2020高考物理一轮复习第九章第1讲磁场及其对电流的作用学案(含解析).doc
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1、1第 1 讲 磁场及其对电流的作用主干梳理 对点激活知识点 磁场、磁感应强度、磁感线 1磁场(1)基本特性:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有 力的作用。01 (2)方向:小磁针静止时 N 极所指的方向或小磁针 N 极的受力方向。02 03 2磁感应强度(1)物理意义:描述磁场的 强弱和方向。04 (2)大小: B (通电导线垂直于磁场)。05 FIL(3)方向:小磁针静止时 N 极的指向。(即磁场方向就是 B 的方向)06 (4)B 是 矢量,合成时遵循 平行四边形定则。单位: 特斯拉,符号 T。07 08 09 10 (5)电流元:物理学中,把很短一段通电导线中的电流 I 与导线长度
2、L 的乘积 IL 叫做电流元。3磁感线及其特点(1)磁感线:为了形象地描述磁场,在磁场中画出一些有方向的曲线,使曲线上各点的切线方向跟该点的磁感应强度方向一致。11 (2)特点磁感线上某点的 切线方向就是该点的磁场方向。12 磁感线的 疏密定性地表示磁场的强弱。13 磁感线是 闭合曲线,没有起点和终点。14 同一磁场的磁感线 不中断、 不相交。15 16 磁感线是假想的曲线,客观上 不存在。17 知识点 电流的磁场及几种常见的磁场 1电流的磁场(1)奥斯特实验:奥斯特实验发现了电流的磁效应,即电流可以产生磁场,首次揭示了电和磁的联系。01 (2)安培定则通电直导线:右手握住导线,让伸直的拇指所
3、指的方向与 电流的方向一致,弯曲02 的四指所指的方向就是 磁感线环绕的方向。03 环形电流:让右手弯曲的四指与环形电流方向一致,伸直的 拇指所指的方向是环04 2形电流中心轴线上磁感线的方向。通电螺线管:让右手弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致,伸直的 拇指所指05 的方向就是螺线管内部磁场的方向。(3)安培的分子电流假说安培认为,在原子、分子等物质微粒的内部,存在着一种 环形电流 分子电流。06 分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于 磁体的两极。07 2几种常见的磁场(1)常见磁体的磁场(2)电流的磁场3(3)匀强磁场:磁感应强度的大小处处 相等,方向处处 相同的磁场。
4、匀强磁场的磁11 12 感线为 等间距的平行线,如图所示。13 (4)地磁场地磁场的 N 极在地理 南极附近,S 极在地理 北极附近,磁感线分布如图所示。14 15 4在赤道平面上,距离地球表面高度相等的各点,磁感应强度 大小相等,且方向水16 平 向北。17 3磁通量(1)公式: BS。18 (2)单位: 韦伯,符号:Wb。19 (3)适用条件:匀强磁场; S 是 垂直磁场并在磁场中的有效面积。20 知识点 磁场对电流的作用安培力 1安培力的方向(1)用左手定则判断:伸开左手,让拇指与其余四个手指 垂直,并且都与手掌在同一01 个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向 电流的方向,这时 拇
5、指所指的方向就02 03 是通电导线在磁场中所受安培力的方向。(2)安培力方向特点:FB,FI,即 F 垂直于 B、I 决定的平面。04 (3)推论:两平行的通电直导线间的安培力同向电流互相 吸引,反向电流互相05 排斥。06 2安培力的大小FBIL sin(其中 为 B 与 I 之间的夹角)。如图所示:(1)IB 时,0 或 180,安培力 F 0。07 5(2)IB 时,90,安培力最大,F BIL。08 3磁电式电流表的工作原理磁电式电流表的原理图如图所示。(1)磁场特点方向:沿 半径方向均匀辐射地分布,如图所示;09 大小:在距轴线等距离处的磁感应强度大小 相等。10 (2)安培力的特
6、点方向:安培力的方向与线圈平面 垂直;11 大小:安培力的大小与通过的电流成 正比。12 (3)表盘刻度特点导线在安培力作用下带动线圈转动,螺旋弹簧变形,反抗线圈的转动,电流越大,安培力越大,螺旋弹簧的形变 越大,所以指针偏角与通过线圈的电流 I 成 正相关。由于13 14 线圈平面总与磁感线平行,所以表盘刻度 均匀。15 一 思维辨析1磁场中某点磁感应强度的大小,跟放在该点的试探电流元的情况无关。( )2磁场中某点磁感应强度的方向,跟放在该点的试探电流元所受磁场力的方向一致。( )3磁感线是客观存在的,磁感线上各点的切线方向表示该点的磁场方向。( )4通电导线放入磁场中,若不受安培力,说明该
