【2021暑】易物理_高二讲义_冲顶班_第6讲.pdf

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1、06【公众号：实用视界】第 6 讲磁场与安培力本讲大招一：等效法定性分析安培力本讲重点一：安培定则本讲重点二：左手定则微波炉的工作原理微波是一种电磁波。这种电磁波很有“个性”：一碰到金属就发生反射，金属根本没有办法吸收或传导它；微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透过，而且它的能量还会被食物吸收。这种肉眼看不见的微波能使食物中的水分子随之迊动，剧烈的迊动产生了大量的热量。这就是微波炉加热的原理。【公众号：实用视界】课程目标知识目标理解磁场的概念及磁感线的定义，会用安培定则判断通电导线周围的磁场分布；1.理解安培力的概念，会用左手定则判定安培力的

2、方向，会用公式计算安培力的大小；2.学会判断两个平行通电直导线相互作用力的方向；3.掌握安培力参与的动力学问题。4.大招技巧目标熟练使用“等效法”定性分析安培力。1.知识导图磁场与安培力磁场与安培定则安培力及其应用大招：等效法定性分析安培力安培定则地磁场左手定则安培力的计算安培力的应用随 堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-102-【公众号：实用视界】本讲例题安排知识模块例题邠要性技巧性磁场与安培定则1、2安培力及其应用3、4、5、6、7、8、9、10大招：等效法定性分析安培力11、12、13冲顶班专用：磁力矩14、15、16 第 6 讲磁 场 与 安 培 力-103-

3、【公众号：实用视界】模块一磁场与安培定则知识精讲磁现象1磁性、磁体（1）物质具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。（2）具有磁性的物体叫磁体。2磁极磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫磁极。任何磁体都有两个磁极，一个叫南极（又称 极），另一个叫北极（又称 极）。3磁极间的相互作用 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。电流的磁效应1820年，丹麦物理学家奥斯特发现，导线通电后，其下方与导线平行的小磁针发生偏转，如图所示：实验结论：通电导线周围存在磁场，即电流可以产生磁场。随 堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-104-【公众号：实用视界】磁场1定义客观存在于磁体或电

4、流周围的一种物质。2磁场的基本性质对放入其中的磁体或电流可产生力的作用。3磁场的产生（1）永磁体周围存在磁场。（2）电流周围存在磁场电流的磁效应。磁感线1定义形象地描述磁场的强弱和方向的曲线。（1）磁感线上每一点的切线方向为该点的磁场方向。（2）磁感线越密的地方磁场越强，磁感线越疏的地方磁场越弱。2性质（1）磁感线是假想的曲线，并不是客观存在的。没有画磁感线的地方，并不表示那里没有磁场。（2）与电场线一样，通过磁场中的任何一点都能画出而且只能画出一条磁感线，即磁感线彼此不相交、不相切。3条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线第 6 讲磁 场 与 安 培 力-105-【公众号：实用视界】磁感线4匀强磁场（1

5、）匀强磁场是指在磁场中各处的磁感应强度的大小和方向全都相同的磁场。（2）匀强磁场的磁感线是平行等距的。判断电流产生的磁场方向安培定则1通电直导线周围的磁场（1）安培定则：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，这个规律也叫右手螺旋定则。（2）磁感线分布：如图所示随 堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-106-【公众号：实用视界】判断电流产生的磁场方向安培定则2环形电流的磁场（1）安培定则：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向。（2）磁感线分布：如图所示：3通电螺线管的磁

6、场（1）安培定则：用右手握住螺线管，让弯曲的四指的方向跟电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管中心轴线上的磁感线方向。（2）磁感线分布：如图所示：第 6 讲磁 场 与 安 培 力-107-【公众号：实用视界】典型例题例1如图所示，图、图 是直线电流的磁场，图、图 是环形电流的磁场，图、图 是螺线管电流的磁场。试在各图中补画出电流方向或磁感线的方向。例2中国宋代科学家沈括在梦溪笔谈中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图。结合上述材料，下列说法不正确的是（）A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合B.地球内部也存

7、在磁场，地磁南极在地理北极附近C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行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随 堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-108-【公众号：实用视界】模块二安培力及其应用知识精讲磁感应强度1物理意义描述磁场强弱和方向的物理量，用符号“”表示。2方向小磁针静止时 极所指的方向为该点的磁感应强度的方向，简称为磁场的方向。3大小（1）在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线受到的磁场力 ，跟电流 和导线长度 的乘积 的比值，叫做通电直导线所在处的磁场的磁感应强度 。（2）单位：特斯拉，简称“特”，符号是“”。4理解（1）与电场强度 一样，

