2019-2020年高考物理專題復(fù)習(xí)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(fù)習(xí)講義 專題十一 磁 場 新人教版 知識(shí)網(wǎng)絡(luò): 本章在介紹了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)的基礎(chǔ)上,主要討論了磁場的描述方法(定義了磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通量等概念,引入了磁感線這個(gè)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(yùn)動(dòng)電荷的洛侖茲力作用)及相關(guān)問題。其中磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通量是電磁學(xué) 的基本概念,應(yīng)認(rèn)真理解;載流導(dǎo)體在磁場中的平衡、加速運(yùn)動(dòng),帶電粒子在洛侖茲力作用 下的圓周運(yùn)動(dòng)等內(nèi)容應(yīng)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(yīng)注意這方面的訓(xùn)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(yùn)動(dòng);帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)。其中重點(diǎn)是對安培力、洛倫茲力的理解、熟練解決通電直導(dǎo)線在復(fù)合場中的平衡和運(yùn)動(dòng)問題、帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)問題。難點(diǎn)是帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)問題。 知識(shí)點(diǎn)、能力點(diǎn)提示 1.通過有關(guān)磁場知識(shí)的歸納,使學(xué)生對磁場有較全面的認(rèn)識(shí),并在此基礎(chǔ)上理解磁現(xiàn)象電本質(zhì); 2.介紹磁性材料及其運(yùn)用,擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面,培養(yǎng)聯(lián)系實(shí)際的能力; 3.磁感應(yīng)強(qiáng)度B的引入,體會(huì)科學(xué)探究方法;通過安培力的知識(shí),理解電流表的工作原理;通過安培力的公式F=IlBsinθ的分析推理,開闊學(xué)生思路,培養(yǎng)學(xué)生思維能力;通過安培力 在電流表中的應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的意識(shí)和能力; 4.通過洛侖茲力的引入,培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力; 5.通過帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)及回旋加速器的介紹,調(diào)動(dòng)學(xué)生思考的積極性及思維習(xí)慣的培養(yǎng),并開闊思路。 基本概念 安培力 教學(xué)目標(biāo): 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(yīng)強(qiáng)度,磁感線,知道地磁場的特點(diǎn) 3.掌握磁場對通電直導(dǎo)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(jì)算通電直導(dǎo)線在復(fù)合場中的平衡和運(yùn)動(dòng)問題。 教學(xué)重點(diǎn):磁場對通電直導(dǎo)線的作用,安培力 教學(xué)難點(diǎn):通電直導(dǎo)線在復(fù)合場中的平衡和運(yùn)動(dòng)問題 教學(xué)方法:講練結(jié)合,計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 教學(xué)過程: 一、基本概念 1.磁場的產(chǎn)生 ⑴磁極周圍有磁場。 ⑵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(rèn)為磁極的磁場和電流的磁場都是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。(但這并不等于說所有磁場都是由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的,因?yàn)辂溈怂鬼f發(fā)現(xiàn)變化的電場也能產(chǎn)生磁場。) ⑶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(dāng)電流和磁感線平行時(shí)不受磁場力作用)。這一點(diǎn)應(yīng)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(yùn)動(dòng)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(shí),不要再沿用初中學(xué)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(gè)磁體在另一個(gè)磁體外部時(shí)才正確),而應(yīng)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 ⑴用來形象地描述磁場中各點(diǎn)的磁場方向和強(qiáng)弱的曲線。磁感線上每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場方向,也就是在該點(diǎn)小磁針靜止時(shí)N極的指向。磁感線的疏密表示磁場的強(qiáng)弱。 ⑵磁感線是封閉曲線(和靜電場的電場線不同)。 ⑶要熟記常見的幾種磁場的磁感線: 地球磁場 通電直導(dǎo)線周圍磁場 通電環(huán)行導(dǎo)線周圍磁場 ⑷安培定則(右手螺旋定則):對直導(dǎo)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(yīng)強(qiáng)度 (條件是勻強(qiáng)磁場中,或ΔL很小,并且L⊥B )。 磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量。單位是特斯拉,符號為T,1T=1N/(A?m)=1kg/(A?s2) 6.