《備考指南一輪 物理 》課件-第9章 第1講

磁場第九章主干內(nèi)容學(xué)科素養(yǎng)磁場、磁感應(yīng)強度、磁感線1.高考中幾乎每年都涉及本章的考點，在內(nèi)容上主要集中在磁場的疊加、磁場對電流的作用、帶電粒子在磁場中的運動及在復(fù)合場中的運動和實際應(yīng)用等．通常以磁場、磁感線、安培力、洛倫茲力等考查“物理觀念”素養(yǎng)，以磁場、磁感線的應(yīng)用，安培力、洛倫茲力的動力學(xué)和能量分析等考查“科學(xué)思維”素養(yǎng)．2．考查形式主要體現(xiàn)在計算題上，尤其是壓軸題大多涉及帶電粒子在復(fù)合場中的運動，由于知識綜合性強、難度大、區(qū)分度大，仍將是高考中的重難點和熱點，復(fù)習時應(yīng)加強訓(xùn)練.通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向安培力、安培力的方向勻強磁場中的安培力洛倫茲力、洛倫茲力的方向洛倫茲力的公式帶電粒子在勻強磁場中的運動質(zhì)譜儀和回旋加速器第1講磁場的描述磁場對電流的作用【備考指南】本講內(nèi)容是關(guān)于磁場的基礎(chǔ)知識，包括磁感應(yīng)強度和安培力的概念、安培定則和右手定則的應(yīng)用．高考很少對這些知識單獨考查．學(xué)習本講知識，主要是為進一步學(xué)習磁場的其他內(nèi)容打好基礎(chǔ)．欄目導(dǎo)航01知識梳理回顧03核心素養(yǎng)提升02要點各個擊破04配套訓(xùn)練知識梳理回顧11．磁場的產(chǎn)生磁場是一種物質(zhì)，產(chǎn)生于磁體和電流周圍．2．磁場的基本性質(zhì)磁場對放入其中的______和______有磁場力的作用(對磁極一定有力的作用；對電流只是可能有力的作用，當電流和磁感線________時電流不受磁場力作用)．3．磁場的方向規(guī)定：小磁針在磁場中靜止時______極所指的方向就是該點的磁場方向或者說是小磁針在磁場中______極的受力方向．一磁場的產(chǎn)生及基本性質(zhì)磁極電流平行N

N

4．磁感應(yīng)強度(1)物理意義：描述磁場的____________．(2)大?。築＝________(通電導(dǎo)線垂直于磁場)．(3)方向：小磁針靜止時________的指向．(4)單位：________，名稱________，簡稱________．5．磁通量(1)概念：在勻強磁場中，與磁場方向________的面積S和磁感應(yīng)強度B的乘積，叫做穿過這個面積的磁通量．(2)公式：Φ＝________.(3)單位：1Wb＝________.強弱和方向北極T

