第九章第一節(jié)

第九章磁場2015高考導(dǎo)航考綱展示1.磁場、磁感應(yīng)強度、磁感線Ⅰ2．通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向Ⅰ3．安培力、安培力的方向Ⅰ4．勻強磁場中的安培力Ⅱ5．洛倫茲力、洛倫茲力的方向Ⅰ6．洛倫茲力公式Ⅱ7．帶電粒子在勻強磁場中的運動Ⅱ8．質(zhì)譜儀和回旋加速器Ⅰ說明：1.安培力的計算只限于電流與磁感應(yīng)強度方向垂直的情形2．洛倫茲力的計算只限于速度和磁場方向垂直的情形熱點視角1.高考對磁場知識的考查頻率較高，考查的熱點主要集中在：磁場概念的理解、安培力的應(yīng)用和帶電粒子在磁場中的運動、帶電粒子在復(fù)合場中的運動．2．高考題型包括選擇題和計算題．選擇題側(cè)重考查磁場的基本概念、安培力的簡單應(yīng)用和洛倫茲力的有關(guān)分析；計算題則側(cè)重考查帶電粒子在磁場中或在復(fù)合場中的運動以及與電磁感應(yīng)相結(jié)合的問題．特別注意“邊界問題”以及由周期性引起的多解問題．3．高考也注重實際應(yīng)用，如質(zhì)譜儀、回旋加速器、霍爾元件、磁流體發(fā)電機、速度選擇器、磁電式電流表等都可能成為命題的背景.磁場及其描述一、磁場、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

的作用. (2)方向:小磁針的

所受磁場力的方向.磁場力N極

(3)方向:小磁針靜止時

的指向.3.安培的分子電流假說 安培認(rèn)為,在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部,存在著一種

——分子電流.分子電流使每個物質(zhì)微粒都成為微小的磁體,它的兩側(cè)相當(dāng)于

(如圖1所示).N極環(huán)形電流兩個磁圖12.磁感應(yīng)強度

(1)物理意義:描述磁場

. (2)大小:B=(通電導(dǎo)線垂直于磁場). 強弱和方向極二、磁感線及幾種常見的磁場分布1.磁感線:在磁場中畫出一些曲線,使曲線上每一點的

方向都跟這點的磁感應(yīng)強度的方向一致.2.幾種常見的磁場

(1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(如圖2所示)切線圖2定培定則立體圖3、幾種電流周圍的磁場分布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)為勻強磁場且磁場

,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,磁場越弱最強越弱4、地磁場①地磁場的N極在地球

附近,S極在地球

附近,磁感線分布如圖4所示.②地磁場B的水平分量(Bx)總是從地球

指向

,而豎直分量(By)則南北相反,在南半球垂直地面向上,在北半球垂直地面向下.南極北極圖4南極北極③在赤道平面上,距離地球表面高度相等的各點,磁感應(yīng)強度

,且方向水平

.相等向北三、磁感線和電場線的比較

磁感線電場線相似點引入目的都是為了形象的描述場而引入的假想曲線,實際不存在疏密意義都能定性描述場的強弱切線方向都是表示該點場的方向是否相交不相交不同點閉合曲線,外部由N→S,內(nèi)部由S→N

起始于正電荷(或無窮遠),終止于負(fù)電荷(或無窮遠)

對磁感應(yīng)強度B=

的理解1.磁感應(yīng)強度由磁場本身決定,就像電場強度由電場本身決定一樣,跟該位置放不放通電導(dǎo)線無關(guān).2.不能根據(jù)公式B=就說B與F成正比,與IL成反比.3.磁感應(yīng)強度B的定義式也是其度量式,但用來測量的小段通電導(dǎo)線必須垂直放入磁場,如果小段通電直導(dǎo)線平行放入磁場,所受安培力為零,但不能說該點的磁感應(yīng)強度為零.

4.磁感應(yīng)強度是矢量,其方向是放入其中的小磁針靜止時N極的指向,不是磁場中電流所受磁場力的方向,而是與受到磁場力的方向垂直.B.電流元IL在磁場中受力為F,則磁感應(yīng)強度可能大 于或等于C.磁場中電流元受力大的地方,磁感應(yīng)強度一定大D.磁場中某點磁感應(yīng)強度的方向,與電流元在此點的 受力方向相同1.(單選)關(guān)于磁感應(yīng)強度的概念,以下說法中正確的有

( )A.電流元IL在磁場中受力為F,則磁感應(yīng)強度B一定等于B1－1.(單選)關(guān)于磁感應(yīng)強度B，下列說法中正確的是(

)A．磁場中某點B的大小，跟放在該點的試探電流元的情況有關(guān)B．磁場中某點B的方向，跟放在該點的試探電流元所受磁場力方向一致C．在磁場中某點的試探電流元不受磁場力作用時，該點B值大小為零D．在磁場中磁感線越密集的地方，磁感應(yīng)強度越大D1－2.(單選)如圖，兩根相互平行的長直導(dǎo)線分別通有方向相反的電流I1和I2，且I1>I2；a、b、c、d為導(dǎo)線某一橫截面所在平面內(nèi)的四點且a、b、c與兩導(dǎo)線共面；b點在兩導(dǎo)線之間，b、d的連線與導(dǎo)線所在平面垂直，磁感應(yīng)強度可能為零的點是(

