2020届高三物理第一轮复习 磁场磁感应强度安培力学案 新人教版 29页

第一课时磁场磁感应强度安培力 ‎ 第一关：基础关展望高考 基 础 知 识 一、磁场 知识讲解 ‎（1）定义：磁体或通电导体周围存在一种特殊物质，它能够传递磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间以及通电导体与通电导体之间的相互作用，这种特殊的物质叫做磁场.‎ ‎（2）基本性质：对放入其中的磁体或电流产生力的作用.‎ ‎（3）产生：①永磁体周围存在磁场；②电流周围存在磁场——电流的磁效应.‎ ‎（4）方向：小磁针北极受力的方向即小磁针静止时北极所指方向，为磁场中该点的磁场方向.‎ 活学活用 ‎1.如图所示，带负电的金属环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是()‎ A.N极竖直向上 B.N极竖直向下 C.N极沿轴线向左 D.N极沿轴线向右 解析：带负电的金属环旋转，可形成环形电流，进而产生磁场，负电荷匀速转动会产生与旋转方向反向的环形电流，由安培定则知，在磁针处磁场的方向沿OO′轴向左，由于磁针N极指向为磁场方向，所以应选C.‎ 答案：C 二、磁感应强度 知识讲解 ‎（1）定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，受到的安培力的作用F，跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值，叫做通电直导线的磁感应强度.‎ ‎（2）公式：B=F/IL ‎（3）单位：在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，符号是T.‎ ‎（4）方向：其方向就是磁场方向，即小磁针静止时N极所指的方向.‎ ‎(5)物理意义：磁感应强度是表征磁场强弱的物理量.‎ 说明：①磁感应强度是反映磁场性质的物理量，是由磁场自身决定的，与是否引入电流无关，与引入的电流是否受力无关，因为通电导线取不同方向时，其受力大小不尽相同，在定义磁感应强度时，式中F是直导线垂直磁场时受到的磁场力.‎ ‎②磁感应强度的方向是该处磁场的方向，而不是F的方向.‎ ‎③若空间存在几个磁场，空间的磁场应由这几个磁场叠加而成，某点的磁感应强度为B，…（矢量和）.‎ 活学活用 ‎2.有关磁感应强度的下列说法中，正确的是（）‎ A.磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量 B.若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零 C.若有一小段长为L，通以电流为I的导体，在磁场中某处受到的磁场力为F，则该处磁感应强度的大小一定是F/IL D.由定义式B=F/IL可知，电流I越大，导线L越长，某点的磁感应强度就越小 解析：磁感应强度的定义式B=，是利用比值法来定义的，但不能说B与F成正比，与IL成反比.磁场中某点磁感应强度只由磁场本身决定，与通电导线的受力无关，与放入检验电流的大小、方向以及导线长度也无关.另一方面，通电导线在磁场中的受力不仅与磁感应强度有关，还跟导线通过的电流大小、长度、位置取向都有关.‎ 答案：A 三、磁感线 知识讲解 ‎（1）定义：在磁场中画一些有方向的曲线，这些曲线上每一点的切线方向跟该点的磁感应强度方向相同，这样的曲线叫磁感线.‎ ‎（2）特点：①磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线越密的地方磁场越强；磁场方向在过该点的磁感线的切线方向.‎ ‎②磁感线不相交、不中断，是闭合曲线.在磁体外部，磁感线从N极指向S极；在磁体内部，磁感线从S极指向N极.‎ ‎③磁感线是为了形象地描述磁场而假想的物理模型，在磁场中并不真的存在，不可以认为有磁感线的地方才有磁场，没有磁感线的地方没有磁场.‎ 四、安培力 知识讲解 ‎（1）定义：通电导线在磁场中受到的力称为安培力.‎ ‎（2）方向：安培力方向的判定通常利用左手定则.‎ 左手定则：它是确定通电导体在外磁场中受力方向的定则.