磁通量 如果在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)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(gè)面的磁通量,用Φ表示。Φ是標(biāo)量,但是有方向(進(jìn)該面或出該面)。單位為韋伯,符號為Wb。1Wb=1T?m2=1V?s=1kg?m2/(A?s2)。 可以認(rèn)為穿過某個(gè)面的磁感線條數(shù)就是磁通量。 在勻強(qiáng)磁場磁感線垂直于平面的情況下,B=Φ/S,所以磁感應(yīng)強(qiáng)度又叫磁通密度。在勻強(qiáng)磁場中,當(dāng)B與S的夾角為α?xí)r,有Φ=BSsinα。 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(shí))。 (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)。 【例1】磁場對電流的作用力大小為F=BIL(注意:L為有效長度,電流與磁場方向應(yīng) ?。瓼的方向可用 定則來判定. 試判斷下列通電導(dǎo)線的受力方向. B I ?。。。。? B ?。。。。? .?。。。? ?。。。。? 試分別判斷下列導(dǎo)線的電流方向或磁場方向或受力方向. B F B F S N I 【例2】如圖所示,可以自由移動(dòng)的豎直導(dǎo)線中通有向下的電流,不計(jì)通電導(dǎo)線的重力,僅在磁場力作用下,導(dǎo)線將如何移動(dòng)? 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(dǎo)線,通有圖示方向的電流后,磁鐵對水平面的壓力將會(huì)___(增大、減小還是不變?)。水平面對磁鐵的摩擦力大小為___。 【例4】 如圖在條形磁鐵N極附近懸掛一個(gè)線圈,當(dāng)線圈中通有逆時(shí)針方向的電流時(shí),線圈將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)? i 【例5】 電視機(jī)顯象管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖如右,即時(shí)電流方向如圖所示。該時(shí)刻由里向外射出的電子流將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)? 2.安培力大小的計(jì)算 α α F=BLIsinα(α為B、L間的夾角)高中只要求會(huì)計(jì)算α=0(不受安培力)和α=90兩種情況。 B h s 【例6】 如圖所示,光滑導(dǎo)軌與水平面成α角,導(dǎo)軌寬L。勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。金屬桿長也為L ,質(zhì)量為m,水平放在導(dǎo)軌上。當(dāng)回路總電流為I1時(shí),金屬桿正好能靜止。求:⑴B至少多大?這時(shí)B的方向如何?⑵若保持B的大小不變而將B的方向改為豎直向上,應(yīng)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(dǎo)線框右端,棒長和框?qū)捑鶠長,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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。 θ O M N a b R 【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(qiáng)磁場垂直于水平面方向向下,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。平行于直徑MON的導(dǎo)體桿,沿垂直于桿的方向向右運(yùn)動(dòng)。桿的電阻可以忽略不計(jì),桿于圓環(huán)接觸良好。某時(shí)刻,桿的位置如圖,∠aOb=2θ,速度為v,求此時(shí)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(dǎo)軌間的距離為0.4 m,導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為37,磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T的勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌平面斜向上,兩根電阻均為1Ω、重均為0.1 N的金屬桿ab、cd水平地放在導(dǎo)軌上,桿與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.3,導(dǎo)軌的電阻可以忽略.為使ab桿能靜止在導(dǎo)軌上,必須使cd桿以多大的速率沿斜面向上運(yùn)動(dòng)? A a b A C D S 【例10】如圖所示是一個(gè)可以用來測量磁感應(yīng)強(qiáng)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(fù)極)并經(jīng)開關(guān)S與電源連接,容器中注滿能導(dǎo)電的液體,液體的密度為ρ;將容器置于一勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直紙面向里,當(dāng)開關(guān)斷開時(shí),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(dāng)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(yīng)強(qiáng)度B的大小。 【例10】安培秤如圖所示,它的一臂下面掛有一個(gè)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(dāng)線圈的導(dǎo)線中通有電流I時(shí),調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達(dá)到平衡;然后使電流反向,這時(shí)需要在一臂上加質(zhì)量為m的砝碼,才能使兩臂再達(dá)到平衡。求磁感應(yīng)強(qiáng)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3.010-5T.