物理專題復(fù)習(xí)—磁場的描述和對電流的作用分解

1、物理專題復(fù)習(xí)磁場的描述和對電流的作用分解【考點掃描】1磁場、磁感應(yīng)強度、磁感線 ()2通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向 ()3安培力、安培力的方向 ()4勻強磁場中的安培力 ()5洛倫茲力、洛倫茲力的方向 ()6洛倫茲力公式 ()7帶電粒子在勻強磁場中的運動 ()8質(zhì)譜儀和回旋加速器 ()【考情上線】1縱觀近幾年高考，涉及本章知識點的題目年年都有，考查次數(shù) 最多的是與洛倫茲力有關(guān)的帶電粒子在勻強磁場或復(fù)合場中的 運動，其次是與安培力有關(guān)的通電導(dǎo)體在磁場中的加速或平衡 問題2本章知識常與電場、恒定電流以及電磁感應(yīng)、交變電流等章節(jié) 知識廣泛聯(lián)系綜合考查，是高考的熱點3本章知識與生產(chǎn)、生活、現(xiàn)代科

2、技聯(lián)系密切，如質(zhì)譜儀、回旋 加速器、粒子速度選擇器、等離子體發(fā)電機、電磁流量計等高 科技儀器的理解及應(yīng)用相聯(lián)系，在復(fù)習(xí)中應(yīng)做到有的放矢一、磁場及其描述1定義：磁場是磁體、電流周圍存在的一種特殊物質(zhì)2方向：磁場中任一點小磁針N極所受 的方向 為該點的磁場方向3磁場的基本性質(zhì)：磁場對放入其中的磁體、電流和運 動電荷都有磁場力的作用磁場力磁場強弱靜止特斯拉5磁感線：在磁場中人為地畫出一系列曲線，使曲線上每一點的切線方向都跟這點的 的方向一致，這樣的曲線就叫做磁感線磁感線的疏密程度表示磁場的 磁感應(yīng)強度強弱二、幾種常見的磁場1條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(如圖811)圖8112地磁場 地球的磁場與條形磁鐵

3、的磁場相似，其主要特點有三個：(1)地磁場的 在地理南極附近， 在地理北極附近(2)地磁場B的水平分量(Bx)總是從地理 指向 ；而豎直分量(By)則南、北半球相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下(3)在赤道平面上，距離地球表面高度相等的各點，磁場強弱 相同，且方向水平向北N極S極南極北極3幾種電流周圍的磁場分布直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場特點無磁極、非勻強，且距導(dǎo)線越遠處磁場 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 越弱越弱直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場安培定則立體圖直線電流的磁場通電

4、螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場橫截面圖縱截面圖4勻強磁場(1)定義： 處處相同的磁場(2)磁感線特點：勻強磁場的磁感線為間隔相同的平行直線， 如圖812所示強弱、方向圖812(3)常見例子：距離很近的兩個異名磁極之間的磁場(邊緣部分除外)相隔一定距離的兩個平行放置的通電線圈中間區(qū)域的磁場5磁通量(1)公式： .(2)單位：韋伯(韋)，符號：Wb,1 Wb1 Tm2.(3)適用條件：勻強磁場； S是垂直磁場并在磁場中的有效面積BS圖813三、安培力的大小和方向1安培力的大小 如圖813所示：(1)F .(2)磁場和電流垂直時：F .(3)磁場和電流平行時：F0.BILsinBIL2安培力的方向(1)

5、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 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 的方向 (2)安培力的方向特點：FB，F(xiàn)I，即F垂直于 決定 的平面電流安培力B、I 安培力的方向垂直于磁感應(yīng)強度B和電流I所決定的平面，但磁感應(yīng)強度與電流不一定垂直四、磁電式電流表1基本組成部分：磁鐵和放在磁鐵兩極之間的 2工作原理如圖814所示，磁場的方向總沿著 均勻輻射地分布，在距軸線等距離處的磁感應(yīng)強度的大小總是 的，保證B的大小不發(fā)生變化，且安培力的方向與線圈垂直 圖814線圈半徑方向相等當(dāng)電流通過線圈時，導(dǎo)線受到安培力的

