2019-2020年高考物理專題復習講義 專題十一 磁 場 新人教版.doc

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2019-2020年高考物理專題復習講義 專題十一 磁 場 新人教版 知識網絡： 本章在介紹了磁現(xiàn)象的電本質的基礎上，主要討論了磁場的描述方法（定義了磁感應強度、磁通量等概念，引入了磁感線這個工具）和磁場產生的作用（對電流的安培力作用，對通電線圈 的磁力矩作用和對運動電荷的洛侖茲力作用）及相關問題。其中磁感應強度、磁通量是電磁學 的基本概念，應認真理解；載流導體在磁場中的平衡、加速運動，帶電粒子在洛侖茲力作用 下的圓周運動等內容應熟練掌握；常見磁體周圍磁感線的空間分布觀念的建立，常是解決有 關問題的關鍵，應注意這方面的訓練。 單元切塊： 按照考綱的要求，本章內容可以分成三部分，即：基本概念 安培力；洛倫茲力 帶電粒子在磁場中的運動；帶電粒子在復合場中的運動。其中重點是對安培力、洛倫茲力的理解、熟練解決通電直導線在復合場中的平衡和運動問題、帶電粒子在復合場中的運動問題。難點是帶電粒子在復合場中的運動問題。 知識點、能力點提示 1.通過有關磁場知識的歸納，使學生對磁場有較全面的認識，并在此基礎上理解磁現(xiàn)象電本質； 2.介紹磁性材料及其運用，擴大學生的知識面，培養(yǎng)聯(lián)系實際的能力； 3.磁感應強度B的引入，體會科學探究方法；通過安培力的知識，理解電流表的工作原理；通過安培力的公式F＝IlBsinθ的分析推理，開闊學生思路，培養(yǎng)學生思維能力；通過安培力 在電流表中的應用，培養(yǎng)學生運用所學知識解決實際問題的意識和能力； 4.通過洛侖茲力的引入，培養(yǎng)學生的邏輯推理能力； 5.通過帶電粒子在磁場中運動及回旋加速器的介紹，調動學生思考的積極性及思維習慣的培養(yǎng)，并開闊思路。 基本概念 安培力 教學目標： 1．掌握電流的磁場、安培定則；了解磁性材料，分子電流假說 2．掌握磁感應強度，磁感線，知道地磁場的特點 3．掌握磁場對通電直導線的作用，安培力，左手定則 4．了解磁電式電表的工作原理 5．能夠分析計算通電直導線在復合場中的平衡和運動問題。 教學重點：磁場對通電直導線的作用，安培力 教學難點：通電直導線在復合場中的平衡和運動問題 教學方法：講練結合，計算機輔助教學 教學過程： 一、基本概念 1.磁場的產生 ⑴磁極周圍有磁場。 ⑵電流周圍有磁場（奧斯特）。 安培提出分子電流假說（又叫磁性起源假說），認為磁極的磁場和電流的磁場都是由電荷的運動產生的。（但這并不等于說所有磁場都是由運動電荷產生的，因為麥克斯韋發(fā)現(xiàn)變化的電場也能產生磁場。） ⑶變化的電場在周圍空間產生磁場。 2.磁場的基本性質 磁場對放入其中的磁極和電流有磁場力的作用（對磁極一定有力的作用；對電流只是可能有力的作用，當電流和磁感線平行時不受磁場力作用）。這一點應該跟電場的基本性質相比較。 3.磁場力的方向的判定 磁極和電流之間的相互作用力（包括磁極與磁極、電流與電流、磁極與電流），都是運動電荷之間通過磁場發(fā)生的相互作用。因此在分析磁極和電流間的各種相互作用力的方向時，不要再沿用初中學過的“同名磁極互相排斥，異名磁極互相吸引”的結論（該結論只有在一個磁體在另一個磁體外部時才正確），而應該用更加普遍適用的：“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”，或用左手定則判定。 4.磁感線 ⑴用來形象地描述磁場中各點的磁場方向和強弱的曲線。磁感線上每一點的切線方向就是該點的磁場方向，也就是在該點小磁針靜止時N極的指向。磁感線的疏密表示磁場的強弱。 ⑵磁感線是封閉曲線（和靜電場的電場線不同）。 ⑶要熟記常見的幾種磁場的磁感線： 地球磁場 通電直導線周圍磁場 通電環(huán)行導線周圍磁場 ⑷安培定則（右手螺旋定則）：對直導線，四指指磁感線方向；對環(huán)行電流，大拇指指中心軸線上的磁感線方向；對長直螺線管大拇指指螺線管內部的磁感線方向。 5.磁感應強度 （條件是勻強磁場中，或ΔL很小，并且L⊥B ）。 磁感應強度是矢量。單位是特斯拉，符號為T，1T=1N/（A?m）=1kg/（A?s2） 6.磁通量 如果在磁感應強度為B的勻強磁場中有一個與磁場方向垂直的平面，其面積為S，則定義B與S的乘積為穿過這個面的磁通量，用Φ表示。Φ是標量，但是有方向（進該面或出該面）。單位為韋伯，符號為Wb。1Wb=1T?m2=1V?s=1kg?m2/（A?s2）。 可以認為穿過某個面的磁感線條數就是磁通量。 在勻強磁場磁感線垂直于平面的情況下，B=Φ/S，所以磁感應強度又叫磁通密度。在勻強磁場中，當B與S的夾角為α時，有Φ=BSsinα。 二、安培力 （磁場對電流的作用力） 1.安培力方向的判定 （1）用左手定則。 （2）用“同性相斥，異性相吸”（只適用于磁鐵之間或磁體位于螺線管外部時）。 （3）用“同向電流相吸，反向電流相斥”（反映了磁現(xiàn)象的電本質）?？梢园褩l形磁鐵等效為長直螺線管（不要把長直螺線管等效為條形磁鐵）。 【例1】磁場對電流的作用力大小為F＝BIL（注意：L為有效長度，電流與磁場方向應　　　　　　?。瓼的方向可用　　　　　定則來判定． 試判斷下列通電導線的受力方向． B I 　　　　　　　　?。。。。? B 　　　　　　　　?。。。。? 　　　　　　　　?。。。。? 　　　　　　　　　．?。。。? 試分別判斷下列導線的電流方向或磁場方向或受力方向． B F B F S N I 【例2】如圖所示，可以自由移動的豎直導線中通有向下的電流，不計通電導線的重力，僅在磁場力作用下，導線將如何移動？ S N 【例3】 條形磁鐵放在粗糙水平面上，正中的正上方有一導線，通有圖示方向的電流后，磁鐵對水平面的壓力將會＿＿＿（增大、減小還是不變？）。水平面對磁鐵的摩擦力大小為＿＿＿。 【例4】 如圖在條形磁鐵N極附近懸掛一個線圈，當線圈中通有逆時針方向的電流時，線圈將向哪個方向偏轉？ i 【例5】 電視機顯象管的偏轉線圈示意圖如右，即時電流方向如圖所示。該時刻由里向外射出的電子流將向哪個方向偏轉？ 2.安培力大小的計算 α α F=BLIsinα（α為B、L間的夾角）高中只要求會計算α=0（不受安培力）和α=90兩種情況。 B h s 【例6】 如圖所示，光滑導軌與水平面成α角，導軌寬L。勻強磁場磁感應強度為B。金屬桿長也為L ，質量為m，水平放在導軌上。當回路總電流為I1時，金屬桿正好能靜止。求：⑴B至少多大？這時B的方向如何？⑵若保持B的大小不變而將B的方向改為豎直向上，應把回路總電流I2調到多大才能使金屬桿保持靜止？ 【例7】如圖所示，質量為m的銅棒搭在U形導線框右端，棒長和框寬均為L，磁感應強度為B的勻強磁場方向豎直向下。電鍵閉合后，在磁場力作用下銅棒被平拋出去，下落h后的水平位移為s。求閉合電鍵后通過銅棒的電荷量Q。 θ O M N a b R 【例8】如圖所示，半徑為R、單位長度電阻為的均勻導體環(huán)固定在水平面上，圓環(huán)中心為O，勻強磁場垂直于水平面方向向下，磁感應強度為B。平行于直徑MON的導體桿，沿垂直于桿的方向向右運動。桿的電阻可以忽略不計，桿于圓環(huán)接觸良好。某時刻，桿的位置如圖，∠aOb=2θ，速度為v，求此時刻作用在桿上的安培力的大小。 【例9】如圖所示，兩根平行金屬導軌間的距離為0.4 m，導軌平面與水平面的夾角為37，磁感應強度為0.5 T的勻強磁場垂直于導軌平面斜向上，兩根電阻均為1Ω、重均為0.1 N的金屬桿ab、cd水平地放在導軌上，桿與導軌間的動摩擦因數為0.3，導軌的電阻可以忽略.