2019_2020学年高考物理主题3电磁场与电磁波初步2磁感应强度磁吃通电导线的作用课件必修3.pdf

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1、2 磁感应强度 磁场对通电导线的作用 主题3 电磁场与电磁波初步 学科素养与目标要求 物理观念： 1.知道什么是安培力，知道匀强磁场中影响通电导线所受安培力大小和方向的因素. 2.理解磁感应强度B的定义式和物理意义.知道磁感应强度的单位，知道用磁感线的疏 密程度可以形象地描述磁感应强度的大小. 3.会用公式FBIL进行安培力的简单计算. 科学思维： 通过磁感应强度的定义，掌握用比值定义物理量的方法. 科学态度与责任： 1.了解电动机的工作原理，知道电动机在生产、生活中的应用. 2.培养将物理学原理应用于实际生活的能力. NEIRONGSUOYIN 内容索引 自主预习 达标检测 课时对点练 预习

2、新知 夯实基础 检测评价 达标过关 注重双基 强化落实 重点探究 启迪思维 探究重点 自主预习 一、安培力 1.定义： 在磁场中受的力称为 . 2.把一段通电直导线放在磁场中，当导线方向与磁场方向 时，它所受的安 培力最大；当导线方向与磁场方向 时，导线不受安培力；当导线方向与 磁场方向斜交时，所受安培力介于最大值和零之间. 3.公式：F (导体垂直磁场放置). 通电导线安培力 垂直 一致 BIL 1.定义：一段通电直导线 放在磁场中所受的 与导线中的电流和导 线的长度的 的比值，叫磁感应强度. 2.定义式：B . 3.单位： ，简称 ，符号为 . 4.B反映了磁场的 . 5.磁感应强度是矢量

3、，小磁针的 在磁场中某点 的方向，就是这点磁感 应强度的方向. 二、磁感应强度 垂直安培力 乘积 特斯拉特 T 强弱 N极受力 1.安培力的方向跟 方向和 方向有关. 2.左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指 ，并且都与手掌在_ 平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向 的方向，这时 所指的 方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向. 三、安培力的方向 磁场电流 垂直同一个 电流拇指 我们使用的电动机就是利用 来工作的.各种电动机都有 和 . 四、电动机 安培力 定子转子 即学即用 1.判断下列说法的正误. (1)通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用.( ) (2)通电直导线在磁场中所受

4、安培力的方向一定跟磁场的方向垂直.( ) (3)通电导线在某处不受安培力的作用，则该处的磁感应强度一定为零. ( ) (4)B 只是定义式，磁感应强度是磁场本身的属性，与放不放通电导线 无关.( ) 2.把长0.10 m的直导线全部放入匀强磁场中，保持导线和磁场方向垂直.已 知磁场的磁感应强度的大小为5.0103 T，当导线中通过的电流为3.0 A时， 该直导线受到的安培力的大小是_ N.1.5103 重点探究 一、磁感应强度 在利用如图装置进行“探究影响安培力大小的因素”实验时，我们更换磁 性强弱不同的磁体，按实验步骤完成以下实验探究： 保持I与L不变，按磁性从弱到强改换磁体，观察悬线 摆动

5、的角度变化，发现磁体磁性越强，悬线摆动的角 度越 ，表示通电导线受的安培力越 ，力F与IL 的比值越 ，即B变 ，这表示B能反映磁场的 . 导学探究 大大 大大强弱 1.物理意义：磁感应强度是表示磁场强弱和方向的物理量. 2.大小：当导线方向与磁场方向垂直时B 3.方向：磁感应强度的方向就是小磁针北极在磁场中某点受力的方向，也就 是该处的磁场方向. 4.描述：磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，磁感线的切线方向表示 磁感应强度的方向. 5.匀强磁场 如果磁场中各处的磁感应强度大小和方向都相同，则该磁场为匀强磁场. 知识深化 例1 关于磁感应强度，下列说法中正确的是 A.由B 可知，B与F成正

