2021高考物理一轮复习-第9章-磁场-第1讲-磁场及磁场对电流的作用教案.doc

2021高考物理一轮复习 第9章 磁场 第1讲 磁场及磁场对电流的作用教案2021高考物理一轮复习 第9章 磁场 第1讲 磁场及磁场对电流的作用教案年级：姓名：16第1讲磁场及磁场对电流的作用磁场、磁感应强度、磁感线1磁场(1)基本性质：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用。(2)方向：小磁针的N极所受磁场力的方向。2磁感应强度3磁感线及特点(1)磁感线：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致。(2)特点：磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向。磁感线的疏密定性地表示磁场的强弱。磁感线是闭合曲线，没有起点和终点。同一磁场的磁感线闭合、不中断、不相切、不相交。磁感线是假想的曲线，客观上不存在。(3)几种常见的磁场安培定则1通电直导线：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。2环形电流(或通电螺线管)：让右手弯曲的四指与环形电流(或通电螺线管中电流)的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线(或通电螺线管)轴线上磁感线的方向。如图，分别表示通电直导线、环形电流、通电螺线管周围的磁场，表示电流的方向，表示磁场的方向。安培力的大小与方向1安培力的方向：左手定则(1)伸出左手，让拇指与其余四指垂直，并且都在同一个平面内。(2)让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流方向。(3)拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。2安培力的大小：FBILsin (为磁场方向与电流方向的夹角)(1)当磁场与电流垂直时，FBIL。(2)当磁场与电流平行时，F0。1.(教科版选修31P83T3)(多选)如图为通电螺线管。A为螺线管外一点，B、C两点在螺线管的垂直平分线上，则下列说法正确的是()A磁感线最密处为A处，最疏处为B处B磁感线最密处为B处，最疏处为C处C小磁针在B处和A处N极都指向左方D小磁针在B处和C处N极都指向右方BC根据安培定则可知，A、B两处磁场方向向左，C处磁场方向向右；根据通电螺线管周围的磁感线分布情况可知，B处磁感线最密，C处磁感线最疏。2(粤教版选修31P84T1)把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用。关于安培力的方向，下列说法中正确的是 ()A安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同B安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直 C安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度方向垂直D安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直D根据左手定则可知，安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直，故D正确。3下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是()C对通电导体用左手定则判断可知C选项正确。4(2020辽宁沈阳联考)(多选)下列各图中，已标出电流I、磁感应强度B的方向，其中符合安培定则的是()AB本题考查安培定则的应用。图A为环形电流的磁场，符合安培定则；图B是直线电流的磁场，符合安培定则；图C是直线电流的磁场，不符合安培定则；图D是通过螺线管的磁场，不符合安培定则。 考点一安培定则的应用和磁场的叠加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(1)磁感应强度是矢量，计算时与力的计算方法相同，利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解。(2)两个电流附近的磁场的磁感应强度是由两个电流分别独立存在时产生的磁场在该处的磁感应强度叠加而成的。磁感应强度的理解关于磁感应强度B，下列说法中正确的是 ()A磁场中某点B的大小，跟放在该点的试探电流元的情况有关B磁场中某点B的方向，跟放在该点的试探电流元受到磁场力的方向一致C若在磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用，该点B为零D长度为L、电流为I的导线在磁场中受力为F，则磁感应强度B大于或等于D磁感应强度B是由磁场本身决定的，与试探电流元的情况无关，A错误；B的方向与电流元受力方向垂直，B错误；电流元受力还与电流和磁场方向的夹角有关，当两者平行时，电流元不受力，C错误；当电流方向与磁场方向垂直时，B，当成一定夹角时，B，故B大于或等于，D正确。