2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí)講義 第8章 第1講 磁場的描述 磁場對電流的作用.doc

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2019-2020年高考物理總復(fù)習(xí)講義 第8章 第1講 磁場的描述 磁場對電流的作用考綱點擊備考指南1.磁場、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線、磁通量1.考查磁場的基本概念，如磁感線、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通量等，一般以選擇題的形式出現(xiàn)2.結(jié)合左手定則分析解決通電導(dǎo)體在磁場中的平衡、運(yùn)動類問題以非選擇題的形式考查居多3.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的勻速圓周運(yùn)動，確定其圓心、半徑、運(yùn)動軌跡、運(yùn)動時間等問題，特別注意“邊界問題”以及由周期性引起的“多解問題”4.帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動問題，以及分析解決粒子速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、質(zhì)譜儀、回旋加速器、霍爾效應(yīng)、電磁流量計等磁場知識在生活和科技方面的應(yīng)用問題，幾乎是每年必考，常以計算題的形式出現(xiàn).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(qiáng)磁場中的安培力5.洛倫茲力、洛倫茲力的方向6.洛倫茲力公式帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動7.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(qiáng)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知識一磁場、磁感線、磁感應(yīng)強(qiáng)度1磁場(1)基本特性：磁場對處于其中的磁體、電流和運(yùn)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(qiáng)度的方向一致3磁體的磁場和地磁場條形磁鐵蹄形磁鐵地磁場圖8114磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)物理意義：描述磁場強(qiáng)弱和方向(2)定義式：B(通電導(dǎo)線垂直于磁場)(3)方向：小磁針靜止時N極的指向(4)單位：特斯拉(T)5勻強(qiáng)磁場(1)定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小處處相等、方向處處相同的磁場稱為勻強(qiáng)磁場(2)特點勻強(qiáng)磁場中的磁感線是疏密程度相同的、方向相同的平行直線磁感線并不是真實存在的，沒有磁感線的地方并不表示沒有磁場知識二電流的磁場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電流的磁場通電直導(dǎo)線通電螺線管環(huán)形電流特點無磁極、非勻強(qiáng)，且距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場越弱與條形磁鐵的磁場相似，管內(nèi)為勻強(qiáng)磁場且磁場最強(qiáng)，管外為非勻強(qiáng)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(yuǎn)，磁場越弱安培定則立體圖橫截面圖 從上往下看 從左往右看 從右往左看縱截面圖如圖所示，一束帶電粒子沿水平方向的虛線飛過小磁針上方，并與小磁針方向平行，能使小磁針N極轉(zhuǎn)向讀者，那么這束帶電粒子可能是如何運(yùn)動的？提示帶電粒子沿水平方向的虛線飛過小磁針上方，并與小磁針方向平行，能使小磁針N極轉(zhuǎn)向讀者可知電流的磁場在小磁針?biāo)谔幨谴怪庇诩埫嬷赶蜃x者的依據(jù)安培定則可得，電流的方向水平向左因此，如果這束帶電粒子是正離子，則向左飛行；如果是負(fù)離子，則向右飛行知識三磁通量1概念在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，與磁場方向垂直的面積S和B的乘積2公式：BS.(勻強(qiáng)磁場且BS)3單位：1 Wb1_Tm2.(1)磁通量是標(biāo)量，但有正負(fù)之分(2)磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān)知識四磁場對電流的作用安培力1安培力的大小(1)當(dāng)磁場B與電流垂直時：FBIL.(2)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(jìn)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決定的平面(1)通電導(dǎo)線放入磁場中，若不受安培力，說明該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零()(2)安培力一定不做功()1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(qiáng)弱和方向，但它不是客觀存在的線，可用細(xì)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】A219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(rèn)識到：溫度差會引起電流，安培考慮到地球自轉(zhuǎn)造成了太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】B3(xx新課標(biāo)全國卷)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()【解析】地磁場是從地球的南極附近出來，進(jìn)入地球的北極附近，除兩極外地表上空的磁場都具有向北的磁場分量，由安培定則，環(huán)形電流外部磁場方向向北可知，B正確【答案】B圖8124(多選)(xx海南高考)圖812中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接正極，e接正極，f接負(fù)極，則L向左滑動D若a接負(fù)極，b接正極，e接負(fù)極，f接正極，則L向左滑動【解析】若a接正極，b接負(fù)極，電磁鐵磁極間磁場方向向上，e接正極，f接負(fù)極，由左手定則判定金屬桿受安培力向左，則L向左滑動，A項錯誤，同理判定B、D選項正確，C項錯誤【答案】BD考點一 