6、比、与IL成反比 B.通电导线放在磁场中的某点，那点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走， 那点的磁感应强度就为零 C.通电导线所受安培力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受安培力的地 方一定不存在磁场 D.磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定，其大小和方向是唯一确定的，与 通电导线无关 解析 磁感应强度B 只是定义式，而不是决定式，磁感应强度B是由磁场本 身决定的，与有无导体放入其中无关，故A、B错误，D正确； 当导线平行于磁场方向放置时，通电导体所受到的安培力为零，而此处的B0， 故C错误. 1.磁感应强度是反映磁场本身特性的物理量，是由磁场本身决定的，与磁场中 是否引入电流无关，与引入

7、的电流是否受力无关. 2.在定义式B 中，通电导线必须垂直于磁场方向放置.因为磁场中某点通电 导线受力的大小，除和磁场强弱有关以外，还和导线的方向有关，导线放入磁 场中的方向不同，所受磁场力也不相同. 3.B的大小与F、I、L无关 通电导线受力为零的地方，磁感应强度B的大小不一定为零，还可能是电流方 向与B的方向在一条直线上造成的. 总结提升总结提升 4.磁感应强度B的大小反映了磁场的强弱，B越大，表示该点磁场越强，B的方 向即该点磁场的方向，与安培力F的方向垂直. 针对训练1 下列关于磁感应强度的说法正确的是 A.通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大 B.通电导线在磁感应强度大的地方受力

8、一定大 C.放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同 D.磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关 解析 因为磁场中某点的磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定，与通电 导线的受力及方向都无关，所以A选项错，D选项对； 因为通电导线在磁场中受力的大小不仅与磁感应强度有关，而且与通电导线 的放置方向有关，故B选项错； 虽然匀强磁场中磁感应强度处处相等，但当导线在各个位置的方向不同时， 磁场力是不相同的(导线与磁场垂直时受磁场力最大，与磁场平行时受磁场力 为零)，C选项错. 二、安培力的大小 1.当BI时，FBIL 2.当BI时，F0 3.L指的是“有效长度”.弯

9、曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度 (如图1所示)；相应的电流沿L由始端流向末端. 图图1 例2 如图2所示，一段长为1 m、质量为2 kg的通电导体棒用两等长的悬线悬挂 于天花板上.现加一垂直纸面向里的匀强磁场，当导体棒中通入I2 A的电流时 悬线的张力恰好为零.g10 m/s2，求： (1)所加匀强磁场的磁感应强度B的大小； 图图2 答案 10 T 解析 导体棒受力如图甲所示. 由平衡条件得F安mg 又因F安BIL (2)如果电流方向不变，通入电流大小变为1 A时，磁感应强度的大小为多少？此 时一根悬线拉力大小又为多少？ 答案 10 T 5 N 解析 因为磁感应强度是由磁场本身的

10、性质决定的， 所以电流变为1 A后，磁感应强度仍为10 T. 设一根悬线的拉力为F，导体棒受力如图乙所示， 针对训练2 一根长0.1 m、通有电流1.8 A的导线，放在磁感应强度为0.2 T的匀 强磁场中，受到的磁场力大小可能为 A.0.01 N B.0.04 N C.0.1 N D.0.2 N 解析 当导线垂直于磁场放置时，受的磁场力最大FmBIL0.036 N，导线所受 磁场力一定小于或等于0.036 N，所以只有A正确. 三、安培力的方向 1.可以用左手定则来判定：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌 在同一个平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇 指所指的方

11、向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向. 2.安培力的方向与磁场方向有关，与电流方向也有关.安培力的方向既垂直于 磁场方向又垂直于电流方向，即垂直于磁场和电流所决定的平面. 例3 (多选)如图表示的是磁场对通电直导线的作用，其中正确的是 解析 根据左手定则，可以判断B中安培力方向向左，C中安培力方向向下，A、 D正确. 例4 (多选)如图3所示，甲图中两导线a、b电流方向相同，乙图中c、d电流方向 相反，则 A.a、b两导线间的安培力使两导线相互吸引 B.a、b两导线间的安培力使两导线相互排斥 C.c、d两导线间的安培力使两导线相互排斥 D.c、d两导线间的安培力使两导线相互吸引 图图3 解析

