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《名师伴你行》2012届高考物理一轮复习学案课件第八章磁场8.1磁感应强度安培力

发布时间:

主题

内容

磁场

磁场、磁感应强度、磁感线 通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 安培力、安培力的方向 匀强磁场中的安培力 洛伦兹力、洛伦兹力的方向 洛伦兹力的公式 带电粒子在匀强磁场中的运动 质谱仪和回旋加速器

要求
Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅰ

说明
1.安培力的计算只限 于电流与磁感应强 度垂直的情形
2.洛伦兹力的计算只 限于速度与磁场方 向垂直的情形

由近几年高考试题可以看出,每一套试卷中都有关于磁场的考题,
考题形式既有选择题又有计算题,并且计算论述题的分值都较高。本 章的高考热点,主要集中在:
1.带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题,常常涉及圆心的确 定、轨迹半径、运动时间及偏向角的计算,所涉及的磁场,多为有界 磁场或两种不同的匀强磁场。
2.带电质点在复合场中的运动问题,常常涉及牛顿运动定律、圆周 运动、动能定理及平衡状态等力学知识,形成具有较强综合性的考题。
3.通电导体在磁场中的平衡问题。 4.将磁场知识跟生活实际或现代科技手段相结合。如2009年高考广 东物理卷的质谱仪、宁夏辽宁理综卷的电磁血流计和江苏物理卷的回 旋加速器,题目新颖、灵活性高、综合性强。

1.对本章的重要概念,如磁感应强度、磁感线、磁通量、安培力、洛伦兹力 等要深刻理解、准确掌握。
2.对各种磁场分布图如:条形磁铁的磁场、蹄形磁铁的磁场、同名磁极靠近 区域的磁场、异名磁极靠近区域的磁场、通电直导线周围的磁场、通电螺线管的 磁场、环形电流的磁场等,要从立体图、横截面图、纵截面图等不同角度识记且 能够根据处理问题的需要准确画出。
3.针对安培定则,左手定则以及下一章中的右手定则易混的特点,复习时可 通过比较、区别,反复练习的方法,从而达到准确应用。
4.对安培力的复习,不但要明确其大小、方向,还要学会用“电流元 法”“特殊位置法”“等效分析法”等方法。分析具体问题将立体图转化为平面 图进行受力分析,是解决涉及到安培力的综合问题的有效途径。
5.带电粒子在匀强磁场中的运动是本章的重点。涉及带电粒子在匀强磁场中 的匀速圆周运动问题要按定圆心、画轨迹、求半径的方法根据几何关系和运动学 方程求解。
6.本章知识与生产、生活、现代科技联系密切,如带电粒子在磁场中的运动 与质谱仪、回旋加速器、粒子速度选择器、等离子体发电机、电磁流量计等相联 系,可以设计一些生产、生活中对这些知识应用的原型,让学生应用所学知识进 行分析,提高学生应用知识解决实际问题的能力。

要点 安培力作用下物体运动方向的判断
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。现对几种常用的方法列表比较如下:

电流元法 特殊位置法
等效法
结论法
转换研究对 象法

把整段弯曲导线分为多段直流电流元,先用左手定则判断每段电流元受力 的方向,然后判断整段导线所受合力的方向,从而确定导线运动的方向
通电导线转动到某个便于分析的特殊位置时,判断其所受安培力的方向, 从而确定其运动方向
环形电流可等效成小磁针,通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电 流,反过来等效也成立。等效后再确定相互作用情况
两平行直线电流在相互作用过程中,无转动趋势,同向电流互相吸引,反 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
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

热点一 安培力作用下导体运动情况的判定

【例1】如图8-1-3所示,把一重力不计的通电直导线水平放在蹄

形磁铁两极的正上方,导线可以自由转动,当导线通入图

A 示方向电流I时,导线的运动情况是(从上往下看)(

)

