2014高三物理一輪復(fù)習(xí) 第八章 第1講 磁場的描述、磁場對電流的作用1

1、第八章磁場考綱要求高考頻度備考指導(dǎo)1.磁場、磁感應(yīng)強度、磁感線2.磁通量3.通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向4.安培力、安培力的方向5.勻強磁場中的安培力6.洛倫茲力、洛倫茲力的方向7.洛倫茲力公式8.帶電粒子在勻強磁場中的運動9.質(zhì)譜儀和回旋加速器說明：(1)安培力的計算只限于電流與磁感應(yīng)強度垂直的情形(2)洛倫茲力的計算只限于速度與磁場方向垂直的情形1.掌握磁場、磁感應(yīng)強度、磁通量的基本概念，會用磁感線描述磁場2.會用安培定則、左手定則分析解決通電導(dǎo)體或帶電粒子在磁場中的受力及平衡和運動類問題3.掌握帶電粒子在勻強磁場中的勻速圓周運動，確定其圓心、半徑、運動軌跡、運動時間等問題，特別注意

2、“邊界問題”以及由周期性引起的多解問題4.能夠解決帶電粒子在復(fù)合場中運動的問題5.能夠解決電流天平、速度選擇器、磁流體發(fā)電機、質(zhì)譜儀、回旋加速器等磁場在生活和科技方面的應(yīng)用問題.第1講磁場的描述磁場對電流的作用(對應(yīng)學(xué)生用書第137頁)磁場、磁感線、磁感應(yīng)強度1.磁場(1)基本特性：磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有磁場力的作用(2)方向：小磁針的N極所受磁場力的方向2磁感線在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點的切線方向都跟該點的磁感應(yīng)強度的方向一致3磁體的磁場和地磁場圖811(1)條形磁鐵(2)蹄形磁鐵(3)地磁場4磁感應(yīng)強度(1)物理意義：描述磁場強弱和方向(2)大?。築.(通電導(dǎo)線垂

3、直于磁場)(3)方向：小磁針靜止時N極的指向【針對訓(xùn)練】1(2012高新一中檢測)下列關(guān)于磁場和磁感線的描述中正確的是()A磁感線可以形象地描述各點磁場的方向B磁感線是磁場中客觀存在的線C磁感線總是從磁鐵的N極出發(fā)，到S極終止D實驗中觀察到的鐵屑的分布就是磁感線【解析】磁感線可以形象地描述磁場的強弱和方向，但它不是客觀存在的線，可用細鐵屑模擬在磁鐵外部磁感線由N極到S極，但內(nèi)部是由S極到N極故只有A正確【答案】A電流的磁場1.奧斯特實驗：奧斯特實驗發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，即電流可以產(chǎn)生磁場，首次揭示了電與磁的聯(lián)系2安培定則(1)通電直導(dǎo)線：用右手握住導(dǎo)線，讓大拇指指向電流的方向，則彎曲的四指所指的

4、方向就是磁感線的環(huán)繞方向(2)通電螺線管：讓右手彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，大拇指所指的方向就是環(huán)形電流中軸線上的磁感線的方向或螺線管內(nèi)部磁感線的方向3電流磁場的分布圖通電直導(dǎo)線通電螺線管環(huán)形電流特點無磁極、非勻強，且距導(dǎo)線越遠處磁場越弱與條形磁鐵的磁場相似，管內(nèi)為勻強磁場，管外為非勻強磁場環(huán)形電流的兩側(cè)是N極和S極，且離圓環(huán)中心越遠，磁場越弱安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖4.勻強磁場(1)磁感應(yīng)強度大小處處相等，方向處處相同(2)磁感線的間距相等、相互平行且指向相同【針對訓(xùn)練】219世紀(jì)20年代，以塞貝克(數(shù)學(xué)家)為代表的科學(xué)家已認識到：溫度差會引起電流，安培考慮到地球自轉(zhuǎn)造成了太

5、陽照射后正面與背面的溫度差，從而提出如下假設(shè)：地球磁場是由繞地球的環(huán)形電流引起的則該假設(shè)中的電流方向是(注：磁子午線是地球磁場N極與S極在地球表面的連線)()A由西向東垂直磁子午線B由東向西垂直磁子午線C由南向北沿磁子午線D由赤道向兩極沿磁子午線【解析】如圖所示，考慮地球的自轉(zhuǎn)方向，利用安培定則可以判定磁場是由東向西的環(huán)形電流產(chǎn)生的，故B正確【答案】B磁 通 量1.概念在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，與磁場方向垂直的面積S和B的乘積2公式：BS.3單位：1 Wb1_Tm2.【針對訓(xùn)練】3.圖812如圖812所示，半徑為R的圓形線圈共有n匝，其中心位置處半徑為r的虛線范圍內(nèi)有勻強磁場，磁場方向垂直

