【备战2023高考】物理总复习——10.1《磁场的描述及安培力》讲义（全国通用）

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第十章 磁场【网络构建】专题10.1磁场的描述及安培力【网络构建】考点一 磁场描述及磁场的叠加一、磁场、磁感应强度1．磁场(1)基本性质：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁力的作用．(2)方向：小磁针的N极所受磁场力的方向．2．磁感应强度(1)物理意义：描述磁场强弱和方向．(2)定义式：B＝eq \f(F,IL)(通电导线垂直于磁场)．(3)方向：小磁针静止时N极的指向．(4)单位：特斯拉，符号T.二、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磁感应强度的方向一致．2．磁感线的特点(1)磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向．(2)磁感线的疏密定性地表示磁场的强弱，在磁感线较密的地方磁场较强；在磁感线较疏的地方磁场较弱．(3)磁感线是闭合曲线，没有起点和终点．在磁体外部，从N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极．(4)同一磁场的磁感线不中断、不相交、不相切．(5)磁感线是假想的曲线，客观上不存在．3．电流周围的磁场三、磁场叠加问题的一般解题思路(1)确定磁场场源，如通电导线．(2)定位空间中需求解磁场的点，利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁场的大小和方向．如图所示为M、N在c点产生的磁场．(3)应用平行四边形定则进行合成，如图中的合磁场．考点二 导体运动趋势的判断1．判定导体运动情况的基本思路判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。2.判断导体运动趋势常用方法考点三 安培力作用力下的平衡或加速问题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．高频考点一 磁场描述及磁场的叠加例1、如图，两根平行通电长直导线固定，左边导线中通有垂直于纸面向外、大小为I1的恒定电流，两导线连线(水平)的中点处，一可自由转动的小磁针静止时N极方向平行于纸面向下。忽略地磁场的影响。关于右边导线中的电流I2，下列判断正确的是(　　)A．I2I1，方向垂直于纸面向外C．I2I1，方向垂直于纸面向里【变式训练】如图，等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点M、N与直流电源两端相接．已知导体棒MN受到的安培力大小为F，则线框LMN受到的安培力的大小为(　　)A．2F B．1.5F C．0.5F D．0 高频考点二 导体运动趋势的判断例2、一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，如图所示．当两线圈中通以图示方向的电流时，从左向右看，线圈L1将(　　)A．不动　 B．顺时针转动 C．逆时针转动 D．在纸面内平动【变式训练】如图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面．当线圈内通以图中方向的电流后，线圈的运动情况是(　　)A．线圈向左运动　 B．线圈向右运动C．从上往下看顺时针转动 D．从上往下看逆时针转动高频考点三 安培力作用力下的平衡或加速问题安培力作用下导体的平衡问题 例3、如图所示，两平行光滑金属导轨MN、PQ间距为l，与电动势为E、内阻不计的电源相连，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，回路平面与水平面的夹角为θ，回路其余电阻不计．为使ab棒静止，需在空间施加一匀强磁场，其磁感应强度的最小值及方向分别为(　　)A．eq \f(mgR,El)，水平向右 B.eq \f(mgRcos θ,El)，垂直于回路平面向上C．eq \f(mgRtan θ,El)，竖直向下 D.eq \f(mgRsin θ,El)，垂直于回路平面向下【变式训练】如图所示，有两根长为L、质量为m的细导体棒a、b，a被水平放置在倾角为45°的光滑斜面上，b被水平固定在与a在同一水平面的另一位置，且a、b平行，它们之间的距离为x.