高中物理 第2章 磁及其應(yīng)用章末分層突破教師用書(shū) 魯科版選修1-1

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第2章 磁及其應(yīng)用 [自我校對(duì)] ①相斥 ②相吸 ③沒(méi)有磁性 ④反 ⑤重合 ⑥強(qiáng)弱 ⑦方向 ⑧強(qiáng)弱及方向 ⑨ ⑩磁感線條數(shù) ?奧斯特 ?直線 ?安培 ?安培 　 　　 磁感線與安培定則 1.對(duì)磁感線的理解要點(diǎn) (1)磁感線是假想的，用來(lái)對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行直觀描述的曲線．它并不是客觀存在的． (2)磁感線是封閉曲線．在磁體的外部由N極到S極．在磁體的內(nèi)部由S極到N極． (3)磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱．某點(diǎn)附近磁感線較密，表示該點(diǎn)的磁場(chǎng)較強(qiáng)，反之較弱． (4)磁感線的切線方向(曲線上某點(diǎn)的切線方向)表示該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向．亦即靜止的小磁針的N極在該點(diǎn)所指的方向．任何兩條磁感線不會(huì)相交． (5)磁感線不是帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡． 2．安培定則 在運(yùn)用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場(chǎng)時(shí)應(yīng)分清“因”和“果”的關(guān)系，在判定直線電流的磁場(chǎng)方向時(shí)，大拇指指“原因”——電流方向，四指指“結(jié)果”——磁感線繞向；在判定環(huán)形電流磁場(chǎng)方向時(shí)，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． 　根據(jù)圖21中標(biāo)出的磁場(chǎng)方向，指出通電導(dǎo)線中電流的方向． 圖21 【解析】　由安培定則可判定(甲)圖中電流方向由b到a；(乙)圖中電流方向由a到b；(丙)圖中電流方向由a到b. 【答案】　見(jiàn)解析 磁通量與磁感應(yīng)強(qiáng)度 1.磁通量是針對(duì)一個(gè)面而言的，與線圈匝數(shù)無(wú)關(guān)． 2．磁通量表示穿過(guò)某一面積的磁感線條數(shù)．對(duì)于勻強(qiáng)磁場(chǎng)Φ＝BS，其中S是垂直于磁場(chǎng)方向上的面積，若平面不與磁場(chǎng)方向垂直，則要求出它在垂直于磁場(chǎng)方向上的投影面積，不能用上式計(jì)算． 3．磁通量是標(biāo)量，其正負(fù)不表示大小，只表示與規(guī)定正方向相同或相反．若磁感線沿相反方向通過(guò)同一平面，且正向磁感線條數(shù)為Φ1，反向磁感線條數(shù)為Φ2，則磁通量等于穿過(guò)該平面的磁感線的凈條數(shù)(磁通量的代數(shù)和)，即Φ＝Φ1－Φ2. 4．磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，穿過(guò)某一面積磁感線的條數(shù)越多，磁通量就越大；反之就越?。袛啻磐康淖兓话闶歉鶕?jù)穿過(guò)某一面積的磁感線的多少去判斷的． 　如圖22所示，一夾角為45的三角形，以水平向右、大小為1 m/s的速度進(jìn)入一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝0.1 T，求4 s后通過(guò)三角形的磁通量．(設(shè)三角形足夠大) 圖22 【解析】　計(jì)算磁通量時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)乘以有磁場(chǎng)通過(guò)的有效面積S＝(vt)2. 所以Φ＝B(vt)2＝0.11242 Wb＝0.8 Wb. 【答案】　0.8 Wb 章末綜合測(cè)評(píng)(二)　磁及其應(yīng)用 (分值：100分　時(shí)間：60分鐘) 一、選擇題(本題共8個(gè)小題，每小題6分，共48分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確，有的小題有多個(gè)選項(xiàng)正確．全部選對(duì)的得6分，選不全的得3分，有選錯(cuò)或不答的得0分．) 1．