《山东专用版高考物理一轮复习第九章第1节磁场及磁吃电流的作用课件新人教》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山东专用版高考物理一轮复习第九章第1节磁场及磁吃电流的作用课件新人教（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第九章第九章 磁场磁场第第1 1节磁场及磁场对电流的作用节磁场及磁场对电流的作用基础过关基础过关考点研析考点研析素养提升素养提升基础知识基础知识一、磁场、磁感应强度一、磁场、磁感应强度基础过关基础过关 紧扣教材紧扣教材自主落实自主落实1.1.磁场磁场(1)(1)基本特性基本特性: :磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有 的作用的作用. .磁场力磁场力(2)(2)方向方向: :小磁针静止时小磁针静止时 所指的方向所指的方向, ,即是即是N N极所受磁场力的方向极所受磁场力的方向. .N N极极2.2.磁感应强度磁感应强度(1)(1)物理意义物理意义: :描
2、述磁场的描述磁场的 和和 . .强弱强弱方向方向(2)(2)定义式定义式:B=:B= ( (通电导线垂直于磁场通电导线垂直于磁场).).(3)(3)方向方向: :小磁针小磁针 时时N N极的指向极的指向. .静止静止二、磁感线电流的磁场二、磁感线电流的磁场1.1.磁感线磁感线(1)(1)引入引入: :在磁场中画出一些曲线在磁场中画出一些曲线, ,使曲线上每一点的使曲线上每一点的 方向都跟这点的方向都跟这点的磁感应强度的方向一致磁感应强度的方向一致. .(2)(2)特点特点: :磁感线的特点与电场线的特点类似磁感线的特点与电场线的特点类似, ,主要区别在于磁感线是主要区别在于磁感线是 的的曲线曲
3、线. .(3)(3)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场条形磁铁和蹄形磁铁的磁场( (如图所示如图所示).).切线切线闭合闭合2.2.安培定则安培定则(1)(1)通电直导线通电直导线: :右手握住导线右手握住导线, ,让让 所指的方向与电流方向所指的方向与电流方向一致一致, , 所指的方向就是磁感线环绕的方向所指的方向就是磁感线环绕的方向. .(2)(2)环形电流环形电流: :让右手让右手 与环形电流的方向一致与环形电流的方向一致, , 所所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向. .如图如图, ,分别表示通电直导线、环形电流、通电线圈周围的磁场分别表示通电直导线、环
4、形电流、通电线圈周围的磁场,表示表示 的的方向方向,表示表示 的方向的方向. .伸直的拇指伸直的拇指弯曲的四指弯曲的四指弯曲的四指弯曲的四指伸直的拇指伸直的拇指电流电流磁感线磁感线3.3.匀强磁场匀强磁场强弱、方向强弱、方向 的磁场的磁场. .三、安培力的大小和方向三、安培力的大小和方向1.1.大小大小(1)F=(1)F= ( (其中其中为为B B与与I I之间的夹角之间的夹角) )(2)(2)磁感应强度磁感应强度B B的方向与电流的方向与电流I I的方向垂直时的方向垂直时,F=,F= . .(3)(3)磁感应强度磁感应强度B B的方向与电流的方向与电流I I的方向平行时的方向平行时,F=0.