其内容为：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都要跟手掌在同一平面内，把手放入磁场，让磁感线穿过手心，让伸开的四指指向电流方向，那么大拇指所指方向即为安培力方向，如图所示.‎ ‎（3）大小：F=BILsinθ 说明：①公式适用于导线处在匀强磁场中，或导体所在范围内B是一个恒量.‎ ‎②公式中θ指磁场和电流方向的夹角.‎ ‎③公式中各物理量的单位为：N(F)、T（B）、A（I）、m(L).‎ ‎④在应用F=BILsinθ公式时应注意：‎ a.B一般指匀强磁场的磁感应强度，若是非匀强磁场，B应是通电导线L所在处的磁感应强度.‎ b.L是有效长度，对于弯曲导线的有效长度，应等效于两端点连接直线的长度，相应的电流方向应沿等效长度L由始端流向末端，如图所示.对于任意形状的闭合导线，可认为线圈的有效长度为零，即L=0，所以通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和一定为零.‎ 活学活用 ‎3.如图所示，垂直折线abc中通以电流I，ab=bc=L,折线所在的平面与匀强磁场垂直，匀强磁场的磁感应强度为B，求abc折线受到的安培力的大小？‎ 解析：abc受到的安培力等效于ac(通有电流I的ac直导线）所受的安培力，即F=BI(L),方向同样等效于电流ac,判定为在纸面内垂直于ac的连线上并且斜向上方.‎ 答案：BI（L）‎ 第二关：技法关解读高考 解 题 技 法 一、安培力作用下的动态分析 技法讲解 定性判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向的几种基本方法 ‎1.电流元分析法 把整段电流等分为很多段直线电流元，先用左手定则判断出各小段电流元受到的安培力方向，再判断整段电流所受安培力合力的方向，从而确定导体的运动方向．‎ ‎2.特殊位置分析法 把通电导体转到一个便于分析的特殊位置后判断其安培力方向，从而确定运动方向．‎ ‎3.等效分析法 环形电流可等效为小磁针，条形磁铁也可等效为环形电流，通电螺线管可等效成多个环形电流或条形磁铁．‎ ‎4.利用电流相互作用的结论分析 电流产生磁场，磁场对电流有安培力作用，所以电流与电流之间也将存在磁场力作用关系．同向电流相互吸引，反向电流相互排斥，异面电流相互作用下有转动趋势，转到同向且相互靠近.‎ ‎5.转换研究对象法 电流与电流之间，磁体与电流之间的相互作用应满足牛顿第三定律，这样定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题时，可先分析电流在磁体磁场中的受力，然后由牛顿第三定律确定磁体的受力，从而判断其运动方向．‎ 典例剖析 例1如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)()‎ A.顺时针方向转动，同时下降 B.顺时针方向转动，同时上升 C.逆时针方向转动，同时下降 D.逆时针方向转动，同时上升 解析：用电流元分析法：把直线电流看为OA和OB两部分，画出几条典型的磁感线，由左手定则可判断出OA段受安培力垂直纸面向外，OB段受安培力垂直纸面向里，如右图所示，可见从上向下看导线将逆时针转动；再用特殊位置分析法：设导线转过90°到与纸面垂直的位置，见右图判断导线受安培力方向向下.由以上两个方向可知导线在逆时针转动的同时向下运动．选C.‎ 答案：C 例2如图所示，在条形磁铁S极附近悬挂一个线圈，线圈与水平磁铁位于同一平面内，当线圈中电流沿图示方向流动时，将会出现()‎ A.线圈仅做平动、不转动 B.线圈仅做转动、不平动 C.从上往下看，线圈做顺时针方向转动，同时靠近磁铁 D．从上往下看，线圈做逆时针方向转动，同时靠近磁铁 解析：把环形电流等效为磁针，根据安培定则可判 断此磁针垂直纸面，N极向里，根据磁铁对磁针的作用很容易得到：从上往下看，磁铁S极将吸引磁针N极，排斥磁针S极，故线圈做逆时针方向转动，同时靠近磁铁.选D.‎ 答案：D 二、安培力作用下的静态分析 技法讲解 有关通电导体受安培力作用的综合性问题，大多是力的平衡问题．