特斯拉特垂直BS

1T·m2

【對點小練】1．(多選)下列說法正確的是(

)A．電荷在某處不受電場力的作用，則該處的電場強度為零B．一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場力作用，則該處磁感應(yīng)強度一定為零C．表征電場中某點電場的強弱，是把一個檢驗電荷放在該點時受到的電場力與檢驗電荷本身電荷量的比值D．表征磁場中某點磁場的強弱，是把一小段通電導(dǎo)線放在該點時受到的磁場力與該小段導(dǎo)線長度和電流乘積的比值【答案】AC1．磁感線(1)磁感線是用來形象描述磁場中各點的__________和________的曲線，是________的物理模型．磁感線上每一點的__________就是該點的磁場方向，也就是在該點小磁針靜止時N極的指向．磁感線的________表示磁場的強弱．(2)磁感線是________曲線(和靜電場的電場線不同)．(3)電流磁場的磁感線繞向可由__________判定，它也叫做________________．二磁感線、通電導(dǎo)體周圍的磁場分布磁場方向強弱假想切線方向疏密封閉安培定則右手螺旋定則2．要熟記常見的幾種磁場的磁感線，如圖所示．3．地磁場：地球本身就是一個大磁體，具有以下幾個特點：(1)地磁場的N極在地理________附近，地磁場中S極在地理________附近，磁感線分布如圖所示．(2)地磁場B的水平分量(Bx)總是從地球南極指向北極，而豎直分量(By)則南北相反，在南半球垂直于地面向上，在北半球垂直于地面向下．(3)在赤道平面上，距離地球表面相等的各點磁感應(yīng)強度相等且方向水平向北．南極北極4．磁感線和電場線的比較磁感線和電場線的疏密都能形象地表示相應(yīng)場的強弱，但應(yīng)注意：(1)只有在同一個圖中才能根據(jù)磁感線或電場線的疏密判定各處相應(yīng)場的強弱．(2)沒有畫出磁感線或電場線的地方并不表示那里沒有磁場或電場存在.比較磁感線電場線不同點閉合曲線，外部從N→S，內(nèi)部從S→N起始于正電荷，終止于負電荷相似點引入目的都是為了形象描述場而引入的假想線，實際不存在疏密都能定性描述場的強弱切線方向都表示該點場的方向是否相交不能相交(電場中無電荷空間不相交)【對點小練】2．(2019年浙江模擬)在宇宙環(huán)境中，地磁場保護著地球．地質(zhì)記錄表明，自地球在46億年前形成以來，已經(jīng)有過數(shù)百次地磁反轉(zhuǎn)，也就是說，地球的磁場在“反極性”(地磁場方向與現(xiàn)在的方向相同)和“正極性”(地磁場方向與現(xiàn)在的方向相反)之間不斷變換．物理學(xué)家的研究認為，地球的磁極反轉(zhuǎn)在未來仍可能會發(fā)生．下列關(guān)于地磁反轉(zhuǎn)期間的說法正確的是(

)A．對依靠磁場進行導(dǎo)航的物種不會有影響B(tài)．若地磁場處于最弱的狀態(tài)時，就不會對地球生物的生存有影響C．太陽輻射的髙能粒子直接轟擊地球的大氣層，可能引發(fā)一些疾病D．地球磁場的反轉(zhuǎn)可能是瞬間發(fā)生，而不是一個緩慢、漸進的過程【答案】C【解析】當?shù)厍虻拇艌鲎兓瘯r，對依靠磁場進行導(dǎo)航的物種會有影響，選項A錯誤．由于地球的磁場方向沿南北方向，與太陽輻射的方向是垂直的，根據(jù)左手定則可知，地球的磁場能使太陽輻射的高能帶電粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，所以地球的磁場對地球的生物有一定的保護作用．若地磁場處于最弱的狀態(tài)時，就會對地球生物的生存有影響，選項B錯誤．結(jié)合B的方向可知，地磁反轉(zhuǎn)期間地球的磁場減弱，太陽輻射的高能粒子直接轟擊地球的大氣層，可能引發(fā)一些疾病，選項C正確．根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，地球磁場的反轉(zhuǎn)不可能是瞬間發(fā)生，而是一個緩慢、漸進的過程，選項D錯誤．1．安培力的方向(1)左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指________，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________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)兩平行的通電直導(dǎo)線間的安培力：同向電流互相________，異向電流互相________．(3)注意問題：磁感線方向不一定垂直于電流方向，但安培力方向一定與磁場方向和電流方向垂直，即大拇指一定要垂直于磁場方向和電流方向決定的平面．三磁場對電流的作用垂直電流大拇指吸引排斥

2．安培力的大小當磁感應(yīng)強度B的方向與導(dǎo)線方向成θ角時，F(xiàn)＝__________.這是一般情況下的安培力的表達式，以下是兩種特殊情況：(1)當磁場與電流________時，安培力最大，F(xiàn)max＝________.(2)當磁場與電流________時，安培力等于零．3．判定步驟首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的________分布情況，然后利用__________準確判定導(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．ILBsinθ