6、線圈平面若磁感應(yīng)強度為B，則穿過線圈的磁通量為()ABR2BBr2CnBR2 DnBr2【解析】磁通量與線圈匝數(shù)無關(guān)，且磁感線穿過的面積為r2，故B項對【答案】B安培力的大小和方向1.圖813安培力的大小如圖813所示：(1)一般情況下：FBILsin_，其中為B與導(dǎo)線方向間夾角(2)當(dāng)磁場B與電流垂直時：FBIL.(3)當(dāng)磁場B與電流平行時：F0.2安培力的方向(1)用左手定則判定：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)讓磁感線從掌心進入，并使四指指向電流的方向，這時拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向(2)安培力的方向特點：FB，F(xiàn)I，即F垂直于B和I

7、決定的平面【針對訓(xùn)練】4(2012銀川一中模擬)在赤道上，地磁場可以看做是沿南北方向并且與地面平行的勻強磁場，磁感應(yīng)強度是5105 T如果赤道上有一條沿東西方向的直導(dǎo)線，長40 m，載有20 A的電流，地磁場對這根導(dǎo)線的作用力大小是()A4108 N B2.5105 NC9104 N D4102 N【解析】地磁場方向是南北方向，電流方向是東西方向，它們相互垂直，可以利用公式FBIL來計算，此安培力的大小為4102 N.【答案】D(對應(yīng)學(xué)生用書第139頁)電流磁場的疊加和安培定則的應(yīng)用1.直流電流或通電螺線管周圍磁場磁感線的方向都可以應(yīng)用安培定則判定2磁感應(yīng)強度是矢量，疊加時符合矢量運算的平行四

8、邊形定則圖814(2012大綱全國高考)如圖814，兩根相互平行的長直導(dǎo)線過紙面上的M、N兩點，且與紙面垂直，導(dǎo)線中通有大小相等、方向相反的電流a、O、b在M、N的連線上，O為MN的中點，c、d位于MN的中垂線上，且a、b、c、d到O點的距離均相等關(guān)于以上幾點處的磁場，下列說法正確的是()AO點處的磁感應(yīng)強度為零Ba、b兩點處的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相反Cc、d兩點處的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相同Da、c兩點處磁感應(yīng)強度的方向不同【審題視點】(1)導(dǎo)線M、N中電流方向相反(2)O點為M、N的中點，a、b兩點和c、d兩點具有對稱性【解析】根據(jù)安培定則判斷磁場方向，再結(jié)合矢量的合成知識求解根據(jù)安

9、培定則判斷：兩直線電流在O點產(chǎn)生的磁場方向均垂直于MN向下，O點的磁感應(yīng)強度不為零，故A選項錯誤；a、b兩點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相同，故B選項錯誤；根據(jù)對稱性，c、d兩點處的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相同，故C選項正確；a、c兩點的磁感應(yīng)強度方向相同，故D選項錯誤【答案】C本題考查磁場的疊加和安培定則的應(yīng)用，解決此類問題應(yīng)注意以下幾點：(1)根據(jù)安培定則確定通電導(dǎo)線周圍磁感線的方向(2)磁場中每一點磁感應(yīng)強度的方向為該點磁感線的切線方向(3)磁感應(yīng)強度是矢量，多個通電導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場疊加時，合磁場的磁感應(yīng)強度等于各場源單獨存在時在該點磁感應(yīng)強度的矢量和【即學(xué)即用】1.圖815(2012海淀區(qū)

10、模擬)有兩根長直導(dǎo)線a、b互相平行放置，如圖815所示為垂直于導(dǎo)線的截面圖在圖中所示的平面內(nèi)，O點為兩根導(dǎo)線連線的中點，M、N為兩導(dǎo)線附近的兩點，它們在兩導(dǎo)線連線的中垂線上，且與O點的距離相等若兩導(dǎo)線中通有大小相等、方向相同的恒定電流I，則關(guān)于線段MN上各點的磁感應(yīng)強度，下列說法中正確的是()AM點和N點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相同BM點和N點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相反C在線段MN上各點的磁感應(yīng)強度都不可能為零D在線段MN上只有一點的磁感應(yīng)強度為零【解析】根據(jù)安培定則和磁場的疊加原理知，M點和N點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相反，選項A錯，B對；在線段MN上只有在O點處，a、b兩直導(dǎo)線電流

