全国通用版2019版高考物理大一轮复习第九章磁场第24讲磁场安培力学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 24 讲 磁场 安培力 考纲要求 考情分析 命题趋势 1.磁场、磁感应强度、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 2017 全国卷 ， 19 2017 全国卷 ， 18 2016 北京卷， 17 高考对本节内容的考查主要是以选择题的形式考查磁感应强度、安培定则、安培力有时也出现涉及安培力的计算题，但一般难度不大 说明：安培力的计算只限于电流与磁感应强度垂直的情形 1磁场、磁感应强度 (1)磁场的基本性质 磁场对处于其中的磁体 、电流和运动电荷有 _磁力 _的作用 (2)磁感应强度 物理意义：描述磁场的 _强弱

2、和方向 _. 定义式： _B FIL_(通电导线垂直于磁场 ) 方向：小磁针静止时 N 极的指向 . 单位： _特斯拉 _，符号 T. (3)匀强磁场 定义：磁感应强度的大小 _处处相等 _、方向 _处处相同 _的磁场称为匀强磁场 特点：疏密程度相同、方向相同的平行直线 (4)地磁场 地磁的 N 极在地理 _南极 _附近， S 极在地理 _北极 _附近，磁感线分布如图所示 在赤道平面上， 距离地球表面高度相等的各点，磁感应强度 _大小相等 _，且方向水平 _向北 _. 【 精品教育资源文库 】 2磁感线和电流周围的磁场 (1)磁感线的特点 磁感线上某点的 _切线方向 _就是该点的磁场方向 磁

3、感线的疏密程度定性地表示磁场的 _强弱 _，在磁感线较密的地方磁场 _较强 _；在磁感线较疏的地方磁场 _较弱 _. 磁感线是闭合曲线，没有起点和终点在磁体外部，从 _N 极 _指向 _S 极 _，在磁体内部，由 _S 极 _指向 _N 极 _. 同一磁场的磁感线不 _中断 _、不 _相交 _、不相切 磁感线是假想的曲线 ，客观上不存在 (2)电流周围的磁场 (安培定则 ) 磁场 项目 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、非匀强磁场且距导线越远处磁场越弱 与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场最强，管外为非匀强磁场 环形电流的两侧是 N 极和 S 极且离

4、圆环中心越远，磁场越弱 安 培 定 则 3安培力的大小和方向 (1)大小 若 I B 时， _F 0_；若 I B 时， F BIl. (2)方向 总垂直于 _B、 I_所决定的平面，即一定垂直于 B 和 I，但 B 与 I 不一定垂直可 以用左手定则来判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指 _垂直 _，并且都跟手掌在 _同一平面内 _，把手放入磁场中，让磁感线 _垂直穿入手心 _，使伸开的四指指向 _电流 _的方向，那么， _拇指 _所指的方向就是通电导线在磁场中的受力方向 (3)两平行通电导线间的作用 同向电流相互 _吸引 _，反向电流相互 _排斥 _. 【 精品教育资源文库 】 1判断

5、正误 (1)磁场中某点磁感应强度的大小，跟放在该点的试探电流元的强弱有关 ( ) (2)将通电导线放人磁场中，若不受安培力，说明该处磁感应强度为零 ( ) (3)磁 场中某点磁感应强度的方向，跟放在该点的试探电流元所受磁场力的方向一致 ( ) (4)通电导线在磁感应强度越大的地方所受安培力越大 ( ) (5)磁感线是客观存在的，磁感线上各点的切线方向表示该点的磁场方向 ( ) (6)相邻两条磁感线之间的空白区域磁感应强度为零 ( ) (7)安培力可能做正功，也可能做负功 ( ) (8)地磁的 N 极在地球南极附近，赤道表面附近的地磁场可近似认为平行地面向北 ( ) 一 安培定则的应用和磁场的叠

6、加 1安培定则的应用 在运用安培定则判定直线电 流和环形电流的磁场时应分清 “ 因 ” 和 “ 果 ”. 因果 磁场 原因 (电流方向 ) 结果 (磁场方向 ) 直线电流的磁场 大拇指 四指 环形电流的磁场 四指 大拇指 2磁场的叠加 磁感应强度为矢量，合成与分解遵循平行四边形定则 例 1(2017 全国卷 ) 如图，在磁感应强度大小为 B0的匀强磁场中，两长直导线 P 和Q 垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为 l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I 时，纸面内与两导线距离均为 l 的 a 点处的磁感应强度为零如果让 P 中的电流反向、其他条件不变，则 a 点处磁感应强 度的大小为

7、( C ) A 0 B 33 B0 【 精品教育资源文库 】 C 2 33 B0 D 2B0 解析 两导线中通电流 I 时，两电流在 a 点处的磁感应强度与匀强磁场的磁感应强度的矢量合为 0，则两电流磁感应强度的矢量和为 B0，如图甲得 B 33 B0.P 中电流反向后，如图乙， B 合 B 33 B0， B 合 与 B0的矢量和为 B 总 2 33 B0，故选项 C 正确 分析磁场的叠加的思路 (1)根据 安培定则确定通电导线周围磁场的方向 (2)磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向 (3)磁感应强度是矢量，多个通电导体产生的磁场叠加时，合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时