电流的磁场及安培定则如图所示，直导线AB、螺线管E、电磁铁D三者相距较远，其磁场互不影响，当开关S闭合后，则小磁针北极N(黑色一端)指示磁场方向正确的是()Aa B.bCc D.dC根据安培定则可判断出电流的磁场方向，再根据小磁针静止时N极的指向为磁场的方向可知C正确。磁场的叠加(2018全国卷20)(多选)如图，纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2，L1中的电流方向向左，L2中的电流方向向上；L1的正上方有a、b两点，它们相对于L2对称。整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外。已知a、b两点的磁感应强度大小分别为B0和B0，方向也垂直于纸面向外。则()A流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0B流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0C流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0D流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0AC设导线L1在a、b两点产生的磁感应强度大小为B1，导线L2在a、b两点产生的磁感应强度大小为B2，以垂直于纸面向外为正方向，在a点有B0B1B2B0，在b点有B0B1B2B0，解得B1B0，B2B0，故选项A、C正确。1(多选)下列说法中正确的是 ()A电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场强度为零B一小段通电导线在某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零C电场中某点电场的强弱，用一个试探电荷放在该点时受到的电场力与试探电荷本身电荷量的比值表征D磁场中某点磁场的强弱，用一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导线长度和电流乘积的比值表征AC电场和磁场有一个明显的区别是电场对放入其中的电荷有力的作用，而磁场对通电导线有力的作用的条件是磁场方向不能和电流方向平行，因此A正确，B错误；同理，根据电场强度的定义式E可知C正确；同样用比值定义法定义的磁感应强度则应有明确的说明，即B中I和B必须垂直，故D错误。2(2017全国卷18)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()A0B.B0C.B0 D.2B0C两长直导线P和Q在a点处的磁感应强度的大小相等，设为B，方向如图甲所示，此时a点处的磁感应强度为零，则两磁感应强度的合磁感应强度B合的大小等于B0，方向与B0相反，即B0的方向水平向左，此时BB0；让P中的电流反向、其他条件不变，两长直导线P和Q在a点处的磁感应强度的大小仍为B，方向如图乙所示，则两磁感应强度的合磁感应强度大小为B，方向竖直向上，B与B0垂直，其合磁感应强度为BaB0，选项C正确。考点二安培力的分析与计算1用公式FBIL计算安培力大小时应注意(1)B与I垂直。(2)L是有效长度。公式FILB中L指的是“有效长度”。当B与I垂直时，F最大，FILB；当B与I平行时，F0。弯曲导线的有效长度L等于在垂直磁场平面内的投影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。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。(2019全国卷17)如图，等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点M、N与直流电源两端相接。已知导体棒MN受到的安培力大小为F，则线框LMN受到的安培力的大小为()A2F B.1.5FC0.5F D.0B设三角形边长为l，通过导体棒MN的电流大小为I，则根据并联电路的规律可知通过导体棒ML和LN的电流大小为，如图所示，依题意有FBlI，则导体棒ML和LN所受安培力的合力为F1BlIF，方向与F的方向相同，所以线框LMN受到的安培力大小为1.5F，选项B正确。3(2019浙江卷5)在磁场中的同一位置放置一条直导线，导线的方向与磁场方向垂直，则下列描述导线受到的安培力F的大小与通过导线的电流I的关系图象正确的是()A根据题意，导线方向与磁场方向垂直，则导线受到的安培力大小与通过导线的电流大小之间的关系满足FILB，故A正确。4.