11、形成的磁場的磁感應(yīng)強度等大反向，即只有O點處的磁感應(yīng)強度為零，選項C錯，D正確【答案】BD安培力的受力分析和平衡問題1.安培力常用公式FBIL，要求兩兩垂直，應(yīng)用時要滿足：(1)B與L垂直圖816(2)L是有效長度，即垂直磁感應(yīng)強度方向的長度如彎曲導(dǎo)線的有效長度L等于兩端點所連直線的長度(如圖816所示)，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端因為任意形狀的閉合線圈，其有效長度為零，所以閉合線圈通電后在勻強磁場中，受到的安培力的矢量和為零2解題步驟(1)把立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖(2)根據(jù)左手定則確定安培力的方向(3)受力分析，畫出安培力和其他力(4)根據(jù)平衡條件列出平衡方程圖817(2012天津高考)如

12、圖817所示，金屬棒MN兩端由等長的輕質(zhì)細線水平懸掛，處于豎直向上的勻強磁場中，棒中通以由M向N的電流，平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為.如果僅改變下列某一個條件，角的相應(yīng)變化情況是()A棒中的電流變大，角變大B兩懸線等長變短，角變小C金屬棒質(zhì)量變大，角變大D磁感應(yīng)強度變大，角變小【審題視點】(1)將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖，受力分析時弄清各力的方向關(guān)系(2)畫受力圖時弄清細線長度和力的大小【解析】選金屬棒MN為研究對象，其受力情況如圖所示根據(jù)平衡條件及三角形知識可得tan ，所以當(dāng)棒中的電流I、磁感應(yīng)強度B變大時，角變大，選項A正確，選項D錯誤；當(dāng)金屬棒質(zhì)量m變大時，角變小，選項C錯誤；角的大小與懸

13、線長無關(guān)，選項B錯誤【答案】A【即學(xué)即用】2(2011上海高考)如圖818所示，質(zhì)量為m、長為L的直導(dǎo)線用兩絕緣細線懸掛于O、O，并處于勻強磁場中，當(dāng)導(dǎo)線中通以沿x正方向的電流I，且導(dǎo)線保持靜止時，懸線與豎直方向夾角為.則磁感應(yīng)強度的方向和大小可能為()圖818Az正向， tan By正向，Cz負向， tan D沿懸線向上， sin 【解析】若B沿z軸正方向，導(dǎo)線無法平衡，A錯誤；若B沿y軸正方向，由左手定則，受力如圖1：mgILB，所以B，B項正確；若B沿z軸負方向，受力如圖2，Tsin ILB；Tcos mg，所以Btan ，C項正確；若B沿懸線向上，受力如圖3，導(dǎo)線無法平衡，D錯誤圖1圖

14、2圖3【答案】BC(對應(yīng)學(xué)生用書第140頁)安培力的綜合應(yīng)用1.安培力問題的計算常和閉合電路歐姆定律相結(jié)合2安培力和重力、彈力、摩擦力等綜合分析，可以解決平衡問題，也可以和牛頓第二定律相綜合圖819(2012寶雞模擬)如圖819所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離L0.40 m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角37，在導(dǎo)軌所在平面內(nèi)，分布著磁感應(yīng)強度B0.50 T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強磁場金屬導(dǎo)軌的一端接有電動勢E4.5 V、內(nèi)阻r0.50 的直流電源現(xiàn)把一個質(zhì)量m0.040 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)軌接觸的兩點間的電阻R02.

