磁場對帶電導(dǎo)體的影響

磁場對帶電導(dǎo)體的影響第1頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月考

綱

下

載1.磁場、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線(Ⅰ)2．通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向(Ⅰ)3．安培力、安培力的方向(Ⅰ)4．勻強(qiáng)磁場中的安培力(Ⅱ)5．洛倫茲力、洛倫茲力的方向(Ⅰ)6．洛倫茲力公式(Ⅱ)7．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)(Ⅱ)8．質(zhì)譜儀和回旋加速器(Ⅰ)第2頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月考

情

上

線高考地位縱觀近幾年高考，涉及本章知識(shí)點(diǎn)的題目年年都有，考查次數(shù)最多的是與洛倫茲力有關(guān)的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場或復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)，其次是與安培力有關(guān)的通電導(dǎo)體在磁場中的加速或平衡問題?？键c(diǎn)點(diǎn)擊1.本章知識(shí)常與電場、恒定電流以及電磁感應(yīng)、

交變電流等章節(jié)知識(shí)廣泛聯(lián)系綜合考查。2．速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、質(zhì)譜儀、回旋

加速器等磁場在生活和科技方面的應(yīng)用。第3頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月第4頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[思維啟動(dòng)]如圖9－1－1所示為一電磁選礦機(jī)的示意圖，其中M為礦石漏斗，D為電磁鐵。在開礦中，所開采出的礦石有含鐵礦石和非含鐵礦石，那么礦石經(jīng)過選礦機(jī)后，落入B槽中的礦石是________，落入A槽中的礦圖9－1－1石是________。第7頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月提示：含鐵礦石被電磁鐵D磁化吸引，故落入B槽；非含鐵礦石不受D的作用，故落入A槽。第8頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[知識(shí)聯(lián)動(dòng)]1．磁場(1)基本性質(zhì)：磁場對處于其中的磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷

有磁場力的作用。(2)方向：小磁針N極所受磁場力的方向。第9頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月2．磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場性質(zhì)的物理量，是用比值法定

義的。(2)勻強(qiáng)磁場：磁感應(yīng)強(qiáng)度處處相同，磁感線是一組平行

且等間距的直線。(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電場強(qiáng)度E的比較第10頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月

對應(yīng)名稱比較項(xiàng)目

磁感應(yīng)強(qiáng)度B電場強(qiáng)度E大小決定由磁場決定，與檢驗(yàn)電流無關(guān)由電場決定，與檢驗(yàn)電荷無關(guān)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(diǎn)的正電荷受力方向場的疊加合磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和合場強(qiáng)等于各個(gè)電場的場強(qiáng)的矢量和單位1T＝1N/(A·m)1V/m＝1N/C第12頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[應(yīng)用升級(jí)]1．(雙選)下列說法中正確的是 (

)A．電荷在某處不受電場力的作用，則該處電場強(qiáng)

度為零B．一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場力作用，則該

處磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零第13頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月C．表征電場中某點(diǎn)電場的強(qiáng)弱，是把一個(gè)檢驗(yàn)電荷放在

該點(diǎn)時(shí)受到的電場力與檢驗(yàn)電荷本身電荷量的比值D．表征磁場中某點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱，是把一小段通電導(dǎo)線放

在該點(diǎn)時(shí)受到的磁場力與該小段導(dǎo)體長度和電流乘積

的比值第14頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月答案：AC第15頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[思維啟動(dòng)]

鐵屑在磁場中的分布曲線就是真實(shí)的磁感線，這種說法對嗎？第16頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月提示：不對。磁感線是為了形象地描述磁場而人為假想的曲線，并不是客觀存在于磁場中的真實(shí)曲線。實(shí)驗(yàn)時(shí)利用被磁化的鐵屑來顯示磁感線的分布情況，只是研究磁感線的一種方法，使看不見、摸不著的磁場變得具體形象，給研究帶來方便，但是絕不能認(rèn)為磁感線是由鐵屑排列而成的。另外被磁化的鐵屑所顯示的磁感線分布僅是一個(gè)平面上的磁感線分布情況，而磁鐵周圍的磁感線應(yīng)該分布在長、寬、高組成的三維空間內(nèi)。第17頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[知識(shí)聯(lián)動(dòng)]1．磁感線(1)磁感線：在磁場中畫出一些有方向的曲線，使曲線上

各點(diǎn)的切線方向跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向一致。(2)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場磁感線分布，如圖9－1－2

所示。第18頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月圖9－1－2第19頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月3.電流的磁場第21頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場安培定則立體圖橫截面圖第22頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月 [應(yīng)用升級(jí)]2．磁場中某區(qū)域的磁感線如圖9－1－4