与力学相比只是多了一个安培力，解题过程中，首先要准确地使用左手定则，判断出安培力的方向，再利用物体平衡的知识和规律解决问题，解题关键是要学会把空间立体图改画成平面图，以便于进行受力分析，做出力分析图.‎ 典例剖析 例3在倾角θ＝30°的斜面上，固定一金属框，宽l＝‎0.25 m，接入电动势E＝12 V、内阻不计的电池，垂直框的两对边放有一根质量m＝0．‎2 kg的金属棒ab，它与框架的动摩擦因数μ=36，整个装置放在磁感应强度B＝0.8 T，垂直框面向上的匀强磁场中(图)．为使金属棒静止在框架上，滑动变阻器R的阻值应在什么范围内?(设棒受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，框架与棒的电阻不计，g取‎10 m／s2)‎ 解析：由左手定则判定安培力方向沿斜面向上，随着变阻器调至不同的阻值，引起了金属杆中电流大小的不同，产生两种情况，当安培力小时，杆有下滑趋势；当安培力大时，杆有上滑趋势．当R较大时，I较小，安培力F较小，棒受的摩擦力向上(图1)．当刚好平衡时，R最大，且·l+μmgcosθ-mgsinθ=0‎ 得Rmax=Ω=4.8 Ω 图1‎ 当R取较小值时,I较大,安培力F较大,棒受的摩擦力向下(图2).当刚好平衡时,R最小,且 ‎-μmgcosθ-mg sinθ=0,得Rmin=‎ ‎=Ω=1.6 Ω 所以R的取值范围应为1.6 Ω≤R≤4.8 Ω 三、安培力的瞬时作用与安培力做功问题 技法讲解 ‎1.安培力的瞬间作用，实际上是在很短的时间Δt内给导线 一个冲量，使导线获得一个动量，FΔt=mv ‎2.安培力做功的特点 ‎(1)安培力做功与路径有关，绕闭合回路一周，安培力做的功可以为正，可以为负，也可以为零，而不像重力和电场力做功一定为零.‎ ‎(2)安培力做功的实质：起能量转化的作用，将电源的能量传递给通电导线，而磁场本身并不能提供能量，如导体ab在安培力作用下运动,安培力做功的结果是将电能转化为导体的动能,只要有安培力做功，就有电能和其它形式的能量转化，安培力做功的过程就是电能和其它形式的能转化的过程.‎ 典例剖析 例4如图所示水平桌面放置的U形金属导轨，串接有电源，现将两根质量相等的裸导线L1和L2放在导轨上，方向与导轨垂直，导轨所在平面有一个方向向上的匀强磁场，当闭合开关后，两根导线便向右运动，并先后脱离导轨右端掉在水平地面上．测得它们落地位置与导轨右端的水平距离分别为s1和s2，求合上开关后：‎ ‎(1)安培力对L1、L2所做的功之比W1:W2；‎ ‎(2)通过L1和L2的电荷量之比q1:q2.‎ 解析：(1)设U形导轨的高度为h，棒离开导轨下落做平抛运动，则棒平抛运动的初速度 v0=‎ 根据动能定理，金属棒从K闭合到离开导轨时有WF=mv02-0=mg 其中WF为安培力对金属棒所做的功.‎ 可见在质量m高度h相同时WF∝s2.‎ 故安培力对L1,L2所做功之比为.‎ ‎(2)棒在导轨上由静止达到水平速率v0的过程中由动量定理得Bl·t=mv0,又有q=t 得q=‎ 可见，在m、B、L、h相同时，q∝s.‎ 故通过L1、L2的电荷量之比为q1：q2=s1：s2.‎ 答案：（1）（2）s1：s2‎ 第三关：训练关笑对高考 随 堂 训 练 ‎1.由磁感应强度的定义式B=可知（）‎ A.磁感应强度与通电导线受到的磁场力F成正比，与电流强度和导线长度的乘积成反比 B.一小段通电导线在某处不受磁场力作用时，该处的磁感应强度一定为零 C.磁感应强度的方向与F的方向一致 D.只要满足L很短，I很小的条件，B=对任何磁场都适用 解析：磁感应强度由磁场本身决定，与放入磁场中的通电导线无关.若通电导线平行于磁场方向放置，则所受磁场力一定为零，但磁感应强度不一定为零.磁感应强度的方向规定为小磁针N极所受磁场力的方向，与放在该处通电导线受磁场力方向不一致.‎ 答案：D ‎2.如图所示，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，此时台秤读数为FN1，现在磁铁上方中心偏左位置固定一通电导线，电流方向如图，当加上电流后，台秤读数为FN2，则以下说法正确的是（）‎ A.FN1>FN2，弹簧长度将变长 B.FN1>FN2，弹簧长度将变短 C.FN1