第八章第一節(jié)磁場(chǎng)的描述磁場(chǎng)對(duì)電流的作用

第八章磁場(chǎng)2015高考導(dǎo)航考綱展示1.磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線Ⅰ2．通電直導(dǎo)線和通電線圈周?chē)艌?chǎng)的方向Ⅰ3．安培力、安培力的方向Ⅰ4．勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的安培力Ⅱ5．洛倫茲力、洛倫茲力的方向Ⅰ6．洛倫茲力公式Ⅱ7．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)Ⅱ8．質(zhì)譜儀和回旋加速器Ⅰ說(shuō)明：1.安培力的計(jì)算只限于電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直的情況．2．洛倫茲力的計(jì)算只限于速度和磁場(chǎng)方向垂直的情況.熱點(diǎn)視角1.高考對(duì)磁場(chǎng)知識(shí)的考查頻率較高，考查的熱點(diǎn)主要集中在：磁場(chǎng)概念的理解、安培力的應(yīng)用和帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)．2．高考題型包括選擇題和計(jì)算題．選擇題側(cè)重考查磁場(chǎng)的基本概念、安培力的簡(jiǎn)單應(yīng)用和洛倫茲力的有關(guān)分析；計(jì)算題則側(cè)重考查帶電粒子在磁場(chǎng)中或在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)以及與電磁感應(yīng)相結(jié)合的問(wèn)題．特別注意“邊界問(wèn)題”以及由周期性引起的多解問(wèn)題．3．高考也注重實(shí)際應(yīng)用，如質(zhì)譜儀、回旋加速器、霍爾元件、磁流體發(fā)電機(jī)、速度選擇器、磁電式電流表等都可能成為命題的背景.第一節(jié)磁場(chǎng)的描述磁場(chǎng)對(duì)電流的作用一、磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度1．磁場(chǎng)(1)基本性質(zhì)：磁場(chǎng)對(duì)處于其中的磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷有______的作用．(2)方向：小磁針的N極所受磁場(chǎng)力的方向．2．磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)物理意義：描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向．(2)定義式：B＝________(通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng))．(3)方向：小磁針靜止時(shí)________的指向．(4)單位：__________，符號(hào)T.磁力N極特斯拉二、磁感線及特點(diǎn)1．磁感線在磁場(chǎng)中畫(huà)出一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的________方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致．2．磁感線的特點(diǎn)(1)磁感線上某點(diǎn)的______方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向．(2)磁感線的疏密定性地表示磁場(chǎng)的______，在磁感線較密的地方磁場(chǎng)較______；在磁感線較疏的地方磁場(chǎng)較______.切線切線強(qiáng)弱強(qiáng)弱(3)磁感線是________曲線，沒(méi)有起點(diǎn)和終點(diǎn)．在磁體外部,從N極指向S極；在磁體內(nèi)部，由S極指向N極．(4)同一磁場(chǎng)的磁感線不________、不________、不相切．(5)磁感線是假想的曲線，客觀上不存在．閉合中斷相交3．電流周?chē)拇艌?chǎng)直線電流的磁場(chǎng)通電螺線管的磁場(chǎng)環(huán)形電流的磁場(chǎng)特點(diǎn)安培定則無(wú)磁極、非勻強(qiáng)且距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場(chǎng)越弱與條形磁鐵的磁場(chǎng)相似,管內(nèi)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)且磁場(chǎng)最強(qiáng),管外為非勻強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)形電流的兩側(cè)是N極和S極且離圓環(huán)中心越遠(yuǎn),磁場(chǎng)越弱直線電流的磁場(chǎng)通電螺線管的磁場(chǎng)環(huán)形電流的磁場(chǎng)立體圖橫截面圖三、安培力的大小和方向1．安培力的大小(1)磁場(chǎng)和電流垂直時(shí)，F(xiàn)＝________．(2)磁場(chǎng)和電流平行時(shí)：F＝0.2．安培力的方向(1)用左手定則判定:伸開(kāi)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________的方向，這時(shí)______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)安培力的方向特點(diǎn)：F⊥B，F(xiàn)⊥I，即F垂直于B和I決定的平面．(注意：B和I可以有任意夾角)BIL電流拇指

D2－1.(多選)關(guān)于磁感線的性質(zhì)和概念，下列說(shuō)法中正確的是(

)A．磁感線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向B．鐵屑在磁場(chǎng)中的分布曲線就是磁感線C．磁感線總是從磁體的N極指向S極D．磁場(chǎng)中任意兩條磁感線均不相交AD2－3.(單選)為了解釋地球的磁性,19世紀(jì)安培假設(shè)：地球的磁場(chǎng)是由繞過(guò)地心的軸的環(huán)形電流I引起的．在下列四個(gè)圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是(