5、,F=0.2.2.方向方向(1)(1)用左手定则判定用左手定则判定: :伸开左手伸开左手, ,使拇指与其余四个手指垂直使拇指与其余四个手指垂直, ,并且都与手掌在并且都与手掌在同一个平面内同一个平面内; ;让磁感线从掌心进入让磁感线从掌心进入, ,并使四指指向并使四指指向 , ,这时拇指这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受所指的方向就是通电导线在磁场中所受 . .处处相同处处相同ILBsin ILBsin ILBILB电流的方向电流的方向安培力的方向安培力的方向如图如图,表示表示 的方向的方向,表示表示 的方向的方向,表示表示 的方向的方向. .(2)(2)安培力的方向特点安培力的方向特
6、点:FB,FI,:FB,FI,即即F F垂直于垂直于B B和和I I决定的平面决定的平面.(.(注意注意:B:B和和I I可可以有任意夹角以有任意夹角) )磁场磁场安培力安培力电流电流拓拓展展思思考考如图所示如图所示, ,长方形线框长方形线框abcdabcd通有电流通有电流I,I,放在直线电流放在直线电流II附近附近, ,线框四个边受到线框四个边受到安培力的作用吗安培力的作用吗? ?合力方向如何合力方向如何? ?答案答案: :线框四个边都受安培力作用线框四个边都受安培力作用, ,合力向左合力向左. .(1)(1)磁场中某点磁感应强度的大小磁场中某点磁感应强度的大小, ,跟放在该点的试探电流元的
7、强弱有关跟放在该点的试探电流元的强弱有关. (. ( ) )过关巧练过关巧练1.1.思考判断思考判断(2)(2)安培力做功的实质是能量转化安培力做功的实质是能量转化.(.( ) )(3)(3)在磁场中磁感线越密集的地方在磁场中磁感线越密集的地方, ,磁感应强度越大磁感应强度越大.(.( ) )(4)(4)奥斯特发现了电流可以产生磁场奥斯特发现了电流可以产生磁场.(.( ) )(6)(6)磁感线是真实存在的磁感线是真实存在的.(.( ) )2.2.( (多选多选) )下列说法中正确的是下列说法中正确的是( ( ) )A.A.电荷在某处不受电场力的作用电荷在某处不受电场力的作用, ,则该处电场强度
8、为零则该处电场强度为零B.B.一小段通电导线在某处不受磁场力作用一小段通电导线在某处不受磁场力作用, ,则该处磁感应强度一定为零则该处磁感应强度一定为零C.C.表征电场中某点电场的强弱表征电场中某点电场的强弱, ,是用一个检验电荷放在该点时受到的电场力与是用一个检验电荷放在该点时受到的电场力与检验电荷本身电荷量的比值检验电荷本身电荷量的比值D.D.表征磁场中某点磁场的强弱表征磁场中某点磁场的强弱, ,是用一小段通电导线放在该点时受到的磁场力是用一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导线长度和电流乘积的比值与该小段导线长度和电流乘积的比值ACACD D考点一磁场的理解及安培定则考点一磁场的
9、理解及安培定则考点研析考点研析 核心探究核心探究重难突破重难突破1.1.磁场的特点磁场的特点(1)(1)磁场是磁体、电流周围存在的一种特殊物质磁场是磁体、电流周围存在的一种特殊物质, ,是客观存在的是客观存在的. .(2)(2)磁场的强弱由磁场本身决定磁场的强弱由磁场本身决定, ,与放入其中的电流元的大小无关与放入其中的电流元的大小无关. .(3)(3)磁场既有强弱也有方向磁场既有强弱也有方向, ,磁场的强弱和方向可用磁感应强度来表示磁场的强弱和方向可用磁感应强度来表示, ,也可也可用磁感线定性地表示用磁感线定性地表示. .2.2.电流的磁场电流的磁场类型类型直线电流直线电流环形电流环形电流通
10、电螺线管通电螺线管无磁极、非匀强且距导无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越弱线越远处磁场越弱两侧等效为小磁针两侧等效为小磁针的的N N极和极和S S极极, ,且离圆且离圆环中心越远环中心越远, ,磁场越磁场越弱弱与条形磁铁的磁场相似与条形磁铁的磁场相似, ,管管内为匀强磁场内为匀强磁场, ,管外为非匀管外为非匀强磁场强磁场3.3.磁场的叠加磁场的叠加磁感应强度是矢量磁感应强度是矢量, ,计算时与力的计算方法相同计算时与力的计算方法相同, ,利用平行四边形定则或正交分利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解解法进行合成与分解. .【典例典例1 1】 (2017(2017全国全国卷卷,18),1
11、8)如图如图, ,在磁感应强度大小为在磁感应强度大小为B B0 0的匀强磁场的匀强磁场中中, ,两长直导线两长直导线P P和和Q Q垂直于纸面固定放置垂直于纸面固定放置, ,两者之间的距离为两者之间的距离为l.l.在两导线中在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流均通有方向垂直于纸面向里的电流I I时时, ,纸面内与两导线距离均为纸面内与两导线距离均为l l的的a a点处点处的磁感应强度为零的磁感应强度为零. .如果让如果让P P中的电流反向、其他条件不变中的电流反向、其他条件不变, ,则则a a点处磁感应点处磁感应强度的大小为强度的大小为( ( ) )C CB B考点二安培力的分析与计算考点
