2019-2020年高考物理專題復習講義 專題十一 磁 場 新人教版.doc

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2019-2020年高考物理專題復習講義 專題十一 磁 場 新人教版知識網(wǎng)絡：本章在介紹了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)的基礎上，主要討論了磁場的描述方法（定義了磁感應強度、磁通量等概念，引入了磁感線這個工具）和磁場產(chǎn)生的作用（對電流的安培力作用，對通電線圈 的磁力矩作用和對運動電荷的洛侖茲力作用）及相關(guān)問題。其中磁感應強度、磁通量是電磁學 的基本概念，應認真理解；載流導體在磁場中的平衡、加速運動，帶電粒子在洛侖茲力作用 下的圓周運動等內(nèi)容應熟練掌握；常見磁體周圍磁感線的空間分布觀念的建立，常是解決有 關(guān)問題的關(guān)鍵，應注意這方面的訓練。單元切塊：按照考綱的要求，本章內(nèi)容可以分成三部分，即：基本概念 安培力；洛倫茲力 帶電粒子在磁場中的運動；帶電粒子在復合場中的運動。其中重點是對安培力、洛倫茲力的理解、熟練解決通電直導線在復合場中的平衡和運動問題、帶電粒子在復合場中的運動問題。難點是帶電粒子在復合場中的運動問題。知識點、能力點提示1.通過有關(guān)磁場知識的歸納，使學生對磁場有較全面的認識，并在此基礎上理解磁現(xiàn)象電本質(zhì)；2.介紹磁性材料及其運用，擴大學生的知識面，培養(yǎng)聯(lián)系實際的能力；3.磁感應強度B的引入，體會科學探究方法；通過安培力的知識，理解電流表的工作原理；通過安培力的公式FIlBsin的分析推理，開闊學生思路，培養(yǎng)學生思維能力；通過安培力 在電流表中的應用，培養(yǎng)學生運用所學知識解決實際問題的意識和能力；4.通過洛侖茲力的引入，培養(yǎng)學生的邏輯推理能力；5.通過帶電粒子在磁場中運動及回旋加速器的介紹，調(diào)動學生思考的積極性及思維習慣的培養(yǎng)，并開闊思路。 基本概念 安培力教學目標：1掌握電流的磁場、安培定則；了解磁性材料，分子電流假說2掌握磁感應強度，磁感線，知道地磁場的特點3掌握磁場對通電直導線的作用，安培力，左手定則4了解磁電式電表的工作原理5能夠分析計算通電直導線在復合場中的平衡和運動問題。教學重點：磁場對通電直導線的作用，安培力教學難點：通電直導線在復合場中的平衡和運動問題教學方法：講練結(jié)合，計算機輔助教學教學過程：一、基本概念1.磁場的產(chǎn)生磁極周圍有磁場。電流周圍有磁場（奧斯特）。安培提出分子電流假說（又叫磁性起源假說），認為磁極的磁場和電流的磁場都是由電荷的運動產(chǎn)生的。（但這并不等于說所有磁場都是由運動電荷產(chǎn)生的，因為麥克斯韋發(fā)現(xiàn)變化的電場也能產(chǎn)生磁場。）變化的電場在周圍空間產(chǎn)生磁場。2.磁場的基本性質(zhì)磁場對放入其中的磁極和電流有磁場力的作用（對磁極一定有力的作用；對電流只是可能有力的作用，當電流和磁感線平行時不受磁場力作用）。這一點應該跟電場的基本性質(zhì)相比較。3.磁場力的方向的判定磁極和電流之間的相互作用力（包括磁極與磁極、電流與電流、磁極與電流），都是運動電荷之間通過磁場發(fā)生的相互作用。因此在分析磁極和電流間的各種相互作用力的方向時，不要再沿用初中學過的“同名磁極互相排斥，異名磁極互相吸引”的結(jié)論（該結(jié)論只有在一個磁體在另一個磁體外部時才正確），而應該用更加普遍適用的：“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”，或用左手定則判定。4.磁感線用來形象地描述磁場中各點的磁場方向和強弱的曲線。