人教版新高考物理一輪總復(fù)習(xí)-磁場(chǎng)　磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力

高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI第1講

磁場(chǎng)

磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力第十一章2022課標(biāo)要求1.了解我國古代對(duì)磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用及其對(duì)人類文明的影響。2.通過實(shí)驗(yàn),了解磁場(chǎng)。知道磁場(chǎng)是一種物質(zhì),體會(huì)場(chǎng)的統(tǒng)一性與多樣性。知道磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁通量。能用磁感線描述磁場(chǎng)。體會(huì)物理模型在探索自然規(guī)律中的作用。3.知道電流的磁場(chǎng)。會(huì)判斷通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍的磁場(chǎng)方向。4.通過實(shí)驗(yàn),認(rèn)識(shí)安培力。能判斷安培力的方向,會(huì)計(jì)算安培力的大小。了解安培力在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。5.通過實(shí)驗(yàn),認(rèn)識(shí)洛倫茲力。能判斷洛倫茲力的方向,會(huì)計(jì)算洛倫茲力的大小。能用洛倫茲力分析帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)。了解帶電粒子的磁偏轉(zhuǎn)原理及其應(yīng)用。備考指導(dǎo)1.理解磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線、安培力、洛倫茲力以及安培定則和左手定則的運(yùn)用。2.重點(diǎn)掌握安培力的大小計(jì)算,以及帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的分析與計(jì)算。3.加大對(duì)帶電粒子在組合場(chǎng)和復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)和受力分析,突出分析綜合能力的培養(yǎng)。4.關(guān)注以生產(chǎn)、科技中帶電粒子運(yùn)動(dòng)為背景的題目,注重物理模型的構(gòu)建。內(nèi)容索引0102第一環(huán)節(jié)必備知識(shí)落實(shí)第二環(huán)節(jié)關(guān)鍵能力形成第一環(huán)節(jié)必備知識(shí)落實(shí)知識(shí)點(diǎn)一磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度1.磁場(chǎng)(1)定義:磁場(chǎng)是磁體、電流周圍存在的一種特殊物質(zhì)。

(2)基本特性:磁場(chǎng)對(duì)處于其中的磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷有磁場(chǎng)力的作用。(3)方向:小磁針靜止時(shí)N極所指的方向規(guī)定為該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向。2.磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)物理意義:描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。(2)大小:(通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng))。(3)方向:小磁針靜止時(shí)N極所指的方向。(4)單位:特斯拉(T)。知識(shí)點(diǎn)二磁感線

幾種常見的磁場(chǎng)1.磁感線在磁場(chǎng)中畫出一些曲線,使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致。2.幾種常見的磁場(chǎng)(1)條形磁體和蹄形磁體的磁場(chǎng)(如圖所示)。(2)電流的磁場(chǎng)。

(3)勻強(qiáng)磁場(chǎng)。在磁場(chǎng)的某些區(qū)域內(nèi),磁感線為同向等密的平行線,如圖所示。

(4)地磁場(chǎng)。①地磁場(chǎng)的N極在地理南極附近,S極在地理北極附近,磁感線分布如圖所示。②在赤道上,距離地球表面高度相等的各點(diǎn),磁感應(yīng)強(qiáng)度相同,方向水平向北。追本溯源請(qǐng)根據(jù)安培分子電流假說解釋磁體磁場(chǎng)產(chǎn)生的本質(zhì)。提示

磁體中的每個(gè)原子都存在分子電流,并因分子電流而產(chǎn)生一個(gè)很小的磁場(chǎng),平時(shí)分子電流的磁場(chǎng)是雜亂無章的,所以對(duì)外不顯磁性,在磁體被磁化時(shí),所有的分子電流磁場(chǎng)在強(qiáng)大的外磁場(chǎng)作用下會(huì)旋轉(zhuǎn),并且自身的方向趨于和外磁場(chǎng)的方向一致,這些分子電流磁場(chǎng)會(huì)合成一個(gè)較強(qiáng)的磁場(chǎng),這時(shí)磁體就會(huì)顯示出磁性。在外加磁場(chǎng)撤去后,分子電流磁場(chǎng)仍然有序排列,對(duì)外顯示出磁性。知識(shí)點(diǎn)三安培力的大小和方向1.安培力的方向(1)左手定則:伸開左手,使拇指與其余四個(gè)手指垂直,并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi);讓磁感線從掌心進(jìn)入,并使四指指向電流的方向,這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)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(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向成θ角時(shí),F=BIlsinθ,這是一般情況下的安培力的表達(dá)式,以下是兩種特殊情況:(1)當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂直時(shí),安培力最大,Fmax=BIl;(2)當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向平行時(shí),安培力等于零?！局R(shí)鞏固】

