（江蘇專(zhuān)用）2023屆高三物理一輪復(fù)習(xí)必考部分第8章磁場(chǎng)第1節(jié)磁場(chǎng)的描述磁場(chǎng)對(duì)電流的作用教師用書(shū)

PAGEPAGE1第1節(jié)磁場(chǎng)的描述磁場(chǎng)對(duì)電流的作用節(jié)次考綱命題規(guī)律第1節(jié)磁場(chǎng)的描述磁場(chǎng)對(duì)電流的作用磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線、磁通量Ⅰ從近幾年高考試題來(lái)看，高考對(duì)本章內(nèi)容的考查，重點(diǎn)考查安培力、洛倫茲力以及帶電粒子在磁場(chǎng)(或復(fù)合場(chǎng))中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題．主要有以下特點(diǎn)：1.對(duì)安培力、洛倫茲力的考查多以選擇題或計(jì)算題的形式出現(xiàn)；2.對(duì)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題多以綜合計(jì)算題的形式出現(xiàn)，一般綜合考查受力分析、動(dòng)力學(xué)關(guān)系、功能關(guān)系、圓周運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)等知識(shí)，難度較大，分值較高．3.應(yīng)當(dāng)關(guān)注以生產(chǎn)、科技中帶電粒子運(yùn)動(dòng)問(wèn)題為命題的背景，掌握由受力推知運(yùn)動(dòng)或由運(yùn)動(dòng)分析受力的模型.通電直導(dǎo)線和通電線圈周?chē)艌?chǎng)的方向Ⅰ安培力Ⅱ第2節(jié)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)Ⅱ洛倫茲力Ⅱ第3節(jié)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)質(zhì)譜儀和盤(pán)旋加速器的工作原理Ⅰ第1節(jié)磁場(chǎng)的描述磁場(chǎng)對(duì)電流的作用知識(shí)點(diǎn)1磁場(chǎng)、磁感線、磁感應(yīng)強(qiáng)度1．磁場(chǎng)(1)根本特性：磁場(chǎng)對(duì)處于其中的磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷有磁場(chǎng)力的作用．(2)方向：小磁針的N極所受磁場(chǎng)力的方向．2．磁感線在磁場(chǎng)中畫(huà)出一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致．3．磁體的磁場(chǎng)和地磁場(chǎng)圖8-1-14．磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)物理意義：描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向．(2)大?。築＝eq\f(F,IL)(通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng))．(3)方向：小磁針靜止時(shí)N極的指向．5．磁通量勻強(qiáng)磁場(chǎng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場(chǎng)方向垂直的平面面積S的乘積，即Φ＝BS.知識(shí)點(diǎn)2電流的磁場(chǎng)1．奧斯特實(shí)驗(yàn)奧斯特實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，即電流可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，首次揭示了電與磁的聯(lián)系．2．安培定那么(1)通電直導(dǎo)線：用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向．(2)通電螺線管：讓右手彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，大拇指所指的方向就是環(huán)形電流中軸線上的磁感線的方向或螺線管內(nèi)部磁感線的方向．圖8-1-2知識(shí)點(diǎn)3安培力的方向和大小1．安培力的方向(1)左手定那么：伸開(kāi)左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)，把手放入磁場(chǎng)中讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開(kāi)的四指指向電流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向．(2)兩平行的通電直導(dǎo)線間的安培力：同向電流互相吸引，反向電流互相排斥．2．安培力的大小當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向成θ角時(shí)，F(xiàn)＝BILsinθ，這是一般情況下的安培力的表達(dá)式，以下是兩種特殊情況：(1)當(dāng)磁場(chǎng)與電流垂直時(shí)，安培力最大，F(xiàn)max＝BIL.(2)當(dāng)磁場(chǎng)與電流平行時(shí)，安培力等于零．1．正誤判斷(1)磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，跟放在該點(diǎn)的試探電流元所受磁場(chǎng)力的方向一致．(×)(2)垂直磁場(chǎng)放置的線圈面積減小時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量可能增大．(√)(3)磁感線是真實(shí)存在的．(×)(4)在同一幅圖中，磁感線越密，磁場(chǎng)越強(qiáng)．(√)(5)將通電導(dǎo)線放入磁場(chǎng)中，假設(shè)不受安培力，說(shuō)明該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零．(×)(6)安培力可能做正功，也可能做負(fù)功．(√)2．(電流磁場(chǎng)及磁場(chǎng)性質(zhì)的理解)(多項(xiàng)選擇)以下各選項(xiàng)中，小磁針的指向正確的選項(xiàng)是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：96622141】【答案】ABD3.(磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解)(多項(xiàng)選擇)以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是()A．電荷在某處不受電場(chǎng)力的作用，那么該處電場(chǎng)強(qiáng)度為零B．一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場(chǎng)力作用，那么該處磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零C．表征電場(chǎng)中某點(diǎn)電場(chǎng)的強(qiáng)弱，是把一個(gè)檢驗(yàn)電荷放在該點(diǎn)時(shí)受到的電場(chǎng)力與檢驗(yàn)電荷本身電荷量的比值D．表征磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，是把一小段通電導(dǎo)線放在該點(diǎn)時(shí)受到的磁場(chǎng)力與該小段導(dǎo)線長(zhǎng)度和電流乘積的比值【答案】AC4．(對(duì)安培力的理解)(2022·全國(guó)卷Ⅱ)關(guān)于通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受的安培力，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：96622142】A．安培力的方向可以不垂直于直導(dǎo)線B．安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)的方向C．安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角無(wú)關(guān)D．將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，安培力的大小一定變?yōu)樵瓉?lái)的一半【答案】B5．(對(duì)地磁場(chǎng)的理解)(2022·北京高考)中國(guó)宋代科學(xué)家沈括在?夢(mèng)溪筆談?中最早記載了地磁偏角：“以磁石磨針?shù)h，那么能指南，然常微偏東，不全南也．〞進(jìn)一步研究說(shuō)明，地球周?chē)卮艌?chǎng)的磁感線分布示意如圖8-1-3.結(jié)合上述材料，以下說(shuō)法不正確的選項(xiàng)是()圖8-1-3A．地理南、北極與地磁場(chǎng)的南、北極不重合B．地球內(nèi)部也存在磁場(chǎng)，地磁南極在地理北極附近C．地球外表任意位置的地磁場(chǎng)方向都與地面平行D．地磁場(chǎng)對(duì)射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用【答案】C[核心精講]1．安培定那么的“因〞和“果〞原因(電流方向)結(jié)果(磁場(chǎng)方向)直線電流的磁場(chǎng)大拇指四指環(huán)形電流及通電螺線管的磁場(chǎng)四指大拇指2.磁場(chǎng)的疊加(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度為矢量，合成與分解遵循平行四邊形定那么．(2)兩個(gè)電流附近的磁場(chǎng)某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度是由兩個(gè)電流分別獨(dú)立存在時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)在該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度疊加而成的．[題組通關(guān)]1．(2022·上海高考)如圖8-1-4，一束電子沿z軸正向流動(dòng)，那么在圖中y軸上A點(diǎn)的磁場(chǎng)方向是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：96622143】圖8-1-4A．＋x方向 B．－x方向C．＋y方向 D．－y方向A據(jù)題意，電子流沿z軸正向流動(dòng)，電流方向沿z軸負(fù)向，由安培定那么可以判斷電流激發(fā)的磁場(chǎng)是以z軸為中心沿順時(shí)針?lè)较?沿z軸負(fù)方向看)，通過(guò)y軸A點(diǎn)時(shí)方向向外，即沿x軸正向，那么選項(xiàng)A正確．2．如圖8-1-5所示，M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點(diǎn)，O為半圓弧的圓心，∠MOP＝60°，在M、N處各有一條長(zhǎng)直導(dǎo)線垂直穿過(guò)紙面，導(dǎo)線中通有大小相等的恒定電流，方向如下圖，這時(shí)O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1.假設(shè)將M處長(zhǎng)直導(dǎo)線移至P處，那么O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2，那么B2與B1之比為()圖8-1-5A.eq\r(3)∶1 B.eq\r(3)∶2C．1∶1 D．1∶2B如下圖，當(dāng)通有電流的長(zhǎng)直導(dǎo)線在M、N兩處時(shí)，根據(jù)安培定那么，可知：二者在圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度都為eq\f(B1,2)；當(dāng)將M處長(zhǎng)直導(dǎo)線移至P處時(shí)，兩直導(dǎo)線在圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度也為eq\f(B1,2)，做平行四邊形，由圖中的幾何關(guān)系，可得cos30°＝eq\f(\f(B2,2),\f(B1,2))＝eq\f(B2,B1)＝eq\f(\r(3),2)，應(yīng)選項(xiàng)B正確．[名師微博]求解有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度的三個(gè)關(guān)鍵1．磁感應(yīng)強(qiáng)度→由磁場(chǎng)本身決定．2．合磁感應(yīng)強(qiáng)度→等于各磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和(滿足平行四邊形定那么)．