8、磁感应强度 是由磁场本身决定的。（2）磁感应强度是矢量，其方向就是磁场的方向。磁感应强度的叠加遵循平行四边形定则。第 6 讲磁 场 与 安 培 力-109-【公众号：实用视界】安培力1定义通电导线在磁场中受到的力叫做安培力。2大小（1）与 互相垂直，安培力 。（2）与 不垂直时，安培力 （为电流与磁场方向的夹角）。3方向满足左手定则。左手定则1伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内。让磁感线从掌心穿入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。2安培力方向既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，即安培力总垂直于磁场方向与电流方向所决定的平

9、面。随 堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-110-【公众号：实用视界】典型例题例3如图是条形磁铁的部分磁感线分布示意图，关于图中、两点磁场的描述，正确的是 （）A.点的磁场方向为图中指向B.点的磁场方向为图中指向C.点的磁感应强度大于 点的磁感应强度D.点的磁感应强度小于 点的磁感应强度例4如图所示的匀强磁场，磁感应强度大小为，通电直导线与磁场方向垂直，导线长度为导线中电流为。该导线所受安培力的大小为 （），A.B.C.D.例5将长度为、通有电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示。已知磁感应强度为，试求下列各图中导线所受安培力的大小。（1）1。（2）2

10、。（3）3。（4）4。第 6 讲磁 场 与 安 培 力-111-【公众号：实用视界】例6（多选）以下选项中表示电流、磁场和磁场对电流作用力三者的方向关系，正确的是（）A.B.C.D.例7如图直导线通入垂直纸面向里的电流，在下列匀强磁场中，导线能静止在光滑斜面上的是（）A.B.C.D.例8如图所示，两光滑平行金属导轨固定在倾角为 的同一斜面内，间距为，其下端有内阻为 的电源，整个装置处在垂直导轨平面向下，磁感应强度为的匀强磁场中，一质量为、电阻为的导体棒垂直导轨放置在导轨上，接触良好，且保持静止状态。不计导轨电阻。已知重力加速度为。求：（1）导体棒所受安培力的大小和方向；（2）电源的电动势。随

11、堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-112-【公众号：实用视界】例9如图甲所示“电磁炮”是利用电磁力对弹体加速的新型武器。图乙是“电磁炮”的原理结构示意图。光滑水平导轨宽度为。在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度。“电磁炮”的弹体总质量。在某次试验过程中，电源为加速的弹体提供的恒定电流，不计空气阻力。求：（1）弹体所受安培力大小；（2）弹体从静止加速到，轨道至少要多长？例10两条平行直导线通以如图所示的电流时，呈虚线所示的状态，由该实验现象可知两导线通以（）A.反向电流时，相互排斥B.反向电流时，相互吸引C.同向电流时，相互排斥D.同向电流时，相互作用力为零第 6

12、讲磁 场 与 安 培 力-113-【公众号：实用视界】秋季赏析示例三根相互平行的通电长直导线放在等边三角形的三个顶点上，如图所示为其截面图，电流方向如图，若每根导线的电流均为，每根直导线单独存在时，在三角形中心点产生的磁感应强度大小都是，则三根导线同时存在时的磁感应强度大小为（）A.B.C.D.答案：C根据安培定则及几何关系，三根导线在点产生的磁感应强度的方向如图所示：则根据平行四边形定则进行合成可知，三根导线同时存在时的磁感应强度大小为，水平向左。故选：。解答：随 堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-114-【公众号：实用视界】大招迼解假设 处有一垂直于纸面向里的电流

13、，则其受力如图，求得 ，故 。合合故选：。第 6 讲磁 场 与 安 培 力-115-【公众号：实用视界】模块三大招：等效法定性分析安培力知法必备 NO.084/112 创新思维易物理-112个大招帮到你随 堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-116-【公众号：实用视界】勤耕不辍例11如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在磁铁右上方固定一根与磁铁垂直的长直导线，当导线中通以由外向内的电流时，下列说法正确的是（）A.磁铁受到向左的摩擦力，且对桌面的压力减小B.磁铁受到向右的摩擦力，且对桌面的压力减小C.磁铁受到向左的摩擦力，且对桌面的压力增大D.磁铁不受摩擦力，对桌面的压力