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(shí)刻的放電電流為105A,此時(shí)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(yīng)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(jìn)行直接探測;系繩是由導(dǎo)體材料做成的,又可以進(jìn)行地球空間磁場電離層的探測;系繩在運(yùn)動(dòng)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(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度的水平分量和豎直分量,即可測出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向. 【例13】測量地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn)相距為d.若測出河水流速為v,A、B兩點(diǎn)的電勢差為U,即能測出此地的磁感應(yīng)強(qiáng)度的垂直分量B⊥. 因?yàn)楹铀锌傆幸欢康恼⒇?fù)離子,在地磁場洛侖茲力的作用下,正離子向A點(diǎn)偏轉(zhuǎn),正、負(fù)離子向B點(diǎn)偏轉(zhuǎn),當(dāng)A、B間電勢差達(dá)到一定值時(shí),負(fù)離子所受電場力與洛侖茲力平衡,離子不同偏轉(zhuǎn),即 =B⊥qv,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 Q= ∴B//= ∴B=,磁傾角θ=argtg 四、針對訓(xùn)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(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度,下列說法中錯(cuò)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(dǎo)體在某處不受磁場力,說明此處一定無磁場 C.通電導(dǎo)線在磁場中受力越大,說明磁場越強(qiáng) D.磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)動(dòng),如圖所示,則電子流產(chǎn)生的磁場在z軸上的點(diǎn)P處的方向是 A.沿y軸正方向 B.沿y軸負(fù)方向 C.沿z軸正方向 D.沿z軸負(fù)方向 4.在地球赤道上空有一小磁針處于水平靜止?fàn)顟B(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(dǎo)線互相平行,電流方向相同.它們的截面處于一個(gè)等邊三角形ABC的A和B處.如圖所示,兩通電導(dǎo)線在C處的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值都是B,則C處磁場的總磁感應(yīng)強(qiáng)度是 A.2B B.B C.0 D.B 6.磁鐵在高溫下或者受到敲擊時(shí)會(huì)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(qiáng)度減弱 7.根據(jù)安培假說的思想,認(rèn)為磁場是由于電荷運(yùn)動(dòng)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(dòng)的電荷,那么由此判斷,地球應(yīng)該() A.帶負(fù)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(dǎo)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(dǎo)線處于足夠大的勻強(qiáng)磁場中,與磁感線成θ=30角,導(dǎo)線中通過的電流為I,為了增大導(dǎo)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I B.增加直導(dǎo)線的長度 C.使導(dǎo)線在紙面內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)30 D.使導(dǎo)線在紙面內(nèi)逆時(shí)針轉(zhuǎn)60 10.如圖所示,線圈abcd邊長分別為L1、L2,通過的電流為I,當(dāng)線圈繞OO′軸轉(zhuǎn)過θ角時(shí) A.通過線圈的磁通量是BL1L2cosθ B.ab邊受安培力大小為BIL1cosθ C.ad邊受的安培力大小為BIL2cosθ D.線圈受的磁力矩為BIL1L2cosθ 11.如圖所示,一金屬直桿MN兩端接有導(dǎo)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(yùn)動(dòng),可以 A.將a、c端接在電源正極,b、d端接在電源負(fù)極 B.將b、d端接在電源正極,a、c端接在電源負(fù)極 C.將a、d端接在電源正極,b、c端接在電源負(fù)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(dǎo)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(dāng)加入一與導(dǎo)線所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場后,a受到的磁場力大小變?yōu)镕2,則此時(shí)b受到的磁場力大小變?yōu)? A.F2 B.F1-F2 C.F1+F2 D.2F1-F2 13.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(dǎo)線,導(dǎo)線與磁鐵垂直,給導(dǎo)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(xì)線懸掛,一端擱在桌面上與桌面夾角為α,現(xiàn)垂直細(xì)線和棒所在平面加一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,當(dāng)棒通入如圖所示方向的電流時(shí),細(xì)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(xué)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(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為_______ T,磁場力的最大功率P=_______ W(軌道摩擦不計(jì)).- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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