垂直ILB

平行磁場左手定則【答案】C要點各個擊破2要點1對磁場、磁感線的理解1．磁體的磁場和電流的磁場一樣，都是由電荷運動產(chǎn)生的，磁場與電流方向的關(guān)系遵循安培定則．2．磁場可以用磁感線形象地描述．磁感線是閉合的曲線，在磁體外部從N極指向S極，在磁體內(nèi)部從S極指向N極．磁感線不能相交，也不能相切．3．若某個區(qū)域內(nèi)磁感應(yīng)強度的大小處處相等，方向處處相同，那么該區(qū)域的磁場叫做勻強磁場．勻強磁場中的磁感線是平行、等距的直線．例1

地球是一個大磁體，它的存在對地球的影響是巨大的．下列有關(guān)地磁場的相關(guān)說法正確的是(

)A．地磁場的北極在地理的南極附近B．在地面上放置一枚小磁針，在沒有其他磁場的影響下靜止的小磁針的南極指向地磁場的南極C．北半球地磁場的方向相對地面總是豎直向下的D．地球上任何地方的地磁場方向都是和地面平行的【答案】A【解析】地理北極附近是地磁南極，地理南極附近是地磁北極，選項A正確．在地面上放置一枚小磁針，在沒有其他磁場的影響下，靜止的小磁針的南極指向地磁場的北極，選項B錯誤．地磁場的磁感線可分解成兩個分量，水平分量指向地理北極附近，若在北半球，則豎直分量豎直向下；若在南半球，則豎直分量豎直向上．選項C、D都錯誤．練1

中國宋代科學(xué)家沈括在《夢溪筆談》中最早記載了地磁偏角：“以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也．”進一步研究表明，地球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖．結(jié)合上述材料，下列說法不正確的是(

)A．地理南、北極與地磁場的南、北極不重合B．地球內(nèi)部也存在磁場，地磁南極在地理北極附近C．地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行D．地磁場對射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用【答案】C【解析】地理南、北極與地磁場的南、北極不重合，有一定的夾角，即為磁偏角，故A正確．磁場線是閉合的曲線，地球內(nèi)部也存在磁場，地磁南極在地理北極附近，故B正確．磁場線是閉合的曲線，地球磁場從南極附近發(fā)出，從北極附近進入地球，組成閉合曲線．故C錯誤．地磁場與射向地球赤道的帶電宇宙粒子速度方向并不平行，所以對帶電宇宙粒子有力的作用，故D正確．要點2對磁感應(yīng)強度的理解及其應(yīng)用

思路由磁場的疊加可知每根導(dǎo)線在O點產(chǎn)生的磁感強度大小．移動之后距O點的距離不變，故磁感強度大小不變，則由矢量合成的方向可得出移動之后的合磁感強度，即可求得比值．【答案】B練2

如圖所示，帶負電的金屬環(huán)繞軸OO′以角速度ω勻速旋轉(zhuǎn)．在環(huán)左側(cè)軸線上的小磁針最后平衡時的位置是(

)A．N極豎直向上 B．N極豎直向下C．N極沿軸線向左 D．N極沿軸線向右【答案】C【解析】負電荷勻速轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)方向反向的環(huán)形電流．由安培定則知，在小磁針處磁場的方向沿軸OO′向左．由于磁針N極指向為磁場方向，可知選項C正確．解決磁場疊加的思路和步驟1．根據(jù)安培定則確定各導(dǎo)線在某點產(chǎn)生的磁場方向；2．判斷各分磁場的磁感應(yīng)強度大小關(guān)系；3．根據(jù)矢量合成法則確定合磁場的大小和方向．要點3磁場對通電直導(dǎo)線的作用力——安培力1．安培力的大小安培力常用公式F＝BIL，應(yīng)用時要滿足：(1)B與I垂直．(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．安培力問題的分析思路(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的方程式進行求解．例3