12、二安培力的分析与计算1.1.在应用左手定则判定安培力方向时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磁感线方向不一定垂直于电流方向, ,但但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直安培力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即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面和电流方向决定的平面. .2.2.应用安培力的公式应用安培力的公式F=BILF=BIL时要注意时要注意(1)B(1)B与与I I垂直垂直. .(2)L(2)L是有效长度是有效长度. .公式公式F=ILBF=ILB中中L L指的是指的是“有效长度有效长度”. .当当B B与与I
13、I垂直时垂直时,F,F最大最大,F=ILB;,F=ILB;当当B B与与I I平平行时行时,F=0.,F=0.弯曲导线的有效长度弯曲导线的有效长度L,L,等于连接两端点线段的长度等于连接两端点线段的长度. .闭合线圈通电后闭合线圈通电后, ,在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零. .【典例典例2 2】 如图所示如图所示, ,用粗细均匀的电阻丝折成平面梯形框架用粗细均匀的电阻丝折成平面梯形框架,ab,cd,ab,cd边均与边均与adad边成边成6060角角,ab=bc=cd=L,ab=bc=cd=L,长度为长度为L L的电阻丝电阻为的电阻丝电阻为r,r,框架与
14、一电动势为框架与一电动势为E E、内、内阻为阻为r r的电源相连接的电源相连接, ,垂直于框架平面有磁感应强度为垂直于框架平面有磁感应强度为B B的匀强磁场的匀强磁场, ,则框架受则框架受到的安培力的合力大小为到的安培力的合力大小为( ( ) )C C核心点拨核心点拨 可分别求出可分别求出ab,bc,cdab,bc,cd段受到的安培力段受到的安培力, ,然后由平行四边形定则然后由平行四边形定则求合力求合力; ;也可将也可将abcdabcd段等效为长为段等效为长为2L2L的一段直导线的一段直导线, ,方向与方向与adad平行平行, ,然后求安然后求安培力培力. .方法技巧方法技巧弯折类导线所受安
15、培力的求法弯折类导线所受安培力的求法(1)(1)分段求安培力分段求安培力, ,再由力的合成求其合力再由力的合成求其合力. .(2)(2)等效法求有效长度等效法求有效长度, ,其数值等于处于磁场中的通电导线两端点间在垂直于其数值等于处于磁场中的通电导线两端点间在垂直于磁场方向的距离磁场方向的距离, ,再用公式求安培力再用公式求安培力. .题组训练题组训练1 1.安培力的方向及大小安培力的方向及大小 关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力, ,下列说法下列说法正确的是正确的是( ( ) )A.A.安培力的方向可以不垂直于直导线安培力的方向可以不垂直于直导线B.
16、B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向安培力的方向总是垂直于磁场的方向C.C.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关D.D.将直导线从中点折成直角将直导线从中点折成直角, ,安培力的大小一定变为原来的一半安培力的大小一定变为原来的一半B BADAD2.2. 左手定则的应用左手定则的应用 (2017(2017全国全国卷卷,21)(,21)(多选多选) )某同学自制的简易电动机示某同学自制的简易电动机示意图如图所示意图如图所示. .矩形线圈由一根漆包线绕制而成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漆包线的两端分别从线圈的一组对边的
17、中间位置引出一组对边的中间位置引出, ,并作为线圈的转轴并作为线圈的转轴. .将线圈架在两个金属支架之间将线圈架在两个金属支架之间, ,线圈平面位于竖直面内线圈平面位于竖直面内, ,永磁铁置于线圈下方永磁铁置于线圈下方. .为了使电池与两金属支架连接为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来后线圈能连续转动起来, ,该同学应将该同学应将( ( ) )A.A.左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉B.B.左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉C.C.左转轴上侧的绝缘漆刮掉左转轴上侧的绝缘漆刮掉, ,右转轴下侧的绝缘漆刮掉右转轴下侧的绝缘漆刮掉D.D
18、.左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉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右转轴下侧的绝缘漆刮掉解析解析: :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、右转轴下将左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉侧的绝缘漆都刮掉, ,这样当线圈在图示位置时这样当线圈在图示位置时, ,线圈的上下边受安培力水平而线圈的上下边受安培力水平而转动转动, ,转过一周后再次受到同样的安培力而使其转动转过一周后再次受到同样的安培力而使其转动, ,选项选项A A正确正确; ;若将左、右若将左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉, ,则当线
