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第九章磁场高考导航(教师备用)考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析201620172018磁场、磁感应强度、磁感线ⅠⅠ卷T15:带电粒子在复合场中的运动Ⅱ卷T8:带电粒子在圆形磁场中的运动Ⅲ卷T18:带电粒子在有界磁场中的运动Ⅰ卷T19:安培定则、左手定则Ⅱ卷T18:带电粒子在圆形磁场中的运动T21:安培力、左手定则Ⅲ卷T18:磁感应强度的合成、安培定则Ⅰ卷T19:安培定则T23:组合场、匀速圆周运动及其相关的知识点Ⅱ卷T20:右手定则、矢量叠加T25:组合场、匀速圆周运动及其相关的知识点Ⅲ卷T24:组合场、匀速圆周运动及其相关的知识点通电直导线和通电线圈周围磁场的方向Ⅰ安培力、安培力的方向Ⅰ匀强磁场中的安培力Ⅱ洛伦兹力、洛伦兹力的方向Ⅰ洛伦兹力公式Ⅱ带电粒子在匀强磁场中的运动Ⅱ质谱仪和回旋加速器Ⅰ1.考查方式:对安培力、洛伦兹力及其磁场的基本知识考查以选择题为主.对带电粒子的运动考查以计算题的形式出现,难度较大.2.命题趋势:(1)会继续考查基本概念及规律,特别是磁场磁感线的分布和安培定则、左手定则的应用.仍将以带电粒子在有界磁场、组合场、叠加场中运动的综合分析为重点,出现大型综合题的概率较大.(2)本章知识与现代科技及生产、生活息息相关,以现代科技为载体,对安培力、洛伦兹力进行考查,仍将是今后高考命题的趋势.第1节磁场及磁场对电流的作用基础过关考点研析素养提升基础过关紧扣教材·自主落实基础知识一、磁场、磁感应强度1.磁场(1)基本特性:磁场对处于其中的磁体和运动电荷有的作用.(2)方向:小磁针的所受磁场力的方向.2.磁感应强度(1)物理意义:描述磁场的和.磁场力N极强弱方向(2)大小:B=(通电导线垂直于磁场).FIL(3)方向:小磁针静止时的指向.(4)单位:特斯拉(T).N极二、磁感线通电直导线和通电线圈周围磁场的方向1.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的方向一致.(2)特点①磁感线上某点的方向就是该点的磁场方向.②磁感线的定性地表示磁场的强弱.③磁感线是曲线,没有起点和终点.④磁感线是假想的曲线,客观上.磁感应强度切线疏密闭合不存在2.电流的磁场直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点无磁极、非匀强磁场且距导线越远处磁场越弱与条形磁铁的磁场相似,管内为匀强磁场且磁场最强,管外为非匀强磁场环形电流的两侧是N极和S极,且离圆环中心越远,磁场越弱安培定则3.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.处处相等处处相同(2)特点:磁感线是一簇簇疏密程度相同、方向相同的平行直线.自主探究如图,在x轴和y轴构成的平面直角坐标系中,过原点再做一个z轴,就构成了空间直角坐标系.匀强磁场的磁感应强度B=0.2T,方向沿x轴的正方向,且ab=dc=0.4m,bc=ef=ad=0.3m,be=cf=0.3m.通过面积S1(abcd),S2(aefd)的磁通量Φ1,Φ2有什么关系?答案:Φ1=BS1=B·ab·ad=0.2×0.4×0.3Wb=0.024Wb,Φ2=B·S2cosθ=B·S1=0.024Wb,故Φ1等于Φ2.三、安培力、安培力的方向匀强磁场中的安培力1.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=.2.安培力的方向左手定则判断:(1)伸开左手,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.ILB0垂直电流拇指教材解读如果两根通电直导线的电流都是竖直向下的,那么根据安培定则左边电流在右边电流处产生的磁场方向是,由左手定则,右边电流受到的安培力;同理,右边电流在左边电流处产生的磁场是,左侧电流受到的安培力.即同向电流相互吸引.假设左侧电流仍然方向向下,右侧电流方向改为向上.那么根据安培定则左边电流在右边电流处产生的磁场方向是,由左手定则,右边电流受到的安培力;同理,右边电流在左边电流处产生的磁场是,左侧电流受到的安培力.即异向电流相互排斥.垂直纸面向外水平向左垂直纸面向里水平向右垂直纸面向外水平向右垂直纸面向外水平向左过关巧练×1.思考判断(1)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.()(2)垂直磁场放置的线圈面积减小时,穿过线圈的磁通量可能增大.()(3)磁场是客观存在的,磁感线实际上是不存在的,磁感线上各点的切线方向表示该点的磁场方向.()(4)安培力可能做正功,也可能做负功.()(5)1820年,丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转,称为电流的磁效应.()√√√√2.如图所示,两根垂直纸面平行放置的直导线M和N,通有大小相等方向相反的电流I,在纸面上与M,N距离相等的P点处,M,N导线在该点产生的磁场的方向如何?M导线受到的安培力方向又怎样?解析:根据安培定则和磁场的矢量叠加,P点磁场方向水平向右;根据安培定则知,N导线在M导线处产生的磁场方向水平向右,再根据左手定则,M导线受到的安培力方向竖直向上.答案:水平向右竖直向上3.[人教版选修3-1·P94·T3]如图所示为电流天平,可以用来测量匀强磁场的磁感应强度,它的右臂挂着矩形线圈,匝数n=9,线圈的水平边长为L,处于匀强磁场内,磁感应强度B的方向与线圈平面垂直,当线圈中通过电流I时,调节砝码使两臂达到平衡,然后使电流反向,大小不变,这时需要在左盘中增加质量为m的砝码,才能使两臂再达到新的平衡.(1)用已知量和可测量量n,m,L,I,计算B的表达式.(2)当L=10.0cm,I=0.10A,m=8.78g时,磁感应强度是多少?解析:(1)设电流方向未改变时,等臂天平的左盘内砝码质量为m1,右盘内砝码质量为m2,则由等臂天平的平衡条件,有m1g=m2g-nBIL电流方向改变之后,同理可得(m+m1)g=m2g+nBIL两式相减,得B=2mgnIL.(2)把相关数据代入B=2mgnIL可得B=0.49T.答案:(1)B=2mgnIL(2)0.49T考点研析核心探究·重难突破考点一磁场的理解及安培定则1.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,非匀强磁场,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,管内可看做匀强磁场,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2.