(2020屆浙江名校聯(lián)考)如圖所示裝置，電源的電動勢為E＝8V，內(nèi)阻r1＝0.5Ω，兩光滑金屬導(dǎo)軌平行放置，間距為d＝0.2m，導(dǎo)體棒ab用等長絕緣細線懸掛并剛好與導(dǎo)軌接觸，ab左側(cè)為水平直軌道，右側(cè)為半徑R＝0.2m的豎直圓弧導(dǎo)軌，圓心恰好為細線懸掛點，整個裝置處于豎直向下磁感應(yīng)強度為B＝0.5T的勻強磁場中．閉合開關(guān)后，導(dǎo)體棒沿圓弧運動．已知導(dǎo)體棒的質(zhì)量為m＝0.06kg，電阻r2＝0.5Ω，不考慮運動過程中產(chǎn)生的反電動勢，則(

)A．導(dǎo)體棒ab所受的安培力方向始終與運動方向一致B．導(dǎo)體棒在擺動過程中所受安培力F＝8NC．導(dǎo)體棒擺動過程中的最大動能0.8JD．導(dǎo)體棒ab速度最大時，細線與豎直方向的夾角θ＝53°【答案】D練3

(2019年寧波模擬)老師在課堂上做了一個演示實驗，裝置如圖所示，在容器的中心放一個圓柱形電極B，沿容器邊緣內(nèi)壁放一個圓環(huán)形電極A，把A和B分別與電源的兩極相連．然后在容器內(nèi)放入液體，將該容器放在磁場中，液體就會旋轉(zhuǎn)起來．王同學(xué)課后重復(fù)老師的實驗步驟，但液體并沒有旋轉(zhuǎn)起來．造成這種現(xiàn)象的原因可能是該同學(xué)在實驗過程中(

)A．將磁鐵的磁極倒置了B．將直流電源的正負極接反了C．使用的液體為能導(dǎo)電的飽和食鹽溶液D．使用的電源為50Hz的低壓交流電源【答案】D【解析】將該容器放在磁場中，能使液體旋轉(zhuǎn)起來，是因為液體受到安培力作用，因此溶液要能導(dǎo)電，且電流方向確定，并且要有磁場．與磁鐵的磁極是否接反、直流電源正負極是否接反都沒有關(guān)系．而該同學(xué)實驗時液體不能旋轉(zhuǎn)可能是因為其使用了交流電源，所以是D選項．要點4安培力作用下物體運動方向的判斷判斷安培力作用下物體的運動方向的常用方法電流元法即把整段電流等效為很多段直線電流元，先用左手定則判斷出每小段電流元受安培力的方向，從而判斷出整段電流所受合力的方向，最后確定運動方向特殊位置法把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個便于分析的特殊位置(如轉(zhuǎn)過90°)后再判斷所受安培力的方向，從而確定運動方向等效分析法環(huán)形電流可以等效為條形磁鐵，條形磁鐵也可以等效為環(huán)形電流．通電螺線管可以等效為很多環(huán)形電流推論分析法(1)兩電流相互平行時無轉(zhuǎn)動趨勢，方向相同時相互吸引，方向相反時相互排斥(2)兩電流不平行時有轉(zhuǎn)動到平行且方向相同的趨勢轉(zhuǎn)換研究對象法電流之間、電流與磁體之間的相互作用滿足牛頓第三定律，因此定性分析磁體在力的作用下如何運動的問題時，可先分析電流在磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律確定磁體所受的作用力，從而確定磁體所受的合力及運動方向例4

甲圖中a、b是電流相等的兩直線電流．乙圖中c、d是電荷量相同的兩正點電荷，O為兩電流(或電荷)連線的中點．在O點正上方有一電子以較小的速度v射向O點．不計重力．關(guān)于電子的運動的下列說法正確的是(

