高考物理总复习第8章磁场第1节磁场的描述磁场对电流的作用市赛课公开课一等奖省名师优质课获奖课件.pptx

高三一轮总复习高三一轮总复习物物 理理1/64选修选修3-1第八章磁场第八章磁场2/64考纲要求近三年命题分析备考策略 磁场、磁感应强度、磁感线新课标卷：第18题6分对于磁场性质考查，分为两个方面，一是磁场对电流作用，即通电直导线在磁场中受安培力问题，包括到通电直导线平衡问题和加速运动问题，对于平衡问题，依据平衡条件结协力合成与分解法则求解；对于加速运动问题，能够利用整体隔离法分析求解；一是磁场对运动电荷作用，比如带电粒子在匀强磁场中运动，这部分本质是匀速圆周运动问题，洛伦兹力提供向心力，依据几何关系画出轨迹，找出圆心、半径即可解题通电直导线和通电线圈周围磁场方向海南卷：第9题5分海南卷：第8题3分安培力、安培力方向新课标卷：第24题12分新课标卷：第15题6分匀强磁场中安培力新课标卷：第15题6分浙江卷：第20题6分江苏卷：第4题3分重庆卷：第7题15分新课标卷：第24题12分质谱仪和盘旋加速器浙江卷：第25题22分新课标卷：第20题6分江苏卷：第15题16分重庆卷：第9题18分3/64带电粒子在匀强磁场中运动新课标卷：第18题6分新课标卷：第17题6分江苏卷：第15题16分浙江卷：第20题6分天津卷：第11题18分广东卷：第21题6分海南卷：第14题13分安徽卷：第23题16分福建卷：第22题20分四川卷：第11题19分新课标卷：第16题6分新课标卷：第20题6分江苏卷：第14题16分天津卷：第12题20分北京卷：第16题6分安徽卷：第18题6分重庆卷：第9题18分广东卷：第36题18分海南卷：第14题14分纲领卷：第25题20分四川卷：第11题19分山东卷：第24题20分新课标卷：第14题6分新课标卷：第19题6分浙江卷：第25题22分天津卷：第12题20分四川卷：第7题6分山东卷：第24题20分福建卷：第22题20分带电粒子在有界磁场中偏转问题是考试重点，粒子在磁场边界影响下，轨迹不再是完整圆周，解题关键是画出轨迹路线，尤其注意轨迹和界面相切情况带电粒子在匀强磁场中运动临界与多解问题是难度，带电粒子电性、磁场方向、临界状态不唯一和圆周运动周期性均会产生多解，综合分析题干信息，抓住粒子运动规律，利用圆周运动公式和几何关系求解是关键.4/64第一节磁场描述磁场对电流作用第一节磁场描述磁场对电流作用5/64栏目导航1 12 23 34 4基础知识整合基础知识整合热门考点研析热门考点研析方法技巧归纳方法技巧归纳考题随堂演练考题随堂演练6/64基础知识整合7/64图中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直匀强磁场，现经过测量通电导线在磁场中所受安培力，来测量磁场磁感应强度大小、并判定其方向所用部分器材已在图中给出，其中D为位于纸面内U形金属框，其底边水平，两侧边竖直且等长；E为直流电源；R为电阻箱；A为电流表；S为开关另外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线8/64(1)试验电路图如图，完成以下试验步骤按图接线保持开关S断开，在托盘内加入适量细沙，使D处于平衡状态；然后用天平称出细沙质量m1.闭合开关S，调整R值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使D重新处于平衡状态；然后读出电流表示数I，并用天平称出此时细沙质量m2.用米尺测量D底边长度L.(2)用测得物理量和重力加速度g表示磁感应强度大小，能够得出B_.(3)判断磁感应强度方向方法是：若m2m1，磁感应强度方向垂直纸面_；反之，磁感应强度方向垂直纸面_9/64【思绪引导】1.