6、作用，線圈轉(zhuǎn)動，螺旋彈簧變形，反抗線圈的轉(zhuǎn)動，電流越大，安培力就 ，螺旋彈簧的形變也就 I與指針偏角成正比，表盤刻度均勻所以，從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷通過電流的大小越大越大3優(yōu)、缺點：優(yōu)點是精確度高，能測出很弱的電流； 缺點是線圈的導(dǎo)線很細，允許通過的電流很弱1下列關(guān)于磁感應(yīng)強度大小的說法中正確的是 ()A通電導(dǎo)線受磁場力大的地方磁感應(yīng)強度一定大B通導(dǎo)導(dǎo)線在磁感應(yīng)強度大的地方受力一定大C放在勻強磁場中各處的通電導(dǎo)線，受力大小和方向處 處相同D磁感應(yīng)強度的大小和方向跟放在磁場中的通電導(dǎo)線受 力的大小和方向無關(guān)解析：因為磁場中某點的磁感應(yīng)強度的大小和方向由磁場本身決定，與通電導(dǎo)線的受力及方向都無關(guān)

7、，故A錯誤，D正確因為通電導(dǎo)線在磁場中受力的大小不僅與磁感應(yīng)強度有關(guān)，而且與通電導(dǎo)線的取向有關(guān)，故B錯誤對C選項雖然勻強磁場中磁感應(yīng)強度處處相等，但當(dāng)導(dǎo)線在各個位置的方向不同時，磁場力是不同的(導(dǎo)線與磁場垂直時受磁場力最大，與磁場平行時受磁場力為零)，而C中沒有說明導(dǎo)線在各個位置的取向是否相同，故C錯誤答案：D2(2011沈陽模擬)如圖815所示為一種利用電磁原理制作的充氣泵的結(jié)構(gòu)示意圖其工作原理類似打點計時器當(dāng)電流從電磁鐵的接線柱a流入，吸引小磁鐵向下運動時，以下選項中正確的是 ()圖815A電磁鐵的上端為N極，小磁鐵的下端也為N極B電磁鐵的上端為S極，小磁鐵的下端也為S極C電磁鐵的上端為N

8、極，小磁鐵的下端為S極D電磁鐵的上端為S極，小磁鐵的下端為N極解析：當(dāng)電流從a端流入電磁鐵時，據(jù)右手螺旋定則，判斷出電磁鐵的上端為S極，此時能吸引小磁鐵向下運動，故說明小磁鐵的下端為N極故正確答案為D.答案：D3一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定導(dǎo)線中通有電流，方向如圖816中箭頭所示當(dāng)沒有磁場時，導(dǎo)線呈直線狀態(tài)；當(dāng)分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強磁場時，描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個圖示中正確的是 ()圖816解析：電流與磁場平行放置時不受磁場力，選項A錯誤；電流與磁場垂直放置時，由左手定則知選項D正確答案：D4如圖817，用兩根相同的細繩水平懸掛一段均勻載流直導(dǎo)線MN，電流I方向從M

9、到N，繩子的拉力均為F.為使F0，可能達到要求的方法是 () 圖817A加水平向右的磁場B加水平向左的磁場C加垂直紙面向里的磁場D加垂直紙面向外的磁場解析：若F0，則F安mg0，故安培力方向必豎直向上，由左手定則知磁場方向為垂直紙面向里，故C正確答案：C5如圖818所示，PQ和MN為水平、平行放置的金屬導(dǎo)軌，相距1 m，導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上，棒的質(zhì)量為m0.2 kg，棒的中點用細繩經(jīng)滑輪與物體相連， 圖818物體的質(zhì)量M0.3 kg，棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B2 T，方向豎直向下，為了使物體勻速上升，應(yīng)在棒中通入多大的電流？方向如何？(g10 m/s2)解析：導(dǎo)體棒ab