12、 先分析b所受安培力方向，b所在处a导线电流产生的磁场 方向如图所示，由左手定则可判断b受到的安培力方向向左，同 理可判断a受到的安培力方向向右，A项正确，B项错误； 同理可判断C项正确，D项错误. 电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直， 用左手定则时，磁感线不一定垂直穿过手心. 易错警示易错警示 达标检测 1.(磁感应强度)有关磁感应强度的下列说法中，正确的是 A.磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量 B.若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定 为零 C.若有一小段长为L，通以电流为I的导体，在磁场中某处受到的磁场力为F， 则该处磁感应

13、强度的大小一定是 D.由定义式B 可知，电流I越大，导线L越长，某点的磁感应强度就越小 1234 解析 磁感应强度是用来描述磁场强弱的物理量，因此选项A正确； 磁感应强度是与电流I和导体长度L无关的物理量，且B 中的B、F、L相互垂 直，所以选项B、C、D错误. 1234 2.(安培力的大小)下列关于通电直导线在匀强磁场中所受安培力的说法，正确 的有 A.安培力的大小只跟磁场的强弱和电流大小有关 B.若导线受到的安培力为零，导线所在处的磁感应强度必为零 C.若安培力的方向与磁场方向垂直，磁场方向必与电流方向垂直 D.若某段导线在磁场中取某一方向时受到的安培力最大，此时导线必与磁场方 向垂直 1

14、234 3.(安培力的方向)某同学画的表示磁感应强度B、电流I和安培力F的相互关系图 如图所示，其中正确的是 1234 解析 由于F、B、I三者的方向关系满足左手定则，由左手定则知，D正确，A、 B错误； C图中，B与I平行，导线不受安培力，C错误. 4.(安培力的计算)在赤道上，地磁场可以看成是沿南北方向并且与地面平行的 匀强磁场，磁感应强度是5105 T.如果赤道上有一条沿东西方向的直导线，长 40 m，通有20 A的电流，地磁场对这根导线的作用力大小是 A.4108 N B.2.5105 N C.9104 N D.4102 N 1234 解析 磁场方向是南北方向，电流方向是东西方向，它们

15、相互垂直，可以利用 公式FBIL来计算此安培力的大小，其大小为FBIL51052040 N 4102 N. 课时对点练 一、选择题 考点一 磁感应强度 1.关于磁感应强度，下列说法中正确的是 A.若长为L、电流为I的导体在某处受到的磁场力为F，则该处的磁感应强度必 为 B.由B 知，B与F成正比，与IL成反比 C.由B 知，一小段通电导体在某处不受磁场力，说明该处一定无磁场 D.某点磁感应强度的方向就是小磁针北极在此点所受磁场力的方向 123456789 101112131415 2.(多选)下列说法中正确的是 A.电荷在电场中某处不受电场力的作用，则该处的电场强度一定为零 B.一小段通电导线

16、在某处不受磁场力的作用，则该处磁感应强度一定为零 C.把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到的电场力与所带电荷量的比值表 示该点电场的强弱 D.把一小段通电导线放在磁场中某处，它所受到的磁场力与该小段通电导线的 长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强弱 123456789 10111213 1415 解析 在定义电场强度和磁感应强度时，都是在场中放一个小物体，能使场对 它有力的作用.在电场中放入的是试探电荷，电场强度E用E 来定义，但E与F、 q无关，由E 可得FqE，故E0时，F0，A、C正确； 而在磁场中放入的一小段通电导线在磁场中的受力大小与导线的方向有关，平 行于磁场方向放置时，磁场力

