磁鐵的軸線與圓環(huán)在同一個平面內(nèi)，且通過圓環(huán)中心，如圖8-1-7所示，當(dāng)圓環(huán)中通以順時針方向的電流時，從上往下看()【導(dǎo)學(xué)號：96622144】圖8-1-7A．圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，靠近磁鐵B．圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，遠離磁鐵C．圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動，靠近磁鐵D．圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動，遠離磁鐵C該通電圓環(huán)相當(dāng)于一個垂直于紙面的小磁針，N極在內(nèi)，S極在外，根據(jù)同極相互排斥，異極相互吸引，可得C項正確．4．如圖8-1-8所示，把一重力不計的通電導(dǎo)線水平放置在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向的電流時，導(dǎo)線的運動情況是(從上往下看)()圖8-1-8A．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降B．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升C．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降D．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升A如圖甲所示，把直線電流等效為無數(shù)小段，中間的點為O點，選擇在O點左側(cè)S極右上方的一小段為研究對象，該處的磁場方向指向左下方，由左手定那么判斷，該小段受到的安培力的方向垂直紙面向里，在O點左側(cè)的各段電流元都受到垂直紙面向里的安培力，同理判斷出O點右側(cè)的電流受到垂直紙面向外的安培力．因此，從上向下看，導(dǎo)線沿順時針方向轉(zhuǎn)動．甲乙分析導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°時的情形．如圖乙所示，導(dǎo)線中的電流向外，由左手定那么可知，導(dǎo)線受到向下的安培力．由以上分析可知，導(dǎo)線在順時針轉(zhuǎn)動的同時向下運動．選項A正確.[核心精講]1．安培力的大小安培力常用公式F＝BIL，要求兩兩垂直，應(yīng)用時要滿足：(1)B與L垂直；(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8-1-9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．圖8-1-92．通電導(dǎo)線在磁場中的平衡和加速問題的分析思路(1)選定研究對象；(2)變?nèi)S為二維，如側(cè)視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫出平面受力分析圖，其中安培力的方向要注意F安⊥B、F安⊥I；(3)列平衡方程或牛頓第二定律方程進行求解．3．安培力做功的特點和實質(zhì)(1)安培力做功與路徑有關(guān)，不像重力、電場力做功與路徑無關(guān)．(2)安培力做功的實質(zhì)是能量轉(zhuǎn)化①安培力做正功時將電源的能量轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動能或其他形式的能．②安培力做負功時將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后儲存起來或轉(zhuǎn)化為其他形式的能．[師生共研](2022·全國卷Ⅰ)如圖8-1-10所示，一長為10cm的金屬棒ab用兩個完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強磁場中；磁場的磁感應(yīng)強度大小為0.1T，方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣．金屬棒通過開關(guān)與一電動勢為12V的電池相連，電路總電阻為2Ω.開關(guān)斷開時兩彈簧的伸長量為0.5cm；閉合開關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長量與開關(guān)斷開時相比均改變了0.3cm.重力加速度大小取10m/s2.判斷開關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求出金屬棒的質(zhì)量．圖8-1-10【標(biāo)準解答】依題意，開關(guān)閉合后，電流方向從b到a，由左手定那么可知，金屬棒所受的安培力方向豎直向下．開關(guān)斷開時，兩彈簧各自相對于其原長伸長了Δl1＝0.5cm.由胡克定律和力的平衡條件得2kΔl1＝mg ①式中，m為金屬棒的質(zhì)量，k是彈簧的勁度系數(shù)，g是重力加速度的大?。_關(guān)閉合后，金屬棒所受安培力的大小為F＝IBL ②式中，I是回路電流，L是金屬棒的長度．兩彈簧各自再伸長了Δl2＝0.3cm，由胡克定律和力的平衡條件得2k(Δl1＋Δl2)＝mg＋F ③由歐姆定律有E＝IR ④式中，E是電池的電動勢，R是電路總電阻．聯(lián)立①②③④式，并代入題給數(shù)據(jù)得m＝0.01kg.【答案】安培力的方向豎直向下，金屬棒的質(zhì)量為0.01kg[題組通關(guān)]5．(多項選擇)如圖8-1-11所示，水平長直導(dǎo)線MN中通以M到N方向的恒定電流，用兩根輕質(zhì)絕緣細線將矩形線圈abcd懸掛在其正下方．開始時線圈內(nèi)不通電流，兩細線內(nèi)的張力均為T，當(dāng)線圈中通過的電流為I時，兩細線內(nèi)的張力均減小為T′.以下說法正確的選項是()圖8-1-11A．線圈中通過的電流方向為a→d→c→b→aB．線圈中通過的電流方向為a→b→c→d→aC．當(dāng)線圈中電流變?yōu)閑q\f(T,T－T′)I時，兩細線內(nèi)的張力均為零D．當(dāng)線圈中電流變?yōu)閑q\f(T′,T－T′)I時，兩細線內(nèi)的張力均為零BC線圈不通電流時，由力的平衡有2T＝mg，當(dāng)通過的電流為I時，張力減小為T′，由安培定那么知通電導(dǎo)線MN在ab處產(chǎn)生的磁場比dc處強，那么可判知ab必受向上的安培力，