1.思考判斷(1)磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,跟放在該點(diǎn)的試探電流元的強(qiáng)弱有關(guān)。(

)(2)磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,跟放在該點(diǎn)的試探電流元所受磁場(chǎng)力的方向一致。(

)(3)將通電導(dǎo)線放入磁場(chǎng)中,若不受安培力,說明該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。(

)(4)小磁針N極所指的方向就是該處磁場(chǎng)的方向。(

)(5)由定義式

可知,電流I越大,導(dǎo)線l越長(zhǎng),某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度就越小。(

)(6)安培力可能做正功,也可能做負(fù)功。(

)×××××√2.(多選)關(guān)于磁場(chǎng)和磁感線的描述,下列說法正確的是(

)A.磁極與磁極之間、磁極與電流之間都是通過磁場(chǎng)發(fā)生相互作用的B.磁感線可以形象地描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向,它每一點(diǎn)的切線方向都和小磁針在該點(diǎn)靜止時(shí)北極所指的方向一致C.磁感線總是從磁體的N極出發(fā),到S極終止D.磁感線可以用細(xì)鐵屑來顯示,因而是真實(shí)存在的AB解析:磁感線是閉合的曲線,C錯(cuò)誤。磁感線是為了描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱而假設(shè)存在的,D錯(cuò)誤。3.如圖所示,甲、乙是直線電流的磁場(chǎng),丙、丁是環(huán)形電流的磁場(chǎng),戊、己是通電螺線管的磁場(chǎng),試在各圖中補(bǔ)畫出電流方向或磁感線方向。第二環(huán)節(jié)關(guān)鍵能力形成能力形成點(diǎn)1安培定則的應(yīng)用和磁場(chǎng)的疊加(師生共研)整合構(gòu)建1.安培定則的應(yīng)用在運(yùn)用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場(chǎng)時(shí)應(yīng)分清“因”和“果”。2.磁場(chǎng)疊加問題的解題思路(1)確定磁場(chǎng)場(chǎng)源,如通電導(dǎo)線。(2)定位空間中需求解磁場(chǎng)的點(diǎn),利用安培定則等判定各個(gè)場(chǎng)源在這一點(diǎn)上產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向。右圖為通電長(zhǎng)直導(dǎo)線M、N在c點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度BM、BN。(3)應(yīng)用平行四邊形定則進(jìn)行合成,如圖中的合磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B?！镜淅?】

如圖所示,M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點(diǎn),O為半圓弧的圓心,∠MOP=60°。在M、N處各有一條長(zhǎng)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,方向如圖所示,這時(shí)O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1。若將M處長(zhǎng)直導(dǎo)線移至P處,則O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2,那么B2與B1之比為(

)B思維點(diǎn)撥(1)在M、N兩點(diǎn)時(shí),O點(diǎn)的兩個(gè)分磁感應(yīng)強(qiáng)度大小關(guān)系如何?方向夾角為多大?(2)在P、N兩點(diǎn)時(shí),O點(diǎn)的兩個(gè)分磁感應(yīng)強(qiáng)度大小關(guān)系如何?方向夾角為多大?提示

(1)大小相等,夾角為0°。(2)大小相等,夾角為60°。甲

乙

規(guī)律總結(jié)磁場(chǎng)的矢量性及合成1.根據(jù)安培定則確定通電導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)的方向。2.磁場(chǎng)中每一點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁感線的切線方向。3.磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,多個(gè)通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加時(shí),合磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各場(chǎng)源單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和。訓(xùn)練突破1.在地球赤道上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),用磁傳感器測(cè)得赤道上P點(diǎn)地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0。將一條形磁體固定在P點(diǎn)附近的水平面上,讓N極指向正北方向,如圖所示,此時(shí)用磁傳感器測(cè)得P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1;現(xiàn)將條形磁體以P點(diǎn)為軸心在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°,使其N極指向正東方向,此時(shí)用磁傳感器測(cè)得P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小應(yīng)為(可認(rèn)為地磁南、北極與地理北、南極重合)(