17、F0，垂直于磁场方向放置时，磁场力F最大.在 定义式B 中，通电导线必须垂直磁场方向放置，B、D错误. 123456789 101112131415 3.(多选)下列关于磁感应强度方向的说法中正确的是 A.磁场中某点的磁感应强度的方向规定为小磁针静止时N极所指的方向 B.磁场中某点的磁感应强度的方向与小磁针S极在此处的受力方向一致 C.磁场中某点的磁感应强度的方向由一小段通电导线在此处的受力方向决定 D.磁感应强度的方向由磁场本身决定，与是否在磁场中放入通电导线无关 123456789 1011121314 15 解析 小磁针在磁场中静止时，N极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方 向，A正确

18、，B错误； 磁场中某点的磁感应强度由磁场本身决定，与此处是否有通电导线无关，C错 误，D正确. 123456789 10111213 考点二 安培力与左手定则 4.在匀强磁场中放置一条直导线，导线的方向与磁场方向垂直.下面四幅图象描 绘了导线所受安培力大小F与通过导线电流I的关系.其中正确的是 1415 解析 由FBIL可知，当导线的方向与磁场方向垂直时，安培力大小F与I成正 比，选项C正确. 5.如图所示，磁场B方向、通电直导线中电流I的方向以及通电直导线所受磁场力 F的方向已标出，其中正确的是 解析 根据左手定则可以判断A项中安培力方向应垂直导线向上； B项中不受安培力的作用； D项中安培

19、力方向垂直纸面向外，故A、B、D错误，C正确. 123456789 101112131415 6.如图1所示，两个同样的导线环同轴平行悬挂，相隔一小段距离，当同时给两 导线环通以同向电流时，两导线环将 A.相互吸引 B.相互排斥 C.保持静止 D.边吸引边转动 123456789 101112131415 图图1 解析 把环形电流等效成小磁针，则左侧小磁针S极对着右侧小磁针N极，相互 吸引，A正确. 7.(多选)如图2所示，在匀强磁场中用两根柔软的细线将金属棒ab悬挂在水平位 置上，金属棒中通入由a到b的恒定电流I，这时两根细线被拉紧.现要想使两根 细线对金属棒拉力变为零，可采用哪些方法 A.

20、适当增大电流I B.将电流反向并适当改变大小 C.适当增大磁场 D.将磁场反向并适当改变大小 123456789 101112131415 图图2 解析 由左手定则可知金属棒受安培力方向向上，金属棒受力如图所示. F安F拉mg 若要F拉0，则应增加安培力，由FBIL可以判定A、C正确. 123456789 101112131415 解析 当导线与磁场垂直时受到的磁场力最大为FBIL0.52.00.2 N0.2 N， 而不能为0.4 N，故A错误，B正确； 当导线与磁场平行时，导线不受磁场力的作用，故D正确； 当导线与磁场的夹角，满足090时，导线所受的磁场力满足0F0.2 N， 故C正确. 考

21、点三 安培力的计算 8.(多选)一根长为0.2 m，电流为2 A的通电导线，放在磁感应强度为0.5 T的匀强 磁场中，受到磁场力的大小可能是 A.0.4 N B.0.2 N C.0.1 N D.0 123456789 101112131415 9.一段通电直导线平行于磁场方向放入匀强磁场中，如图3所示，导线中电流 方向由左指向右.当导线以其中点O为轴在纸面内转过90的过程中，导线受到 的安培力 A.大小不变，方向不变 B.由0增至最大，方向时刻变 C.由最大减小至0，方向不变 D.由0增至最大，方向不变 123456789 101112131415 图图3 解析 导线转动前，电流方向与磁感线方

22、向相同，导线不受安培力；当导线 转过一个小角度，电流方向与磁感线方向不再平行，于是导线受到安培力； 当导线转过90时，电流方向与磁感线方向垂直，此时导线受的安培力最大.用 左手定则可以判断安培力的方向始终不变.所以选项D正确. 123456789 101112131415 10.电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器.如图4为试验所 采用的电磁轨道，该轨道长7.5 m，宽1.5 m.若质量为50 g的炮弹从轨道左端以初 速度为零开始加速，当回路中的电流恒为20 A时，最大速度可达3 km/s.轨道间 所加磁场为匀强磁场，不计空气及摩擦阻力.下列说法正确的是 A.磁场方向为竖直向下