64對磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解一、磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場力的性質(zhì)的物理量，由磁場本身決定，是用比值法定義的二、磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電場強(qiáng)度E的比較對應(yīng)名稱比較項目磁感應(yīng)強(qiáng)度B電場強(qiáng)度E物理意義描述磁場的力的性質(zhì)的物理量描述電場的力的性質(zhì)的物理量定義式B，通電導(dǎo)線與B垂直E大小決定由磁場決定，與檢驗電流無關(guān)由電場決定，與檢驗電荷無關(guān)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(qiáng)度等于各磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和合場強(qiáng)等于各個電場的場強(qiáng)的矢量和某同學(xué)為檢驗?zāi)晨臻g有無電場或者磁場存在，想到的以下方法中不可行的是()A在該空間內(nèi)引入檢驗電荷，如果電荷受到電場力說明此空間存在電場B在該空間內(nèi)引入檢驗電荷，如果電荷沒有受到電場力說明此空間不存在電場C在該空間內(nèi)引入通電導(dǎo)線，如果通電導(dǎo)線受到磁場力說明此空間存在磁場D在該空間內(nèi)引入通電導(dǎo)線，如果通電導(dǎo)線沒有受到磁場力說明此空間不存在磁場【解析】如果把電荷引入電場中，一定會受到電場力作用，如果電荷沒有受到電場力作用，一定是沒有電場，A、B對把通電導(dǎo)線引入磁場中時，只要電流方向不與磁場方向平行，就會受到磁場力作用，但是不受磁場力的原因有兩個，一是沒有磁場，二是雖有磁場，但是電流方向與磁場方向平行，C對，D錯【答案】D(1)電場強(qiáng)度的方向與電荷的受力方向相同或相反，而磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與電流元受安培力方向垂直，滿足左手定則(2)電荷在電場中一定會受到電場力的作用，如果電流方向與磁場方向平行，則電流在磁場中不受安培力的作用考點二 65安培定則的應(yīng)用與磁場的疊加一、安培定則的應(yīng)用在運(yùn)用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流及通電螺線管的磁場時應(yīng)分清“因”和“果”.原因(電流方向)結(jié)果(磁場方向)直線電流的磁場大拇指四指環(huán)形電流及通電螺線管的磁場四指大拇指二、磁場的疊加磁感應(yīng)強(qiáng)度為矢量，合成與分解遵循平行四邊形定則圖813(xx大綱全國高考)如圖813，兩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(qiáng)度為零Ba、b兩點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反Cc、d兩點處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同Da、c兩點處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同【審題指導(dǎo)】(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(qiáng)度不為零，故A選項錯誤；a、b兩點的磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度方向相同，故D選項錯誤【答案】C考點三 66安培力作用下導(dǎo)體的平衡問題一、安培力常用公式FBIL，要求兩兩垂直，應(yīng)用時要滿足：1B與L垂直圖8142L是有效長度，即垂直磁感應(yīng)強(qiáng)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814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(qiáng)磁場中，受到的安培力的矢量和為零二、解決安培力作用下導(dǎo)體平衡問題的一般思路1個示范例圖815(xx貴陽八中模擬)如圖815所示，用兩根相同的細(xì)繩水平懸掛一段均勻載流直導(dǎo)線MN，電流I的方向為從M到N，繩子的拉力均為F.為使F0，可能達(dá)到要求的方法是()A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】要使繩子的拉力均為0，根據(jù)平衡條件知導(dǎo)線所受安培力應(yīng)豎直向上，由左手定則知，應(yīng)加垂直紙面向里的磁場【答案】C1個預(yù)測例如圖816所示，金屬棒MN兩端由等長的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，圖816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(qiáng)度變大，角變小【審題指導(dǎo)】(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(xì)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(qiáng)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；角的大小與懸線長無關(guān)，選項B錯誤【答案】A解決安培力相關(guān)問題的“關(guān)鍵”(1)要正確畫出通電導(dǎo)體受力的平面圖，電流方向和磁場方向表示要正確(2)受力分析時安培力的方向必須用左手定則正確判定，注意安培力的方向既跟磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，又和電流方向垂直.通電導(dǎo)體在安培力作用下運(yùn)動的判斷方法一、思路概述判斷通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動或運(yùn)動趨勢，首先要弄清導(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)體的受力情況，進(jìn)而確定導(dǎo)體的運(yùn)動方向或運(yùn)動趨勢的方向二、判斷方法1電流元法分割為電流元左手定則,安培力方向整段導(dǎo)體所受合力方向運(yùn)動方向2特殊位置法在特殊位置安培力方向運(yùn)動方向3等效法(1)環(huán)形電流小磁針(2)條形磁鐵通電螺線管多個環(huán)形電流4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5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(yùn)動或運(yùn)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(yùn)動方向1個示范例圖817如圖817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，且垂直于線圈平面，當(dāng)線圈中通入如圖817所示方向的電流后，線圈的運(yùn)動情況是()A線圈向左運(yùn)動B線圈向右運(yùn)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【解析】甲方法一：電流元法首先將圓形線圈分成很多小段，每一段可看做一直線電流，取其中上、下兩小段分析，其截面圖和受安培力情況如圖甲所示根據(jù)對稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運(yùn)動只有選項A正確乙方法二：等效法將環(huán)形電流等效成一條形磁鐵，如圖乙所示，據(jù)異名磁極相吸引知，線圈將向左運(yùn)動，選A.