10、受力如右圖所示，由平衡條件：FNmg BILFfMg0 又FfFN 聯(lián)立得I2 A，由左手定則知電流方向由ab.答案：2 Aab對磁感應(yīng)強度的理解4磁感應(yīng)強度B與電場強度E的比較磁感應(yīng)強度B電場強度E方向矢量磁感線切線方向，小磁針N極受力方向矢量電場線切線方向，放入該點的正電荷受力方向場的疊加合磁感應(yīng)強度等于各磁場的磁感應(yīng)強度的矢量和合場強等于各個電場的場強的矢量和單位1 T1 N/(Am)1 V/m1 N/C關(guān)鍵一點(1)電場強度的方向和電荷受力方向相同或相反，而磁感應(yīng) 強度的方向和電流元受力方向垂直(2)電荷在電場中一定受靜電力作用，而電流在磁場中不一 定受安培力 如圖819所示，在a、b

11、、c三處垂直于紙面放置三根長直通電導(dǎo)線，電流大小相等，a、b、c是等 圖 819邊三角形的三個頂點，a處電流在三角形中心O點產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，求O處的磁感應(yīng)強度思路點撥首先求出a、b、c三根導(dǎo)線電流在O處各自形成的磁場的磁感應(yīng)強度的大小和方向，然后利用平行四邊形定則進行合成解析由于OaObOc，所以在各電流等大的前提下，各處的電流在O點的磁感應(yīng)強度大小也都為B，根據(jù)安培定則，各電流在O處的磁感應(yīng)強度應(yīng)垂直于各點和O的連線，如圖所示，由圖中幾何關(guān)系知Ba與Bb夾角為120，所以根據(jù)平行四邊形定則，a、b在O處的合磁感應(yīng)強度為B，方向水平向右，所以O(shè)處的總磁感應(yīng)強度大小為2B，方向平

12、行ab連線向右答案2B，方向平行ab連線向右 在運用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場時應(yīng)分清“因”和“果”在判定直線電流的磁場方向時，大拇指指“原因”電流方向，四指指“結(jié)果”磁場繞向；在判定環(huán)形電流的磁場方向時，四指指“原因”電流繞向，大拇指指“結(jié)果”環(huán)內(nèi)沿中心軸線的磁感線方向.學(xué) 之 用1在北京地區(qū)進行如下實驗：一個可以在水平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動的小磁針，在地磁場作用下保持靜止，一根直導(dǎo)線位于小磁針的北方，豎直放置，且通有豎直向上的電流，已知地磁場的水平分量為B1，長直導(dǎo)線的電流形成的磁場在小磁針處的磁感應(yīng)強度為B0，則小磁針的N極將 ()答案：D對磁通量的理解1BS的含義BS只適用于磁感應(yīng)強度

13、B與面積S垂直的情況當(dāng)S與垂直于B的平面間的夾角為時，則有BScos.可理解為B(Scos)，即等于B與S在垂直于B方向上分量的乘積；也可理解為(Bcos)S，即等于B在垂直于S方向上的分量與S的乘積如圖8110甲所示師 之 說圖81102面積S的含義S不一定是某個線圈的真正面積，而是線圈在磁場范圍內(nèi)的面積如圖8110乙所示，S應(yīng)為線圈面積的一半3多匝線圈的磁通量多匝線圈內(nèi)磁通量的大小與線圈匝數(shù)無關(guān)，因為不論線圈匝數(shù)多少，穿過線圈的磁感線條數(shù)相同，而磁感線條數(shù)可表示磁通量的大小4合磁通量求法若某個平面內(nèi)有不同方向和強弱的磁場共同存在，當(dāng)計算穿過這個面的磁通量時，先規(guī)定某個方向的磁通量為正，反方

