最新高二必修物理磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用知識(shí)點(diǎn)

2017-02-08 19:39:21 來(lái)源：精品學(xué)習(xí)網(wǎng)

　　聰明出于勤奮，天才在于積累。我們要振作精神，下苦功學(xué)習(xí)。一路向南、育路小編準(zhǔn)備物理磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用知識(shí)點(diǎn)，希望能幫助到大家。

　　【高考目標(biāo)導(dǎo)航】

　　考綱點(diǎn)擊熱點(diǎn)提示

　　磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線

　　通電電流導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場(chǎng)的方向

　　安培力、安培力的方向

　　勻場(chǎng)磁場(chǎng)中的安培力

　　洛倫茲力、洛倫茲力方向

　　洛倫茲力公式

　　帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

　　質(zhì)譜儀和回旋加速器

　　說(shuō)明：(1)安培力的計(jì)算只限于電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直的情形

　　(2)洛倫茲力的計(jì)算只限于速度與磁場(chǎng)方向垂直的情形1.考查磁場(chǎng)的基本概念，如磁感線、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通量等，一般以選擇題的形式出現(xiàn)

　　2.結(jié)合左手定則分析解決通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的平衡，運(yùn)動(dòng)類問(wèn)題，以非選擇題的形式考查居多

　　3.帶電粒子在勻場(chǎng)磁場(chǎng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，確定其圓心、半徑、運(yùn)動(dòng)軌跡等

　　4.帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，以及分析解決電磁式電表、電流天平、粒子速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、質(zhì)譜儀、回旋加速器、霍爾效應(yīng)、電磁流量計(jì)等磁場(chǎng)知識(shí)在生活和科技方面的應(yīng)用問(wèn)題，幾乎是每年高考考查的重點(diǎn)，常以計(jì)算題的形式出現(xiàn)。

　　【考綱知識(shí)梳理】

　　磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度

　　磁場(chǎng)：

　　(1)基本特性：對(duì)放入磁場(chǎng)中的(磁極、電流、運(yùn)動(dòng)的電荷)有力的作用，它們的相互作用通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生。

　　(2)方向：磁場(chǎng)中任一點(diǎn)小磁針北極(N極)的受力方向(小磁針靜止時(shí)N的指向)為該處的磁場(chǎng)方向。

　　2、磁感應(yīng)強(qiáng)度：

　　(1)表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量

　　(2)大小：B=F/IL

　　(3)方向：;是小磁針靜止時(shí)N極的指向

　　3、磁通量

　　(1)概念：磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直磁場(chǎng)方向的面積S的乘積叫穿過(guò)這個(gè)面積的磁通量，Φ=B×S

　　(2)單位：1wb=1T?m2

　　4、安培分子環(huán)型電流假說(shuō)：分子、原子等物質(zhì)的微粒內(nèi)部存在一種環(huán)形電流，叫分子電流。這種環(huán)形電流使得每個(gè)物質(zhì)微粒成為一個(gè)很小的磁體。這就是安培分子電流假說(shuō)。

　　二、磁感線及幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)分布

　　1、磁感線：磁場(chǎng)中人為地畫(huà)出一系列曲線，曲線的切線方向表示該位置的磁場(chǎng)方向，曲線的疏密能定性地表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，這一系列曲線稱為磁感線。

　　2、幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)分布

　　(1)

　　(2)地磁場(chǎng)

　　三、安培力的大小和方向

　　1、安培力的大小：

　　(1)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直的情況下,電流所受的安培力F安等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度 L三者的乘積. F安=BIL 通電導(dǎo)線方向與磁場(chǎng)方向成θ角時(shí),F安=BILsinθ

　　(2)當(dāng)I⊥B時(shí)(θ=90°),Fmax=BIL;

　　(3)當(dāng)I∥B時(shí)(θ= 0°),Fmin= 0 ;

　　2、安培力的方向

　　(1)左手定則：

　　伸開(kāi)左手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直，并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)，把手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開(kāi)的四指指向電流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向.

　　(2)安培力方向的特點(diǎn)：

　　總是垂直于B和I所決定的平面，即F安⊥B且F安⊥I(但B、L不一定垂直)。

　　①已知B和I的方向，可用左手定則唯一確定F安的方向;

　　②已知B 和F安的方向，當(dāng)導(dǎo)線的位置確定時(shí)，可唯一確定I的方向;

　　③已知I和F安的方向，不能唯一確定B的方向;

　　四、磁電式電流表工作原理

　　由于這種磁場(chǎng)的方向總是沿著徑向均勻地分布的，在距軸線等距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小總是相等的，這樣不管線圈轉(zhuǎn)到什么位置，線圈平面總是跟它所在位置的磁感線平行，I與指針偏角θ成正比，I 越大指針偏角越大，因而電流表可以量出電流I的大小，且刻度是均勻的，當(dāng)線圈中的電流方向改變時(shí)，安培力的方向隨著改變，指針偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變，又可知道被測(cè)電流的方向。

　　【要點(diǎn)名師透析】

　　一、對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解

　　1.磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場(chǎng)性質(zhì)的物理量，是用比值法定義的.

　　2.勻強(qiáng)磁場(chǎng)：磁感應(yīng)強(qiáng)度處處相同，磁感線是一組平行且等間距的直線.