19、圈在图示位置时则当线圈在图示位置时, ,线圈的上下边受安培线圈的上下边受安培力水平而转动力水平而转动, ,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, ,选项选项B B错误错误; ;左转轴上侧的绝缘漆刮掉左转轴上侧的绝缘漆刮掉, ,右转轴下侧的绝缘漆刮掉右转轴下侧的绝缘漆刮掉, ,电路不能接通电路不能接通, ,故不能转起来故不能转起来, ,选项选项C C错误错误; ;若将左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉若将左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉, ,右转轴下侧右转轴下侧的绝缘漆刮掉的绝缘漆刮掉, ,这样当线圈在图示位置时这样当线圈在图示位置时, ,线圈的
20、上下边受安培力水平而转动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转过一周后再次受到同样的安培力而使其转动, ,选项选项D D正确正确. .考点三安培力作用下导体运动趋势的判断考点三安培力作用下导体运动趋势的判断判断安培力作用下导体运动情况的常用方法判断安培力作用下导体运动情况的常用方法电流元法电流元法分割为电流元分割为电流元 安培力方向安培力方向整段导体所受合力方向整段导体所受合力方向运运动方向动方向特殊位置法特殊位置法在特殊位置在特殊位置安培力方向安培力方向运动方向运动方向等效法等效法环形电流环形电流 小磁针小
21、磁针条形磁体条形磁体 通电螺线管通电螺线管 多个环形电流多个环形电流结论法结论法同向电流互相吸引同向电流互相吸引, ,异向电流互相排斥异向电流互相排斥; ;两不平行的直线电流相互两不平行的直线电流相互作用时作用时, ,有转到平行且电流方向相同的趋势有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究转换研究对象法对象法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, ,可先可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力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然后由牛顿第三定律, ,确定确定磁体所受电流磁场的作用力磁体所受电流磁场的作用力, ,从
22、而确定磁体所受合力及运动方向从而确定磁体所受合力及运动方向【典例典例3 3】 一个可以自由运动的线圈一个可以自由运动的线圈L L1 1和一个固定的线圈和一个固定的线圈L L2 2互相绝缘垂直放互相绝缘垂直放置置, ,且两个线圈的圆心重合且两个线圈的圆心重合, ,如图所示如图所示. .当两线圈中通以图示方向的电流时当两线圈中通以图示方向的电流时, ,从从左向右看左向右看, ,线圈线圈L L1 1将将( ( ) )A.A.不动不动 B B顺时针转动顺时针转动C.C.逆时针转动逆时针转动D D在纸面内平动在纸面内平动B B审题图示审题图示 解析解析: :法一法一( (电流元法电流元法) )把线圈把线
23、圈L L1 1沿水平转动轴分成上、下两部分沿水平转动轴分成上、下两部分, ,每一部分每一部分又可以看成无数段直线电流元又可以看成无数段直线电流元, ,电流元处在电流元处在L L2 2产生的磁场中产生的磁场中, ,根据安培定则可根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上知各电流元所在处的磁场方向向上, ,由左手定则可得由左手定则可得, ,上半部分电流元所受安上半部分电流元所受安培力均指向纸外培力均指向纸外, ,下半部分电流元所受安培力均指向纸内下半部分电流元所受安培力均指向纸内, ,因此从左向右看线因此从左向右看线圈圈L L1 1将顺时针转动将顺时针转动. .法二法二( (等效法等效法) )把
24、线圈把线圈L L1 1等效为小磁针等效为小磁针, ,该小磁针刚好处于环形电流该小磁针刚好处于环形电流I I2 2的中心的中心, ,小磁针的小磁针的N N极应指向该点环形电流极应指向该点环形电流I I2 2的磁场方向的磁场方向, ,由安培定则知由安培定则知I I2 2产生的磁场产生的磁场方向在其中心处竖直向上方向在其中心处竖直向上, ,而而L L1 1等效成小磁针后等效成小磁针后, ,转动前转动前,N,N极指向纸内极指向纸内, ,因此因此小磁针的小磁针的N N极应由指向纸内转为向上极应由指向纸内转为向上, ,所以从左向右看所以从左向右看, ,线圈线圈L L1 1将顺时针转动将顺时针转动. .法三
25、法三( (结论法结论法) )环形电流环形电流I I1 1,I,I2 2之间不平行之间不平行, ,则必有相对转动则必有相对转动, ,直到两环形电流直到两环形电流同向平行为止同向平行为止, ,据此可得据此可得, ,从左向右看从左向右看, ,线圈线圈L L1 1将顺时针转动将顺时针转动. .1.1. 电流元法和特殊位置法电流元法和特殊位置法 一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方的上方, ,如图所示如图所示, ,如果直导线可以自由地运动且通以方向为由如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a a到到b b的电流的电流, ,则则导线导线abab受到安培
