高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題37 磁場(chǎng)的描述 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力(講)(含解析)1
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專題37 磁場(chǎng)的描述 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力(講) 1.縱觀近幾年高考,涉及磁場(chǎng)知識(shí)點(diǎn)的題目年年都有,考查與洛倫茲力有關(guān)的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)或復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)次數(shù)最多,極易成為試卷的壓軸題.其次是與安培力有關(guān)的通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的加速或平衡問(wèn)題.磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線、安培力、洛倫茲力的理解及安培定則和左手定則的運(yùn)用,一般以選擇題的形式出現(xiàn). 2.本章知識(shí)常與電場(chǎng)、恒定電流以及電磁感應(yīng)、交變電流等章節(jié)知識(shí)聯(lián)系綜合考查,是高考的熱點(diǎn). 3.本章知識(shí)與生產(chǎn)、生活、現(xiàn)代科技等聯(lián)系密切,如質(zhì)譜儀、回旋加速器、粒子速度選擇器、等離子體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)等高科技儀器的理解及應(yīng)用相聯(lián)系,在復(fù)習(xí)中應(yīng)做到有的放矢. 1.知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念及定義式,并能理解與應(yīng)用. 2.會(huì)用安培定則判斷電流周圍的磁場(chǎng)方向. 3.會(huì)用左手定則分析解決通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力及平衡類問(wèn)題. 一、磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度 1.磁場(chǎng) (1)基本特性:磁場(chǎng)對(duì)處于其中的磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷有磁場(chǎng)力的作用. (2)方向:小磁針的N極所受磁場(chǎng)力的方向,或自由小磁針靜止時(shí)北極的指向. 2.磁感應(yīng)強(qiáng)度 (1)物理意義:描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向. (2)大?。海ㄍ妼?dǎo)線垂直于磁場(chǎng)). (3)方向:小磁針靜止時(shí)N極的指向. (4)單位:特斯拉(T). 3.勻強(qiáng)磁場(chǎng) (1)定義:磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小處處相等、方向處處相同的磁場(chǎng)稱為勻強(qiáng)磁場(chǎng). (2)特點(diǎn):勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的磁感線是疏密程度相同的、方向相同的平行直線. 4.磁通量 (1)概念:在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,與磁場(chǎng)方向垂直的面積S與B的乘積. (2)公式:Φ=BS. 深化拓展:(1)公式Φ=BS的適用條件:①勻強(qiáng)磁場(chǎng);②磁感線的方向與平面垂直.即B⊥S. (2)S為有效面積. (3)磁通量雖然是標(biāo)量,卻有正、負(fù)之分. (4)磁通量與線圈的匝數(shù)無(wú)關(guān). 二、磁感線、通電導(dǎo)體周圍磁場(chǎng)的分布 1.磁感線:在磁場(chǎng)中畫(huà)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)的磁場(chǎng)方向一致. 2.條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(chǎng)磁感線分布(如圖所示) 3.電流的磁場(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) 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 安培定則 立體圖 橫截面圖 4.磁感線的特點(diǎn) (1)磁感線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向. (2)磁感線的疏密定性地表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,在磁感線較密的地方磁場(chǎng)較強(qiáng);在磁感線較疏的地方磁場(chǎng)較弱. (3)磁感線是閉合曲線,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)的磁感線不中斷、不相交、不相切. (5)磁感線是假想的曲線,客觀上不存在. 三、安培力、安培力的方向 勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的安培力 1.安培力的大小 (1)磁場(chǎng)和電流垂直時(shí),F(xiàn)=BIL. (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,并使四指指向電流的方向,這時(shí)拇指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. 考點(diǎn)一 安培定則的應(yīng)用和磁場(chǎng)的疊加 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”. 原因(電流方向) 結(jié)果(磁場(chǎng)繞向) 直線電流的磁場(chǎng) 大拇指 四指 環(huán)形電流的磁場(chǎng) 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. ★重點(diǎn)歸納★ 1.磁場(chǎng)的疊加:磁感應(yīng)強(qiáng)度為矢量,合成與分解遵循平行四邊形定則.