　　【例1】關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說(shuō)法正確的是( )

　　A.一小段通電導(dǎo)線放在B為零的位置，那么它受到的磁場(chǎng)力也一定為零

　　B.通電導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力為零，該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度也一定為零

　　C.放置在磁場(chǎng)中1 m長(zhǎng)的通電導(dǎo)線，通過(guò)1 A的電流，受到的磁場(chǎng)力為1 N，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度就是 1 T

　　D.磁場(chǎng)中某處的B的方向跟電流在該處受到的磁場(chǎng)力F的方向相同

　　【答案】選A.

　　【詳解】根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義，A選項(xiàng)對(duì).B選項(xiàng)通電導(dǎo)線(電流I)與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，磁場(chǎng)力為零，磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，B選項(xiàng)錯(cuò). C選項(xiàng)只有通電導(dǎo)線(電流I)與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，該處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小才為1 T，C選項(xiàng)錯(cuò). D選項(xiàng)B與F方向一定垂直，D選項(xiàng)錯(cuò).

　　二、通電導(dǎo)體在安培力作用下運(yùn)動(dòng)的判斷

　　判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁場(chǎng)分布情況，然后利用左手定則準(zhǔn)確判定導(dǎo)體的受力情況，進(jìn)而確定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向.現(xiàn)對(duì)五種常用的方法列表如下：

　　【例2】如圖所示，把一重力不計(jì)的通電直導(dǎo)線放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導(dǎo)線可以自由移動(dòng).當(dāng)導(dǎo)線中通有如圖所示方向的電流I時(shí)，試判斷導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況.

　　【詳解】(1)根據(jù)如圖所示的導(dǎo)線所處的特殊位置判斷其運(yùn)動(dòng)情況.將導(dǎo)線AB從N、S極的中間O分成兩段，由左手定則可得AO段所受安培力的方向垂直于紙面向外，BO段所受安培力的方向垂直于紙面向里，可見(jiàn)從上向下看，導(dǎo)線AB將繞O點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).

　　(2)根據(jù)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)的特殊位置判斷其上下運(yùn)動(dòng)情況.如圖所示，導(dǎo)線AB此時(shí)所受安培力方向豎直向下，導(dǎo)線將向下運(yùn)動(dòng).

　　(3)由上述兩個(gè)特殊位置的判斷可知，當(dāng)導(dǎo)線不在上述的特殊位置時(shí)，所受安培力使AB逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還要向下運(yùn)動(dòng).

　　三、與安培力有關(guān)的力學(xué)綜合問(wèn)題

　　1.安培力的大小

　　安培力常用公式F=BIL，要求兩兩垂直，應(yīng)用時(shí)要滿足：

　　(1)B與L垂直;

　　(2)L是有效長(zhǎng)度，即垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的長(zhǎng)度;如彎曲導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度L等于兩端點(diǎn)所連直線的長(zhǎng)度(如圖所示)，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端.因?yàn)槿我庑螤畹拈]合線圈，其有效長(zhǎng)度為零，所以閉合線圈通電后在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，受到的安培力的矢量和為零.

　　2.通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的平衡和加速問(wèn)題的分析思路

　　(1)選定研究對(duì)象;

　　(2)變?nèi)S為二維，如側(cè)視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫(huà)出平面受力分析圖，其中安培力的方向要注意F安 ⊥ B、F安⊥I.

　　(3)列平衡方程或牛頓第二定律的方程式進(jìn)行求解.

　　3.安培力做功的特點(diǎn)和實(shí)質(zhì)

　　(1)安培力做功與路徑有關(guān)，不像重力、電場(chǎng)力做功與路徑無(wú)關(guān).

　　(2)安培力做功的實(shí)質(zhì)：起傳遞能量的作用.

　　①安培力做正功：是將電源的能量傳遞給通電導(dǎo)線后轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動(dòng)能或轉(zhuǎn)化為其他形式的能.

　　②安培力做負(fù)功：是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后儲(chǔ)存起來(lái)或轉(zhuǎn)化為其他形式的能.

　　【例3】(2011?泉州模擬)(14分)如圖所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離L=0.40 m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角θ=37°，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50 T，方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng).金屬導(dǎo)軌的一端接有電動(dòng)勢(shì)E=4.5 V、內(nèi)阻r=0.50 Ω的直流電源.現(xiàn)把一個(gè)質(zhì)量m=0.040 kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止.導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點(diǎn)間的電阻R0=2.5 Ω，金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)，g取10 m/s2.已知sin37°=0.60,cos37°=0.80，求：

　　(1)通過(guò)導(dǎo)體棒的電流;

　　(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大小;

　　(3)導(dǎo)體棒受到的摩擦力.

　　【答案】(1)1.5 A (2)0.30 N (3)0.06 N，方向沿斜面向下

　　【詳解】(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律 (4分)

　　(2)導(dǎo)體棒受到的安培力F安=BIL=0.30 N (4分)

　　(3)將重力正交分解，設(shè)導(dǎo)體棒所受重力沿斜面的分力為F1，則F1=mgsin37°=0.24 N (2分)

　　所以F1解得Ff=0.06 N，方向沿斜面向下 (2分)

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　　(責(zé)任編輯：彭海芝)