14、不变例12如图所示，条形磁铁放在桌面上，一根通电直导线由S极的上端平移到N极上端的过程中，导线保持与磁铁垂直，导线的通电方向如图中所示，则这个过程中磁铁受到的摩擦力（磁铁保持静止）（）A.为零B.方向由向左变为向右C.方向保持不变D.方向由向右变为向左第 6 讲磁 场 与 安 培 力-117-【公众号：实用视界】例13如图所示，在固定位置的条形磁铁 极附近悬挂一个金属线圈，线圈与水平磁铁位于同一竖直平面内，当线圈中通入沿图示方向的电流时，将会看到（）A.线圈向左平移B.线圈向右平移C.从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁D.从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁铁随 堂 讲 义【2 0 2

15、 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-118-【公众号：实用视界】模块四冲顶班专用：磁力矩知识精讲推导过程我们先通过图示的例子研究，矩形线圈 在匀强磁场 中绕轴 旋转，线圈中通有电流 ，某时刻线圈平面与磁场方向夹角为 ，线圈各边长度如图中所示。此时，边所受磁力矩 ，从上向下看沿逆时针方向；边所受磁力矩 ，从上向下看沿逆时针方向；故线圈所受合力矩为，其中 为线圈面积，为平行磁场方向的投影面积。若线圈匝数为 匝，则 。上述推导过程是利用矩形线圈推导的，实际对于任意形状的线圈都适用，我们不加证明地给出下列结论：匀强磁场对通电线圈的磁力矩为，其中 为线圈匝数，为流过线圈的电流，为线圈面积，为线圈平面与

16、磁场方向的夹角。无论线圈形状如何、转轴（与垂直磁场）位置如何，都可用上式计算。如果写成矢量形式，其中 的方向为平面法向的方向。第 6 讲磁 场 与 安 培 力-119-【公众号：实用视界】典型例题例14一个长为，宽为，质量为的矩形导电线框，由质量均匀分布的刚性杆构成，静止放置在不导电的水平桌面上，可绕与线框的一条边重合的光滑固定轴转动，在此边中串接一能输出可变电流的电流源（图中未画出）。线框处在匀强磁场中，磁场的磁感应强度沿水平方向且与转轴垂直，俯视图如图所示。现让电流从零逐渐增大，当电流大于某一最小值时，线框将改变静止状态，求电流值（已知重力加速度为）。例15如图所示，倾角为 的斜面上放一木

17、制圆柱，其质量，长为，底面半径为，圆柱上顺着轴线绕有匝的线圈，线圈平面与斜面平行，斜面处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为当通入多大的电流时，圆柱才不致往下滚动？（假设斜面粗糙，圆柱不会沿斜面滑动）。随 堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-120-【公众号：实用视界】例16通电长导线中电流的方向如图所示。边长为的正方形载流线圈中的电流强度为，方向为。线圈的、边以及过、边的中点所连的轴线都与长导线平行。当线圈处于图示位置时，边与直导线间的距离等于，且与垂直，已知长导线中电流产生的磁场在处的磁感应强度为，在处的磁感应强度为，则载流线圈处于此位置时受到的磁力矩（对轴）的大小

18、为。第 6 讲磁 场 与 安 培 力-121-【公众号：实用视界】课堂学习效果评价学习目标自评：请根据你的课堂学习情况，给自己打个分吧（满分为3星）1星：基本能跟上老师的讲解，能对题目进行初步分析2星：能听懂绝大部分内容，做题思路比较清晰3星：所有内容都能听懂，可以独立、快速完成解题知识目标我的掌握情况1理解磁场的概念、磁感线的定义，会用安培定则判断通电导线周围的磁场分布2理解安培力的概念，会用左手定则判定安培力的方向，会用公式计算安培力的大小3学会判断两个平行通电直导线相互作用力的方向4掌握安培力参与的动力学问题大招技巧目标 我的掌握情况1熟练使用“等效法”定性分析安培力 课后安排建议：1未达3星知识目标：整理错题、重温回放、及时答疑，确保掌握2完成题型精练对应模块的练习题随 堂 讲 义【2 0 2 1 暑】高 二 物 理|冲 顶 班-122-【公众号：实用视界】第 6 讲磁 场 与 安 培 力-123-【公众号：实用视界】