在進(jìn)行磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加時(shí),應(yīng)注意是哪個(gè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向如何. 2.不同情況下安培定則的應(yīng)用 安培定則(右手螺旋定則) 作用 判斷電流的磁場(chǎng)方向 內(nèi)容 具體情況 直線電流 環(huán)形電流或通電螺線管 條件(電流方向) 大拇指指向電流的方向 四根手指彎曲方向指向電流的環(huán)繞方向 結(jié)果(磁場(chǎng)方向) 四根手指彎曲方向表示磁感線的方向 大拇指指向表示軸線上的磁感線方向 牢記判斷電流的磁場(chǎng)的方法——安培定則,并能熟練應(yīng)用,建立磁場(chǎng)的立體分布模型. 3.求解有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度問(wèn)題的關(guān)鍵 (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度―→由磁場(chǎng)本身決定. (2)合磁感應(yīng)強(qiáng)度―→等于各磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和(滿足平行四邊形定則) (3)牢記判斷電流的磁場(chǎng)的方法―→安培定則,并能熟練應(yīng)用,建立磁場(chǎng)的立體分布模型。 (4)記住幾種常見(jiàn)磁場(chǎng)的立體分布圖 ①常見(jiàn)磁體的磁場(chǎng) ②電流的磁場(chǎng) 通電直導(dǎo)線 通電螺線管 環(huán)形電流 安培定則 立體圖 橫截面圖 縱截面圖 ★典型案例★ 三根平行的長(zhǎng)直通電導(dǎo)線,分別通過(guò)一個(gè)直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)且與三角形所在平面垂直,如圖所示,,O為斜邊的中點(diǎn)。已知直線電流在某點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng),其磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小與電流強(qiáng)度成正比,與點(diǎn)到通電導(dǎo)線的距離成反比,已知,在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,則關(guān)于O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,下列說(shuō)法正確的是: ( ) A.2B,沿OC方向 B.2B,垂直AC向右 C.,垂直AC向右 D.0 【答案】C 【名師點(diǎn)睛】本題考查了磁場(chǎng)的疊加,根據(jù)導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)分布可知,與導(dǎo)線等距離地方磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,根據(jù)安培定則判斷出兩導(dǎo)線在A點(diǎn)形成磁場(chǎng)方向,磁感應(yīng)強(qiáng)度B是矢量,根據(jù)矢量分解合成的平行四邊形定則求解。 ★針對(duì)練習(xí)1★丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特在1820年通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)現(xiàn)象,下列說(shuō)法正確的是:( ) A.奧斯特在實(shí)驗(yàn)中觀察到電流磁效應(yīng),揭示了電磁感應(yīng)定律 B.將直導(dǎo)線沿東西方向水平放置,把小磁針?lè)旁趯?dǎo)線的正下方,給導(dǎo)線通以足夠大電流,小磁針一定會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng) C.將直導(dǎo)線沿南北方向水平放置,把小磁針?lè)旁趯?dǎo)線的正下方,給導(dǎo)線通以足夠大電流,小磁針一定會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng) D.將直導(dǎo)線沿南北方向水平放置,把銅針(用銅制成的指針)放在導(dǎo)線的正下方,給導(dǎo)線通以足夠大電流,銅針一定會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng) 【答案】C 【解析】奧斯特在實(shí)驗(yàn)中觀察到了電流的磁效應(yīng),而法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律,故A錯(cuò)誤;將直導(dǎo)線沿東西方向水平放置,把小磁針?lè)旁趯?dǎo)線的正下方時(shí),小磁針?biāo)谖恢玫拇艌?chǎng)方向可能與地磁場(chǎng)相同,故小磁針不一定會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),故B錯(cuò)誤;將直導(dǎo)線沿南北方向水平放置,把小磁針?lè)旁趯?dǎo)線的正下方,給導(dǎo)線通以足夠大電流,由于磁場(chǎng)沿東西方向,則小磁針一定會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),故C正確;銅不具有磁性,故將導(dǎo)線放在上方不會(huì)受力的作用,故不會(huì)偏轉(zhuǎn),故D錯(cuò)誤。 【名師點(diǎn)睛】對(duì)于電流的磁效應(yīng),根據(jù)安培定則進(jìn)行分析.注意磁場(chǎng)及磁場(chǎng)的應(yīng)用;明確地磁場(chǎng)的性質(zhì),根據(jù)小磁針受力方向即可正確求解。 ★針對(duì)練習(xí)2★歐姆在探索通過(guò)導(dǎo)體的電流、電壓、電阻的關(guān)系時(shí)因無(wú)電源和電流表,他利用金屬在冷水和熱水中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)代替電源,用小磁針的偏轉(zhuǎn)檢測(cè)電流。具體做法是:在地磁場(chǎng)作用下處于水平靜止的小磁針上方,平行于小磁針?biāo)椒胖靡恢睂?dǎo)線,當(dāng)該導(dǎo)線中通有電流時(shí),小磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn);當(dāng)通過(guò)該導(dǎo)線電流為I時(shí),小磁針偏轉(zhuǎn)了30;當(dāng)他發(fā)現(xiàn)小磁針偏轉(zhuǎn)了45,則通過(guò)該直導(dǎo)線的電流為(直導(dǎo)線在某點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度與通過(guò)直導(dǎo)線的電流成正比) : ( ) A.I B.2I C.I D.