(2019四川树德中学二诊)(多选)如图所示，一根重力G0.1 N、长L1 m的质量分布均匀的导体ab，在其中点弯成60角，将此导体放入匀强磁场中，导体两端a、b悬挂于两相同的弹簧下端，弹簧均为竖直状态，当导体中通过I1 A的电流时，两根弹簧比原长各缩短了x0.01 m，已知匀强磁场的方向垂直纸面向外，磁感应强度的大小B0.4 T，则()A导体中电流的方向为baB每根弹簧的弹力大小为0.10 NC弹簧的劲度系数k5 N/mD若导体中不通电流，则弹簧伸长0.02 mAC本题考查在安培力作用下的平衡问题。当导体中通过I1 A的电流时，两根弹簧比原长缩短，安培力方向向上，由左手定则判断可知，导体中电流的方向为ba，故A正确；通电后，导体棒的有效长度L有0.5 m，受到的安培力FAIL有B10.50.4 N0.2 N，受力分析有G2FFA解得F0.05 N，即每根弹簧的弹力大小为0.05 N，故B错误；根据Fkx得k5 N/m，故C正确；若导体中不通电流G2F2，F2kx2解得x20.01 m，弹簧伸长0.01 m，故D错误。5(2017全国卷19)(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L2中的相同，与L3中的相反。下列说法正确的是()AL1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直BL3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直CL1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为11DL1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1BC如图，由磁场的叠加知，L2与L3中的电流在L1处产生的合磁场的方向在L2、L3连线的中垂线上，由左手定则知，L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面平行。选项A错误。L1与L2中的电流在L3处产生的合磁场的方向与L1、L2的连线平行，由左手定则知，L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直。选项B正确。由几何关系知，设电流在另外导线处产生磁场的磁感应强度为B，而L1、L2所在处两个磁场方向的夹角均为120，则B合B，而L3所在处两个磁场方向的夹角为60，则B合B，由FILB知，L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为11。选项C正确，选项D错误。考点三安培力作用下导体运动情况的判断电流元法受合力方向运动方向特殊位置法在特殊位置安培力方向运动方向等效法结论法同向电流互相吸引，异向电流互相排斥，两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法先分析电流所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力如图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面。当线圈内通以图中方向的电流后，线圈的运动情况是()A线圈向左运动B线圈向右运动C从上往下看顺时针转动D从上往下看逆时针转动A方法一：等效法把环形电流等效为一个小磁针，如图所示，磁体和线圈相互吸引，线圈将向左运动。还可以将条形磁体等效为环形电流，根据安培定则可知等效电流方向如图所示。由同向平行电流相互吸引可知，磁体和线圈相互吸引，线圈将向左运动。方法二：电流元法把圆形线圈分成很多小段，每一小段可以看做一段直线电流，取其中的上下两小段分析，其截面图和受安培力的方向如图所示。根据其中心对称性可知，两段直线电流所受合力水平向左，所以线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动。可见，线圈运动的根本原因是安培力的作用。选项A正确。判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势的常规思路 6.(2020湖北模拟)(多选)如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在其左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线，当导线中通以图示方向的电流时()A磁铁对桌面的压力增大B磁铁对桌面的压力减小C磁铁受到向右的摩擦力作用D磁铁受到向左的摩擦力作用BC根据条形磁体磁感线分布情况得到直线电流所在位置磁场方向(切线方向)，再根据左手定则判断安培力方向，如图；根据牛顿第三定律，电流对磁体的作用力向左上方，如图；根据平衡条件，可知通电后支持力变小，静摩擦力变大，故磁铁对桌面的压力变小；而静摩擦力向右，故选B、C。7.(多选)两根固定的相互平行的直导线A和B，相距为L，电流方向如图所示。