磁感線上每一點的切線方向就是該點的磁場方向，也就是在該點小磁針靜止時N極的指向。磁感線的疏密表示磁場的強弱。磁感線是封閉曲線（和靜電場的電場線不同）。要熟記常見的幾種磁場的磁感線： 地球磁場 通電直導線周圍磁場 通電環(huán)行導線周圍磁場 安培定則（右手螺旋定則）：對直導線，四指指磁感線方向；對環(huán)行電流，大拇指指中心軸線上的磁感線方向；對長直螺線管大拇指指螺線管內(nèi)部的磁感線方向。5.磁感應強度（條件是勻強磁場中，或L很小，并且LB ）。磁感應強度是矢量。單位是特斯拉，符號為T，1T=1N/（Am）=1kg/（As2）6.磁通量如果在磁感應強度為B的勻強磁場中有一個與磁場方向垂直的平面，其面積為S，則定義B與S的乘積為穿過這個面的磁通量，用表示。是標量，但是有方向（進該面或出該面）。單位為韋伯，符號為Wb。1Wb=1Tm2=1Vs=1kgm2/（As2）?？梢哉J為穿過某個面的磁感線條數(shù)就是磁通量。在勻強磁場磁感線垂直于平面的情況下，B=/S，所以磁感應強度又叫磁通密度。在勻強磁場中，當B與S的夾角為時，有=BSsin。二、安培力 （磁場對電流的作用力）1.安培力方向的判定（1）用左手定則。（2）用“同性相斥，異性相吸”（只適用于磁鐵之間或磁體位于螺線管外部時）。（3）用“同向電流相吸，反向電流相斥”（反映了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)）?？梢园褩l形磁鐵等效為長直螺線管（不要把長直螺線管等效為條形磁鐵）?！纠?】磁場對電流的作用力大小為FBIL（注意：L為有效長度，電流與磁場方向應）F的方向可用定則來判定試判斷下列通電導線的受力方向BIB試分別判斷下列導線的電流方向或磁場方向或受力方向BFBFSNI【例2】如圖所示，可以自由移動的豎直導線中通有向下的電流，不計通電導線的重力，僅在磁場力作用下，導線將如何移動？S N【例3】 條形磁鐵放在粗糙水平面上，正中的正上方有一導線，通有圖示方向的電流后，磁鐵對水平面的壓力將會（增大、減小還是不變？）。水平面對磁鐵的摩擦力大小為?！纠?】 如圖在條形磁鐵N極附近懸掛一個線圈，當線圈中通有逆時針方向的電流時，線圈將向哪個方向偏轉(zhuǎn)？i【例5】 電視機顯象管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖如右，即時電流方向如圖所示。該時刻由里向外射出的電子流將向哪個方向偏轉(zhuǎn)？2.安培力大小的計算F=BLIsin（為B、L間的夾角）高中只要求會計算=0（不受安培力）和=90兩種情況。Bhs【例6】 如圖所示，光滑導軌與水平面成角，導軌寬L。勻強磁場磁感應強度為B。金屬桿長也為L ，質(zhì)量為m，水平放在導軌上。當回路總電流為I1時，金屬桿正好能靜止。求：B至少多大？這時B的方向如何？若保持B的大小不變而將B的方向改為豎直向上，應把回路總電流I2調(diào)到多大才能使金屬桿保持靜止？【例7】如圖所示，質(zhì)量為m的銅棒搭在U形導線框右端，棒長和框?qū)捑鶠長，磁感應強度為B的勻強磁場方向豎直向下。電鍵閉合后，在磁場力作用下銅棒被平拋出去，下落h后的水平位移為s。求閉合電鍵后通過銅棒的電荷量Q。OMNabR【例8】如圖所示，半徑為R、單位長度電阻為的均勻?qū)w環(huán)固定在水平面上，圓環(huán)中心為O，勻強磁場垂直于水平面方向向下，磁感應強度為B。平行于直徑MON的導體桿，沿垂直于桿的方向向右運動。桿的電阻可以忽略不計，桿于圓環(huán)接觸良好。某時刻，桿的位置如圖，aOb=2，速度為v，求此時刻作用在桿上的安培力的大小。【例9】如圖所示，兩根平行金屬導軌間的距離為0.4 m，導軌平面與水平面的夾角為37，磁感應強度為0.5 T的勻強磁場垂直于導軌平面斜向上，兩根電阻均為1、重均為0.1 N的金屬桿ab、cd水平地放在導軌上，桿與導軌間的動摩擦因數(shù)為0.3，導軌的電阻可以忽略.