14、向的磁通量為負，平面內(nèi)各個方向的磁通量的代數(shù)和等于這個平面內(nèi)的合磁通量關(guān)鍵一點(1)磁通量是標(biāo)量，其正、負值僅表示磁感線是正向還是反 向穿過線圈平面(2)同一線圈平面，如果正向穿過平面的磁感線條數(shù)與反向 穿過平面的條數(shù)一樣多，則0. 如圖8111所示，邊長為100 cm的正方形閉合線圈置于勻強磁場中，線圈ab、cd兩邊中點連線OO的左右兩側(cè)分別存在方向 圖8111相同、磁感應(yīng)強度大小各為B10.6 T，B20.40 T的勻強磁場，若從上往下看，線圈逆時針方向轉(zhuǎn)過37時，穿過線圈的磁通量改變了多少？線圈從初始位置轉(zhuǎn)過180時，穿過線圈平面的磁通量改變了多少？思路點撥根據(jù)磁通量的定義，分別求出轉(zhuǎn)動

15、前后通過線圈abcd的磁通量，再求出磁通量的改變量 求解磁通量時，當(dāng)B與S不垂直時，可用兩個方法求合磁通量：一是分解B，用垂直于S的分量B求；二是投影S，將S投影到與B垂直的方向上，并求出S投影，然后利用BS投影求.學(xué) 之 用2如圖8112所示，有兩個同心放置且共面的金屬圓環(huán)，條形磁鐵穿過圓心且與兩環(huán)面垂直，比較通過兩環(huán)的磁通量a、b，則 () 圖 8112AabBabCabD不能確定解析：由于磁感線是閉合曲線，在磁體內(nèi)部是由S極指向N極，在磁體外部是由N極指向S極，且在磁體外部的磁感線分布在磁體的周圍較大的空間又由于穿過圓環(huán)a、b的磁通量均為內(nèi)外，因此線圈面積越大，磁感線抵消得越多，合磁通量

16、越小，故b環(huán)的磁通量較小A項正確答案：A安培力作用下通電導(dǎo)體運動方向的判定師之說1基本思路判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動或運動趨勢，首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁場磁感線分布情況，然后利用左手定則準(zhǔn)確判定導(dǎo)體的受力情況，進而確定導(dǎo)體的運動方向或運動趨勢的方向2常用方法結(jié)論法同向電流互相吸引，異向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢轉(zhuǎn)換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動或運動趨勢的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受電流磁場的作用力，從而確定磁體所受合力及運動方向.關(guān)鍵一點(1)在應(yīng)用左手定則時，磁感線不

17、一定垂直穿過手心，但四指一定指向電流方向，大拇指一定要垂直于磁場方向和電流方向決定的平面(2)某些導(dǎo)體在安培力作用下可能會出現(xiàn)平動與轉(zhuǎn)動同時發(fā) 生的情況，這時就可以應(yīng)用特殊位置法 如圖8113所示，把一重力不計的通電直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動，當(dāng)導(dǎo)線通入圖示方向電流I時，導(dǎo)線的運動情況是(從上往下看)() 圖 8113A順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降B順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升C逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降D逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升思路點撥首先明確常見磁場的磁感線分布情況，然后取“電流元”，用左手定則判定其受力方向，特別注意電流旋轉(zhuǎn)后，有了垂直于紙面的分量而導(dǎo)致向下受力解析(1)

18、電流元法如圖所示，把直線電流等效為AO、OO、OB三段(OO段極短)電流元，由于OO段電流方向與該處磁場方向平行，所以不受安培力作用；AO段電流元所在處的磁場方向傾斜向上，根據(jù)左手定則可知其所受安培力方向垂直于紙面向外；OB段電流元所在處的磁場方向傾斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直于紙面向里綜上可知導(dǎo)線將以O(shè)O段為軸順時針轉(zhuǎn)動(俯視) (2)特殊位置法把導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90的特殊位置來分析，根據(jù)左手定則判得安培力方向向下，故導(dǎo)線在順時針轉(zhuǎn)動的同時向下運動綜上所述，選項A正確答案A 判斷通電導(dǎo)線(或線圈)在安培力作用下的運動方向時，可以有多種方法，具體選用哪一種，可以視情況而定在本題中，除了已用到的

