2020年物理高考大一轮复习 第9章 磁场 第25讲 磁场 安培力课件

第九章磁场高考总复习·物理考情分析考纲要求五年试题核心考点2017·全国卷Ⅲ，182015·全国卷Ⅱ，182017·全国卷Ⅰ，182017·全国卷Ⅱ，212014·全国卷Ⅰ，152016·全国卷Ⅰ，152018·全国卷Ⅰ，19、252018·全国卷Ⅱ，20、251.磁场、磁感应强度、磁感线(Ⅰ)2．安培力、安培力的方向(Ⅰ)3．匀强磁场中的安培力(Ⅱ)4．质谱仪和回旋加速器(Ⅰ)5．带电粒子在匀强磁场中的运动(Ⅱ)2018·全国卷Ⅲ，24(1)磁感应强度的矢量叠加(2)与安培力有关的力学综合(3)带电粒子在磁场中的运动(4)带电粒子在复合场中的运动(5)带电粒子在复合场中运动的实例分析第25讲磁场安培力高考总复习·物理板块一板块二板块三课时达标目录板块一︿︿强弱[知识梳理]1．磁感应强度(1)物理意义：描述磁场的________和________．(2)大小：B＝_______(通电导线垂直于磁场)．(3)方向：小磁针静止时______极的指向．方向FILN处处相等2．匀强磁场(1)定义：磁感应强度的大小____________、方向____________的磁场称为匀强磁场．(2)特点：疏密程度相同、方向相同的____________．3．磁感线在磁场中画出一些有方向的曲线，使曲线上各点的________方向跟这点的磁感应强度方向一致．4．安培力的大小(1)磁场和电流垂直时：F＝__________.(2)磁场和电流平行时：F＝______.处处相同平行直线切线BIL0垂直5．安培力的方向左手定则判断：(1)伸出左手，让拇指与其余四指________，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________方向．(3)________所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．电流拇指√[基础小练]判断下列说法是否正确(1)磁场中某点磁感应强度的大小，跟通电导线受力的情况无关．()(2)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．()×√(3)垂直磁场放置的线圈面积减小时，穿过线圈的磁通量可能不变．()(4)小磁针N极所指的方向与N极受力的方向总是相同．()(5)通电导线放入磁场中，若不受安培力，说明该处磁感应强度为零．()××板块二︿︿[考法精讲]考法一磁场的叠加及安培定则1．磁感应强度的叠加磁感应强度是矢量，其合成遵循平行四边形定则，与力的叠加相同，磁场中某点的磁感应强度是各磁感应强度的矢量和．2．电流的磁场及安培定则直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场安培定则立体图横截面图特点无磁极，非匀强，距导线越远处磁场越弱两侧是N极和S极，与条形磁体的磁场类似，管内可看作匀强磁场，管外是非匀强磁场两侧是N极和S极，圆环内侧，离导线越近，磁场越强；圆环外侧离圆环越远，磁场越弱【自主练1】如图所示，现有四条完全相同的垂直于纸面放置的长直导线，横截面分别位于一正方形abcd的四个顶点上，直导线分别通有方向垂直于纸面向里、大小分别为Ia＝I，Ib＝2I，Ic＝3I，Id＝4I的恒定电流．已知通电长直导线周围距离为r处磁场的磁感应强度大小为B＝kIr，式中常量k0，I为电流大小．忽略电流间的相互作用，若电流Ia在正方形的几何中心O点处产生的磁感应强度大小为B，则O点处实际的磁感应强度的大小及方向为()A．22B，方向由O点指向ad中点B．22B，方向由O点指向ab中点C．10B，方向垂直于纸面向里D．10B，方向垂直于纸面向外答案A解析由题意，直导线周围某点的磁感应强度的大小与电流的大小成正比，与距直导线的距离成反比．应用安培定则并结合平行四边形定则，可知选项A正确．【自主练2】如图所示，a、b两根垂直纸面的直导线通有等值的电流，两导线旁有一点P，P点到a、b距离相等，关于P点的磁场方向，以下判断正确的是()A．a中电流方向流向纸外，b中电流方向流向纸内，则P点的磁场方向向右B．