导线C用轻绳悬挂在AB导线的中间上方，距离AB为L，三根导线通的电流都为I。下列说法正确的是()A从上往下看导线C顺时针转动，同时绳子的张力变小B从上往下看导线C逆时针转动，同时绳子的张力变大C当C转到与A、B平行时A、B和C单位长度所受的磁场作用力大小之比为1D当C转到与A、B平行时A、B和C单位长度所受的磁场作用力大小之比为111BD由右手螺旋定则可以判断C导线左侧的磁场方向从下往上，右侧从上往下，从而可判断C导线左侧受到向外的力，右侧受到向里的力，从上往下看导线是逆时针转动；利用极限法可判断C导线转动到与AB平行时受到向下的安培力，所以过程中绳子张力变大；A错误，B正确，转到与AB平行时，三根导线电流方向都是垂直纸面向里，所以A、B和C受到相互之间的磁场作用力大小相等，C错误，D正确。8(2020湖南湘潭一模)(多选)全球性“超导热”的兴起，使超导电磁船的制造成为可能。如图是电磁船的简化原理图，MN和CD是与电源相连的两个电极，MN与CD之间部分区域有垂直纸面向内的匀强磁场(磁场由超导线圈产生，其独立电路部分未画出)，两电极之间的海水会受到安培力的作用，船体就在海水的反作用力推动下向前驶动，下列说法正确的是 ()A要使船前进，图中MN导体棒应接直流电源的正极B改变电极的正负或磁场方向，可控制船前进或后退C增大电极间的电流，可增大船航行的速度D增大匀强磁场的磁感应强度，可减小船体的推动力BC本题考查电磁驱动原理。当MN接直流电源的正极时，海水中电流方向由MN指向CD，根据左手定则，海水受到的安培力指向船头方向，根据牛顿第三定律可知，船体受到海水指向船尾方向的作用力，故使船体向后运动，选项A错误；改变电极的正负或磁场方向，可改变安培力的方向，可控制船前进或后退，选项B正确；增大电极间的电流，根据安培力公式，增大了安培力(动力)，由牛顿第二定律可知增大了船航行的加速度，使船航行的速度增大，选项C正确；增大匀强磁场的磁感应强度，由安培力公式FBIL可知，可增大船体的推动力，选项D错误。考点四安培力作用下导体的平衡1解决安培力作用下导体平衡问题的关键把立体图转化成平面图，通过受力分析建立各力的平衡关系，如下图所示。2安培力做功的特点(1)安培力做功与路径有关，不像重力、电场力做功与路径无关。(2)安培力做正功时，将电源的能量转化为导线的机械能或其他形式的能。(3)安培力做负功时，将导线的机械能转化为电能(如电磁感应)。如图所示，在竖直向上的匀强磁场中，金属棒ab两端由等长轻质软导线水平悬挂，平衡时两导线与水平面的夹角均为(90)，缓慢调节滑动变阻器的滑片位置以改变通过棒中的电流I。则下列四幅图象中，能正确反映与I的变化规律的是()A对ab棒受力分析如图所示：由平衡条件有tan ，得I，又知为常数，故A项正确，B、C、D项错误。9.(2019北京朝阳区高三期末)如图所示，两根平行直导轨MN、PQ固定在同一水平面内，间距为L。导轨的左端接有电源E和开关S，导体棒ab垂直于导轨放置。空间存在斜向右上方的匀强磁场，其方向与轨道平面成角，且与导体棒ab垂直。闭合开关S，导体棒ab仍保持静止。已知通过导体棒的电流为I，则闭合开关S后，下列说法正确的是 ()A导体棒所受的摩擦力小于ILB，方向水平向左B导体棒所受的摩擦力小于ILB，方向水平向右C导体棒所受的安培力小于ILB，方向水平向左D导体棒所受的安培力小于ILB，方向水平向右A本题考查安培力公式与左手定则的应用。闭合开关S后，通过导体棒的电流为I，由安培力公式可知FBIL，由左手定则可知安培力方向垂直导体棒斜向右下，与导轨所在的平面夹角为90，由平衡条件可知，导体棒所受的摩擦力为Fsin ，小于ILB，方向水平向左，选项A正确。10(2019江苏卷7)(多选)如图所示，在光滑的水平桌面上，a和b是两条固定的平行长直导线，通过的电流强度相等。矩形线框位于两条导线的正中间，通有顺时针方向的电流，在a、b产生的磁场作用下静止。则a、b的电流方向可能是()A均向左B.均向右Ca的向左，b的向右 D.a的向右，b的向左CD若a、b的电流方向均向左，根据安培定则和磁场的叠加可知，a直导线到a、b直导线正中间部分的磁场方向垂直纸面向外，而b直导线到a、b直导线正中间部分的磁场方向垂直纸面向里，再根据左手定则可知，矩形线框受到的安培力的合力不为零，与题中线框在磁场作用下静止不符；同理，若a、b的电流方向均向右，可知矩形线框受到的安培力的合力不为零，与题中线框在磁场作用下静止也不符。选项A、B均错误。若a的电流方向向左、b的电流方向向右，根据安培定则和磁场的叠加可知，a、b直导线在a、b直导线中间所有空间产生的磁场方向均垂直纸面向外，根据左手定则可知，矩形线框受到的安培力的合力为零，与题中线框在磁场作用下静止相符；同理，若a的电流方向向右、b的电流方向向左，根据安培定则和磁场的叠加可知，a、b直导线在a、b直导线中间所有空间产生的磁场方向均垂直纸面向里，根据左手定则可知，矩形线框受到的安培力的合力也为零，与题中线框在磁场作用下静止相符，选项C、D正确。