26、力作用后的运动情况为受到安培力作用后的运动情况为( ( ) )A.A.从上向下看顺时针转动并靠近螺线管从上向下看顺时针转动并靠近螺线管B.B.从上向下看顺时针转动并远离螺线管从上向下看顺时针转动并远离螺线管C.C.从上向下看逆时针转动并远离螺线管从上向下看逆时针转动并远离螺线管D.D.从上向下看逆时针转动并靠近螺线管从上向下看逆时针转动并靠近螺线管D D题组训练题组训练解解析析: :判判断断导导线线的的转转动动方方向向可可用用电电流流元元法法: :如如图图所所示示, ,把把直直线线电电流流等等效效为为aO, aO, OO,ObOO,Ob三三段段(OO(OO段段极极短短) )电电流流, ,由由于
27、于OOOO段段电电流流方方向向与与该该处处的的磁磁场场方方向向相相同同, ,所所以以不不受受安安培培力力作作用用;aO;aO段段电电流流所所在在处处的的磁磁场场方方向向斜斜向向上上, ,由由左左手手定定则则可可知知其其所所受受安安培培力力方方向向垂垂直直纸纸面面向向外外;Ob;Ob段段电电流流所所在在处处的的磁磁场场方方向向斜斜向向下下, ,同同理理可可知知其其所所受受安安培培力力方方向向垂垂直直纸纸面面向向里里. .再再用用特特殊殊位位置置法法分分析析: :当当导导线线转转过过9090与与纸纸面面垂垂直直时时, ,判判断断导导线线所所受受安安培培力力方方向向向向下下. .综综上上可可知知导导
28、线线将将以以OOOO段段为轴逆时针转动为轴逆时针转动( (从上向下看从上向下看) )并靠近通电螺线管并靠近通电螺线管, ,选项选项D D正确正确. .2.2. 转换研究对象法转换研究对象法 ( (多选多选) )如图所示如图所示, ,台秤上放一光滑平板台秤上放一光滑平板, ,其左边固定一挡其左边固定一挡板板, ,一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来, ,此时台秤读数为此时台秤读数为F F1 1, ,现在磁铁上现在磁铁上方中心偏左位置固定一导体棒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当导体棒中通以方向如图所示的电流后, ,台秤台秤读数
29、为读数为F F2 2, ,则以下说法正确的是则以下说法正确的是( ( ) )A.A.弹簧长度将变长弹簧长度将变长 B.B.弹簧长度将变短弹簧长度将变短C.FC.F1 1FF2 2 D.F D.F1 1F F F2 2, ,在在水水平平方方向向上上 , ,由由 于于 F F 有有向向左左的的分分力力 , ,磁磁铁铁压压缩缩弹弹簧簧 , ,所所以以弹弹簧簧长长度度变短变短. .考点四安培力作用下导体的平衡与加速考点四安培力作用下导体的平衡与加速安培力作用下导体的平衡与加速问题的解题方法安培力作用下导体的平衡与加速问题的解题方法(1)(1)根据导体中的电流方向与磁场方向根据导体中的电流方向与磁场方向
30、, ,利用左手定则先判断出安培力的方向利用左手定则先判断出安培力的方向, ,然后对导体进行受力分析然后对导体进行受力分析, ,再结合力的平衡条件或牛顿第二定律进行求解再结合力的平衡条件或牛顿第二定律进行求解; ;(2)(2)事先不能判断出安培力的方向时的平衡问题事先不能判断出安培力的方向时的平衡问题. .需要对导体进行受力分析需要对导体进行受力分析, ,然然后结合力的平衡条件确定安培力的方向和大小后结合力的平衡条件确定安培力的方向和大小, ,此类试题一般是包括安培力在此类试题一般是包括安培力在内的三力动态平衡问题内的三力动态平衡问题, ,解决的办法通常是解决的办法通常是“闭合矢量三角形法闭合矢
31、量三角形法”或或“相似三相似三角形法角形法”. .【典例典例4 4】 (2018(2018江西重点中学协作体第二次联考江西重点中学协作体第二次联考)()(多选多选) )如图所示如图所示, ,在倾角在倾角=30=30的光滑轨道上的光滑轨道上, ,质量质量m=0.1 kgm=0.1 kg的的ABAB杆放在轨道上杆放在轨道上, ,轨道间距轨道间距l=0.2 m,l=0.2 m,电电流流I=0.5 A.I=0.5 A.当加上垂直于杆当加上垂直于杆ABAB的某一方向的匀强磁场后的某一方向的匀强磁场后, ,杆杆ABAB处于静止状态处于静止状态, ,则所加磁场的磁感应强度可能为则所加磁场的磁感应强度可能为(
32、 ( ) )A.1 T A.1 T B.5.5 TB.5.5 TC.4 T C.4 T D.7.5 TD.7.5 TBDBD解解析析: :金金属属导导轨轨光光滑滑, ,所所以以没没有有摩摩擦擦力力, ,则则金金属属棒棒只只受受重重力力、支支持持力力和和安安培培力力, ,根根据据平平衡衡条条件件, ,支支持持力力和和安安培培力力的的合合力力应应与与重重力力等等大大反反向向, ,三三力力的的矢矢量量关关系系如如图图所所示示, ,由由图图可可以以看看出出当当安安培培力力F F与与支支持持力力垂垂直直时时有有最最小小值值F Fminmin= = mgsin ,mgsin ,即即B BminminIl=
33、mgsin ,Il=mgsin ,解得解得B Bminmin=5 T,=5 T,选项选项B,DB,D正确正确. .1.1. 导体棒在安培力作用下的加速导体棒在安培力作用下的加速 (2019(2019河北衡水金卷河北衡水金卷) )据媒体报道据媒体报道, ,美国海美国海军最早将于军最早将于20202020年实现电磁轨道炮的实战部署年实现电磁轨道炮的实战部署, ,我国在该领域的研究也走在世我国在该领域的研究也走在世界的前列界的前列. .如图所示为电磁轨道炮原理示意图如图所示为电磁轨道炮原理示意图, ,图中虚线表示电流方向图中虚线表示电流方向, ,下列说下列说法正确的是法正确的是( ( ) )A.A.