a中电流方向流向纸外，b中电流方向流向纸内，则P点的磁场方向向左C．a中电流方向流向纸内，b中电流方向流向纸外，则P点的磁场方向向右D．a中电流方向流向纸外，b中电流方向流向纸外，则P点的磁场方向向左答案A解析若a中电流方向流向纸外，b中电流方向流向纸内，根据安培定则判断可知：a在P处产生的磁场Ba方向垂直于aP连线斜向上，如图所示．b在P处产生的磁场Bb方向垂直于bP连线斜向下，根据平行四边形定则进行合成，P点的磁感应强度方向水平向右，故选项A正确，B错误．若a中电流方向流向纸内，b中电流方向流向纸外，则可得P点的磁感应强度方向水平向左，故选项C错误．若a、b中电流方向均流向纸外，同理可知，P点的磁感应强度方向竖直向上，故选项D错误．BC考法二安培力的分析与计算【自主练3】(多选)如图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤读数为F1，现在磁铁上方中心偏左位置固定一导体棒，当导体棒中通以方向如图所示的电流后，台秤读数为F2，则下列说法正确的是()A．弹簧长度将变长B．弹簧长度将变短C．F1F2D．F1F2解析如图甲所示，导体棒处的磁场方向指向右上方，根据左手定则可知，导体棒受到的安培力方向垂直于磁场方向指向右下方，根据牛顿第三定律，对条形磁铁受力分析，如图乙所示，所以FN1FN2，即台秤示数F1F2，在水平方向上，由于F′有向左的分力，磁铁压缩弹簧，所以弹簧长度变短．【自主练4】如图所示，长为L的通电直导体棒放在光滑水平绝缘轨道上，劲度系数为k的水平轻弹簧一端固定，另一端拴在棒的中点，且与棒垂直，整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中，弹簧伸长x，棒处于静止状态．则()A．导体棒中的电流方向从b流向aB．导体棒中的电流大小为kxBLC．若只将磁场方向缓慢顺时针转过一小角度，x变大D．若只将磁场方向缓慢逆时针转过一小角度，x变大B解析由受力平衡可知安培力方向水平向右，由左手定则可知，导体棒中的电流方向从a流向b，故选项A错误；由于弹簧伸长为x，根据胡克定律有kx＝BIL，可得I＝kxBL，故选项B正确；若只将磁场方向缓慢顺时针或逆时针转过一小角度，则安培力在水平方向上的分力减小，根据力的平衡可得，弹簧弹力变小，导致x变小，故选项C、D错误．考法三与安培力有关的力学综合分析安培力综合问题的思路1．安培力公式F＝BIL中安培力、磁感应强度和电流两两垂直，且L是通电导线的有效长度．2．通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路(1)选定研究对象．(2)变三维为二维，如侧视图、剖面图或俯视图等，并画出平面受力分析图，其中安培力的方向要注意F安⊥B、F安⊥I；如图所示．(3)列平衡方程或牛顿第二定律方程进行求解．【例题1】(2019·漳州八校联考)如图所示，两平行光滑金属导轨CD、EF间距为L，与电动势为E0的电源相连，质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直于导轨放置构成闭合回路，回路平面与水平面成θ角，回路其余电阻不计．为使ab棒静止，需在空间施加的匀强磁场磁感应强度的最小值及其方向分别为()A．mgRE0L，水平向右B．mgRcosθE0L，垂直于回路平面向上C．mgRtanθE0L，竖直向下D．mgRsinθE0L，垂直于回路平面向下[思维导引]画出金属棒受力的平面图，物体受的三个力中，重力大小、方向均确定，弹力方向确定，安培力的方向可以变化，安培力的大小也随之变化，用图解法可以求出安培力的最小值，然后求出在空间施加的匀强磁场磁感应强度的最小值．答案D解析对金属棒受力分析，受重力、支持力和安培力，如图所示．从图可以看出，当安培力沿斜面向上时，安培力最小，故安培力的最小值为FA＝mgsinθ，故磁感应强度的最小值为B＝FAIL＝mgsinθIL，根据欧姆定律，有E0＝IR，故B＝mgRsinθE0L，故选项D正确．【跟踪训练1­1】(2019·江西重点中学盟校高三联考)(多选)有一根质量为m、长度为d的导体棒，通有垂直纸面向里的电流I，被长度为L的轻质绝缘细线悬挂在天花板上，处于静止．