)A.B1-B0B.B1+B0D解析:根據(jù)題意,赤道上P點(diǎn)地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,條形磁體N極指向正北方向時(shí),條形磁體在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=B1-B0;條形磁體N極指向正東方向時(shí),其產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度指向正東方向,此時(shí)兩個(gè)分矢量垂直,故P點(diǎn)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度為

,選項(xiàng)D正確。能力形成點(diǎn)2安培力的分析與計(jì)算(師生共研)整合構(gòu)建1.安培力公式F=BIl,應(yīng)用時(shí)要注意:(1)B與I垂直;(2)B與I平行時(shí),F=0;(3)l是有效長(zhǎng)度。彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度l,等于連接兩端點(diǎn)線段的長(zhǎng)度(如圖所示);相應(yīng)的電流沿l由始端流向末端。2.方向:根據(jù)左手定則判斷?！镜淅?】

(2020·遼寧鐵嶺朝鮮族高級(jí)中學(xué)開學(xué)考)正方形線框ABCD由四根相同的導(dǎo)體棒連接而成,空間中存在垂直線框平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),端點(diǎn)A、B通過導(dǎo)線與電源相連,電流方向如圖所示,已知導(dǎo)體棒AB受到的安培力大小為F,CD和DA邊受到的安培力之和為(

)思維點(diǎn)撥(1)分析AB邊與ADCB邊的電阻關(guān)系,確定電流關(guān)系。(2)求DC邊和DA邊的安培力,并與AB邊的安培力比較,確定與F的關(guān)系。(3)求DC邊和DA邊的安培力的合力。D訓(xùn)練突破2.如圖所示,導(dǎo)線框中電流為I,導(dǎo)線框垂直于磁場(chǎng)放置,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,ab與cd相距為l,則棒MN所受安培力的大小為(

)C能力形成點(diǎn)3通電導(dǎo)線在安培力作用下運(yùn)動(dòng)的判斷(師生共研)整合構(gòu)建1.思路分析判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)方向或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁感線分布情況,再弄清導(dǎo)體中電流方向,然后利用左手定則準(zhǔn)確判定導(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)方向。2.幾種判定方法

【典例3】

一直導(dǎo)線平行于通電螺線管的軸線放置在螺線管的上方,如圖所示,如果直導(dǎo)線可以自由地運(yùn)動(dòng)且通以由a到b的電流,則關(guān)于導(dǎo)線ab受磁場(chǎng)力后的運(yùn)動(dòng)情況,下列說法正確的是(

)A.從上向下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并靠近螺線管B.從上向下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并遠(yuǎn)離螺線管C.從上向下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并遠(yuǎn)離螺線管D.從上向下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并靠近螺線管思維點(diǎn)撥直導(dǎo)線所在位置的磁場(chǎng)方向:左半部分磁場(chǎng)方向斜向上,右半部分磁場(chǎng)方向斜向下。D解析:方法一:電流元法由安培定則可判定通電螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向,導(dǎo)線等效為Oa、Ob兩電流元,由左手定則可判定兩電流元所受安培力的方向,如圖所示,所以從上向下看導(dǎo)線逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)轉(zhuǎn)過90°時(shí)再用左手定則可判定導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力向下,即導(dǎo)線在逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還要靠近螺線管,選項(xiàng)D正確。方法二:結(jié)論法結(jié)論1:兩電流相互平行時(shí)無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì),電流方向相同時(shí)相互吸引,電流方向相反時(shí)相互排斥。結(jié)論2:兩電流不平行時(shí),將發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),有轉(zhuǎn)到兩電流相互平行且方向相同的趨勢(shì)。通電螺線管上部離導(dǎo)線近,所以只考慮這部分電流與導(dǎo)線的作用,此時(shí)螺線管相當(dāng)于垂直紙面向里的直導(dǎo)線,由結(jié)論2可知導(dǎo)線ab受磁場(chǎng)力后(從上向下看)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),又由結(jié)論1可知轉(zhuǎn)動(dòng)后的導(dǎo)線ab靠近螺線管,選項(xiàng)D正確。特別提醒1.同一問題可以用多種判斷方法分析,可以根據(jù)不同的題目選擇恰當(dāng)?shù)呐袛喾椒ā?.同一導(dǎo)體在安培力作用下,運(yùn)動(dòng)形式可能會(huì)發(fā)生變化,要根據(jù)受力情況進(jìn)行判斷。訓(xùn)練突破3.一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈L2互相絕緣垂直放置,且兩個(gè)線圈的圓心重合,如圖所示。當(dāng)兩線圈中通以圖示方向的電流時(shí),從左向右看,線圈L1將(

