磁場對帶電導(dǎo)體的影響

磁場對帶電導(dǎo)體的影響第一頁，共七十四頁，2022年，8月28日考

綱

下

載1.磁場、磁感應(yīng)強度、磁感線(Ⅰ)2．通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向(Ⅰ)3．安培力、安培力的方向(Ⅰ)4．勻強磁場中的安培力(Ⅱ)5．洛倫茲力、洛倫茲力的方向(Ⅰ)6．洛倫茲力公式(Ⅱ)7．帶電粒子在勻強磁場中的運動(Ⅱ)8．質(zhì)譜儀和回旋加速器(Ⅰ)第二頁，共七十四頁，2022年，8月28日考

情

上

線高考地位縱觀近幾年高考，涉及本章知識點的題目年年都有，考查次數(shù)最多的是與洛倫茲力有關(guān)的帶電粒子在勻強磁場或復(fù)合場中的運動，其次是與安培力有關(guān)的通電導(dǎo)體在磁場中的加速或平衡問題?？键c點擊1.本章知識常與電場、恒定電流以及電磁感應(yīng)、

交變電流等章節(jié)知識廣泛聯(lián)系綜合考查。2．速度選擇器、磁流體發(fā)電機、質(zhì)譜儀、回旋

加速器等磁場在生活和科技方面的應(yīng)用。第三頁，共七十四頁，2022年，8月28日第四頁，共七十四頁，2022年，8月28日第五頁，共七十四頁，2022年，8月28日第六頁，共七十四頁，2022年，8月28日[思維啟動]如圖9－1－1所示為一電磁選礦機的示意圖，其中M為礦石漏斗，D為電磁鐵。在開礦中，所開采出的礦石有含鐵礦石和非含鐵礦石，那么礦石經(jīng)過選礦機后，落入B槽中的礦石是________，落入A槽中的礦圖9－1－1石是________。第七頁，共七十四頁，2022年，8月28日提示：含鐵礦石被電磁鐵D磁化吸引，故落入B槽；非含鐵礦石不受D的作用，故落入A槽。第八頁，共七十四頁，2022年，8月28日[知識聯(lián)動]1．磁場(1)基本性質(zhì)：磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷

有磁場力的作用。(2)方向：小磁針N極所受磁場力的方向。第九頁，共七十四頁，2022年，8月28日2．磁感應(yīng)強度(1)磁感應(yīng)強度是反映磁場性質(zhì)的物理量，是用比值法定

義的。(2)勻強磁場：磁感應(yīng)強度處處相同，磁感線是一組平行

且等間距的直線。(3)磁感應(yīng)強度B與電場強度E的比較第十頁，共七十四頁，2022年，8月28日第十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日

對應(yīng)名稱比較項目

磁感應(yīng)強度B電場強度E大小決定由磁場決定，與檢驗電流無關(guān)由電場決定，與檢驗電荷無關(guān)方向矢量磁感線切線方向，小磁針N極受力方向矢量電場線切線方向，放入該點的正電荷受力方向場的疊加合磁感應(yīng)強度等于各磁場的磁感應(yīng)強度的矢量和合場強等于各個電場的場強的矢量和單位1T＝1N/(A·m)1V/m＝1N/C第十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日[應(yīng)用升級]1．(雙選)下列說法中正確的是 (

)A．電荷在某處不受電場力的作用，則該處電場強

度為零B．一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場力作用，則該

處磁感應(yīng)強度一定為零第十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日C．表征電場中某點電場的強弱，是把一個檢驗電荷放在

該點時受到的電場力與檢驗電荷本身電荷量的比值D．表征磁場中某點磁場的強弱，是把一小段通電導(dǎo)線放

在該點時受到的磁場力與該小段導(dǎo)體長度和電流乘積

的比值第十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日答案：AC第十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日[思維啟動]