安培力与哪些原因相关，怎样依据平衡条件求解磁感应强度？2左手定则内容是什么？怎样判断磁感应强度方向？【解析】本题属于教材试题内容考查，关键是平衡条件利用(3)若m2m1，则D受到向上拉力大于重力，所以安培力方向向下，依据左手定则可知磁感应强度方向垂直纸面向外；若m2m1，则D受到向上拉力小于重力，所以安培力方向向上，依据左手定则可知磁感应强度方向垂直纸面向里10/64 磁场磁感应强度1磁场性质(1)定义：存在于磁体、电流和运动电荷周围空间一个特殊形态物质(2)基本特征：磁场对处于其中_、_和_有力作用(3)方向：在磁场中任一点，小磁针N极受力方向，即小磁针静止时_极所指方向，就是该点磁场方向(4)磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间相互作用是经过_发生知识点知识点1 磁体磁体电流电流运动电荷运动电荷N磁场磁场11/642磁感应强度(1)定义：在磁场中_于磁场方向通电导线，所受磁场力F跟电流I和导线长度L乘积比值叫磁感应强度(3)单位：特斯拉，简称特，国际符号是T,1 T1_.(4)物理意义：描述磁场_和_物理量，是矢量(5)匀强磁场：磁感应强度_磁场叫做匀强磁场垂直垂直磁场本身性质磁场本身性质 强弱强弱方向方向处处相等处处相等12/64 磁感线电流周围磁场1磁感线(1)定义：磁感线是在磁场中画出一些有方向曲线(2)特征：磁感线分布能够形象地表示出磁场_和_，磁感线_表示磁场强弱，磁感线上某点_方向就是该点磁场方向磁感线是永不相交_曲线：在磁体外部，从N极指向_极；在磁体内部，由_极指向_极条形磁铁与蹄形磁铁磁感线分布如图所表示：知识点知识点2强弱强弱方向方向疏密疏密切线切线闭合闭合SSN13/642几个常见磁场(1)电流磁场直线电流磁场通电螺线管磁场环形电流磁场特点无磁极、非匀强且距导线越远处磁场_与条形磁铁磁场相同，管内为_磁场且磁场_，管外为非匀强磁场环形电流两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场_安培定则越弱越弱匀强匀强最强最强越弱越弱14/64立体图 横截面图 15/64(2)地磁场地磁场N极在地理_附近，地磁场S极在地理_附近，磁感线分布如图所表示：地磁场B水平分量总是从地理南极指向地理北极，而竖直分量在南半球垂直地面向_，在北半球垂直地面向_赤道处地磁场沿水平方向，指向北南极南极北极北极下下上上16/64 磁场对电流作用安培力1安培力方向(1)方向判断：利用_判断电流在磁场中受力方向，磁感线垂直穿手心，四指指向_方向，拇指指向_方向；(2)安培力方向垂直于电流I和磁感应强度B所决定平面2安培力大小表示式：_，是电流I和磁感应强度B夹角；当90时，FBIL，此时，电流受到安培力最大；当0或是180，F0，即电流在磁场中平行于磁场方向运动时，磁场对电流不受安培力作用知识点知识点3左手定则左手定则电流电流受力受力F安安BILsin17/64尤其提醒磁感应强度与电场强度比较18/64热门考点研析19/64处理磁场叠加和安培定则应用类问题时，注意以下几点1依据安培定则确定通电导线周围磁感线方向2磁场中每一点磁感应强度方向沿该点磁感线切线方向3磁感应强度是矢量，多个通电导体产生磁场叠加时，合磁场磁感应强度等于各导体单独存在时在该点产生磁感应强度矢量和磁感应强度叠加磁感应强度叠加考考 点点 120/64 (多项选择)如图所表示，甲、乙是两个相同金属圆环，过圆心直线垂直于两个环面，B是圆心连线中点，A是过圆心直线上一点，A到甲圆心距离与B到乙圆心距离相等，现在甲、乙中通以大小相等电流，结果A，B两点磁感应强度大小分别为B1、B2，现将乙电流反向，则()例例 1 21/64A乙电流反向后，两线圈中电流同向B乙电流反向后，B点磁感应强度大小为零C乙电流反向后，A点磁感应强度大小为B2B1【思绪引导】1.