安培定则的应用在运用安培定则时应分清“因”和“果”,电流是“因”,磁场是“果”,既可以由“因”判断“果”,也可以由“果”追溯“因”.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3.磁场的叠加磁感应强度为矢量,合成与分解遵循平行四边形定则.【典例1】(2018·全国Ⅱ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13B0和12B0,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712B0B.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为112B0C.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为112B0D.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为712B0AC解析:原磁场、电流的磁场方向如图所示,由题意知在b点:12B0=B0-B1+B2在a点:13B0=B0-B1-B2由上述两式解得B1=712B0,B2=112B0,选项A,C正确.【针对训练】(2017·全国Ⅰ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()A.L1所受磁场作用力的方向与L2,L3所在平面垂直B.L3所受磁场作用力的方向与L1,L2所在平面垂直C.L1,L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶3D.L1,L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为3∶3∶1BC解析:由安培定则和左手定则可知,同向的两直线电流之间的磁场力为引力,反向的两直线电流之间的磁场力为斥力,所以L1与L2之间的磁场力为引力,单位长度的相互作用力F12=-F21;L1与L3之间的磁场力为斥力,单位长度的相互作用力F13=-F31;L2与L3之间的磁场力为斥力,单位长度的相互作用力F23=-F32,这6个力如图所示.又由于三根导线电流均为I,且两两等距,任何一根导线单位长度的电流在另外两根处产生的磁感应强度大小相等,所以这6个力的大小相等,设为F0.由平行四边形定则可以确定,L1所受磁场力大小为F0,方向与L2,L3所在平面平行,选项A错误;L2所受磁场力大小为F0,L3所受磁场力大小为3F0,方向与L1,L2所在平面垂直,选项B正确;所以L1,L2和L3单位长度所受磁场力大小之比为1∶1∶3,选项C正确,D错误.考点二安培力作用下导体运动趋势的判断1.在应用左手定则判定安培力方向时,磁感线方向不一定垂直于电流方向,但安培力的方向一定与磁场方向和电流方向垂直,即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面.2.用公式F=ILB计算安培力大小时应注意(1)B与I垂直.(2)L是有效长度.①公式F=ILB中L指的是“有效长度”.当B与I垂直时,F最大,F=ILB;当B与I平行时,F=0.②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.③闭合线圈通电后,在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零.3.方向:根据左手定则判断.4.判定安培力作用下导体运动情况的常用方法电流元法分割为电流元安培力方向→整段导体所受合力方向→运动方向特殊位置法在特殊位置→安培力方向→运动方向等效法环形电流小磁针条形磁铁通电螺线管多个环形电流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例如定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题,可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力,然后由牛顿第三定律,确定磁体所受电流磁场的作用力,从而确定磁体所受合力及运动方向【典例2】(2017·全国Ⅱ卷,21)(多选)某同学自制的简易电动机示意图如图所示.矩形线圈由一根漆包线绕制而成,漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出,并作为线圈的转轴.将线圈架在两个金属支架之间,线圈平面位于竖直面内,永磁铁置于线圈下方.为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来,该同学应将()A.左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉B.左、右转轴上、下两侧的绝缘漆都刮掉C.左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉D.左转轴上、下两侧的绝缘漆都刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉AD〚审题指导〛题干关键获取信息线圈能连续转动线圈受安培力左、右转轴下侧的绝缘漆刮掉转动一圈通电一次左、右转轴上、下两侧的绝缘漆都刮掉转动一圈通电两次左转轴上侧、右转轴下侧的绝缘漆刮掉无法通电左转轴上下两侧、右转轴下侧的绝缘漆刮掉转动一圈通电一次解析:为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来,将左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉,这样当线圈在图示位置时,线圈的上下边受安培力水平而转动,转过一周后再次受到同样的安培力而使其转动,选项A正确;若将左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,则当线圈在图示位置时,线圈的上下边受安培力水平而转动,转过半周后再次受到相反方向的安培力而使其停止转动,选项B错误;左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉,电路不能接通,故不能转起来,选项C错误;若将左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉,这样当线圈在图示位置时,线圈的上下边受安培力水平而转动,转过半周后电路不导通;转过一周后再次受到同样的安培力而使其转动,选项D正确.题组训练