7、处磁感应强度为零。( )5垂直放置在磁场中的线圈面积减小时,穿过线圈的磁通量可能增大。( )6安培力可以做正功,也可以做负功。( )答案 1. 2. 3. 4. 5. 6.二 对点激活1(人教版选修 31 P85T1改编)有人根据 B 提出以下说法,其中正确的是( )FILA磁感应强度 B 跟磁场力 F 成正比B磁感应强度 B 与乘积 IL 成反比6C磁感应强度 B 不一定等于FILD通电直导线在某点受磁场力为零,则该点磁感应强度 B 为零答案 C解析 磁感应强度 B 是用比值定义法定义的,它只表示磁场的强弱和方向,但磁FIL感应强度是磁场的固有性质,与导体所受磁场力 F 及乘积 IL 等外界
8、因素无关,A、B 错误;B 是在导线与磁场垂直的情况下定义的,如果不垂直,设导线与磁场方向夹角为 ,FIL则根据 FB ILsin 得 B ,即 B 不一定等于 ,C 正确;如果 0,虽然FILsin FILB0,但 F0,故 D 错误。2(人教版选修 31P 90T3改编)(多选)如图为通电螺线管,A 为螺线管外一点,B、 C 两点在螺线管的垂直平分线上,关于 A、 B、 C 三点下列说法正确的是( )A磁感应强度最大处为 A 处,最小处为 B 处B磁感应强度最大处为 B 处,最小处为 C 处C小磁针静止时在 B 处和 A 处 N 极都指向左方D小磁针静止时在 B 处和 C 处 N 极都指向
9、右方答案 BC解析 通电螺线管的磁场分布类似于条形磁铁的磁场分布,画出磁感线分布图,可知B 处磁感线最密, C 处磁感线最疏,所以 B 处磁感应强度最大, C 处最小,A 错误,B 正确;根据安培定则可知 , B 处磁场向左,再根据磁感线的闭合性可知 A 处磁场向左, C 处磁场向右,所以小磁针静止时,在 A、 B 处 N 极指向左方,在 C 处 N 极指向右方,C 正确,D 错误。3(人教版选修 31P 94T1改编)下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力,其中正确的是( )答案 C7解析 由左手定则知 A、B 错误,C 正确;D 项中通电导线与磁场方向平行,磁场对通电直导线没有作用力,
10、D 错误。4(人教版选修 31 P94T3)如图所示为电流天平,可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈,匝数为 n,线圈的水平边长为 l,处于匀强磁场内,磁感应强度 B 的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流 I 时,调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向,大小不变。这时需要在左盘中增加质量为 m 的砝码,才能使两臂再达到新的平衡。(1)导出用 n、 m、 l、 I 计算 B 的表达式;(2)当 n9, l10.0 cm, I0.10 A, m8.78 g 时,磁感应强度是多少?( g 取 10 m/s2)答案 (1) B (2)0.49 Tmg2nIl解析 (1)设左盘内砝码
11、质量为 m1,右盘内砝码及线圈的总质量为 m2,由平衡条件得m1g m2g nBIl电流方向改变后,得(m1 m)g m2g nBIl由两式相减得 B 。mg2nIl(2)根据 B 代入数据,得mg2nIlB0.49 T。考点细研 悟法培优考点 1 安培定则的应用和磁场的叠加1安培定则的应用:在运用安培定则判定直线电流和环形电流及通电螺线管的磁场方向时应分清“因”和“果” 。82磁场的叠加:磁感应强度为矢量,合成与分解遵循平行四边形定则。磁场叠加问题的一般解题思路:(1)确定磁场场源,如通电直导线。(2)定位空间中需求解磁场的点,利用安培定则及其他已知条件判定各个场源在这一点上产生的磁场的感应
12、强度大小和方向。如图所示为 M、 N 在 c 点产生的磁场。(3)应用平行四边形定则进行合成,如图中的合磁场。例 1 (2017全国卷)如图,在磁感应强度大小为 B0的匀强磁场中,两长直导线 P和 Q 垂直于纸面固定放置,两者之间的距离为 l。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流 I 时,纸面内与两导线距离均为 l 的 a 点处的磁感应强度为零。如果让 P 中的电流反向、其他条件不变,则 a 点处磁感应强度的大小为( )A0 B B0 33C B0 D2 B0233解题探究 (1)通电直导线周围的磁感线是如何分布的?9提示:依据安培定则判断磁感线是以导线为中心的同心圆。(2)磁感应强度的合