3．牢記判斷電流的磁場(chǎng)的方法→安培定那么，并能熟練應(yīng)用，建立磁場(chǎng)的立體分布模型(記住5種常見(jiàn)磁場(chǎng)的立體分布圖)．[核心精講]1．判定導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的根本思路判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁場(chǎng)磁感線分布情況，然后利用左手定那么準(zhǔn)確判定導(dǎo)體的受力情況，進(jìn)而確定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向．2．五種常用判定方法電流元法分割為電流元eq\o(→,\s\up14(左手定那么))安培力方向→整段導(dǎo)體所受合力方向→運(yùn)動(dòng)方向特殊位置法在特殊位置→安培力方向→運(yùn)動(dòng)方向等效法環(huán)形電流小磁針條形磁鐵通電螺線管多個(gè)環(huán)形電流結(jié)論法同向電流互相吸引，異向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢(shì)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的問(wèn)題，可先分析電流在磁體磁場(chǎng)中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場(chǎng)的作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向[師生共研]一個(gè)可以自由運(yùn)動(dòng)的線圈L1和一個(gè)固定的線圈L2互相絕緣垂直放置，且兩個(gè)線圈的圓心重合，如圖8-1-6所示．當(dāng)兩線圈中通以圖示方向的電流時(shí)，從左向右看，線圈L1將()圖8-1-6A．不動(dòng)B．順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C．逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D．在紙面內(nèi)平動(dòng)B方法一：(電流元分析法)把線圈L1沿水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸分成上下兩局部，每一局部又可以看成無(wú)數(shù)段直線電流元，電流元處在L2產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，根據(jù)安培定那么可知各電流元所在處的磁場(chǎng)方向向上，由左手定那么可得，上半局部電流元所受安培力均指向紙外，下半局部電流元所受安培力均指向紙內(nèi)，因此從左向右看線圈L1將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)．方法二：(等效分析法)把線圈L1等效為小磁針，該小磁針剛好處于環(huán)形電流I2的中心，小磁針的N極應(yīng)指向該點(diǎn)環(huán)形電流I2的磁場(chǎng)方向，由安培定那么知I2產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向在其中心處豎直向上，而L1等效成小磁針后，轉(zhuǎn)動(dòng)前，N極指向紙內(nèi)，因此小磁針的N極應(yīng)由指向紙內(nèi)轉(zhuǎn)為向上，所以從左向右看，線圈L1將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)．方法三(結(jié)論法)環(huán)形電流I1、I2之間不平行，那么必有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到兩環(huán)形電流同向平行為止，據(jù)此可得，從左向右看，線圈L1將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)．[題組通關(guān)]3．將一個(gè)質(zhì)量很小的金屬圓環(huán)用細(xì)線吊起來(lái)，在其附近放一塊條形磁鐵，磁鐵的軸線與圓環(huán)在同一個(gè)平面內(nèi)，且通過(guò)圓環(huán)中心，如圖8-1-7所示，當(dāng)圓環(huán)中通以順時(shí)針?lè)较虻碾娏鲿r(shí)，從上往下看()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：96622144】圖8-1-7A．圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，靠近磁鐵B．圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)離磁鐵C．圓環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，靠近磁鐵D．圓環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)離磁鐵C該通電圓環(huán)相當(dāng)于一個(gè)垂直于紙面的小磁針，N極在內(nèi)，S極在外，根據(jù)同極相互排斥，異極相互吸引，可得C項(xiàng)正確．4．如圖8-1-8所示，把一重力不計(jì)的通電導(dǎo)線水平放置在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向的電流時(shí)，導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況是(從上往下看)()圖8-1-8A．順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降B．順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升C．逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)下降D．逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)上升A如圖甲所示，把直線電流等效為無(wú)數(shù)小段，中間的點(diǎn)為O點(diǎn)，選擇在O點(diǎn)左側(cè)S極右上方的一小段為研究對(duì)象，該處的磁場(chǎng)方向指向左下方，由左手定那么判斷，該小段受到的安培力的方向垂直紙面向里，在O點(diǎn)左側(cè)的各段電流元都受到垂直紙面向里的安培力，同理判斷出O點(diǎn)右側(cè)的電流受到垂直紙面向外的安培力．