【学案与测评】高中物理 第八章磁场 鲁科选修31.ppt

考纲点击备考导读1.磁场、磁感应强度和磁感线2.通电直导线和通电线圈周围磁场的方向3.安培力、安培力的方向4.匀强磁场中的安培力5.洛伦兹力、洛伦兹力的方向6.洛伦兹力的公式7.带电粒子在匀强磁场中的运动8.质谱仪和回旋加速器1.本章知识概念不多，但综合性强，求解本章问题要注意分析粒子的受力情景、运动情景和能量情景，依据受力和初始条件来确定粒子的运动情况，结合运动情况充分利用数学知识求解相关问题其中安培力的计算限于电流与磁感应强度垂直的情形；洛伦兹力的计算限于速度与磁场方向垂直的情形2.纵观近几年高考题可以看出涉及本章知识的题目年年都有，考查最多的是与洛伦兹力有关的带电粒子在匀强磁场或复合场中的运动，本章知识常与电场、恒定电流以及电磁感应、交流电流等知识紧密联系、综合考查，是高考的热点3.复习本章时应抓住磁感应强度、磁感线、磁通量，安培力和洛伦兹力的基本概念和规律，并能熟练应用于实际问题中.第第1节节磁磁场场的描述磁的描述磁场对电场对电流的作用流的作用 一、磁场的性质1.物质存在：磁场是存在于磁体、_和运动电荷周围的一种特殊物质2.基本性质：磁场对放入磁场中的磁体、电流和运动电荷有_的作用3.方向：磁场中某点的磁场方向为该点小磁针_所受磁场力的方向二、磁场的描述1.磁感应强度(1)意义：描述磁场_的物理量(2)定义：B_，式中通电直导线I与磁场方向垂直(3)方向：小磁针静止时_所指的方向(4)单位：_，符号T,1 T1 N/Am.(5)决定因素：由磁场本身决定，与I、L和F的大小均无关2.磁感线：在磁场中人为地画出一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的_的方向一致，磁感线的疏密程度表示磁场的_，这样的曲线叫做磁感线.三、常见的磁场 1.条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 条形磁铁蹄形磁铁2.地磁场地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，主要特点：(1)地磁场的_在地理南极附近，_在地理北极附近，如图所示(2)地磁场B的水平分量(Bx)总是从地理_指向_；而竖直分量(By)则南、北半球相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下(3)在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁场强弱_，且方向水平向_3.匀强磁场：若某个区域里磁感应强度大小处处_，方向_，那么该区域的磁场叫匀强磁场，匀强磁场中的磁感线是_的直线如通电螺线管内部的磁场，两个平行放置且距离很近的异名磁极之间的磁场都可认为是匀强磁场4.几种常见电流周围的磁场分布直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点无磁极、非匀强且距导线越远处磁场_磁场与条形磁铁的磁场相似，管内为_磁场，管外为非匀强磁场环形电流的两侧是N极和S极且离圆环中心越远，磁场_安培定则立体图横截面图纵截面图5.磁通量(1)定义：磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的_叫做穿过这个面的磁通量.(2)公式：_BSsin，为S与B夹角(3)单位：_，符号Wb.1 Wb1 Tm2.四、磁场对电流的作用1.安培力的大小安培力F_，如图所示，为B与I的夹角(1)当B与I垂直时：安培力最大，FBIL.(2)当B与I平行时：安培力最小，F0.2.安培力的方向(1)判定方法左手定则左手定则：伸开左手，使拇指跟其余四个手指_，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线从_进入，并使_指向电流的方向，这时_所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向(2)安培力的方向特点：FB，FI，即F_于B和I决定的平面(注意：B和I可以有任意夹角)3.磁电式电流表线圈如图放置，磁场方向总沿着_均匀辐射地分布，在距轴线等距离处的磁感应强度的大小总是_的，线圈在安培力及螺旋弹簧弹力作用下平衡，线圈转过的角度与所通过的电流成正比对磁感强度及磁感线的理解1.