為使ab桿能靜止在導軌上，必須使cd桿以多大的速率沿斜面向上運動? A a b A C D S 【例10】如圖所示是一個可以用來測量磁感應強度的裝置：一長方體絕緣容器內部高為L，厚為d，左右兩管等高處裝有兩根完全相同的開口向上的管子a、b，上、下兩側裝有電極C（正極）和D（負極）并經開關S與電源連接，容器中注滿能導電的液體，液體的密度為ρ；將容器置于一勻強磁場中，磁場方向垂直紙面向里，當開關斷開時，豎直管子a、b中的液面高度相同，開關S閉合后，a、b管中液面將出現(xiàn)高度差。若當開關S閉合后，a、b管中液面將出現(xiàn)高度差為h，電路中電流表的讀數為I，求磁感應強度B的大小。 【例10】安培秤如圖所示，它的一臂下面掛有一個矩形線圈，線圈共有N匝，它的下部懸在均勻磁場B內，下邊一段長為L，它與B垂直。當線圈的導線中通有電流I時，調節(jié)砝碼使兩臂達到平衡；然后使電流反向，這時需要在一臂上加質量為m的砝碼，才能使兩臂再達到平衡。求磁感應強度B的大小。 三、與地磁場有關的電磁現(xiàn)象綜合問題 1.地磁場中安培力的討論 【例11】已知北京地區(qū)地磁場的水平分量為3.010－5T.若北京市一高層建筑安裝了高100m的金屬桿作為避雷針，在某次雷雨天氣中，某一時刻的放電電流為105A，此時金屬桿所受培力的方向和大小如何？磁力矩又是多大？ 2.地磁場中的電磁感應現(xiàn)象 【例12】繩系衛(wèi)星是系留在航天器上繞地球飛行的一種新型衛(wèi)星，可以用來對地球的大氣層進行直接探測；系繩是由導體材料做成的，又可以進行地球空間磁場電離層的探測；系繩在運動中又可為衛(wèi)星和牽引它的航天器提供電力. 3.如何測地磁場磁感應強度的大小和方向 地磁場的磁感線在北半球朝向偏北并傾斜指向地面，在南半球朝向偏北并傾斜指向天空，且磁傾角的大小隨緯度的變化而變化.若測出地磁場磁感應強度的水平分量和豎直分量，即可測出磁感應強度的大小和方向. 【例13】測量地磁場磁感應強度的方法很多，現(xiàn)介紹一種有趣的方法. 如圖所示為北半球一條自西向東的河流，河兩岸沿南北方向的A、B兩點相距為d.若測出河水流速為v，A、B兩點的電勢差為U，即能測出此地的磁感應強度的垂直分量B⊥. 因為河水中總有一定量的正、負離子，在地磁場洛侖茲力的作用下，正離子向A點偏轉，正、負離子向B點偏轉，當A、B間電勢差達到一定值時，負離子所受電場力與洛侖茲力平衡，離子不同偏轉，即 ＝B⊥qv，故B⊥＝. 如圖所示，在測過B⊥的地方將電阻為R、面積為S的矩形線圈的AD邊東西方向放置，線圈從水平轉到豎直的過程中，測出通過線圈某一截面的電量Q，穿過線圈的磁通量先是B⊥從正面穿過，繼而變?yōu)锽//從反面穿過，那么電量 Q＝ ∴B//＝ ∴B＝，磁傾角θ＝argtg 四、針對訓練： 1. 下列說法中正確的是 A.磁感線可以表示磁場的方向和強弱 B.磁感線從磁體的N極出發(fā)，終止于磁體的S極 C.磁鐵能產生磁場，電流也能產生磁場 D.放入通電螺線管內的小磁針，根據異名磁極相吸的原則，小磁針的N極一定指向通電螺線管的S極 2.關于磁感應強度，下列說法中錯誤的是 A.由B=可知，B與F成正比，與IL成反比 B.由B=可知，一小段通電導體在某處不受磁場力，說明此處一定無磁場 C.通電導線在磁場中受力越大，說明磁場越強 D.磁感應強度的方向就是該處電流受力方向 3.一束電子流沿x軸正方向高速運動，如圖所示，則電子流產生的磁場在z軸上的點P處的方向是 A.沿y軸正方向 B.沿y軸負方向 C.沿z軸正方向 D.沿z軸負方向 4.