鐵屑在磁場中的分布曲線就是真實的磁感線，這種說法對嗎？第十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日提示：不對。磁感線是為了形象地描述磁場而人為假想的曲線，并不是客觀存在于磁場中的真實曲線。實驗時利用被磁化的鐵屑來顯示磁感線的分布情況，只是研究磁感線的一種方法，使看不見、摸不著的磁場變得具體形象，給研究帶來方便，但是絕不能認為磁感線是由鐵屑排列而成的。另外被磁化的鐵屑所顯示的磁感線分布僅是一個平面上的磁感線分布情況，而磁鐵周圍的磁感線應(yīng)該分布在長、寬、高組成的三維空間內(nèi)。第十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日[知識聯(lián)動]1．磁感線(1)磁感線：在磁場中畫出一些有方向的曲線，使曲線上

各點的切線方向跟這點的磁感應(yīng)強度方向一致。(2)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場磁感線分布，如圖9－1－2

所示。第十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日圖9－1－2第十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日第二十頁，共七十四頁，2022年，8月28日3.電流的磁場第二十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場安培定則立體圖橫截面圖第二十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日 [應(yīng)用升級]2．磁場中某區(qū)域的磁感線如圖9－1－4

所示，則(

)A．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強度的大小不

等，Ba＞Bb圖9－1－4B．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強度的大小不等，Ba＜BbC．同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力大D．同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力小第二十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日解析：在磁場中，磁感線疏密表示磁場的強弱，故Ba＜Bb，選項B正確，A錯誤；同一通電導(dǎo)線如果都垂直放入磁場中，則在a處受力一定比b處受力小，但如果導(dǎo)線與磁場平行放置，受力均為0，故C、D均錯誤。答案：B第二十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日[思維啟動]請根據(jù)圖9－1－5中給出的條件，運用左手定則，指明各圖中第三個物理量的方向。圖9－1－5第二十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日提示：根據(jù)各圖中已知方向利用左手定則，判知：(a)F垂直于紙面向里(b)F垂直于紙面向里(c)B垂直于紙面向外(d)I由左向右(e)F垂直于I斜向右下方。第二十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日第二十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日第二十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日3．通電導(dǎo)體在安培力作用下運動的判斷(1)判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動或運動趨勢，首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁場分布情況，然后利用左手定則準確判定導(dǎo)體的受力情況，進而確定導(dǎo)體的運動方向或運動趨勢的方向?，F(xiàn)對五種常用的方法列表如下：第二十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日電流元法把整段彎曲導(dǎo)線分為多段直線電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運動方向特殊位置法通電導(dǎo)線轉(zhuǎn)動到某個便于分析的特殊位置時，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運動方向等效法環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個環(huán)形電流，反過來等效也成立。等效后再確定相互作用情況第三十頁，共七十四頁，2022年，8月28日結(jié)論法兩平行直線電流在相互作用過程中，無轉(zhuǎn)動趨勢，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，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢轉(zhuǎn)換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動或運動趨勢的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場的作用力，從而確定磁體所受合力及運動方向第三十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日(2)在應(yīng)用左手定則判定安培力方向時，磁感線方向不一定垂直于電流方向，但安培力方向一定與磁場方向和電流方向垂直，即大拇指一定要垂直于磁場方向和電流方向決定的平面。第三十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日[應(yīng)用升級]3.如圖9－1－6所示，質(zhì)量為m＝50g，長l＝10cm的銅棒，用長度也為l的

兩根輕軟導(dǎo)線水平懸吊在豎直向上

的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度B＝1/3T。圖9－1－6未通電時，輕線在豎直方向，通入恒定電流后，棒