把一條導(dǎo)線平行地放在如圖1所示的磁針的上方附近，當(dāng)導(dǎo)線中有電流時(shí)，磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)．首先觀察到這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的物理學(xué)家是(　　) 圖1 A．奧斯特　　　　 B．愛(ài)因斯坦 C．牛頓 D．伽利略 【解析】　當(dāng)導(dǎo)線中有電流時(shí)，磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，即電流的磁效應(yīng)，首先觀察到電流磁效應(yīng)現(xiàn)象的是奧斯特． 【答案】　A 2．關(guān)于磁場(chǎng)和磁感線的描述，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．磁感線可以形象地描述各點(diǎn)磁場(chǎng)的方向 B．磁極之間的相互作用是通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的 C．磁感線是磁場(chǎng)中客觀存在的線 D．磁感線總是從磁鐵的北極出發(fā)，到南極終止 【解析】　磁感線是為了形象描述磁場(chǎng)而假想出來(lái)的有方向的閉合的曲線，實(shí)際上并不存在，所以C、D均錯(cuò)． 【答案】　AB 3．磁性水雷是用一個(gè)可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針來(lái)控制起爆電路的，軍艦被地磁場(chǎng)磁化后就變成了一個(gè)浮動(dòng)的磁體，當(dāng)軍艦接近磁性水雷時(shí)，就會(huì)引起水雷的爆炸，其依據(jù)是(　　) A．磁體的吸鐵性 B．磁極間的相互作用規(guī)律 C．電荷間的相互作用規(guī)律 D．磁場(chǎng)對(duì)電流的作用原理 【解析】　因軍艦是一被磁化的磁體，當(dāng)軍艦接近磁性水雷時(shí)，因軍艦與小磁針磁極間的相互作用，使小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而引起水雷爆炸，故B正確． 【答案】　B 4．19世紀(jì)20年代，科學(xué)家們已認(rèn)識(shí)到溫度差會(huì)引起電流，安培考慮到地球自轉(zhuǎn)造成了太陽(yáng)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(chǎng)是由繞地球的環(huán)形電流引起的．該假設(shè)中的電流方向是(地理子午線是地球磁場(chǎng)N極與S極在地球表面的連線)(　　) A．由西往東垂直于子午線 B．由東往西垂直于子午線 C．由南向北沿子午線 D．由赤道向兩極沿子午線方向 【解析】　因地磁場(chǎng)的N極在南方，由安培定則可知，若地磁場(chǎng)是由環(huán)形電流引起的，則電流方向應(yīng)由東往西垂直于子午線，B正確． 【答案】　B 5．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．只要有電流，周?chē)痛嬖诖艌?chǎng) B．最早發(fā)現(xiàn)電流周?chē)嬖诖艌?chǎng)的科學(xué)家是安培 C．如果在直導(dǎo)線下放置一自由小磁針，通電后小磁針必定發(fā)生偏轉(zhuǎn) D．奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)是偶然的，實(shí)際上電與磁沒(méi)有什么聯(lián)系 【解析】　電流的周?chē)囟ù嬖诖艌?chǎng)，故A正確．最早發(fā)現(xiàn)電流周?chē)嬖诖艌?chǎng)的是奧斯特，B錯(cuò)誤．當(dāng)通電直導(dǎo)線在下方產(chǎn)生的磁場(chǎng)與小磁針平行時(shí)，小磁針不偏轉(zhuǎn)，故C錯(cuò)誤．客觀證實(shí)電與磁有著密切的聯(lián)系，故D錯(cuò)誤．故選A. 【答案】　A 6.如圖2所示，一個(gè)正電子沿著逆時(shí)針?lè)较蜃鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)，則此正電子的運(yùn)動(dòng)(　　) 圖2 A．不產(chǎn)生磁場(chǎng) B．產(chǎn)生磁場(chǎng)，圓心處的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里 C．產(chǎn)生磁場(chǎng)，圓心處的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外 D．