在地球赤道上空有一小磁針處于水平靜止狀態(tài)，突然發(fā)現(xiàn)小磁針N極向東偏轉，由此可知 A.一定是小磁針正東方向上有一條形磁鐵的N極靠近小磁針 B.一定是小磁針正東方向上有一條形磁鐵的S極靠近小磁針 C.可能是小磁針正上方有電子流自南向北水平通過 D.可能是小磁針正上方有電子流自北向南水平通過 5.兩根長直通電導線互相平行，電流方向相同.它們的截面處于一個等邊三角形ABC的A和B處.如圖所示，兩通電導線在C處的磁場的磁感應強度的值都是B，則C處磁場的總磁感應強度是 A.2B B.B C.0 D.B 6.磁鐵在高溫下或者受到敲擊時會失去磁性，根據安培的分子電流假說，其原因是 A.分子電流消失 B.分子電流的取向變得大致相同 C.分子電流的取向變得雜亂 D.分子電流的強度減弱 7.根據安培假說的思想，認為磁場是由于電荷運動產生的，這種思想對于地磁場也適用，而目前在地球上并沒有發(fā)現(xiàn)相對于地球定向移動的電荷，那么由此判斷，地球應該（） A.帶負電 B.帶正電 C.不帶電 D.無法確定 8. 關于垂直于磁場方向的通電直導線所受磁場作用力的方向，正確的說法是 A.跟電流方向垂直，跟磁場方向平行 B.跟磁場方向垂直，跟電流方向平行 C.既跟磁場方向垂直，又跟電流方向垂直 D.既不跟磁場方向垂直，又不跟電流方向垂直 9.如圖所示，直導線處于足夠大的勻強磁場中，與磁感線成θ=30角，導線中通過的電流為I，為了增大導線所受的磁場力，可采取下列四種辦法，其中不正確的是 A.增大電流I B.增加直導線的長度 C.使導線在紙面內順時針轉30 D.使導線在紙面內逆時針轉60 10.如圖所示，線圈abcd邊長分別為L1、L2，通過的電流為I，當線圈繞OO′軸轉過θ角時 A.通過線圈的磁通量是BL1L2cosθ B.ab邊受安培力大小為BIL1cosθ C.ad邊受的安培力大小為BIL2cosθ D.線圈受的磁力矩為BIL1L2cosθ 11.如圖所示，一金屬直桿MN兩端接有導線，懸掛于線圈上方，MN與線圈軸線均處于豎直平面內，為使M N垂直紙面向外運動，可以 A.將a、c端接在電源正極，b、d端接在電源負極 B.將b、d端接在電源正極，a、c端接在電源負極 C.將a、d端接在電源正極，b、c端接在電源負極 D.將a、c端接在交流電源的一端，b、d接在交流電源的另一端 12.（xx年上海高考試題）如圖所示，兩根平行放置的長直導線a和b載有大小相同、方向相反的電流，a受到的磁場力大小為F1，當加入一與導線所在平面垂直的勻強磁場后，a受到的磁場力大小變?yōu)镕2，則此時b受到的磁場力大小變?yōu)? A.F2 B.F1－F2 C.F1＋F2 D.2F1－F2 13.如圖所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根長直導線，導線與磁鐵垂直，給導線通以垂直紙面向外的電流，則 A.磁鐵對桌面壓力減小，不受桌面的摩擦力作用 B.磁鐵對桌面的壓力減小，受到桌面的摩擦力作用 C.磁鐵對桌面的壓力增大，不受桌面的摩擦力作用 D.磁鐵對桌面的壓力增大，受到桌面的摩擦力作用 14.長為L，重為G的均勻金屬棒一端用細線懸掛，一端擱在桌面上與桌面夾角為α，現(xiàn)垂直細線和棒所在平面加一個磁感應強度為B的勻強磁場，當棒通入如圖所示方向的電流時，細線中正好無拉力.則電流的大小為_______ A. 15.電磁炮是一種理想的兵器，它的主要原理如圖所示，1982年澳大利亞國立大學制成了能把2.2 g的彈體（包括金屬桿EF的質量）加速到10 km/s的電磁炮（常規(guī)炮彈速度大小約為2 km/s），若軌道寬2 m，長為100 m，通過的電流為10 A，則軌道間所加勻強磁場的磁感應強度為_______ T，磁場力的最大功率P=_______ W（軌道摩擦不計）.