)B2－3.(單選)通電螺線管內(nèi)有一在磁場(chǎng)力作用下處于靜止的小磁針，磁針指向如圖所示，則(

)A．螺線管的P端為N極，a接電源的正極B．螺線管的P端為N極，a接電源的負(fù)極C．螺線管的P端為S極，a接電源的正極D．螺線管的P端為S極，a接電源的負(fù)極BA3－2.(多選)(2012·高考海南卷)如圖中裝置可演示磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用．電磁鐵上下兩磁極之間某一水平面內(nèi)固定兩條平行金屬導(dǎo)軌，L是置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直的金屬桿．當(dāng)電磁鐵線圈兩端a、b，導(dǎo)軌兩端e、f，分別接到兩個(gè)不同的直流電源上時(shí)，L便在導(dǎo)軌上滑動(dòng)．下列說(shuō)法正確的是(

)BDA．若a接正極，b接負(fù)極，e接正極，f接負(fù)極,則L向右滑動(dòng)B．若a接正極，b接負(fù)極，e接負(fù)極，f接正極,則L向右滑動(dòng)C．若a接負(fù)極，b極正極，e接正極，f接負(fù)極,則L向左滑動(dòng)D．若a接負(fù)極，b極正極，e接負(fù)極，f接正極,則L向左滑動(dòng)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”．安培定則的應(yīng)用和磁場(chǎng)的疊加原因(電流方向)結(jié)果(磁場(chǎng)繞向)直線電流的磁場(chǎng)環(huán)形電流的磁場(chǎng)大拇指四指四指大拇指2.磁場(chǎng)的疊加磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，計(jì)算時(shí)與力的計(jì)算方法相同，利用平行四邊形定則或正交分解法進(jìn)行合成與分解．特別提醒:兩個(gè)電流附近的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是由兩個(gè)電流分別獨(dú)立存在時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)在該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度疊加而成的.(單選)(2012·高考大綱全國(guó)卷)如圖所示，兩根相互平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線過(guò)紙面上的M、N兩點(diǎn)，且與紙面垂直，導(dǎo)線中通有大小相等、方向相反的電流．a(chǎn)、O、b在M、N的連線上,O為MN的中點(diǎn)，c、d位于MN的中垂線上，且a、b、c、d到O點(diǎn)的距離均相等．關(guān)于以上幾點(diǎn)處的磁場(chǎng)，下列說(shuō)法正確的是(

)CA．O點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零B．a(chǎn)、b兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反C．c、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同D．a(chǎn)、c兩點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同[思路點(diǎn)撥]

(1)根據(jù)什么定則判斷導(dǎo)線M和N在各點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向？(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與各點(diǎn)到導(dǎo)線的距離有什么關(guān)系？(3)合磁場(chǎng)的計(jì)算遵守什么定則？[嘗試解答]_____________[方法總結(jié)]解決這類(lèi)問(wèn)題的思路和步驟：(1)根據(jù)安培定則確定各導(dǎo)線在某點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向；(2)判斷各分磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大?。?3)根據(jù)矢量合成法則確定合磁場(chǎng)的大小和方向．[解析]根據(jù)安培定則判斷磁場(chǎng)方向，再結(jié)合矢量的合成知識(shí)求解．根據(jù)安培定則判斷：兩直線電流在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向均垂直于MN向下，O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤;a、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)對(duì)稱性，c、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同,故C選項(xiàng)正確；a、c兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤．1.(單選)四條相互平行的通電直導(dǎo)線垂直于紙面,位于正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上，其中A、D導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向外,B、C導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向里，四條導(dǎo)線中的電流大小相等，如圖所示．則B導(dǎo)線受到A、C、D導(dǎo)線產(chǎn)生磁場(chǎng)的作用力的合力方向是(

)A．沿AB向右

B．沿DB向上C．沿CB斜向上

D．沿BC斜向下C[解析]根據(jù)電流間的“同吸異斥”相互作用規(guī)律，可得AB、BD間的作用力是斥力，BC間的作用力是引力，如圖所示由幾何關(guān)系可知，F(xiàn)1＝F2>F3，則可知F1、F2的合力沿CB斜向上而且大于F3，所以合力的方向應(yīng)該是沿CB斜向上．1．通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)是在磁場(chǎng)對(duì)電流的安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)．2．明確磁場(chǎng)的分布和正確運(yùn)用左手定則進(jìn)行判斷是解題的關(guān)鍵．安培力作用下的導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)分析