為使ab桿能靜止在導軌上，必須使cd桿以多大的速率沿斜面向上運動?AabACDS【例10】如圖所示是一個可以用來測量磁感應強度的裝置：一長方體絕緣容器內(nèi)部高為L，厚為d，左右兩管等高處裝有兩根完全相同的開口向上的管子a、b，上、下兩側(cè)裝有電極C（正極）和D（負極）并經(jīng)開關(guān)S與電源連接，容器中注滿能導電的液體，液體的密度為；將容器置于一勻強磁場中，磁場方向垂直紙面向里，當開關(guān)斷開時，豎直管子a、b中的液面高度相同，開關(guān)S閉合后，a、b管中液面將出現(xiàn)高度差。若當開關(guān)S閉合后，a、b管中液面將出現(xiàn)高度差為h，電路中電流表的讀數(shù)為I，求磁感應強度B的大小?！纠?0】安培秤如圖所示，它的一臂下面掛有一個矩形線圈，線圈共有N匝，它的下部懸在均勻磁場B內(nèi)，下邊一段長為L，它與B垂直。當線圈的導線中通有電流I時，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達到平衡；然后使電流反向，這時需要在一臂上加質(zhì)量為m的砝碼，才能使兩臂再達到平衡。求磁感應強度B的大小。三、與地磁場有關(guān)的電磁現(xiàn)象綜合問題1.地磁場中安培力的討論【例11】已知北京地區(qū)地磁場的水平分量為3.0105T.若北京市一高層建筑安裝了高100m的金屬桿作為避雷針，在某次雷雨天氣中，某一時刻的放電電流為105A，此時金屬桿所受培力的方向和大小如何？磁力矩又是多大？2.地磁場中的電磁感應現(xiàn)象【例12】繩系衛(wèi)星是系留在航天器上繞地球飛行的一種新型衛(wèi)星，可以用來對地球的大氣層進行直接探測；系繩是由導體材料做成的，又可以進行地球空間磁場電離層的探測；系繩在運動中又可為衛(wèi)星和牽引它的航天器提供電力.3.如何測地磁場磁感應強度的大小和方向地磁場的磁感線在北半球朝向偏北并傾斜指向地面，在南半球朝向偏北并傾斜指向天空，且磁傾角的大小隨緯度的變化而變化.若測出地磁場磁感應強度的水平分量和豎直分量，即可測出磁感應強度的大小和方向.【例13】測量地磁場磁感應強度的方法很多，現(xiàn)介紹一種有趣的方法.如圖所示為北半球一條自西向東的河流，河兩岸沿南北方向的A、B兩點相距為d.若測出河水流速為v，A、B兩點的電勢差為U，即能測出此地的磁感應強度的垂直分量B.因為河水中總有一定量的正、負離子，在地磁場洛侖茲力的作用下，正離子向A點偏轉(zhuǎn)，正、負離子向B點偏轉(zhuǎn)，當A、B間電勢差達到一定值時，負離子所受電場力與洛侖茲力平衡，離子不同偏轉(zhuǎn)，即Bqv，故B.如圖所示，在測過B的地方將電阻為R、面積為S的矩形線圈的AD邊東西方向放置，線圈從水平轉(zhuǎn)到豎直的過程中，測出通過線圈某一截面的電量Q，穿過線圈的磁通量先是B從正面穿過，繼而變?yōu)锽/從反面穿過，那么電量QB/B，磁傾角argtg四、針對訓練：1. 下列說法中正確的是A.磁感線可以表示磁場的方向和強弱B.磁感線從磁體的N極出發(fā)，終止于磁體的S極C.磁鐵能產(chǎn)生磁場，電流也能產(chǎn)生磁場D.放入通電螺線管內(nèi)的小磁針，根據(jù)異名磁極相吸的原則，小磁針的N極一定指向通電螺線管的S極2.關(guān)于磁感應強度，下列說法中錯誤的是A.由B=可知，B與F成正比，與IL成反比B.由B=可知，一小段通電導體在某處不受磁場力，說明此處一定無磁場C.通電導線在磁場中受力越大，說明磁場越強D.磁感應強度的方向就是該處電流受力方向3.一束電子流沿x軸正方向高速運動，如圖所示，則電子流產(chǎn)生的磁場在z軸上的點P處的方向是A.沿y軸正方向 B.