因此，從上向下看，導(dǎo)線沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)．甲乙分析導(dǎo)線轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)的情形．如圖乙所示，導(dǎo)線中的電流向外，由左手定那么可知，導(dǎo)線受到向下的安培力．由以上分析可知，導(dǎo)線在順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)．選項(xiàng)A正確.[核心精講]1．安培力的大小安培力常用公式F＝BIL，要求兩兩垂直，應(yīng)用時(shí)要滿足：(1)B與L垂直；(2)L是有效長(zhǎng)度，即垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的長(zhǎng)度．如彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L等于兩端點(diǎn)所連直線的長(zhǎng)度(如圖8-1-9所示)，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端．因?yàn)槿我庑螤畹拈]合線圈，其有效長(zhǎng)度為零，所以閉合線圈通電后在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，受到的安培力的矢量和為零．圖8-1-92．通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的平衡和加速問(wèn)題的分析思路(1)選定研究對(duì)象；(2)變?nèi)S為二維，如側(cè)視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫(huà)出平面受力分析圖，其中安培力的方向要注意F安⊥B、F安⊥I；(3)列平衡方程或牛頓第二定律方程進(jìn)行求解．3．安培力做功的特點(diǎn)和實(shí)質(zhì)(1)安培力做功與路徑有關(guān)，不像重力、電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān)．(2)安培力做功的實(shí)質(zhì)是能量轉(zhuǎn)化①安培力做正功時(shí)將電源的能量轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動(dòng)能或其他形式的能．②安培力做負(fù)功時(shí)將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后儲(chǔ)存起來(lái)或轉(zhuǎn)化為其他形式的能．[師生共研](2022·全國(guó)卷Ⅰ)如圖8-1-10所示，一長(zhǎng)為10cm的金屬棒ab用兩個(gè)完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中；磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.1T，方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下端與金屬棒絕緣．金屬棒通過(guò)開(kāi)關(guān)與一電動(dòng)勢(shì)為12V的電池相連，電路總電阻為2Ω.開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)兩彈簧的伸長(zhǎng)量為0.5cm；閉合開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長(zhǎng)量與開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)相比均改變了0.3cm.重力加速度大小取10m/s2.判斷開(kāi)關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求出金屬棒的質(zhì)量．圖8-1-10【標(biāo)準(zhǔn)解答】依題意，開(kāi)關(guān)閉合后，電流方向從b到a，由左手定那么可知，金屬棒所受的安培力方向豎直向下．開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，兩彈簧各自相對(duì)于其原長(zhǎng)伸長(zhǎng)了Δl1＝0.5cm.由胡克定律和力的平衡條件得2kΔl1＝mg ①式中，m為金屬棒的質(zhì)量，k是彈簧的勁度系數(shù)，g是重力加速度的大小．開(kāi)關(guān)閉合后，金屬棒所受安培力的大小為F＝IBL ②式中，I是回路電流，L是金屬棒的長(zhǎng)度．兩彈簧各自再伸長(zhǎng)了Δl2＝0.3cm，由胡克定律和力的平衡條件得2k(Δl1＋Δl2)＝mg＋F ③由歐姆定律有E＝IR ④式中，E是電池的電動(dòng)勢(shì)，R是電路總電阻．聯(lián)立①②③④式，并代入題給數(shù)據(jù)得m＝0.01kg.【答案】安培力的方向豎直向下，金屬棒的質(zhì)量為0.01kg[題組通關(guān)]5．(多項(xiàng)選擇)如圖8-1-11所示，水平長(zhǎng)直導(dǎo)線MN中通以M到N方向的恒定電流，用兩根輕質(zhì)絕緣細(xì)線將矩形線圈abcd懸掛在其正下方．開(kāi)始時(shí)線圈內(nèi)不通電流，兩細(xì)線內(nèi)的張力均為T(mén)，當(dāng)線圈中通過(guò)的電流為I時(shí)，兩細(xì)線內(nèi)的張力均減小為T(mén)′.以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()圖8-1-11A．線圈中通過(guò)的電流方向?yàn)閍→d→c→b→aB．線圈中通過(guò)的電流方向?yàn)閍→b→c→d→aC．當(dāng)線圈中電流變?yōu)閑q\f(T,T－T′)I時(shí)，兩細(xì)線內(nèi)的張力均為零D．當(dāng)線圈中電流變?yōu)閑q\f(T′,T－T′)I時(shí)，兩細(xì)線內(nèi)的張力均為零BC線圈不通電流時(shí)，由力的平衡有2T＝mg，當(dāng)通過(guò)的電流為I時(shí)，張力減小為T(mén)′，由安培定那么知通電導(dǎo)線MN在ab處產(chǎn)生的磁場(chǎng)比dc處強(qiáng)，那么可判知ab必受向上的安培力，