(單選)如圖所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過(guò)線圈的圓心且垂直線圈平面．當(dāng)線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后，線圈的運(yùn)動(dòng)情況是(

)

A．線圈向左運(yùn)動(dòng)B．線圈向右運(yùn)動(dòng)C．從上往下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D．從上往下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)A[嘗試解答]_____________[方法總結(jié)]安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的判定方法在特殊位置―→安培力方向―→運(yùn)動(dòng)方向結(jié)論法轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法同向電流互相吸引，異向電流互相排斥；兩個(gè)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(shì)定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的問(wèn)題，可先分析電流在磁體磁場(chǎng)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(chǎng)的作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向[解析]法一：電流元法．首先將圓形線圈分成很多小段，每一段可看做一直線電流元,取其中上、下兩小段分析，其截面圖和受安培力情況如圖甲所示.根據(jù)對(duì)稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運(yùn)動(dòng)．只有選項(xiàng)A正確．法二：等效法．將環(huán)形電流等效成小磁針，如圖乙所示，根據(jù)異名磁極相吸引知，線圈將向左運(yùn)動(dòng)，選A.也可將左側(cè)條形磁鐵等效成環(huán)形電流，根據(jù)結(jié)論“同向電流相吸引，異向電流相排斥”,也可判斷出線圈向左運(yùn)動(dòng)，選A.2.(單選)

如圖所示，原來(lái)靜止的圓形線圈通入逆時(shí)針?lè)较虻碾娏鱅,在其直徑AB上靠近B點(diǎn)處放一根垂直于線圈的固定不動(dòng)的長(zhǎng)直導(dǎo)線，長(zhǎng)直導(dǎo)線通以垂直紙面向里的電流I′，則圓線圈將(

)A．向左平動(dòng)

B．向右平動(dòng)C．以直徑為軸轉(zhuǎn)動(dòng)

D．靜止不動(dòng)C[解析]將圖中的環(huán)形電流化曲為直，如圖所示，則由電流之間相互作用“同吸異斥”的特點(diǎn)和“兩異向直線電流總有轉(zhuǎn)到同向平行且靠近的趨勢(shì)”可知，圓線圈將有轉(zhuǎn)動(dòng)的效果，故C正確．1．安培力公式的說(shuō)明在高中階段計(jì)算安培力時(shí)，常用F＝BIL，即只考慮磁場(chǎng)與電流方向垂直的情況，很少考慮二者不垂直的情形．對(duì)安培力公式的理解和應(yīng)用2．對(duì)有效長(zhǎng)度的理解彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L等于兩端點(diǎn)所連直線的長(zhǎng)度(如圖所示)，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端．安培力的作用點(diǎn)為等效長(zhǎng)度的幾何中心．

(單選)如圖所示，長(zhǎng)為2l的直導(dǎo)線折成邊長(zhǎng)相等，夾角為60°的V形,并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為I的電流時(shí)，該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為(

)C[嘗試解答]_____________[解析]導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度為2lsin30°＝l，所以該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為BIl.故C正確．3.(單選)如圖所示，AC是一個(gè)用長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)線彎成的、以O(shè)為圓心的四分之一圓弧,將其放置在與平面AOC垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．當(dāng)在該導(dǎo)線中通以由C到A，大小為I的恒定電流時(shí),該導(dǎo)線受到的安培力的大小和方向是(

)C安培力的綜合應(yīng)用F1<F安，根據(jù)平衡條件mgsin37°＋Ff＝F安(2分)解得Ff＝0.06N，方向沿導(dǎo)軌向下．(1分)[答案]

(1)1.5A

(2)0.30N(3)0.06N，方向沿導(dǎo)軌向下[方法提煉]

解決安培力作用下的綜合問(wèn)題的思路：(1)選定研究對(duì)象；(2)變?nèi)S為二維，畫(huà)出平面受力分析圖,判斷安培力的方向時(shí)切忌跟著感覺(jué)走，一定要用左手定則來(lái)判斷,注意F安⊥B、F安⊥I；(3)根據(jù)力的平衡條件、牛頓第二定律或動(dòng)能定理列方程求解4.(多選)電磁軌道炮工作原理如圖所示．待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動(dòng)，并與軌道保持良好接觸.