所示，則(

)A．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不

等，Ba＞Bb圖9－1－4B．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，Ba＜BbC．同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力大D．同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力小第23頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月解析：在磁場中，磁感線疏密表示磁場的強(qiáng)弱，故Ba＜Bb，選項(xiàng)B正確，A錯(cuò)誤；同一通電導(dǎo)線如果都垂直放入磁場中，則在a處受力一定比b處受力小，但如果導(dǎo)線與磁場平行放置，受力均為0，故C、D均錯(cuò)誤。答案：B第24頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[思維啟動(dòng)]請根據(jù)圖9－1－5中給出的條件，運(yùn)用左手定則，指明各圖中第三個(gè)物理量的方向。圖9－1－5第25頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月提示：根據(jù)各圖中已知方向利用左手定則，判知：(a)F垂直于紙面向里(b)F垂直于紙面向里(c)B垂直于紙面向外(d)I由左向右(e)F垂直于I斜向右下方。第26頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月3．通電導(dǎo)體在安培力作用下運(yùn)動(dòng)的判斷(1)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，首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁場分布情況，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)趨勢的方向?，F(xiàn)對五種常用的方法列表如下：第29頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電流元法把整段彎曲導(dǎo)線分為多段直線電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向特殊位置法通電導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)到某個(gè)便于分析的特殊位置時(shí)，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動(dòng)方向等效法環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個(gè)環(huán)形電流，反過來等效也成立。等效后再確定相互作用情況第30頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢，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(shí)，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(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)方向第31頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)在應(yīng)用左手定則判定安培力方向時(shí)，磁感線方向不一定垂直于電流方向，但安培力方向一定與磁場方向和電流方向垂直，即大拇指一定要垂直于磁場方向和電流方向決定的平面。第32頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[應(yīng)用升級(jí)]3.如圖9－1－6所示，質(zhì)量為m＝50g，長l＝10cm的銅棒，用長度也為l的

兩根輕軟導(dǎo)線水平懸吊在豎直向上

的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1/3T。圖9－1－6未通電時(shí)，輕線在豎直方向，通入恒定電流后，棒

向外偏轉(zhuǎn)的最大角度θ＝37°，求此棒中恒定電流的大小。第33頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月解析：金屬棒向外偏轉(zhuǎn)過程中，導(dǎo)線拉力不做功，如圖所示，安培力F做功為WF＝Fs1＝BIl2sin37°重力做功為WG＝－mgs2＝－mgl(1－cos37°)由動(dòng)能定理得第34頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月答案：5A第35頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[知識(shí)檢索]在運(yùn)用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場時(shí)應(yīng)分清“因”和“果”。在判定直線電流的磁場方向時(shí)，大拇指指“原因”——電流方向，四指指“結(jié)果”——磁場繞向；在判定環(huán)形電流的磁場方向時(shí)，四指指“原因”——電流繞向，大拇指指“結(jié)果”——環(huán)內(nèi)沿中心軸線的磁感應(yīng)線方向。第37頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[典題例析][例1]如圖9－1－7所示，在a、b、c三處垂直于紙面放置三根長直通電導(dǎo)線，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圖9－1－7O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，求O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。第38頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[思路點(diǎn)撥]首先求出a、b、c三根導(dǎo)線電流在O處各自形成的磁場的磁感應(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。第39頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[解析]

由于Oa＝Ob＝Oc，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，如圖所示，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，所以O(shè)處的總磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B，方向平行ab連線向右。[答案]

2B，方向平行ab連線向右第40頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[拓展訓(xùn)練](雙選)如圖9－1－8所示，有兩根長為L、質(zhì)量為m的細(xì)導(dǎo)體棒a、b，a被水平放置

在傾角為45°的光滑斜面上，b被水平

固定在與a在同一水平面的另一位置，圖9－1－8

且a、b平行，它們之間的距離為x。當(dāng)兩細(xì)棒中均通以

電流大小為I的同向電流時(shí)，a恰能在斜面上保持靜止，

則下列關(guān)于b的電流在a處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的

說法正確的是(

)第41頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月第42頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月解析：由安培定則可知b的電流在a處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向上，A錯(cuò)誤。a的受力如圖甲所示。第43頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月答案：CD第44頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[知識(shí)檢索](1)判斷通電導(dǎo)線(或線圈)在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，可以有多種方法，具體選用哪一種，可以視情況而定。在下例中，除了已用到的兩種方法外，還可以應(yīng)用“轉(zhuǎn)換研究對象法”，即假設(shè)導(dǎo)線固定不動(dòng)，判斷出蹄形磁鐵的N、S極受力方向，從而確定蹄形磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再根據(jù)實(shí)際情況，將結(jié)論反過來即可。第45頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)對電流與電流的相互作用，一般先由安培定則判斷出某一電流產(chǎn)生的磁場方向，再由左手定則判斷出另一電流受的安培力方向。第46頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[典題例析][例2]如圖9－1－9所示，把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時(shí)，導(dǎo)線的運(yùn)圖9－1－9動(dòng)情況是(從上往下看)(