对磁感应强度的理解(1)磁感应强度由磁场本身决定，跟在该位置放入的导线长度L、电流I的大小及受到磁场的作用力均无关，与是否放通电导线也无关绝对不能根据公式B F/IL 认为B与F成正比，与IL成反比(2)由公式B F/IL计算B时，通电导线必须垂直于磁场放入，如果小段通电导线平行放入磁场，其所受安培力F为零，但该处磁感应强度B不为零(3)磁感应强度的方向不是通电导线所受磁场作用力的方向，而是与受到的作用力的方向垂直3.磁感应强度B与电场强度E的比较磁感应强度B 电场强度E 物理意义 描述磁场的力的性质的物理量 描述电场的力的性质的物理量 定义式 BF/IL，通电导线与B垂直 EF/q大小决定由磁场决定，与检验电流无关 由电场决定，与检验电荷无关 方向矢量方向为磁感线切线方向，即小磁针N极受力方向矢量方向为电场线切线方向，即放入该点的正电荷受力方向场的叠加合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和 合场强等于各个电场的场强的矢量和单位1 T1 N/(Am)1 V/m1 N/C 3.对磁感线的理解(1)磁感线的特点 磁感线是为了形象地描述磁场而人为假设的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线.磁感线在磁体(螺线管)外部由N极到S极，内部由S极到N极，是闭合曲线磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线较密的地方磁场较强，磁感线较疏的地方磁场较弱磁感线上任何一点的切线方向，都跟该点的磁场(磁感应强度)方向一致磁感线不能相交，也不能相切(2)磁感线和电场线的比较 磁感线 电场线 不同点 闭合曲线 起始于正电荷，终止于负电荷 相似点引入目的形象描述场而引入的假想线，实际并不存在疏密程度反映场的强弱切线方向 表示场的方向是否相交不能相交(电场中无电荷的空间是不相交的)(2010聊城测试)根据磁感应强度的定义式BF/IL，下列说法中正确的是()A.在磁场中某确定位置，B与F成正比，与I、L的乘积成反比B.一小段能通电直导线在空间某处受磁场力F0，那么该处的B一定为零C.磁场中某处的B的方向跟电流在该处受磁场力F的方向相同D.一小段通电直导线放在B为零的位置，那么它受到磁场力F也一定为零【点拨】正确理解磁感应强度(由磁场本身决定)和安培力(FBILsin)的决定因素【解析】磁感应强度是表征磁场强弱的物理量，磁场中的某点的磁感应强度是一个确定的值，它由磁场本身决定的，与磁场中是否有通电导体，及导体的长度，电流强度的大小，以及磁场作用力的大小无关，A错误若电流方向与磁场方向在一条直线上，通电导体将不受到磁场力的作用，因此在某处磁场力为零，并不能说明该处的磁感应强度为零，B错误通电导体受到磁场力的方向垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面，C错误通电导体处在一个没有磁场的空间，当然不受磁场力的作用，D正确【答案】D1.在磁感应强度为B0，竖直向上的匀强磁场中，水平放置一根长通电直导线，电流的方向垂直纸面向里，如图所示，a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，在这四点中()A.c、d两点的磁感应强度大小相等B.a、b两点的磁感应强度大小相等C.c点的磁感应强度的值最小D.b点的磁感应强度的值最大【解析】由右手定则判断电流产生的磁场情况，所求磁感应强度为两磁场的矢量和在c点电流产生的磁场方向与B0反向，故合磁感应强度最小在a点两者同向，合磁感应强度最大，在b、d两点，两者互相垂直，故合磁感应强度大小相等.因此只有C项正确.【答案】C判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动 要判定通电导体在安培力作用下的运动，首先必须清楚导体所在位置的磁场分布情况，然后才能结合左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向现对几种常用的方法列表比较如下：电流元分析法把整段电流等效为多段很小的直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力方向，最后确定运动方向特殊位置分析法把通电导线转到一个便于分析的特殊位置后判断其所受安培力方向，从而确定运动方向转换研究对象法因为电流之间、电流与磁体之间相互作用满足牛顿第三定律，因此，定性分析磁体在力的作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律确定磁体所受作