8、在该点磁感应强度的矢量和 二 安培力的分析和计算 1计算安培力公式 F BIL，应用时要注意 (1)B 与 L 垂直； (2)L 是有效长度 公式 F ILB 中 L 指的是 “ 有效长度 ” 当 B 与 I 垂直时， F 最大， F ILB；当 B 与 I平行时， F 0. 弯曲导线的有效长度 L，等于连接两端点线段的长度 (如图所示 )，相应的电流沿 L 由始 端流向末端 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 2方向：根据左手定则判断 例 2(2017 全国卷 )(多选 )如图，三根相互平行的固定长直导线 L1、 L2和 L3两两等距，均通有电流 I， L1中电流方向与 L

9、2中的相同，与 L3中的相反下列说法正确的是 ( BC ) 【 精品教育资源文库 】 A L1所受磁场作用力的方向与 L2、 L3所在平面垂直 B L3所受磁场作用力的方向与 L1、 L2所在平面垂直 C L1、 L2和 L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为 1 1 3 D L1、 L2和 L3单位 长度所受的磁场作用力大小之比为 3 3 1 解析 因三根导线中电流相等、两两等距则由对称性可知两两之间的作用力大小均相等因平行电流间同向吸引、反向排斥，各导线受力如图所示，由图中几何关系可知， L1所受磁场作用力 F1的方向与 L2、 L3所在平面平行， L3所受磁场作用力 F3的方向与 L1

10、、 L2所在平面垂直，选项 A 错误， B 正确设单位长度的导线两两之间作用力的大小为 F，则由几何关系可得 L1、 L2单位长度所受的磁场作用力大小为 2Fcos 60 F， L3单位长度所受的磁场作用力大小 为 2Fcos 30 3F，故选项 C 正确， D 错误 三 对安培力作用下导体运动问题的探究 1导体的平衡问题 通电导体在磁场中受到安培力的作用而处于平衡状态，此类问题要归结为力学问题，通过受力分析，列平衡方程求解受力分析时，仍然遵循确定研究对象、按一定顺序分析受力的原则需要注意的是，安培力方向的确定、安培力大小的计算要和左手定则、欧姆定律等知识相联系 2导线或线圈在非匀强磁场中的变

11、速运动 此类问题中，关于安培力方向的判断是一个难点，常用的方法有： (1)电流元法：即把整段电 流等效为很多段直线电流元，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 (2)特殊值分析法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向，从而确定运动方向 (3)等效法：环形电流可以等效成小磁针，通电螺线管可等效为很多环形电流 (4)利用已知的一些相关结论法： 两电流相互平行时无转动趋势，方向相同时相互吸【 精品教育资源文库 】 引，方向相反时相互排斥 两电流不平行时有转动到平行方向相同的趋势 例 3如图所示，长为 L、质量为 m

12、 的导体棒 ab，置于倾角为 的 光滑斜面上导体棒与斜面的水平底边始终平行已知导体棒通以从 b 向 a 的电流，电流为 I，重力加速度为g. (1)若匀强磁场方向竖直向上，为使导体棒静止在斜面上，求磁感应强度 B 的大小； (2)若匀强磁场的大小、方向都可以改变，要使导体棒能静止在斜面上，求磁感应强度B 的最小值和对应的方向 思维导引 分析导体棒所受安培力方向 选择观察方向，分析导体棒受几个力的作用，并画出其平面受力图 解析 (1)导体棒受力如图甲所示，由平衡条件得 mgsin BILcos ， 解得 B mgILtan . (2)如图乙所示，当安培力平行斜面向上，安培力和重力沿斜面的分力平衡

13、时，安培力最小，有 mgsin BIL，解得 B mgILsin . 由左手定则可知磁感应强度 B 的方向垂直斜面向上 答案 (1)mgILtan (2)mgILsin 方向垂直斜面向上 求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路 【 精品教育资源文库 】 求解关键 电磁问题力学化 立体图形平面化 求解极值数学化 1如图甲所示， a、 b 两平行直 导线中通有相同的电流，当两通电导线垂直圆平面放置于圆周上，且两导线与圆心连线的夹角为 60 时，圆心处的磁感应强度大小为 B.如图乙所示， c 导线中通有与 a、 b 导线完全相同的电流， a、 b、 c 垂直圆平面放置在圆周上，且 a、b 两导线与圆心连线的夹角为 120 ， b、 c 两导线与圆心连线的夹角为 30 ，则此时圆心处的磁感应强度大小为 ( A ) A 63 B B B C 0 D 2B 2 (2017 上海杨浦区模拟 )如图所示，质量 m 0.5 kg 的通电导体棒在安培力 作用下静止在倾角为 37 、宽度 L 1 m 的光滑绝缘框架上，磁场方向垂直于框架平面向下 (磁场仅存在于绝缘框架内 )右侧回路中，电源的电动势 E 8 V、内阻 r 1 ，额定功率为 8 W、额定电压为 4 V 的电动机 M 正常工作取 sin 37 0.6， cos 37 0.8，重力加速度