34、如果电流方向如图中所示如果电流方向如图中所示, ,则该电流在两轨道间产生的磁场方向竖直向下则该电流在两轨道间产生的磁场方向竖直向下B.B.电流大小一定时电流大小一定时, ,两导轨距离越近两导轨距离越近, ,导轨之间的磁场越强导轨之间的磁场越强C.C.如果电流反向如果电流反向, ,炮弹所受安培力也会反向炮弹所受安培力也会反向, ,炮弹将无法发射出去炮弹将无法发射出去D.D.要提高炮弹的发射速度要提高炮弹的发射速度, ,导轨间距越小越好导轨间距越小越好B B题组训练题组训练解析解析: :根据安培定则根据安培定则, ,如果电流方向如图中所示如果电流方向如图中所示, ,则该电流在两轨道间产生的则该电流
35、在两轨道间产生的磁场方向竖直向上磁场方向竖直向上, ,故故A A项错误项错误; ;两平行导轨的电流方向相反两平行导轨的电流方向相反, ,在导轨之间产生在导轨之间产生的磁场方向相同的磁场方向相同, ,根据直线电流的磁场分布可知根据直线电流的磁场分布可知, ,电流大小一定时电流大小一定时, ,两导轨距两导轨距离越近离越近, ,导轨之间的磁场越强导轨之间的磁场越强, ,故故B B项正确项正确; ;如果电流反向如果电流反向, ,导轨之间的磁场方导轨之间的磁场方向反向向反向, ,通过炮弹的电流方向反向通过炮弹的电流方向反向, ,炮弹所受安培力方向不变炮弹所受安培力方向不变, ,故故C C项错误项错误;
36、;电电流一定时流一定时, ,导轨间距越小磁场越强导轨间距越小磁场越强, ,但炮弹的但炮弹的“有效长度有效长度”也变小也变小, ,影响安培影响安培力的大小力的大小, ,所以导轨间距并不是越小越好所以导轨间距并不是越小越好, ,而是要适当而是要适当, ,故故D D项错误项错误. .2.2. 导体棒在安培力作用下的平衡导体棒在安培力作用下的平衡 如图如图, ,一长为一长为10 cm10 cm的金属棒的金属棒abab用两个完全用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中; ;磁场的磁感应强度大小为磁场的磁感应强度大小为0.1 T,0.1 T,方向垂方向垂直于纸面向里直于纸
37、面向里; ;弹簧上端固定弹簧上端固定, ,下端与金属棒绝缘下端与金属棒绝缘. .金属棒通过开关与一电动势金属棒通过开关与一电动势为为12 V12 V的电池相连的电池相连, ,电路总电阻为电路总电阻为2 .2 .已知开关断开时两弹簧的伸长量均为已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5 cm;0.5 cm;闭合开关闭合开关, ,系统重新平衡后系统重新平衡后, ,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了了0.3 cm.0.3 cm.重力加速度大小取重力加速度大小取10 m/s10 m/s2 2. .判断开关闭合后金属棒所受安培力的方判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向
38、向, ,并求出金属棒的质量并求出金属棒的质量. .解析解析: :依题意依题意, ,开关闭合后开关闭合后, ,电流方向为从电流方向为从b b到到a,a,由左手定则可知由左手定则可知, ,金属棒所受金属棒所受的安培力方向为竖直向下的安培力方向为竖直向下. .开关断开时开关断开时, ,两弹簧各自相对于其原长的伸长量为两弹簧各自相对于其原长的伸长量为ll1 1=0.5 cm.=0.5 cm.由胡克定律由胡克定律和力的平衡条件得和力的平衡条件得2kl2kl1 1=mg =mg 式中式中,m,m为金属棒的质量为金属棒的质量,k,k是弹簧的劲度系数是弹簧的劲度系数,g,g是重力加速度的大小是重力加速度的大小