也可將左側(cè)條形磁鐵等效成一環(huán)形電流，根據(jù)結(jié)論“同向電流相吸引，異向電流相排斥”也可判斷出線圈向左運(yùn)動選A.【答案】A1個方法練如圖818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)于磁鐵對斜面壓力和彈簧的伸長量的說法中正確的是()圖818AFN1FN2，彈簧的伸長量增大DFN1FN2，彈簧的伸長量減小【解析】在題圖中，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時，由左手定則可判斷導(dǎo)線A必受斜向右下方的安培力，由牛頓第三定律可知磁鐵所受作用力的方向是斜向左上方，所以磁鐵對斜面的壓力減小，即FN1FN2，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.【答案】C磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解和磁感線1關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度B，下列說法中正確的是()A根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度定義B，磁場中某點的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與F成正比，與I成反比B磁感應(yīng)強(qiáng)度B是標(biāo)量，沒有方向C磁感應(yīng)強(qiáng)度B是矢量，方向與F的方向相反D在確定的磁場中，同一點的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是確定的，不同點的磁感應(yīng)強(qiáng)度B可能不同，磁感線密的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度B大些，磁感線疏的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度B小些【解析】磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)弱，D正確【答案】D磁場的疊加圖8192(xx洛陽一中檢測)有兩根長直導(dǎo)線a、b互相平行放置，如圖819所示為垂直于導(dǎo)線的截面圖在如圖所示的平面內(nèi)，O點為兩根導(dǎo)線連線的中點，M、N為兩導(dǎo)線連線的中垂線上兩點，與O點的距離相等，aM與MN的夾角為.若兩導(dǎo)線中通有大小相等、方向相反的恒定電流I，單根導(dǎo)線中的電流在M處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0，則關(guān)于線段MN上各點的磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說法中正確的是()AM點和N點的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向一定相反BM點和N點的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為2B0cos CM點和N點的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為2B0sin D在線段MN上有磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的點【解析】作出兩根導(dǎo)線在M、N兩處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，并根據(jù)平行四邊形定則求出合磁感應(yīng)強(qiáng)度，M、N兩處磁感應(yīng)強(qiáng)度相同，大小為B2B0sin ，選項A、B錯誤，選項C正確；線段MN上各點磁場方向均水平向右且不為零，選項D錯誤【答案】C安培定則和左手定則的應(yīng)用3如圖8110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8110A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安培力大小的計算圖81114如圖8111所示，一個邊長為L、三邊電阻相同的正三角形金屬框放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，若通以如圖所示方向的電流(從A點流入，從C點流出)，電流大小為I，則關(guān)于金屬框所受安培力的情況，下列說法正確的是()A金屬框所受安培力大小為0B金屬框所受安培力大小為BIL，方向垂直AC沿紙面向上C金屬框所受安培力大小為BIL，方向垂直AC沿紙面向下D金屬框所受安培力大小為2BIL，方向垂直AC沿紙面向上【解析】根據(jù)通電導(dǎo)線在磁場中受安培力的特點，可以把正三角形金屬框的AB與BC兩根導(dǎo)線所受的安培力等效為導(dǎo)線AC所受的安培力，則整個三角形金屬框可以看做兩根AC導(dǎo)線并聯(lián)，且兩根導(dǎo)線中的總電流等于I，由公式得到FBIL，另外根據(jù)左手定則，可知整個三角形金屬框所受的安培力的方向垂直AC沿紙面向上，所以選項B正確【答案】B導(dǎo)體棒在磁場中的平衡問題5.圖8112(xx鄭州一中模擬)如圖8112所示，兩根光滑金屬導(dǎo)軌平行放置，導(dǎo)軌所在平面與水平面間的夾角為.整個裝置處于沿豎直方向的勻強(qiáng)磁場中金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置，當(dāng)金屬桿ab中通有從a到b的恒定電流I時，金屬桿ab剛好靜止則()A磁場方向豎直向上B磁場方向豎直向下C金屬桿ab受安培力的方向平行導(dǎo)軌向上D金屬桿ab受安培力的方向平行導(dǎo)軌向下【解析】金屬桿受力分析如圖所示，當(dāng)磁場方向豎直向上時，由左手定則可知安培力水平向右，金屬桿ab受力可以平衡，A正確；若磁場方向豎直向下，由左手定則可知安培力水平向左，則金屬桿ab受力無法平衡，B、C、D錯誤【答案】A