通电线圈周围磁场是怎么分布？2磁感应强度叠加标准是什么？怎样表示A、B两点磁感应强度？22/64【答案】BC23/64【总结提升】电流周围磁场方向判断1在应用安培定则判定直线电流周围磁场方向和通电螺线管周围磁场方向时，应注意分清“因”和“果”(1)在判定直线电流磁场方向时，大拇指指向电流方向(因)，四指绕向为磁感线绕向(果)(2)在判定通电螺线管周围磁场方向时，四指绕向为电流绕向(因)，大拇指指向螺线管内部沿中心轴线磁感线方向，即指向螺线管N极(果)(3)环形电流能够视为单匝螺线管2通电螺旋管内部磁场是匀强磁场，磁感线由S极指向N极24/64 (届云南模拟)如图所表示，五根平行长直导体棒分别过竖直平面内正方形四个顶点和中心，并和该正方形平面垂直，各导体棒中均通有大小相等电流，方向如图所表示，则中心处导体棒受到其余四根导体棒磁场力协力方向是()A竖直向上B竖直向下C水平向左D.水平向右针对训练针对训练125/64解析：依据安培定则可知，正方形对角线上电流产生磁场共线，如图所表示：依据平行四边形定则可知，合磁感应强度方向为竖直向下，依据左手定则可知，中心处导体棒受到其余四根导体棒磁场力协力方向是水平向左，C选项正确答案：C26/641.安培力方向(1)左手定则：伸开左手，让拇指与其余四个手指垂直，而且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流方向，这时拇指所指方向就是通电导线在磁场中所受安培力方向(2)力、磁场和电流三者关系：力F垂直于磁场B和电流I所决定平面，磁场B与电流I能够存在夹角(3)两平行通电直导线间安培力：同向电流相互吸引，异向电流相互排斥安培力大小与方向安培力大小与方向考考 点点 227/642安培力大小(1)当磁感应强度B方向与导线方向成角时，FBILsin，L是有效长度，如弯曲导线有效长度L等于两端点所连直线长度，如图所表示：对应电流方向沿L由始端流向末端因为任意形状闭合线圈，其有效长度为零，所以闭合线圈通电后在匀强磁场中，受到安培力矢量和为零(2)当磁场与电流垂直时，安培力最大，FmaxBIL.(3)当磁场与电流平行时，安培力等于零28/64 (年重庆高考)音圈电机是一个应用于硬盘、光驱等系统特殊电动机如图是某音圈电机原理图，它是由一对正正确磁极和一个正方形刚性线圈组成，线圈边长为L，匝数为n，磁极正对区域内磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下，大小为B，区域外例例 2 磁场忽略不计线圈左边一直在磁场外，右边一直在磁场内，前后两边在磁场内长度一直相等某时刻线圈中电流从P流向Q，大小为I.(1)求此时线圈所受安培力大小和方向；(2)若此时线圈水平向右运动速度大小为v，求安培力功率【思绪引导】1.怎样依据左手定则求解多匝线圈安培力大小？2依据安培力功率公式求解29/64【解析】(1)分析题意可知，线圈平面与磁场方向垂直，线圈前、后两边受到安培力大小相等，方向相反，相互抵消线圈右边电流流向向外，依据左手定则可知，受到安培力方向水平向右依据安培力计算公式可知，单匝线圈受到安培力F0BIL，n匝线圈受到安培力FnF0nBIL.(2)线圈在安培力作用下运动，依据功率公式可知：PFvnBILv.