)A．a(chǎn)點

B．b點C．c點

D．d點C2－1.(雙選)(2014·長春高三檢測)關(guān)于電場線和磁感線的說法正確的是(

)A．電場線和磁感線都是利用疏密表示場的強弱的B．電場線是客觀存在的，而磁感線是不存在的C．靜電場的電場線是不閉合的，而磁感線是閉合的曲線D．電場線和磁感線都可能相交AC2－2.(單選)為了解釋地球的磁性，19世紀(jì)安培假設(shè)：地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的.在下列四個圖中,正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是(

)B2－3.(單選)在磁場中某區(qū)域的磁感線如下圖所示，則(

)A．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強度的大小不等，Ba>BbB．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強度的大小不等，Ba<BbC．同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力大D．同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力小B四、安培力的大小和方向1．大小(1)F＝BILsinθ(其中θ為B與I之間的夾角)．

(2)磁場和電流垂直時F＝________.(3)磁場和電流平行時F＝0.BIL2．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________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：F⊥B，F(xiàn)⊥I，即F垂直于B和I決定的平面．(注意：B和I可以有任意夾角)電流3．(雙選)(2012·高考海南卷)如圖所示的裝置可演示磁場對通電導(dǎo)線的作用．電磁鐵上下兩磁極之間某一水平面內(nèi)固定兩條平行金屬導(dǎo)軌，L是置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌垂直的金屬桿．當(dāng)電磁鐵線圈兩端a、b，導(dǎo)軌兩端e、f，分別接到兩個不同的直流電源上時，L便在導(dǎo)軌上滑動．下列說法正確的是(

)A．若a接正極，b接負(fù)極，e接正極,f接負(fù)極，則L向右滑動B．若a接正極，b接負(fù)極，e接負(fù)極,f接正極，則L向右滑動C．若a接負(fù)極，b極正極，e接正極,f接負(fù)極，則L向左滑動D．若a接負(fù)極，b極正極，e接負(fù)極,f接正極，則L向左滑動BD安培定則的應(yīng)用和磁場的疊加1．安培定則的應(yīng)用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”．原因(電流方向)結(jié)果(磁場繞向)直線電流的磁場環(huán)形電流的磁場大拇指四指四指大拇指2.磁場的疊加磁感應(yīng)強度是矢量，計算時與力的計算方法相同，利用平行四邊形定則或正交分解法進行合成與分解．特別提示：兩個電流附近的磁場的磁感應(yīng)強度是由兩個電流分別獨立存在時產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度疊加而成的．(單選)(2012·高考全國卷)如圖所示，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(chǎn)、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(

)CA．O點處的磁感應(yīng)強度為零B．a(chǎn)、b兩點處的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相反C．c、d兩點處的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相同D．a(chǎn)、c兩點處磁感應(yīng)強度的方向不同[思路點撥]

先根據(jù)安培定則確定兩電流在各點產(chǎn)生的磁場方向，再根據(jù)B與距離的關(guān)系，判斷各點兩個分磁感應(yīng)強度的大小關(guān)系，然后根據(jù)矢量合成法則確定合磁感應(yīng)強度的大小關(guān)系．[總結(jié)提升]磁感應(yīng)強度是矢量，遵循矢量的運算法則．[解析]由安培定則可以判斷通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場的磁感線如圖所示，由磁場的疊加原理可知C項正確．1．(雙選)(2013·高考海南卷)三條在同一平面(紙面)內(nèi)的長直絕緣導(dǎo)線組成一等邊三角形，在導(dǎo)線中通過的電流均為I，方向如圖所示．a(chǎn)、b和c三點分別位于三角形的三個頂角的平分線上,且到相應(yīng)頂點的距離相等．將a、b和c處的磁感應(yīng)強度大小分別記為B1、B2和B3，下列說法正確的是(

)A．B1＝B2<B3B．B1＝B2＝B3ACC．a(chǎn)和b處磁場方向垂直于紙面向外，c處磁場方向垂直于紙面向里D．a(chǎn)處磁場方向垂直于紙面向外，b和c處磁場方向垂直于紙面向里解析：在a、b兩處的磁場，有兩條電流產(chǎn)生的磁場抵消，只有第三條電流產(chǎn)生的磁場，且方向垂直紙面向外，在c處的磁場，其中三條電流產(chǎn)生的磁場方向均垂直紙面向里，根據(jù)矢量疊加原理得到c處的磁場最強．故正確選項為AC.2．(雙選)有兩根長直導(dǎo)線a、b互相平行放置，如圖所示為垂直于導(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為兩根導(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)強度的說法中正確的是(