向外偏轉(zhuǎn)的最大角度θ＝37°，求此棒中恒定電流的大小。第三十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日解析：金屬棒向外偏轉(zhuǎn)過程中，導(dǎo)線拉力不做功，如圖所示，安培力F做功為WF＝Fs1＝BIl2sin37°重力做功為WG＝－mgs2＝－mgl(1－cos37°)由動能定理得第三十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日答案：5A第三十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日第三十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日[知識檢索]在運用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場時應(yīng)分清“因”和“果”。在判定直線電流的磁場方向時，大拇指指“原因”——電流方向，四指指“結(jié)果”——磁場繞向；在判定環(huán)形電流的磁場方向時，四指指“原因”——電流繞向，大拇指指“結(jié)果”——環(huán)內(nèi)沿中心軸線的磁感應(yīng)線方向。第三十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日[典題例析][例1]如圖9－1－7所示，在a、b、c三處垂直于紙面放置三根長直通電導(dǎo)線，電流大小相等，a、b、c是等邊三角形的三個頂點，a處電流在三角形中心圖9－1－7O點產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，求O處的磁感應(yīng)強度。第三十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日[思路點撥]首先求出a、b、c三根導(dǎo)線電流在O處各自形成的磁場的磁感應(yīng)強度的大小和方向，然后利用平行四邊形定則進行合成。第三十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日[解析]

由于Oa＝Ob＝Oc，所以在各電流等大的前提下，各處的電流在O點的磁感應(yīng)強度大小也都為B，根據(jù)安培定則，各電流在O處的磁感應(yīng)強度應(yīng)垂直于各點和O的連線，如圖所示，由圖中幾何關(guān)系知Ba與Bb夾角為120°，所以根據(jù)平行四邊形定則，a、b在O處的合磁感應(yīng)強度為B，方向水平向右，所以O(shè)處的總磁感應(yīng)強度大小為2B，方向平行ab連線向右。[答案]

2B，方向平行ab連線向右第四十頁，共七十四頁，2022年，8月28日[拓展訓(xùn)練](雙選)如圖9－1－8所示，有兩根長為L、質(zhì)量為m的細導(dǎo)體棒a、b，a被水平放置

在傾角為45°的光滑斜面上，b被水平

固定在與a在同一水平面的另一位置，圖9－1－8

且a、b平行，它們之間的距離為x。當兩細棒中均通以

電流大小為I的同向電流時，a恰能在斜面上保持靜止，

則下列關(guān)于b的電流在a處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度的

說法正確的是(

)第四十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日第四十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日解析：由安培定則可知b的電流在a處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度方向向上，A錯誤。a的受力如圖甲所示。第四十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日答案：CD第四十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日[知識檢索](1)判斷通電導(dǎo)線(或線圈)在安培力作用下的運動方向時，可以有多種方法，具體選用哪一種，可以視情況而定。在下例中，除了已用到的兩種方法外，還可以應(yīng)用“轉(zhuǎn)換研究對象法”，即假設(shè)導(dǎo)線固定不動，判斷出蹄形磁鐵的N、S極受力方向，從而確定蹄形磁鐵的轉(zhuǎn)動方向，再根據(jù)實際情況，將結(jié)論反過來即可。第四十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日(2)對電流與電流的相互作用，一般先由安培定則判斷出某一電流產(chǎn)生的磁場方向，再由左手定則判斷出另一電流受的安培力方向。第四十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日[典題例析][例2]如圖9－1－9所示，把一重力不計的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動，當導(dǎo)線通入圖示方向電流I時，導(dǎo)線的運圖9－1－9動情況是(從上往下看)(

)A．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降B．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升C．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降D．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升第四十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日[思路點撥]首先明確常見磁場的磁感線分布情況，然后取“電流元”，用左手定則判定其受力方向，特別注意電流旋轉(zhuǎn)后，有了垂直于紙面的分量而導(dǎo)致向下受力。第四十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日[解析]

(1)電流元法如圖所示，把直線電流等效為AO′、O′O、OB三段(O′O段極短)電流元，由于O′O段電流方向與該處磁場方向平行，所以不受安培力作用；AO′段電流元所在處的磁場方向傾斜向上，根據(jù)左手定則可知其所受安培力方向垂直于紙面向外；OB段電流元所在處的磁場方向傾斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直于紙面向里。綜上可知導(dǎo)線將以O(shè)O′段為軸順時針轉(zhuǎn)動(俯視)。第四十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日(2)特殊位置法把導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°的特殊位置來分析，根據(jù)左手定則判得安培力方向向下，故導(dǎo)線在順時針轉(zhuǎn)動的同時向下運動。綜上所述，選項A正確。[答案]