【答案】(1)nBIL水平向右(2)nBILv30/64【总结提升】包括到安培力分析与计算问题必须准确利用安培力计算公式和左手定则，尤其是有效长度确实定弯曲通电导线有效长度L等于两端点所连直线长度，对应电流方向由始端到末端因为任意形状闭合线圈，其有效长度L0，所以通电后在匀强磁场中，闭合线圈受到安培力矢量和一定为零31/64 (届邯郸模拟)如图所表示，一长方体绝缘容器内部高为L，宽为H，垂直纸面方向厚为d，左右两侧装有两根与容器内部连通，且上端开口竖直细管a、b，上、下两端装有C和D，并经开关S与电源相连，电源电动势为E，内电阻为r，容器中注满能导电液体，液体密度为，电阻率为电，将容器置于一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，当开关断开时，两竖直管a、b中液面高度相同，开关S闭合后，a、b两管中液面将出现高度差(1)试分析说明，开关S闭合后，哪根管内液面较高？针对训练针对训练232/64(2)若闭合开关S后，测得两管液面高度差为h，则磁场磁感应强度大小为多大？(3)在实际应用中，能够用测量两管液面高度差方法来测量一磁场磁感应强度，试分析说明此法测量磁感强度B时，欲提升测量灵敏度，可采取什么方法？解析：(1)当开关闭合时，液体中有电流流过，电流在磁场中受到安培力作用，依据左手定则可知，液体受到水平向右安培力，液体在安培力作用下向b管发生流动，液面高度发生改变，b管液面将比a管高33/6434/641.判定思绪 导体所在位置磁场左手定则,导体受力情况力和运动关系,导体运动情况2惯用方法(1)电流元法：把弯曲导线分为直线电流元，依据左手定则判断关键部位电流元受力方向，然后判断导线所受协力方向，确定导线运动方向(2)特殊位置法：导线转动到便于分析特殊位置时，判断其所受安培力方向，确定其运动方向安培力作用下通电导体运动安培力作用下通电导体运动考考 点点 335/64(3)等效法：环形电流可等效成小磁针，小磁针也能够等效为环形电流，等效后再确定相互作用情况(4)结论法：两平行同向直线电流相互吸引，异向电流相互排斥；两不平行直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同趋势(5)转换研究对象法：分析磁体受到电流作用后怎样运动或运动趋势时，可先分析电流在磁场中所受安培力，然后依据牛顿第三定律，确定磁体所受电流作用力，得到磁体所受协力及运动方向36/64 (多项选择)(年浙江高考)如图1，两根光滑平行导轨水平放置，间距为L，其间有竖直向下匀强磁场，磁感应强度为B.垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒从t0时刻起，棒上有如图2连续交变电流I、周期为T，最大值为Im，图1中I所表示方向为电流正方向则金属棒()例例 3 37/64A一直向右移动B速度随时间周期性改变C受到安培力随时间周期性改变D受到安培力在一个周期内做正功【思绪引导】1.怎样判断金属棒受到安培力方向？2金属棒做何种运动，一个周期内做功为多少？38/64【答案】ABC39/64【总结提升】通电导线在安培力作用下运动分析思绪1确定研究对象2将三维图转化为二维平面图3依据左手定则判断安培力方向4画出平面受力分析图5由平衡条件、牛顿第二定律或功效关系列方程40/64 (多项选择)(届河南模拟)如图所表示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤有一定读数现在磁铁上方中心偏右位置固定一通电导线，当通以一定电流后，台秤示数增加，同时弹簧缩短(弹簧一直处于弹性程度内)，则以下说法正确是()针对训练针对训练3A磁铁右端为N极，左端为S极，导线中电流方向垂直纸面向内B磁铁右端为N极，左端为S极，导线中电流方向垂直纸面向外C磁铁右端为S极，左端为N极，导线中电流方向垂直纸面向内D磁铁右端为S极，左端为N极，导线中电流方向垂直纸面向外41/64解析：磁铁右端为N极，左端为S极时，磁铁外部磁感线从N极到S极，长直导线在磁铁中心偏右位置，此处磁感线是斜向左上，电流方向垂直于纸面向内时，依据左手定则，导线受磁铁给安