無(wú)法確定 【答案】C 【名師點(diǎn)晴】地磁場(chǎng)在該題中是個(gè)隱含的物理量,小磁針的偏轉(zhuǎn)實(shí)際上是電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與地磁場(chǎng)的合磁場(chǎng)共同作用于小磁針的結(jié)果;所以我們分兩次討論磁場(chǎng)的疊加問(wèn)題,通過(guò)矢量三角形即可找到兩次磁場(chǎng)大小間的關(guān)系,利用電流與磁場(chǎng)成正比的關(guān)系得出電流的關(guān)系。 考點(diǎn)二 判斷通電導(dǎo)體(或磁鐵)在安培力作用下運(yùn)動(dòng)的常用方法 方法闡述及實(shí)例分析 具體方法 實(shí)例 分析 電流 元法 把整段電流等效分成很多電流元,先用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向,從而判斷出整段電流所受合力的方向,最后確定運(yùn)動(dòng)方向,注意一般取對(duì)稱的電流元分析 判斷能自由移動(dòng)的導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)情況 把直線電流等效為AO、BO兩段電流元,蹄形磁鐵磁感線分布以及兩段電流元受安培力方向如圖所示.可見(jiàn),導(dǎo)線將沿俯視逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) 特殊位置 法 根據(jù)通電導(dǎo)體在特殊位置所受安培力的方向,判斷其運(yùn)動(dòng)方向,然后推廣到一般位置 用導(dǎo)線轉(zhuǎn)過(guò)90的特殊位置(如圖所示的虛線位置)來(lái)分析,判得安培力方向向下,故導(dǎo)線在逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)向下運(yùn)動(dòng) 等效 分析 法 環(huán)形電流可以等效為小磁針(或條形磁鐵),條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流,通電螺線管可等效為多個(gè)環(huán)形電流或條形磁鐵 判斷環(huán)形電流受到的安培力方向 把環(huán)形電流等效成如圖所示右邊的條形磁鐵,可見(jiàn)兩條形磁鐵相互吸引,不會(huì)有轉(zhuǎn)動(dòng).電流受到的安培力方向向左 結(jié)論 法 (1)兩電流相互平行時(shí)無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì),同向電流相互吸引,反向電流相互排斥(2)兩電流不平行時(shí),有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且方向相同的趨勢(shì) 判斷光滑桿上的同向電流的運(yùn)動(dòng)方向 同向電流直接相吸,兩個(gè)環(huán)形電流會(huì)相互靠攏 轉(zhuǎn)換 研究 對(duì)象 法 定性分析磁體在電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)中受力方向時(shí),可先判斷電流在磁體磁場(chǎng)中的受力方向,然后再根據(jù)牛頓第三定律判斷磁體受力方向 判斷圖中所示磁鐵受到的地面摩擦力方向 電流受到的磁鐵的作用力方向如圖所示,所以反過(guò)來(lái)電流對(duì)磁鐵的作用力方向斜向右下.可知地面對(duì)磁鐵的作用力方向向左 ★典型案例★ 如圖所示,用絕緣細(xì)線懸掛一個(gè)導(dǎo)線框,導(dǎo)線框是由兩同心半圓弧導(dǎo)線和直導(dǎo)線ab、cd(ab、cd在同一條水平直線上)連接而成的閉合回路,導(dǎo)線框中通有圖示方向的電流,處于靜止?fàn)顟B(tài)。在半圓弧導(dǎo)線的圓心處垂直于導(dǎo)線框平面的方向放置一根長(zhǎng)直導(dǎo)線P。當(dāng)P中通以方向向里的電流時(shí)() A.導(dǎo)線框?qū)⑾蜃髷[動(dòng) B.導(dǎo)線框?qū)⑾蛴覕[動(dòng) C.從上往下看,導(dǎo)線框?qū)㈨槙r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) D.從上往下看,導(dǎo)線框?qū)⒛鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 【答案】C 【名師點(diǎn)睛】先由安培定則判斷通電直導(dǎo)線P在導(dǎo)線ab、cd處的磁場(chǎng)方向,然后由左手定則判斷導(dǎo)線ab、cd所受的安培力,通過(guò)微元法解決,判斷導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)的規(guī)律常用的方法還有:等效法,特殊位置法,結(jié)論法。 ★針對(duì)練習(xí)1★ 如圖所示,直導(dǎo)線AB與圓線圈的平面垂直且隔有一小段距離,直導(dǎo)線固定,線圈可以自由運(yùn)動(dòng),當(dāng)它們同時(shí)通以如圖箭頭所示的電流時(shí),從右向左看,線圈將: ( ) A.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)靠近直導(dǎo)線AB B.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)遠(yuǎn)離直導(dǎo)線AB C.逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)靠近直導(dǎo)線AB D.逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)遠(yuǎn)離直導(dǎo)線AB 【答案】A 【名師點(diǎn)睛】本題是磁場(chǎng)中典型問(wèn)題:判斷安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的方向.常用方法有:等效法、電流元法、特殊位置法等. ★針對(duì)練習(xí)2★如右圖所示,條形磁鐵放在光滑斜面上,用平行于斜面的輕彈簧拉住而平衡,A為水平放置的直導(dǎo)線的截面,導(dǎo)線中無(wú)電流時(shí)磁鐵對(duì)斜面的壓力為FN1;當(dāng)導(dǎo)線中有垂直紙面向外的電流時(shí),磁鐵對(duì)斜面的壓力為FN2,則下列關(guān)于壓力和彈簧的伸長(zhǎng)量的說(shuō)法中正確的是: ( ) A.FN1- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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