)A.不動(dòng)

B.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C.逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D.在紙面內(nèi)平動(dòng)B解析:方法一:(電流元分析法)把線圈L1沿水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸分成上下兩部分,每一部分又可以看成無數(shù)段直線電流元,電流元處在L2產(chǎn)生的磁場(chǎng)中,根據(jù)安培定則可知各電流元所在處的磁場(chǎng)方向向上,由左手定則可得,上半部分電流元所受安培力均指向紙外,下半部分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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。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(diǎn)環(huán)形電流I2的磁場(chǎng)方向,由安培定則知I2產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向在其中心處豎直向上,而L1等效成小磁針后,轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。方法三:(結(jié)論法)環(huán)形電流I1、I2之間不平行,由于兩不平行的電流的相互作用,則兩環(huán)必有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。能力形成點(diǎn)4與安培力有關(guān)的力學(xué)綜合——規(guī)范訓(xùn)練整合構(gòu)建1.與安培力有關(guān)的力學(xué)問題與其他力學(xué)問題一樣,受力分析是關(guān)鍵。利用左手定則正確分析安培力的方向,用安培力公式正確求解其大小,根據(jù)平衡條件或牛頓第二定律列方程求解。2.將三維圖轉(zhuǎn)換為二維平面圖,即通過畫俯視圖、剖面圖、側(cè)視圖等,將立體圖轉(zhuǎn)換為平面受力圖?！镜淅?】

(12分)(2020·廣東汕頭金山中學(xué)月考)如圖所示,水平導(dǎo)軌間距l(xiāng)=0.5m,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì);導(dǎo)體棒ab的質(zhì)量m=1kg,電阻R0=0.9Ω,與導(dǎo)軌接觸良好;電源電動(dòng)勢(shì)E=10V,內(nèi)阻r=0.1Ω,電阻R=4Ω;外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=5T,方向垂直于ab,與導(dǎo)軌平面成夾角α=53°;ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力),定滑輪摩擦不計(jì),線對(duì)ab的拉力為水平方向,重力加速度g取10m/s2,ab處于靜止?fàn)顟B(tài)。已知sin53°=0.8,cos53°=0.6。求:(1)通過ab的電流大小和方向;(2)ab受到的安培力大小;(3)重物重力G的取值范圍。思維點(diǎn)撥(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律求電流大小,再由安培力公式求安培力大小。(2)對(duì)導(dǎo)體棒受力分析,根據(jù)最大摩擦力向右和向左確定重力的取值范圍。解析:(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律,通過ab的電流

=2

A(2分)方向?yàn)閍到b。

(1分)(2)由安培力公式得F=BIl=5

N。(2分)(3)當(dāng)最大靜摩擦力方向向左時(shí),導(dǎo)體棒ab受力如圖所示根據(jù)平衡得Ffm=μ(mg-Fcos

53°)=3.5

N(2分)當(dāng)最大靜摩擦力方向向左時(shí)FT=Fsin

53°+Ffm=7.5

N(2分)當(dāng)最大靜摩擦力方向向右時(shí)FT=Fsin

53°-Ffm=0.5

N(2分)所以0.5

N≤G≤7.5

N。

(1分)答案:(1)2A

a到b(2)5N(3)0.5N≤G≤7.5N方法技巧安培力作用下導(dǎo)體棒平衡問題的基本思路

訓(xùn)練突破4.如圖所示,在傾角θ=37°的斜面上,固定一寬l=1.0m的平行金屬導(dǎo)軌?，F(xiàn)在導(dǎo)軌上垂直導(dǎo)軌放置一質(zhì)量m=0.4kg、電阻R0=2.0Ω、長(zhǎng)為1.0m的金屬棒ab,它與導(dǎo)