)A．甲圖中的電子將做變速運動B．乙圖中的電子將做往復(fù)運動C．乙圖中的電子在向O點運動的過程中，加速度一定在減小D．乙圖中的電子在O點動能最大，電勢能也最大【答案】B【解析】甲圖中a、b在電子運動的方向上產(chǎn)生的磁場的方向都向下，與電子運動的方向相同，所以電子不受洛倫茲力的作用，將做勻速直線運動，故A錯誤．乙圖中，cd的連線上，O點上方的電場方向向上，O點下方的電場方向向下，電子在O點上方受到的電場力方向向下，在O點的下方受到的電場力的方向向上，所以電子先做加速運動，后做減速運動，將在某一范圍內(nèi)做往復(fù)運動，故B正確．乙圖中c、d的連線上，O點的電場強度是0，O點上方的電場方向向上，O點下方的電場方向向下，從O點向兩邊電場強度的大小先增大，后減?。砸覉D中的電子在向O點運動的過程中，加速度不一定在減小，故C錯誤．乙圖中c、d的連線上，O點上方的電場方向向上，O點下方的電場方向向下，所以O(shè)點的電勢最高，電子帶負電，乙圖中的電子在O點動能最大，電勢能最小，故D錯誤．練4

(2019年杭州模擬)如圖所示，兩個完全相同且相互絕緣、正交的金屬環(huán)可沿軸線OO′自由轉(zhuǎn)動．現(xiàn)通以圖示方向電流，沿OO′看去會發(fā)現(xiàn)(

)A．A環(huán)、B環(huán)均不轉(zhuǎn)動B．A環(huán)將逆時針轉(zhuǎn)動，B環(huán)也逆時針轉(zhuǎn)動，兩環(huán)相對不動C．A環(huán)將順時針轉(zhuǎn)動，B環(huán)也順時針轉(zhuǎn)動，兩環(huán)相對不動D．A環(huán)將順時針轉(zhuǎn)動，B環(huán)將逆時針轉(zhuǎn)動，兩者吸引靠攏至重合為止【答案】D【解析】由安培定則可得，A環(huán)產(chǎn)生的磁場方向向下，B環(huán)產(chǎn)生的磁場方向向左，兩個磁場相互作用后有磁場方向趨向一致的趨勢．所以A環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，B環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動，二者相互靠攏，直至重合．故D正確，A、B、C錯誤．要點5安培力作用下的平衡問題當通電導(dǎo)體在磁場中所受到的安培力、重力等外力的合力為零時，它將處于平衡狀態(tài)．在分析通電導(dǎo)體在磁場中的平衡問題時，其思路和方法與分析力學(xué)中的平衡問題是一樣的．【答案】ACD練5

(2019年開封質(zhì)檢)水平面上有電阻不計的U形導(dǎo)軌NMPQ，導(dǎo)軌的寬度為L，M和P之間接入電動勢為E的電源(不計內(nèi)阻)．現(xiàn)垂直于導(dǎo)軌擱一根質(zhì)量為m電阻為R的金屬棒ab，并加一個范圍較大的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，方向與水平面夾角為θ，指向右上方且與金屬棒ab垂直，如圖所示．求：(1)當ab棒靜止時，它受到的支持力和摩擦力各為多大？(2)若B的大小和方向均能改變，則要使ab棒所受的支持力為零，B的大小至少為多少？此時B的方向如何？核心素養(yǎng)提升3安培力作用下的功能關(guān)系安培力和重力、彈力、摩擦力一樣，會使通電導(dǎo)體在磁場中平衡、轉(zhuǎn)動、加速，也會涉及做功問題．解答時一般要用到動能定理、能量守恒定律等．1．周期性變化的安培力做功問題例1

(多選)如圖甲所示，兩根光滑平行導(dǎo)軌水平放置，間距為L，其間有豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B.垂直于導(dǎo)軌水平對稱放置一根均勻金屬棒．從t＝0時刻起，棒上有如圖乙所示的持續(xù)交