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向等效法环形电流和小磁针的磁场形式相同，可以相互等效；通电螺线管和条形磁铁的磁场形式相同可以相互等效结论法对于两平行直线导体，同向电流相互吸引，异向电流相互排斥如图所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线通过电流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】解法一，电流元受力分析法：把直线电流等效为AO、BO两段电流元，蹄形磁铁磁感线分布以及两段电流元受安培力方向如图所示可见电线将逆时针转动解法二，特殊位置分析法：选导线转动90的特殊位置(如图的虚线位置)来分析，判定安培力方向向下故导线在逆时针转动的同时向下运动，所以C正确【答案】C(2010晋江高三月考)如图所示，把轻质导线圈用细线挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的平面当线圈内通过如图所示的电流时，线圈将怎样运动【解析】解法一等效分析法：把环形电流等效成图(a)所示的条形磁铁，可见两条磁铁只是相互吸引而没有转动，即线圈内磁铁平移解法二结论分析法：把条形磁铁等效成图(b)所示的环形电流，由图可见两电流方向相同，故两环形电流没有转动，只是相互吸引，即线圈将向磁铁平移【答案】见解析安培力的应用1.安培力的大小 常用公式FBIL要求两两垂直，应用时要满足：(1)B与L垂直(2)L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度；如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连线段的长度(如图所示)相应的电流方向沿L由始端流向末端.因为任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，所以闭合线圈通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零(3)B并非一定是匀强磁场，但一定是导线所在处的磁感应强度值2.通电导线在磁场中的平衡和加速(1)选定研究对象；(2)变三维为二维，画出平面受力分析图，其中安培力的方向要用左手定则来判断，注意F安B、F安I;(3)根据力的平衡条件、牛顿第二定律列方程式进行求解 质量为m、长度为L的导体棒MN静止于水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与导轨平面成角斜向下，如图所示，求棒MN受到的支持力和摩擦力【解析】求解此题容易犯的错误是认为磁感应强度B与棒MN斜交成角实际上尽管磁感线与平面成角，但磁场方向与棒MN仍是垂直的由左手定则判断安培力的方向时，要注意安培力的方向既垂直于电流方向又垂直于磁场方向，即垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面，棒MN受力分析如图所示由平衡条件有水平方向：fFsin，竖直方向：NFcos mg，且FBIL，从而得fBILsin，NBILcos mg.【答案】BILcos mgBILsin 点睛笔记(1)解决有关通电导体在磁场中的平衡问题的关键是受力分析，只不过比纯力学中的平衡问题要多考虑一个安培力.(2)画好辅助图(如斜面)，标明辅助方向(如B的方向、I的方向等)是画好受力分析图的关键.(3)由于安培力、电流I、磁感应强度B的方向之间涉及到三维空间，所以在受力分析时要善于把立体图转化为平面图.3.(2010上海高考卷)如图所示，长为2L的直导线拆成边长相等，夹角为60的V型，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V型通电导线受到的安培力大小为 ()A.0B.0.5BILC.BILD.2BIL【解析】本题考查安培力大小的计算，导线有效长度为2Lsin 30L，所以该V型通电导线受到的安培力大小为BIL，C正确【答案】C 在本章知识应用的过程中，运用安培定则、左手定则判断磁场方向和载流导线受力情况时易出现错误，运用几何知识时出现错误，不善于分析多过程的物理问题如图甲所示，条形磁铁平放于水平桌面上，在它的正中央上方固定一根直导线，导线与磁场垂直，现给导线中通以垂直于纸面向外的电流，则下列说法正确的是()A.磁铁对桌面的压力减小B.磁铁对桌面的压力增大C.磁铁对桌面的压力不变 D.以上说法都不可能【错解】磁铁吸引导线而使磁铁、导线对桌面。