A第五十頁，共七十四頁，2022年，8月28日[拓展訓(xùn)練]2.將一個質(zhì)量很小的金屬圓環(huán)用細線吊起來，在其附近放一條形磁鐵，磁鐵的軸線與圓

環(huán)在同一個平面內(nèi)，且通過圓環(huán)中心，如圖9－1－10

圖9－1－10所示，當圓環(huán)中通以順時針方向的電流時，從

上往下看 (

)第五十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日A．圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，靠近磁鐵B．圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，遠離磁鐵C．圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動，靠近磁鐵D．圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動，遠離磁鐵解析：該通電圓環(huán)相當于一個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項正確。答案：C第五十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日[知識檢索]1．通電導(dǎo)線在磁場中的平衡和加速問題的分析思路(1)選定研究對象；(2)變?nèi)S為二維，如側(cè)視圖、剖面圖或俯視圖等，并

畫出平面受力分析圖，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的方程式進行求解。第五十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日2．安培力做功的特點和實質(zhì)(1)安培力做功與路徑有關(guān)，不像重力、電場力做功與路徑

無關(guān)。(2)安培力做功的實質(zhì)：起傳遞能量的作用。①安培力做正功：是將電源的能量傳遞給通電導(dǎo)線后轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動能或轉(zhuǎn)化為其他形式的能。②安培力做負功：是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后儲存起來或轉(zhuǎn)化為其他形式的能。第五十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日[典題例析][例3]如圖9－1－11所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離L＝0.40m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角θ＝37°，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強度B＝0.50T、圖9－1－11方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強磁場。金屬導(dǎo)軌的一端接有電動勢E＝4.5V、內(nèi)阻r＝0.50Ω的直流電源?，F(xiàn)把一個第五十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日質(zhì)量m＝0.040kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止。導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直、且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點間的電阻R0＝2.5Ω，金屬導(dǎo)軌電阻不計，g取10m/s2。已知sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，求：(1)通過導(dǎo)體棒的電流；(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大??；(3)導(dǎo)體棒受到的摩擦力。第五十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日[思路點撥]

第五十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日第五十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日(3)導(dǎo)體棒所受重力沿斜面向下的分力F1＝mgsin37°＝0.24N由于F1小于安培力，故導(dǎo)體棒受沿斜面向下的摩擦力Ff，受力分析如圖所示，根據(jù)共點力平衡條件mgsin37°＋Ff＝F安，解得：Ff＝0.06N。[答案]

(1)1.5A

(2)0.30N

(3)0.06N第五十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日若導(dǎo)軌是光滑的，則導(dǎo)體棒恰好靜止在導(dǎo)軌上時，磁感應(yīng)強度B的最小值是多少？方向如何？答案：0.4T方向垂直于斜面向上第六十頁，共七十四頁，2022年，8月28日第六十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日1．(2011·課標全國卷)為了解釋地球的磁性，19世紀安培假設(shè)：地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的。在圖9－1－12的四個圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是 (

)圖9－1－12第六十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日解析：由日常知識可知，地球的南極為磁場的N極，由右手螺旋定則可知，電流方向如圖B，故選項B正確。答案：B第六十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日2．(2011·全國卷)如圖9－1－13，兩

根相互平行的長直導(dǎo)線分別通有

方向相反的電流I1和I2，且I1>I2；a、b、c、d為導(dǎo)線某一橫截面所圖9－1－13在平面內(nèi)的四點，且a、b、c與兩導(dǎo)線共面；b點在兩導(dǎo)

線之間，b、d的連線與導(dǎo)線所在平面垂直。磁感應(yīng)強度

可能為零的點是 (

)A．a(chǎn)點B．b點C．c點 D．d點第六十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日解析：根據(jù)安培定則可知I1和I2電流分別在a處產(chǎn)生的磁場方向為垂直ac連線向上和向下，由于I1>I2，且I1電流與a點的距離比I2電流