只在圓周內(nèi)側(cè)產(chǎn)生磁場(chǎng) 【解析】　正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较?，相?dāng)于逆時(shí)針環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)． 【答案】　C 7.如圖3所示的磁場(chǎng)中豎直放置兩個(gè)面積相同的閉合線圈S1(左)、S2(右)，由圖可知穿過(guò)線圈S1、S2的磁通量大小關(guān)系正確的是(　　) 圖3 A．穿過(guò)線圈S1的磁通量比較大 B．穿過(guò)線圈S2的磁通量比較大 C．穿過(guò)線圈S1、S2的磁通量一樣大 D．不能比較 【解析】　線圈S1處的磁感線密集，磁感應(yīng)強(qiáng)度大；線圈S2處的磁感線稀疏，磁感應(yīng)強(qiáng)度小，由Φ＝BS可知，穿過(guò)線圈S1的磁通量比較大，選項(xiàng)A正確． 【答案】　A 8．如圖4所示，兩根無(wú)限長(zhǎng)的平行導(dǎo)線水平放置，兩導(dǎo)線中均通以向右的、大小相等的恒定電流I，圖中的A點(diǎn)與這兩導(dǎo)線共面，且到兩導(dǎo)線的距離相等，則這兩根導(dǎo)線在該點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的合矢量(　　) 圖4 A．方向水平向右 B．方向水平向左 C．大小一定為零 D．大小一定不為零 【解析】　兩電流在A點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反、強(qiáng)弱相同，即磁場(chǎng)相互抵消，磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和為零，故C正確． 【答案】　C 二、非選擇題(本題共4個(gè)小題，共52分，解答應(yīng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要的演算步驟，只寫(xiě)出最后答案的不得分．有數(shù)值計(jì)算的題，答案中應(yīng)明確寫(xiě)出數(shù)值和單位．) 圖5 9．(10分)如圖5所示在通電螺絲管內(nèi)部中間的小磁針，靜止時(shí)N極指向右端，則電源的c端為_(kāi)_______極，螺線管的a端為_(kāi)_______極． 【解析】　根據(jù)小磁針的指向可知螺線管的內(nèi)部磁感線是從左向右，所以螺線管的a端為S極，根據(jù)安培定則可判斷出電源c端為正極． 【答案】　正　S 10．(12分)面積為2.510－2 m2的單匝矩形線圈放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量是10－3 Wb，那么，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多少？ 【解析】　因?yàn)棣担紹S，所以B＝＝ T＝410－2 T. 【答案】　410－2 T 11．(18分)在60周年國(guó)慶盛典上我國(guó)FBC－1“飛豹”新型超聲速殲擊轟炸機(jī)在天安門(mén)上空沿水平方向以1.7倍的聲速自東向西飛過(guò)，該機(jī)兩翼面積分別為15 m2，設(shè)北京上空地磁場(chǎng)的豎直分量為0.4210－4 T，試回答下列問(wèn)題： (1)該機(jī)兩翼的磁通量為多少？ (2)若該機(jī)花樣表演翻轉(zhuǎn)180飛行，此過(guò)程中兩機(jī)翼磁通量變化量為多少？ 【解析】　(1)據(jù)磁通量公式得 Φ＝0.4210－4215 Wb＝1.2610－3 Wb. (2)磁通量的變化量ΔΦ＝2Φ＝2.5210－3 Wb. 【答案】　(1)1.2610－3 Wb　(2)2.5210－3 Wb 12．(12分)做奧斯特實(shí)驗(yàn)時(shí)，把通電導(dǎo)線放在水平面南北方向，小磁針?lè)旁谒纳戏交蛳路?，只要電流足夠?qiáng)，離小磁針足夠近，實(shí)驗(yàn)都能成功．但是，把通電導(dǎo)線放在水平面東西方向，即使電流很強(qiáng)，離小磁針很近，實(shí)驗(yàn)中也不一定能看到小磁針偏轉(zhuǎn)，這是為什么？ 【答案】　因?yàn)榈厍虮旧碛械卮艌?chǎng)，當(dāng)無(wú)通電導(dǎo)線時(shí)，小磁針靜止時(shí)也會(huì)達(dá)到N極指向北的狀態(tài)，所以當(dāng)導(dǎo)線在水平面東西方向放置時(shí)，實(shí)驗(yàn)中不一定能看到小磁針偏轉(zhuǎn)．