39、. .开关闭合后开关闭合后, ,金属棒所受安培力的大小为金属棒所受安培力的大小为F=ILB F=ILB 式中式中,I,I是回路电流是回路电流,L,L是金属棒的长度是金属棒的长度. .两弹簧各自再伸长了两弹簧各自再伸长了ll2 2=0.3 cm,=0.3 cm,由胡克定律和力的平衡条件得由胡克定律和力的平衡条件得2k(l2k(l1 1+l+l2 2)=mg+F )=mg+F 由欧姆定律有由欧姆定律有E=IR E=IR 式中式中,E,E是电池的电动势是电池的电动势,R,R是电路总电阻是电路总电阻. .联立联立式式, ,并代入题给数据得并代入题给数据得m=0.01 kg.m=0.01 kg.答案答案
40、: :见解析见解析核心素养核心素养直接测定磁感应强度是很困难的直接测定磁感应强度是很困难的, ,但可以通过测量安培力但可以通过测量安培力, ,或借助天平、电子或借助天平、电子测力计等仪器利用平衡方法测定测力计等仪器利用平衡方法测定. .素养提升素养提升 学科素养学科素养演练提升演练提升【思维拓展】【思维拓展】 磁感应强度的测定磁感应强度的测定类型一通过测量安培力测定类型一通过测量安培力测定【示例示例1 1】 图中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场图中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场. .现通现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力过测量通电导线在磁场中所受的安培力,
41、 ,来测量磁场的磁感应强度大小来测量磁场的磁感应强度大小, ,并判定并判定其方向其方向, ,所用部分器材已在图中给出所用部分器材已在图中给出, ,其中其中D D为位于纸面内的为位于纸面内的U U形金属框形金属框, ,其底边其底边水平水平, ,两侧边竖直且等长两侧边竖直且等长;E;E为直流电源为直流电源;R;R为电阻箱为电阻箱; ; 为电流表为电流表;S;S为开关为开关, ,此外此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线. .解析解析: :(1)(1)本实验的原理是本实验的原理是: :通过测量通过测量D D所受的安培力的大小和方向、电流的大所受的安培力的大小和方向、
42、电流的大小和方向、小和方向、D D的底边长度的底边长度, ,根据根据 F=BIL,F=BIL,测出测出B B的大小和方向的大小和方向; ;因此把电流表、因此把电流表、电阻箱、开关、电源和电阻箱、开关、电源和D D串联即可串联即可, ,如图所示如图所示. .(1)(1)在图中画线连接成实验电路图在图中画线连接成实验电路图. .答案答案: :(1)(1)图见解析图见解析(2)(2)完成下列主要实验步骤中的填空完成下列主要实验步骤中的填空: :按图连线按图连线. .保持开关保持开关S S断开断开, ,在托盘内加入适量细沙在托盘内加入适量细沙, ,使使D D处于平衡状态处于平衡状态; ;然后用天平称出
43、细然后用天平称出细沙质量沙质量m m1 1. .闭闭合合开开关关S S, ,调调节节R R的的值值使使电电流流大大小小适适当当, ,在在托托盘盘内内重重新新加加入入适适量量细细沙沙, ,使使D D; ; 然然后后读读出出, , 并并用用天天平平称称出出. . 用米尺测量用米尺测量. .解解析析: :(2)(2)根根据据步步骤骤可可知知D D的的重重力力G=mG=m1 1g,g,步步骤骤为为让让电电流流流流过过D,D,使使D D在在重重力力、安安培培力力和和细细线线的的拉拉力力下下重重新新平平衡衡, ,要要测测出出安安培培力力, ,需需要要测测出出拉拉力力, ,即即用用天天平平称称出出重重新新加
44、入细沙的总质量加入细沙的总质量; ;要测出要测出B,B,需要测出电流的大小和需要测出电流的大小和D D的底边的长度的底边的长度. .答案答案: :(2)(2)重新处于平衡状态电流表的示数重新处于平衡状态电流表的示数I I此时细沙的质量此时细沙的质量m m2 2DD的底的底边长度边长度L L(3)(3)用用测测得得的的物物理理量量和和重重力力加加速速度度g g表表示示磁磁感感应应强强度度的的大大小小, ,可可以以得得出出B=B=. .(4)(4)判定磁感应强度方向的方法是判定磁感应强度方向的方法是: :若若 , ,磁感应强度方向垂直纸面向外磁感应强度方向垂直纸面向外; ;反之反之, ,磁感应强度