当两细棒中均通以电流为I的同向电流时，a恰能在斜面上保持静止，则下列关于b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度的说法正确的是(　　)A．方向竖直向上 B．大小为eq \f(\r(2)mg,2LI)C．要使a仍能保持静止，而减小b在a处的磁感应强度，可使b上移D．若使b下移，a将不能保持静止安培力作用下导体的加速问题例4、光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分，O点为圆弧的圆心．两金属轨道之间的宽度为0.5 m，匀强磁场方向如图所示，大小为0.5 T．质量为0.05 kg、长为0.5 m的金属细杆置于金属水平轨道上的M点．当在金属细杆内通以电流强度为2 A的恒定电流时，金属细杆可以沿轨道向右由静止开始运动．已知MN＝OP＝1 m，则下列说法中正确的是(　　)A．金属细杆开始运动时的加速度大小为5 m/s2 B．金属细杆运动到P点时的速度大小为5 m/sC．金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为10 m/s2D．金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为0.75 N【变式训练】如图所示，两平行导轨ab、cd竖直放置在匀强磁场中，匀强磁场方向竖直向上，将一根金属棒PQ放在导轨上，使其水平且始终与导轨保持良好接触．现在金属棒PQ中通以变化的电流I，同时释放金属棒PQ使其运动．已知电流I随时间变化的关系为I＝kt(k为常数，k>0)，金属棒PQ与导轨间的动摩擦因数一定．以竖直向下为正方向，则下面关于金属棒PQ的速度v、加速度a随时间变化的关系图象中，可能正确的是(　　) 近5年考情分析考点要求等级要求考题统计2022 2021202020192018磁场的描述及安培力Ⅱ上海卷·T17上海卷·T15湖南卷·T3乙卷·T18浙江1月卷·T7甲卷·T25甲卷·T16浙江6月卷·T15北京卷·T8Ⅰ卷·T17 = 2 \* ROMAN \* MERGEFORMAT II卷·T20江苏卷·T21浙江4月卷·T7磁场对运动电荷的作用 Ⅱ辽宁卷·T8广东卷·T7浙江1月卷·T3浙江6月卷·T22乙卷·T16湖南卷·T16Ⅰ卷·T18Ⅱ卷·T24Ⅲ卷·T18Ⅰ卷·T24Ⅱ卷·T17海南卷·T13江苏卷·T23带电粒子在组合场、叠加场中的运动 Ⅱ广东卷·T8甲卷·T18浙江1月卷·T22山东卷·T17湖南卷·T13甲卷·T25河北卷·T5河北卷·T14Ⅱ卷·T17Ⅲ卷·T18 = 1 \* ROMAN \* MERGEFORMAT I卷·T25 = 2 \* ROMAN \* MERGEFORMAT II卷·T25 = 3 \* ROMAN \* MERGEFORMAT III卷·T24北京卷·T18天津卷·T27浙江4月卷·T22核心素养物理观念：1.认识电路及其特点，理解电源电动势等重要概念；2.掌握焦耳定律、闭合电路欧姆定律的应用．科学思维：1.分析电路结构，判断电路有关问题；2.用闭合电路欧姆定律计算电路有关问题．科学探究：1.善于发现问题，提出合理猜想、设计实验、分析论证、反思评估；2.通过创设问题情境，激发探究欲望，提高实验探究能力．科学态度与责任：1.树立安全用电、节约用电的思想意识；2.通过实验培养严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度．命题规律本章主要考查电流的磁效应、安培力、带电粒子在磁场中运动的问题，主要涉及各种电流产生的磁场、安培力的大小和方向、带电粒子在洛伦兹力作用下的运动，主要体现在以下几方面:(1)电流磁效应主要结合安培力的大小和方向、静电力平衡、安培力做功等问题考查。(2)匀强磁场中带电粒子做圆周运动，主要涉及群发粒子的收集比例问题。(3)带电粒子在复合场的运动主要涉及叠加和不叠加两种形式，主要考查轨迹多解问题和霍尔效应、磁流体发电机等。备考策略2023年高考本着稳中有变的原则，考查重点不会有太大的变化.主要还是通过多解、分类讨论等方式结合霍尔效应等难点考查科学推理、模型建构等核心素养。选择题一般考查磁场的基础知识和基本规律，难度不大:计算题主要是考查安培力、带电粒子在磁场中的运动，以及与力学、电学、能量知识的综合应用，难度较大，较多的是高考的压轴题。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，磁场越弱安培定则电流元法分割为电流元eq \o(――――→,\s\up12(左手定则))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