A.顺时针方向转动,同时下降

B.顺时针方向转动,同时上升

C.逆时针方向转动,同时下降

D.逆时针方向转动,同时上升

图8-1-3

【解析】(1)电流元法:设导线中心为O点,把直线电流等效为AO、OB 两段电流元,由左手定则可以判断出AO段受力方向垂直纸面向外,OB段受 力方向垂直纸面向内,因此,从上向下看AB将以中心O为轴顺时针转动。
(2)特殊位置法:用导线转过90°的特殊位置来分析,根据左手定则判 得安培力的方向向下,故导线在顺时针转动的同时向下运动。故选A。

【名师支招】判断通电导线在安培力作用下的运动时方法很多。关键在
于根据不同的情况选择不同的解法。解决本题时应明确转动和下降是同时进 行,不要因为用了两种方法而认为是两个过程。

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如图8-1-4所示,在光滑的水平桌面上放着一个矩 形导线框abcd,其中通有顺时针方向的电流。在 矩形线框的左侧固定着一个长直导线MN,MN与 ad边平行,并与线框在同一平面内。当长直导线
A MN中通有自下而上的电流时,矩形线框将( )
A.沿光滑桌面向左移动 B.沿光滑桌面向右移动 C.以ad边为轴逆时针转动 D.以ab边为轴转动

图8-1-4

热点二 安培力作用下物体的平衡

【例2】如图8-1-5所示,在倾角θ=30°的斜面上,固定一金属框架,宽L=0.25 m,接入电动势 E=12 V、内阻不计的电池。在框架上放有一根质量m=0.2 kg的金属棒ab,它与框架的动摩 擦因数μ= 3 ,6 整个装置放在磁感应强度B=0.8 T、垂直框架向上的匀强磁场中。当调节 滑动变阻器R的阻值在什么范围内时,可使金属棒静止在框架上?框架与棒的电阻不计,g 取10 m/s2。

【答案】1.6 Ω≤R≤4.8 Ω
【解析】(1)当变阻器R取值较小时,I较大,安培力F较大,会
使金属棒产生沿框架上滑的趋势,因此,框架对棒的摩擦力沿框 架向下,如图8-1-6(1)所示。金属棒刚好不上滑时满足平衡条件
B(E/R1)L-μmgcosθ-mgsinθ=0, R1=BEL/[mg(sinθ+μcosθ)]=1.6 Ω。 (2)当变阻器R取值较大时,I较小,安培力F较小,在金属棒重 力分力mgsinθ作用下,使棒有沿框架下滑的趋势,框架对棒的摩 擦力沿框架向上,如图8-1-6(2)所示。 金属棒刚好不下滑时满足平衡条件
B(E/R2)L+μmgcosθ-mgsinθ=0,得 R2=BEL/[mg(sinθ-μcosθ)]= 0.8×12×0.25/[0.2×10×(0.5- 3 2× 3 6 ) ]Ω=4.8 Ω 所以R的取值范围应为1.6 Ω≤R≤4.8 Ω。

图8-1-5 图8-1-6

【名师支招】有关安培力的平衡问题往往涉及到三维立体空间问题,处理相关安培力 问题时,画出导体棒的横截面受力图,变三维为二维便可变难为易,迅速解题。

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图8-1-7为一电流表的原理示意图。质量为m的匀质细金属棒MN的中心处通过一绝 缘挂钩与一竖直悬挂的弹簧相连,弹簧劲度系数为k。在矩形区域abcd内有匀强磁 场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外。与MN的右端N连接的一绝缘轻指 针可指示标尺上的读数,MN的长度大于ab。当MN中没有电流通过且处于平衡状 态时,MN与矩形区域的cd边重合;当MN中有电流通过时,指针示数可表示电流 强度。
(1)当电流表示数为零时,弹簧伸长多少?(重力加速度为g) (2)若要电流表正常工作,MN的哪一端应与电源正极相接? (3)若k=2.0 N/m,ab=0.2 m,bc=0.050 m,B=0.20 T,此电
流表的量程是多少?(不计通电时电流产生的磁场的作用) (4)若将量程扩大2倍,磁感应强度变为多大?

【答案】(1)mg/k (2)M端

图8-1-7

(3) 2.5 A

(4)0.10 T



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