23、 B.磁场方向为水平向右 C.磁感应强度的大小为103 T D.电磁炮的加速度大小为3105 m/s2 123456789 101112131415 图图4 解析 由左手定则知磁场方向应竖直向上，A、B错误； 123456789 101112131415 11.如图5所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁 场方向(垂直于纸面向里)垂直.线段ab、bc和cd的长度均为L，且abcbcd 135.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示.导线abcd所受到的磁场的 作用力的合力 A.方向沿纸面向上，大小为( 1)BIL B.方向沿纸面向上，大小为( 1)BIL C.方向沿纸

24、面向下，大小为( 1)BIL D.方向沿纸面向下，大小为( 1)BIL 图图5 123456789 1011121314 15 解析 该导线有效长度为( 1)L，根据FBIL，可知安培力大小为( 1)BIL，根据左手定则判断安培力方向沿纸面向上，A正确. 123456789 101112131415 二、非选择题 12.如图6所示，ab、cd为两根相距2 m的平行金属导轨，水平放置在竖直向下的 匀强磁场中，MN是质量为3 kg的金属棒，通以5 A的电流时，棒沿导轨做匀速 运动；当棒中电流增加到8 A时，棒能获得2 m/s2的加速度，求匀强磁场磁感应 强度的大小. 图图6 123456789 1

25、01112131415 答案 1 T 解析 金属棒匀速运动时，BI1LFf 金属棒匀加速运动时，BI2LFfma 由解得B1 T. 123456789 101112131415 13.如图7所示，两根等长的绝缘细线悬挂一水平金属细杆MN，处在与其垂直的 水平匀强磁场中.金属细杆的长度为1 m，质量为8.9103 kg.当金属细杆中通以 0.89 A的电流时，两绝缘细线上的拉力均恰好为零.g取10 m/s2，求： (1)金属细杆所受安培力的方向； 图图7 123456789 101112131415 答案 竖直向上 解析 由二力平衡可知，安培力方向竖直向上. (2)金属细杆中电流的方向； 123

26、456789 101112131415 答案 从N到M 解析 由左手定则可知电流方向从N流向M. (3)匀强磁场的磁感应强度大小. 123456789 101112131415 答案 0.1 T 解析 依据FBIL Fmg 14.如图8所示是实验室里用来测量磁场力的一种仪器电流天平，某同学在 实验室里，用电流天平测算通电螺线管中的磁感应强度，他测得的数据记录如 下所示，CD段导线长度：4102 m；天平平衡时钩码重力：4105 N；通过 导线的电流：0.5 A.请算出通电螺线管中的磁感应强度B. 图图8 123456789 101112131415 答案 2.0103 T 123456789

27、1011121314 解析 电流天平平衡时，导线所受磁场力的大小等于钩码的重力，即FG. 15 15.粗细均匀的直导线ab的两端悬挂在两根相同的弹簧下边，ab恰好处在水平位 置(如图9所示).已知ab的质量m10 g，ab的长度L50 cm，沿水平方向与ab垂 直的匀强磁场的磁感应强度B0.4 T，g10 m/s2. (1)要使两根弹簧能处于自然状态，既不被拉伸，也不被压缩，ab中电流应沿什 么方向、通多大的电流？ 123456789 101112131415 图图9 答案 ab 0.5 A 解析 弹簧无弹力作用，导线只受安培力和重力，二力平衡时有BILmg， 123456789 101112131415 根据左手定则可知，电流方向为ab. (2)如导线中有从a到b方向、大小为0.2 A的电流通过时，两根弹簧均被拉长了 x1 mm，求弹簧的劲度系数. 答案 30 N/m 解析 F安BIL0.40.20.5 N0.04 N， FmgF安0.1 N0.04 N0.06 N， 123456789 101112131415