45、方向垂直纸面向里磁感应强度方向垂直纸面向里. .(4)(4)由电路图知电流的方向水平向右由电路图知电流的方向水平向右,B,B方向若垂直纸面向外方向若垂直纸面向外, ,则安培力方向为竖则安培力方向为竖直向下直向下, ,有有F+mF+m1 1g=mg=m2 2g,g,即即m m2 2mm1 1. .类型二用电子测力计测定类型二用电子测力计测定【示例示例2 2】 小明在研究性学习中设计了一种可测量磁感应强度的实验小明在研究性学习中设计了一种可测量磁感应强度的实验, ,其装置其装置如图所示如图所示. .在该实验中在该实验中, ,磁铁固定在水平放置的电子测力计上磁铁固定在水平放置的电子测力计上, ,此时
46、电子测力计此时电子测力计的读数为的读数为G G1 1, ,磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场, ,其余区域磁场不计其余区域磁场不计. .直直铜条铜条ABAB的两端通过导线与一电阻连接成闭合回路的两端通过导线与一电阻连接成闭合回路, ,总阻值为总阻值为R.R.若让铜条水平且若让铜条水平且垂直于磁场垂直于磁场, ,以恒定的速率以恒定的速率v v在磁场中竖直向下运动在磁场中竖直向下运动, ,这时电子测力计的读数为这时电子测力计的读数为G G2 2, ,铜条在磁场中的长度为铜条在磁场中的长度为L.L.(1)(1)判断铜条所受安培力的方向判断铜条所受安培力的方向,G
47、,G1 1和和G G2 2哪个大哪个大? ?解析解析: :(1)(1)铜条匀速向下运动铜条匀速向下运动, ,由楞次定律可知由楞次定律可知, ,其所受安培力竖直向上其所受安培力竖直向上. .根据牛顿根据牛顿第三定律第三定律, ,铜条对磁铁的作用力竖直向下铜条对磁铁的作用力竖直向下, ,故故G G2 2GG1 1. .答案答案: :见解析见解析(2)(2)求铜条匀速运动时所受安培力的大小和磁感应强度的大小求铜条匀速运动时所受安培力的大小和磁感应强度的大小. .答案答案: :见解析见解析1.1.(2016(2016北京卷北京卷,17),17)中国宋代科学家沈括在中国宋代科学家沈括在梦溪笔谈梦溪笔谈中
48、最早记载了地中最早记载了地磁偏角磁偏角: :“以磁石磨针锋以磁石磨针锋, ,则能指南则能指南, ,然常微偏东然常微偏东, ,不全南也不全南也. .”进一步研究表进一步研究表明明, ,地球周围地磁场的磁感线分布示意如图地球周围地磁场的磁感线分布示意如图. .结合上述材料结合上述材料, ,下列说法不正确下列说法不正确的是的是( ( ) )A.A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合地理南、北极与地磁场的南、北极不重合B.B.地球内部也存在磁场地球内部也存在磁场, ,地磁南极在地理北极附近地磁南极在地理北极附近C.C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行D
49、.D.地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用C C高考模拟高考模拟解析解析: :磁偏角的存在说明地理南、北极与地磁场南、北极不重合磁偏角的存在说明地理南、北极与地磁场南、北极不重合; ;地球相当于地球相当于一个大磁铁一个大磁铁, ,地球内部也存在磁场地球内部也存在磁场, ,且地磁南极在地理北极附近且地磁南极在地理北极附近; ;由于地球磁由于地球磁感线并不是以地心为圆心的圆弧感线并不是以地心为圆心的圆弧, ,地球表面大部分位置的地磁场方向与地面地球表面大部分位置的地磁场方向与地面不平行不平行; ;地球赤道处地磁场方向沿南北方向地球赤道处地磁场方向沿南北方向, ,射向赤道的带电宇宙射线粒子方射向赤道的带电宇宙射线粒子方向与地磁场方向基本垂直向与地磁场方向基本垂直, ,带电宇宙射线粒子必受地磁场的洛伦兹力作用带电宇宙射线粒子必受地磁场的洛伦兹力作用, ,故故选选C.C.BCBCACAC