此时在此空间加竖直向下的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，保持导体棒中的电流I始终不变，细线偏离竖直方向的夹角最大值为60°，导体棒始终保持水平，则()A．磁场的磁感应强度大小为B＝3mg3IdB．磁场的磁感应强度大小为B＝3mgIdC．在导体棒摆动过程中细线上拉力最大时上升的高度为1－32LD．在导体棒摆动过程中细线的最大拉力为F＝(23－2)mg答案ACD解析匀强磁场竖直向下，由左手定则可知，安培力方向水平向左，导体棒向左摆起，细线偏离竖直方向的夹角最大值为60°，由动能定理得BId·Lsin60°－mg(L－Lcos60°)＝0－0，解得B＝3mg3Id，选项A正确，B错误；根据运动的对称性，当细线偏离竖直方向的夹角为30°时，导体棒的速度最大，细线上的拉力最大，此时导体棒上升的高度h＝L(1－cos30°)＝(1－32)L，选项C正确；当细线从最低点摆至偏离竖直方向的夹角为30°的过程，应用动能定理可得BIdLsin30°－mg(1－cos30°)L＝12mv2，在细线偏离竖直方向的夹角为30°的位置，由牛顿第二定律知F－mgcos30°－BIdsin30°＝mv2L，联立解得F＝23mg－2mg，选项D正确．AC【跟踪训练1­2】(多选)如图所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直斜面放置一根长为L、质量为m的直导体棒，当通以图示方向电流I时，欲使导体棒静止在斜面上，可加一平行于纸面的匀强磁场，当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向由垂直斜面向上沿逆时针方向转至水平向左的过程中，下列说法正确的是()A．此过程中磁感应强度B逐渐增大B．此过程中磁感应强度B先减小后增大C．此过程中磁感应强度B的最小值为mgsinαILD．此过程中磁感应强度B的最大值为mgtanαIL解析导体棒受重力、支持力和安培力作用而处于平衡状态，当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向由垂直斜面向上沿逆时针方向转至水平向左的过程中，安培力由沿斜面向上转至竖直向上，可知安培力逐渐增大，即此过程中磁感应强度B逐渐增大，选项A正确，B错误；刚开始安培力F最小，有sinα＝Fmg，所以此过程中磁感应强度B的最小值为mgsinαIL，选项C正确；最后安培力最大，有F＝mg，即此过程中磁感应强度B的最大值为mgIL，选项D错误．【跟踪训练1­3】(2019·渭南质检)如图所示，电源电动势为3V，内阻不计，两个不计电阻的金属圆环表面光滑，竖直悬挂在等长的细线上，金属环面平行，相距1m，两环分别与电源正负极相连．现将一质量为0.06kg、电阻为1.5Ω的导体棒轻放在环上，导体棒与环有良好电接触．两环之间有方向竖直向上、磁感应强度为0.4T的匀强磁场．当开关闭合后，导体棒上滑到某位置静止不动，试求在此位置上棒对每一个环的压力为多少？若已知环半径为0.5m，此位置与环底的高度差是多少？解析棒受的安培力F＝BIL，棒中电流为I＝ER，代入数据解得F＝BELR＝0.8N，对棒受力分析如图所示(从右向左看)，两环支持力的总和为2FN＝F2＋mg2，代入数据解得FN＝0.5N．由牛顿第三定律知，棒对每一个环的压力为0.5N，由图中几何关系有tanθ＝Fmg＝0.80.6＝43，得θ＝53°，棒距环底的高度为h＝r(1－cosθ)＝0.2m.答案0.5N0.2m[典例诊断]【例题2】(多选)通有电流的导线L1、L2、L3、L4处在同一平面(纸面)内，放置方式及电流方向如图甲、乙所示，其中L1、L3是固定的，L2、L4可绕垂直纸面的中心轴O转动，则下列判定正确的是()A．L2绕轴O按顺时针转动B．L2绕轴O按逆时针转动C．L4绕轴O按顺时针转动D．L4绕轴O按逆时针转动[错解分析](1)漏选B：能判断出L2处磁场方向向外，但认为磁场为匀强磁场，得到安培力向右，上、下安培力作用效果抵消，L2不转动，故漏选B．(2)错选D：判断L3产生的磁场方向、判断L4受力方向时，左手定则与安培定则混淆．答案BC