19、兩種方法外，還可以應(yīng)用“轉(zhuǎn)換研究對象法”，即假設(shè)導(dǎo)線固定不動，判斷出蹄形磁鐵的N、S極受力方向，從而確定蹄形磁鐵的轉(zhuǎn)動方向，再根據(jù)實際情況，將結(jié)論反過來即可.3將一個質(zhì)量很小的金屬圓環(huán)用細線吊起來，在其附近放一條形磁鐵，磁鐵的軸線與圓環(huán)在同一個平面內(nèi)，且通過圓環(huán)中心，如圖 圖 81148114所示，當(dāng)圓環(huán)中通以順時針方向的電流時，從上往下看 ()A圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，靠近磁鐵B圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，遠離磁鐵C圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動，靠近磁鐵D圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動，遠離磁鐵學(xué) 之 用解析：該通電圓環(huán)相當(dāng)于一個垂直于紙面的小磁針，N極在內(nèi)，S極在外，根據(jù)同極相互排斥，異極相互吸引，可得C項正確答案：C安培力的大小和做功情

20、況分析師 之 說1安培力公式的說明(1)可把安培力公式寫為FBsinIL(為B與I方向夾角)，即 相當(dāng)于只有與L垂直的磁感應(yīng)強度的分量對電流產(chǎn)生安 培力(2)L是有效長度，即為在垂直磁感應(yīng)強度方向的投影長 度2通電導(dǎo)線在安培力作用下的平衡和加速運動(1)確定研究對象，對研究對象進行受力分析(2)畫出受力平面圖(3)依據(jù)平衡條件或牛頓第二定律列方程3安培力做功的實質(zhì)：能量的轉(zhuǎn)化(1)安培力做正功：是將電源的電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動能或轉(zhuǎn) 化為其他形式的能(2)安培力做負功：是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后或儲存 或轉(zhuǎn)化為其他形式的能關(guān)鍵一點(1)對導(dǎo)線進行受力分析時，注意將三維立體圖轉(zhuǎn)變?yōu)槎S 平面圖畫受

21、力圖(2)通電導(dǎo)線在磁場中的平衡及加速運動問題的處理方法與 純力學(xué)問題一樣，無非是有安培力參與作用思路點撥先根據(jù)閉合電路歐姆定律求出電流I，進而求出安培力當(dāng)F安mgsin時，F(xiàn)f靜沿導(dǎo)軌向下，當(dāng)F安mgsin時，F(xiàn)f靜沿導(dǎo)軌向上，最后由力的平衡條件列式求解解析金屬棒受到四個力作用：重力mg，垂直框面向上的支持力FN，沿框面向上的安培力F安，沿框面的靜摩擦力Ff靜金屬棒靜止在框架上時，F(xiàn)f靜的方向可能沿框面向上，也可能向下，需分兩種情況考慮當(dāng)變阻器R取值較大時，I較小，安培力F安較小，在金屬棒重力分力mgsin作用下棒有沿框架下滑的趨勢，框架對棒的摩擦力沿框面向上，受力如圖所示金屬棒剛好不下滑時滿足平衡條件答案1.4 R8.2 (1)解決有關(guān)通電導(dǎo)體在磁場中的平衡問題，關(guān)鍵是受 力分析，只不過比純力學(xué)中的平衡問題要多考慮一個 安培力(2)畫好輔助圖(如斜面)，標(biāo)明輔助方向(如B的方向、I 的方向等)是畫好受