)A．M點和N點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相同B．M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BD解析：兩根導(dǎo)線在M點和N點產(chǎn)生的合磁感應(yīng)強度大小相等,方向相反，所以選項B正確；線段MN中點O的磁感應(yīng)強度為零,選項D正確．通電導(dǎo)體在安培力作用下運動的判斷判定通電導(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)體所在位置的磁場分布情況，然后利用左手定則判定導(dǎo)體的受力方向，進而確定導(dǎo)體的運動方向或運動趨勢的方向．現(xiàn)對幾種常用的方法列表比較如下：電流元法特殊位置法等效法轉(zhuǎn)換研究對象法把整段彎曲導(dǎo)線分為多段直線電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運動方向通電導(dǎo)線轉(zhuǎn)動到某個便于分析的特殊位置時，判斷其所受安培力的方向，從而確定其運動方向環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個環(huán)形電流，反過來等效也成立．然后根據(jù)同極相斥、異極相吸判斷相互作用情況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時，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(單選)如圖所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面．當(dāng)線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后，線圈的運動情況是(

)A．線圈向左運動

B．線圈向右運動C．從上往下看順時針轉(zhuǎn)動

D．從上往下看逆時針轉(zhuǎn)動A3．(單選)如圖所示，條形磁鐵放在光滑斜面上，用平行于斜面的輕彈簧拉住而平衡，A為水平放置的直導(dǎo)線的截面,導(dǎo)線中無電流時磁鐵對斜面的壓力為FN1；當(dāng)導(dǎo)線中有垂直紙面向外的電流時，磁鐵對斜面的壓力為FN2，則下列關(guān)于壓力和彈簧的伸長量的說法中正確的是(

)A．FN1＜FN2，彈簧的伸長量減小B．FN1＝FN2，彈簧的伸長量減小C．FN1＞FN2，彈簧的伸長量增大D．FN1＞FN2，彈簧的伸長量減小C解析：由于條形磁鐵的磁感線是從N極出發(fā)到S極，所以可畫出磁鐵在導(dǎo)線A處的一條磁感線，其方向是斜向左下方的,導(dǎo)線A中的電流垂直紙面向外，由左手定則可判斷導(dǎo)線A必受斜向右下方的安培力F1，如圖所示，由牛頓第三定律可知磁鐵所受作用力F2的方向是斜向左上方，所以磁鐵對斜面的壓力減小，即FN1＞FN2，同時，由于導(dǎo)線A比較靠近N極，安培力的方向與斜面的夾角小于90°，所以對磁鐵的作用力有沿斜面向下的分力，使得彈簧彈力增大，可知彈簧的伸長量增大，所以正確選項為C.通電導(dǎo)線在磁場中的平衡和加速問題的分析思路(1)選定研究對象；(2)變?nèi)S為二維，如側(cè)視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫出平面受力分析圖，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方程進行求解．(雙選)如圖所示，質(zhì)量為m、長為L的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)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θ.則磁感應(yīng)強度方向和大小可能為(

)BC4．(雙選)電磁軌道炮工作原理如圖所示.待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動,并與軌道保持良好接觸.電流I從一條軌道流入，通過導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回.軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(可視為勻強磁場),磁感應(yīng)強度的大小與I成正比．通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出．現(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來的2倍，理論上可采用的辦法是(

)A．只將軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍B．只將電流I增加至原來的2倍BDC．只將彈體質(zhì)量減至原來的一半D．將彈體質(zhì)量減至原來的一半,軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍,其他量不變安培力相關(guān)綜合問題計算安培力常用公式F＝BIL，公式要求F、B、IL兩兩垂直，如果導(dǎo)線彎曲,L是有效長度．如圖所示，彎曲導(dǎo)線的有效長度L等于導(dǎo)線兩端點所連直線的長度,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．(2014·珠海市調(diào)研)如圖所示，在傾角為θ＝30°的斜面上，固定一寬L＝0.25m的平行金屬導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上端接入電源和滑動變阻器R.電源電動勢E＝12V,內(nèi)阻r＝1Ω,一質(zhì)量m＝20g的金屬棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并接觸良好.整個裝置處于磁感應(yīng)強度B＝0.80T、垂直于斜面向上的勻強磁場中(導(dǎo)軌與金屬棒的電阻不計)．金屬導(dǎo)軌是光滑的，取g＝10m/s2,要保持金屬棒在導(dǎo)軌上靜止，求：(1)金屬棒所受到的安培力大?。?2)通過金屬棒的電流；(3)滑動變阻器R接入電路中的阻值．[課堂筆記][答案](1)0.1N

(2)0.5A

(3)23Ω5．(雙選)如圖所示，光滑的金屬軌道分水平段和圓弧段兩部分，O點為圓弧的圓心．兩金屬軌道之間的寬度為0.5m，勻強磁場方向如圖所示，大小為0.5T.質(zhì)量為0.05kg、長為0.5m的金屬細(xì)桿置于金屬軌道上的M