)A．順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降B．順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升C．逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降D．逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升第47頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[思路點(diǎn)撥]首先明確常見磁場的磁感線分布情況，然后取“電流元”，用左手定則判定其受力方向，特別注意電流旋轉(zhuǎn)后，有了垂直于紙面的分量而導(dǎo)致向下受力。第48頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[解析]

(1)電流元法如圖所示，把直線電流等效為AO′、O′O、OB三段(O′O段極短)電流元，由于O′O段電流方向與該處磁場方向平行，所以不受安培力作用；AO′段電流元所在處的磁場方向傾斜向上，根據(jù)左手定則可知其所受安培力方向垂直于紙面向外；OB段電流元所在處的磁場方向傾斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直于紙面向里。綜上可知導(dǎo)線將以O(shè)O′段為軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(俯視)。第49頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)特殊位置法把導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°的特殊位置來分析，根據(jù)左手定則判得安培力方向向下，故導(dǎo)線在順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)。綜上所述，選項(xiàng)A正確。[答案]

A第50頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[拓展訓(xùn)練]2.將一個(gè)質(zhì)量很小的金屬圓環(huán)用細(xì)線吊起來，在其附近放一條形磁鐵，磁鐵的軸線與圓

環(huán)在同一個(gè)平面內(nèi)，且通過圓環(huán)中心，如圖9－1－10

圖9－1－10所示，當(dāng)圓環(huán)中通以順時(shí)針方向的電流時(shí)，從

上往下看 (

)第51頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月A．圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，靠近磁鐵B．圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)離磁鐵C．圓環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，靠近磁鐵D．圓環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)離磁鐵解析：該通電圓環(huán)相當(dāng)于一個(gè)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(xiàng)正確。答案：C第52頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[知識(shí)檢索]1．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的方程式進(jìn)行求解。第53頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月2．安培力做功的特點(diǎn)和實(shí)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(shí)質(zhì)：起傳遞能量的作用。①安培力做正功：是將電源的能量傳遞給通電導(dǎo)線后轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動(dòng)能或轉(zhuǎn)化為其他形式的能。②安培力做負(fù)功：是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后儲(chǔ)存起來或轉(zhuǎn)化為其他形式的能。第54頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[典題例析][例3]如圖9－1－11所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離L＝0.40m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角θ＝37°，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.50T、圖9－1－11方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場。金屬導(dǎo)軌的一端接有電動(dòng)勢E＝4.5V、內(nèi)阻r＝0.50Ω的直流電源?，F(xiàn)把一個(gè)第55頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)量m＝0.040kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止。導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直、且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點(diǎn)間的電阻R0＝2.5Ω，金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)，g取10m/s2。已知sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，求：(1)通過導(dǎo)體棒的電流；(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大??；(3)導(dǎo)體棒受到的摩擦力。第56頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月[思路點(diǎn)撥]

第57頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月第58頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)導(dǎo)體棒所受重力沿斜面向下的分力F1＝mgsin37°＝0.24N由于F1小于安培力，故導(dǎo)體棒受沿斜面向下的摩擦力Ff，受力分析如圖所示，根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件mgsin37°＋Ff＝F安，解得：Ff＝0.06N。[答案]

(1)1.5A

(2)0.30N

(3)0.06N第59頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月若導(dǎo)軌是光滑的，則導(dǎo)體棒恰好靜止在導(dǎo)軌上時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值是多少？方向如何？答案：0.4T方向垂直于斜面向上第60頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月第61頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1．(2011·課標(biāo)全國卷)為了解釋地球的磁性，19世紀(jì)安培假設(shè)：地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的。在圖9－1－12的四個(gè)圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是 (

)圖9－1－12第62頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月解析：由日常知識(shí)可知，地球的南極為磁場的N極，由右手螺旋定則可知，電流方向如圖B，故選項(xiàng)B正確。答案：B第63頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月2．(2011·全國卷)如圖9－1－13，兩

根相互平行的長直導(dǎo)線分別通有

方向相反的電流I1和I2，且I1>I2；a、b、c、d為導(dǎo)線某一橫截面所圖9－1－13在平面內(nèi)的四點(diǎn)，且a、b、c與兩導(dǎo)線共面；b點(diǎn)在兩導(dǎo)

線之間，b、d的連線與導(dǎo)線所在平面垂直。磁感應(yīng)強(qiáng)度

可能為零的點(diǎn)是 (

)A．a(chǎn)點(diǎn)B．b點(diǎn)C．c點(diǎn) D．d點(diǎn)第64頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月解析：根據(jù)安培定則可知I1和I2電流分別在a處產(chǎn)生的磁場方向?yàn)榇怪盿c連線向上和向下，由于I1>I2，且I1電流與a點(diǎn)的距離比I