培力方向是斜向右上，依据物体间力作用是相互，导线给磁铁反作用力方向就是斜向左下，在水平向左方向上产生分力，所以对弹簧产生压力，弹簧长度将变短，A选项正确；同理，B选项错误；磁铁右端为S极，左端为N极时，导线所在位置磁感线是斜向右下，电流方向垂直于纸面向外时，依据左手定则，导线受磁铁给安培力方向是斜向右上，依据物体间力作用是相互，导线给磁铁反作用力方向就是斜向左下，在水平向右产生分力，所以弹簧产生压力，弹簧长度将变短，C选项错误；同理，D选项正确答案：AD42/64方法技巧归纳43/64与安培力相关力学综合问题1安培力作用下平衡或加速运动问题在高考中，通电导体在磁场中所受安培力实际应用问题，联络当代科学技术和现实生活试题越来越多，比如：电磁驱动、电磁炮等都在近几年高考中出现过通电导体在磁场中平衡或加速运动问题处理方法和纯力学问题一样，无非是多了一个安培力44/642处理这类问题思绪方法(1)选定研究对象(2)受力分析时安培力方向千万不可跟着感觉走，切记安培力方向，既和磁感应强度方向垂直，又和电流方向垂直(3)将立体受力分析图转化为平面受力分析图，即画出垂直于导体平面内受力分析图(4)平衡问题中有静摩擦力情况下，要把握住静摩擦力大小、方向随安培力改变而改变特点，并能从动态分析中找出静摩擦力转折临界点(最大值、零值、方向改变点)(5)很多综合问题中往往经过电流I联络恒定电流知识45/64 (年新课标卷)如图，一长为10 cm金属棒ab用两个完全相同弹簧水平地悬挂在匀强磁场中，磁场磁感应强度大小为0.1 T，方向垂直于纸面向里，弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘，金属棒经过开关与一电动势为12 V电池相连，电路总电阻为2，已知开关断开时两弹簧伸长量均为0.5 cm，闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧伸长量与开关断开时相比均改变了0.3 cm，重力加速度大小取10 m/s2，判断开关闭合后金属棒所受安培力方向，并求出金属棒质量.例例 4 46/64【思绪引导】1.开关闭合前后，金属棒处于何种状态？2怎样依据平衡条件列平衡关系式求解金属棒质量？【解析】依题意，开关闭合后，电流方向从b到a，由左手定则可知，金属棒所受安培力方向竖直向下开关断开时，两弹簧各自相对于其原长伸长为l10.5 cm.由胡克定律和力平衡条件得，2kl1mg，式中，m为金属棒质量，k是弹簧劲度系数，g是重力加速度大小开关闭合后，金属棒所受安培力大小为FIBL，式中，I是回路电流，L是金属棒长度两弹簧各自再伸长了l20.3 cm，由胡克定律和力平衡条件得，2k(l1l2)mgF，由欧姆定律有EIR，式中，E是电池电动势，R是电路总电阻联立各式，并代入题给数据得，m0.01 kg.【答案】竖直向下0.01 kg47/64 如图所表示，一矩形轻质柔软反射膜可绕过O点垂直纸面水平轴转动，其在纸面上长度为L1，垂直纸面宽度为L2.在膜下端(图中A处)挂有一平行于转轴，质量为m，长为L2导体棒使膜成平面在膜下方水平放置一足够大太阳能光电池板，能接收到经反射膜反射到光电池板上全部光能，并将光能转化成电能光电池板可等效为一个电池，输出电压恒定为U；输出电流正比于光电池板接收到光能(设垂直于入射光单位面积上光功率保持恒定)导体棒处于方向竖直向上匀强磁场B中，并与光电池组成回路，流经导体棒电流垂直纸面向外(注：光电池与导体棒直接相连，连接导线未画出).针对训练针对训练448/64(1)现有一束平行光水平入射，当反射膜与竖直方向成60时，导体棒处于受力平衡状态，求此时电流强度大小和光电池输出功率；(2)当变成45时，经过调整电路使导体棒保持平衡，光电池除维持导体棒平衡外，还能输出多少额外电功率？