13、成遵循什么运算定则?提示:平行四边形定则。尝试解答 选 C。两长直导线 P 和 Q 在 a 点处的磁感应强度的大小相等,设为 B,方向如图甲所示,此时 a 点处的磁感应强度为零,则两磁感应强度的合磁感应强度 B 合 的大小等于 B0,方向与B0相反,即 B0的方向水平向左,此时 B B0;让 P 中的电流反向、其他条件B02cos30 33不变,两长直导线 P 和 Q 在 a 点处的磁感应强度的大小仍为 B,方向如图乙所示,则两磁感应强度的合磁感应强度大小为 B,方向竖直向上, B 与 B0垂直,其合磁感应强度为 Ba B0,C 正确。B2 B20233总结升华磁场的叠加和安培定则应用的“三大
14、注意”(1)根据安培定则确定通电导线周围磁场的方向时,注意直导线和环形导线存在的差异。(2)磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向。(3)磁感应强度是矢量,多个通电导体产生的磁场叠加时,合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和。变式 1 (2018广东高三 4 月测试)如图,同一平面内有两根互相平行的长直导线M 和 N,通有等大反向的电流,该平面内的 a、 b 两点关于导线 N 对称,且 a 点与两导线的距离相等。若 a 点的磁感应强度大小为 B,则下列关于 b 点磁感应强度 Bb的判断正确的是( )10A Bb2B,方向垂直该平面向里B BbF2 D F1F
15、2,在水平方向上,由于 F有向左的分力,磁铁压缩弹簧,17所以弹簧长度变短,B、C 正确。2两条直导线相互垂直,如图所示,但相隔一小段距离,其中一条 AB 是固定的,另一条 CD 能自由转动,当电流按如图所示的方向通入两条导线时, CD 导线将( )A顺时针方向转动,同时靠近导线 ABB逆时针方向转动,同时离开导线 ABC静止不动D逆时针方向转动,同时靠近导线 AB答案 D解析 分析出导线 AB 产生的磁感应强度方向为右进左出,据左手定则可知:刚通入电流时,导线 CD 的左半边受到向下的安培力,而其右半边受到向上的安培力,所以导线 CD将沿逆时针方向转动,旋转过程中,导线 CD 受到的安培力具
16、有指向导线 AB 的分量,使得导线 CD 在转动的同时靠近导线 AB,D 正确。高考模拟 随堂集训1(2018全国卷)(多选)如图,纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线 L1、 L2, L1中的电流方向向左, L2中的电流方向向上; L1的正上方有 a、 b 两点,它们相对于 L2对称。整个系统处于匀强外磁场中,外磁场的磁感应强度大小为 B0,方向垂直于纸面向外。已知a、 b 两点的磁感应强度大小分别为 B0和 B0,方向也垂直于纸面向外。则( )13 1218A流经 L1的电流在 b 点产生的磁感应强度大小为 B0712B流经 L1的电流在 a 点产生的磁感应强度大小为 B0112C流经 L2
17、的电流在 b 点产生的磁感应强度大小为 B0112D流经 L2的电流在 a 点产生的磁感应强度大小为 B0712答案 AC解析 L1在 a、 b 两点产生的磁场磁感应强度大小相等,设为 B1,方向都垂直于纸面向里,而 L2在 a 点产生的磁场磁感应强度大小设为 B2,方向垂直纸面向里,在 b 点产生的磁场磁感应强度大小也为 B2,方向垂直纸面向外,规定向外为正方向,根据矢量叠加原理可知 B0 B1 B2 B0, B2 B0 B1 B0,联立这两式可解得: B1 B0, B2 B0,故13 12 712 112A、C 正确。2. (2017全国卷)(多选)如图,三根相互平行的固定长直导线 L1、
18、L 2和 L3两两等距,均通有电流 I,L 1中电流方向与 L2中的相同,与 L3中的相反。下列说法正确的是( )AL 1所受磁场作用力的方向与 L2、L 3所在平面垂直BL 3所受磁场作用力的方向与 L1、L 2所在平面垂直CL 1、L 2和 L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为 11 3DL 1、L 2和 L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为 13 3答案 BC19解析 如图,由磁场的叠加知,L 2与 L3中的电流在 L1处产生的合磁场的方向在L2、L 3连线的中垂线上,由左手定则知,L 1所受磁场作用力的方向与 L2、L 3所在平面平行,A 错误。L 1与 L2中的电流在 L3处产生
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- 2020 高考 物理 一轮 复习 第九 磁场 及其 电流 作用 解析 DOC