沿y軸負方向C.沿z軸正方向 D.沿z軸負方向4.在地球赤道上空有一小磁針處于水平靜止狀態(tài)，突然發(fā)現(xiàn)小磁針N極向東偏轉(zhuǎn)，由此可知A.一定是小磁針正東方向上有一條形磁鐵的N極靠近小磁針B.一定是小磁針正東方向上有一條形磁鐵的S極靠近小磁針C.可能是小磁針正上方有電子流自南向北水平通過D.可能是小磁針正上方有電子流自北向南水平通過5.兩根長直通電導線互相平行，電流方向相同.它們的截面處于一個等邊三角形ABC的A和B處.如圖所示，兩通電導線在C處的磁場的磁感應強度的值都是B，則C處磁場的總磁感應強度是A.2B B.B C.0 D.B6.磁鐵在高溫下或者受到敲擊時會失去磁性，根據(jù)安培的分子電流假說，其原因是A.分子電流消失B.分子電流的取向變得大致相同C.分子電流的取向變得雜亂D.分子電流的強度減弱7.根據(jù)安培假說的思想，認為磁場是由于電荷運動產(chǎn)生的，這種思想對于地磁場也適用，而目前在地球上并沒有發(fā)現(xiàn)相對于地球定向移動的電荷，那么由此判斷，地球應該（）A.帶負電 B.帶正電 C.不帶電 D.無法確定8. 關(guān)于垂直于磁場方向的通電直導線所受磁場作用力的方向，正確的說法是A.跟電流方向垂直，跟磁場方向平行B.跟磁場方向垂直，跟電流方向平行C.既跟磁場方向垂直，又跟電流方向垂直D.既不跟磁場方向垂直，又不跟電流方向垂直9.如圖所示，直導線處于足夠大的勻強磁場中，與磁感線成=30角，導線中通過的電流為I，為了增大導線所受的磁場力，可采取下列四種辦法，其中不正確的是A.增大電流IB.增加直導線的長度C.使導線在紙面內(nèi)順時針轉(zhuǎn)30D.使導線在紙面內(nèi)逆時針轉(zhuǎn)6010.如圖所示，線圈abcd邊長分別為L1、L2，通過的電流為I，當線圈繞OO軸轉(zhuǎn)過角時A.通過線圈的磁通量是BL1L2cosB.ab邊受安培力大小為BIL1cosC.ad邊受的安培力大小為BIL2cosD.線圈受的磁力矩為BIL1L2cos11.如圖所示，一金屬直桿MN兩端接有導線，懸掛于線圈上方，MN與線圈軸線均處于豎直平面內(nèi)，為使M N垂直紙面向外運動，可以A.將a、c端接在電源正極，b、d端接在電源負極B.將b、d端接在電源正極，a、c端接在電源負極C.將a、d端接在電源正極，b、c端接在電源負極D.將a、c端接在交流電源的一端，b、d接在交流電源的另一端12.（xx年上海高考試題）如圖所示，兩根平行放置的長直導線a和b載有大小相同、方向相反的電流，a受到的磁場力大小為F1，當加入一與導線所在平面垂直的勻強磁場后，a受到的磁場力大小變?yōu)镕2，則此時b受到的磁場力大小變?yōu)锳.F2B.F1F2C.F1F2D.2F1F213.如圖所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根長直導線，導線與磁鐵垂直，給導線通以垂直紙面向外的電流，則A.磁鐵對桌面壓力減小，不受桌面的摩擦力作用B.磁鐵對桌面的壓力減小，受到桌面的摩擦力作用C.磁鐵對桌面的壓力增大，不受桌面的摩擦力作用D.磁鐵對桌面的壓力增大，受到桌面的摩擦力作用14.長為L，重為G的均勻金屬棒一端用細線懸掛，一端擱在桌面上與桌面夾角為，現(xiàn)垂直細線和棒所在平面加一個磁感應強度為B的勻強磁場，當棒通入如圖所示方向的電流時，細線中正好無拉力.則電流的大小為_ A.15.電磁炮是一種理想的兵器，它的主要原理如圖所示，1982年澳大利亞國立大學制成了能把2.2 g的彈體（包括金屬桿EF的質(zhì)量）加速到10 km/s的電磁炮（常規(guī)炮彈速度大小約為2 km/s），若軌道寬2 m，長為100 m，通過的電流為10 A，則軌道間所加勻強磁場的磁感應強度為_ T，磁場力的最大功率P=_ W（軌道摩擦不計）.