49/64解析：(1)导体处于平衡状态，受力如图所表示：50/64(2)当变成45时，如图所表示：51/64考题随堂演练52/641(多项选择)(年新课标卷)关于通电直导线在匀强磁场中所受安培力，以下说法正确是()A安培力方向垂直于直导线B安培力方向总是垂直于磁场方向C安培力大小与通电直导线和磁场方向夹角无关D将直导线从中点折成直角，安培力大小一定变为原来二分之一53/64答案：AB54/642.(届湖北省孝感市汉川二中期中)两个相同圆形线圈，通以方向相同但大小不一样电流I1和I2，如图所表示先将两个线圈固定在光滑绝缘杆上，问释放后它们运动情况是()A相互吸引，电流大加速度大B相互吸引，加速度大小相等C相互排斥，电流大加速度大D相互排斥，加速度大小相等解析：依据平行通电直导线间规律可知，同向电流相互吸引，异向电流相互排斥，故两线圈相互吸引，电流间存在相互作用力，线圈完全相同，故加速度大小相等，B选项正确答案：B55/6456/64答案：A57/644一直导线平行于通电螺线管轴线放置在螺线管上方，如图所表示，假如直导线能够自由地运动且通以方向由a到b电流，则导线ab受到安培力作用后运动情况为()A从上向下看顺时针转动并靠近螺线管 B从上向下看顺时针转动并远离螺线管 C从上向下看逆时针转动并远离螺线管 D从上向下看逆时针转动并靠近螺线管58/64解析：分析通电螺线管周围磁场分布情况，如图所表示：则在导线左端磁场斜向右上方，依据左手定则得安培力垂直纸面向外，同理可知，导线右端磁场斜向左上方，安培力垂直纸面向里，故从上向下看导线逆时针转动，当转动到导线垂直于纸面时，依据左手定则可知，安培力竖直向下，故靠近螺线管，D选项正确答案：D59/645如图(a)所表示为某同学“用DIS研究通电螺线管磁感应强度”电路实物图，电流从接线柱A流入螺线管，从接线柱B流出螺线管.60/64(1)试验操作正确，得到螺线管中心轴线上磁感应强度B分布如图(b)中图线1，从图中能够看出，螺线管中部磁感应强度特点是_(2)该同学发觉螺线管是由很细导线紧密绕制而成，其右侧还有一个接线柱C.为了探究螺线管导线绕线方式及其怎样与三个接线柱A、B、C相连，他接着做了以下探究性试验：保持其它条件不变，仅使电流从接线柱A流入，从接线柱C流出螺线管，得到螺线管中心轴线上磁感应强度分布如图(b)中图线2，且发觉图线2中间部分磁感应强度比图线1中间部分磁感强度二分之一值略大些保持其它条件不变，仅使电流从接线柱C流入，从接线柱B流出螺线管，得到螺线管中心轴线上磁感应强度分布与图线2相同，请依据试验结果猜测螺线管绕线可能是图(c)中_(选填“甲”、“乙”或“丙”)61/64(3)该同学经过理论分析，认为第2次试验结果中通电螺线管中心处磁感强度应该是第1次试验结果二分之一，而实际测量结果却存在差异，最可能原因是_解析：(1)分析图(b)中图线1可知，螺线管中部磁场为匀强磁场(2)由图可知，甲图中，A到C与B到C绕法相同，属于同向双股线绕法，此情况下，电流由A到B时，A到C电流与C到B电流产生磁场相互抵消，总磁感应强度是0，故甲错误；图乙中，B到C一匝线圈也没有，显然不符合试验结果，故乙错误；丙图中，A到C与B到C绕法相反，而A与C与C到B绕法是相同，属于单股线绕法，此情况下，电流由A到B时，A到C电流与C到B电流产生磁场相互叠加，总磁感应强度是A到C电流产生磁场2倍，故丙是正确62/64(3)因为电流越大，产生磁场越强，若考虑到螺线管导线存在电阻，第2次试验与第1次相比，线圈匝数少了二分之一，线圈电阻减小，经过电流变大，则会使试验中测量结果产生差异答案：(1)匀强磁场(2)丙(3)第2次试验与第1次相比，线圈匝数少了二分之一，线圈电阻减小，经过电流变大63/64课时强化作业三十四64/64