15、5 ，金屬導(dǎo)軌電阻不計，g取10 m/s2.已知sin 370.60，cos 370.80，求：(1)通過導(dǎo)體棒的電流；(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大?。?3)導(dǎo)體棒受到的摩擦力【潛點探究】解答此題可以建立斜面物體的模型，將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖，通過受力分析，根據(jù)平衡條件求解【規(guī)范解答】(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律I1.5 A.(2)導(dǎo)體棒受到的安培力F安BIL0.30 N.(3)導(dǎo)體棒受力如圖，將重力正交分解F1mgsin 370.24 NF1F安，根據(jù)平衡條件mgsin 37fF安，解得：f0.06 N.【答案】(1)1.5 A(2)0.30 N(3)0.06 N【即學(xué)即用】3.圖8110(201

16、2上海高考)載流長直導(dǎo)線周圍磁場的磁感應(yīng)強度大小為BkI/r，式中常量k0，I為電流強度，r為距導(dǎo)線的距離在水平長直導(dǎo)線MN正下方，矩形線圈abcd通以逆時針方向的恒定電流，被兩根輕質(zhì)絕緣細線靜止地懸掛，如圖8110所示開始時MN內(nèi)不通電流，此時兩細線內(nèi)的張力均為T0.當(dāng)MN通以強度為I1的電流時，兩細線內(nèi)的張力均減小為T1，當(dāng)MN內(nèi)電流強度變?yōu)镮2時，兩細線內(nèi)的張力均大于T0.(1)分別指出強度為I1、I2的電流的方向；(2)求MN分別通以強度為I1、I2的電流時，線框受到的安培力F1與F2大小之比；(3)當(dāng)MN內(nèi)的電流強度為I3時兩細線恰好斷裂，在此瞬間線圈的加速度大小為a，求I3.【解析

17、】(1)根據(jù)題意知，I1方向向左，I2方向向右(2)線框中通電流I1時，F(xiàn)abB1I1LI1LFcdB2I1LI1LF1FabFcdkII1L()故安培力的大小與線框中電流的大小成正比故F1F2I1I2(3)當(dāng)線圈中沒有電流時，2T0mg當(dāng)線圈中電流為I1時，2T1F1mg當(dāng)線圈中電流為I3時，根據(jù)牛頓第二定律F3mgma再根據(jù)I1I3F1F3解得：I3.【答案】見解析(對應(yīng)學(xué)生用書第140頁)磁感應(yīng)強度的理解和磁感線1關(guān)于磁感應(yīng)強度B，下列說法中正確的是()A根據(jù)磁感應(yīng)強度定義B，磁場中某點的磁感應(yīng)強度B與F成正比，與I成反比B磁感應(yīng)強度B是標(biāo)量，沒有方向C磁感應(yīng)強度B是矢量，方向與F的方向

18、相反D在確定的磁場中，同一點的磁感應(yīng)強度B是確定的，不同點的磁感應(yīng)強度B可能不同，磁感線密的地方磁感應(yīng)強度B大些，磁感線疏的地方磁感應(yīng)強度B小些【解析】磁感應(yīng)強度是磁場本身的性質(zhì)，與放入磁場中的導(dǎo)體中的電流，或受力大小F無關(guān)，A錯誤；磁感應(yīng)強度B是矢量，其方向與F總是垂直的，電流方向與F也總是垂直的，B、C錯誤；在確定的磁場中，同一點的磁感應(yīng)強度B是確定的，由磁場本身的物理量決定，與其他外來的一切因素?zé)o關(guān)，磁感線的疏密程度表示磁場的強弱，D正確【答案】D安培定則和左手定則的應(yīng)用2如圖8111所示，在絕緣的水平面上等間距固定著三根相互平行的通電直導(dǎo)線a、b和c，各導(dǎo)線中的電流大小相同，其中a、c

19、導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向外，b導(dǎo)線電流方向垂直紙面向內(nèi)每根導(dǎo)線都受到另外兩根導(dǎo)線對它的安培力作用，則關(guān)于每根導(dǎo)線所受安培力的合力，以下說法中正確的是()圖8111A導(dǎo)線a所受合力方向水平向右B導(dǎo)線c所受合力方向水平向右C導(dǎo)線c所受合力方向水平向左D導(dǎo)線b所受合力方向水平向左【解析】首先用安培定則判定導(dǎo)線所在處的磁場方向，要注意合磁場的方向，然后用左手定則判定導(dǎo)線的受力方向可以確定B是正確的【答案】B磁通量的變化分析3.圖8112(2012南京模擬)如圖8112所示，條形磁鐵豎直放置，一水平圓環(huán)從磁鐵上方位置向下運動，到達磁鐵上端位置，套在磁鐵上到達中部，再到磁鐵下端位置，再到下方.磁鐵從過程中，穿過圓環(huán)的磁通量變化情況是()A變大，變小，變