xx届高考物理基础知识归纳-磁场及其描述

1 / 9 XX 届高考物理基础知识归纳 :磁场及其描述 本资料为 WoRD 文档，请点击下载地址下载全文下载地址 第 1 课时 磁场及其描述 基础知识归纳 1.磁场 (1)磁场： 磁极 、 电流 和 运动电荷 周围存在的一种物质；所有磁现象都起源于 电荷运动 ；磁场对放入其中的 磁体 ( 通电导线 和 运动电荷 )产生力的作用； (2)磁场的方向：规定小磁针在磁场中 N 极的受力方向(或小磁针 静止时 N 极的指向 )为该处的磁场方向 . 2.磁感线及其特点 用来形象描述磁场的一组假想曲线，任意一点的 切 线方向 为该点磁场方向，其疏密反映磁场的 强弱 ；在磁体外部磁感线由 N 极到 S 极，在内部由 S 极到 N 极，形成一组永不 相交 的 闭合 曲线 . 3.几种常见的磁感线 (1)条形磁铁的磁感线：见图 1，外部中间位置磁感线切线与条形磁铁平行； (2)蹄形磁铁的磁感线：见图 2. 2 / 9 图 1 图 2 (3)电流的磁感线：电流方向与磁感线方向的关系由 安培定则 来判定 . 直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场 特点无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越 弱 与 条形磁 铁 的磁场相似，管内为 匀强磁场 且磁场 最强 ，管外为 非匀强磁场 环形电流的两侧是N 极和 S 极且离圆环中心越远，磁场越 弱 立 体 图 横截 面图 纵截 面图 (4)地磁场的磁感线：见图 3，地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，其主要特点有三个： 地磁场的 N 极在地理 南 极附近， S 极在地理北极附近； 地磁场 B 的水平分量 (Bx)总是从地球南极指向地球北极，而竖直分量 By 在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面3 / 9 向下； 在赤道平面上，距离表面高度相等的各点，磁感应强度相等，且方 向水平向北 . (5)匀强磁场的磁感线：磁场的强弱及方向处处相同；其磁感线是疏密 相同 ，方向 相同 的平行直线；距离很近的两个异名磁极之间的磁场及通电螺线管内部的磁场 (边缘部分除外 )，都可以认为是匀强磁场 . 4.磁感应强度 用来表示磁场强弱和方向的物理量 (符号： B). 定义：在磁场中 垂直 于磁场方向的通电导线，所受安培力与电流的比值 . 大小： B，单位：特斯拉 (符号： T). 方向：磁场中某点的磁感应强度方向是该点磁场的方向，即通过该点的磁感线的切线方向；磁感应强度的大小由 磁场本身 决定，与放 入磁场中的电流无关 .磁感应强度是 矢 量 . 5.磁通量 () 在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为 S，我们把 B 与 S 的乘积叫做穿过这个面积的磁通量 .用公式表示为： BS .磁通量是标量，但有方向 . 重点难点突破 4 / 9 一、理解 “ 磁场方向 ” 、 “ 磁感应强度方向 ” 、 “ 小磁针静止时北极的指向 ” 以及 “ 磁感线切线方向 ” 的关系 它们的方向是一致的，只要知道其中任意一个方向，就等于知道了其他三个方向 . 二、正确理解磁感应强度 1.磁感应强度是由比值法定义的，磁场中某位置的磁感应强度的大 小及方向是客观存在的，由磁场本身的性质决定，与放入的通电导线的电流大小 I、导线长度 L 无关，与通电导线是否受安培力无关，即使不放入通电导体，磁感应强度依然存在； 2.必须准确理解定义式 B成立的条件是通电导线垂直于磁场放置 .磁场的方向与安培力的方向垂直； 3.磁感应强度是矢量，遵守矢量分解、合成的平行四边形定则 . 三、安培定则的应用 1.判定直线电流形成的磁场方向：大拇指指电流方向，四指指磁场的环绕方向 . 2.判定环形电流 (或通电螺线管 )的磁场方向时，四指指电流方向，大拇指指环内中心轴线 (或螺线管内 部 )的磁感线方向 . 典例精析 1.对磁感应强度的理解 【例 1】以下说法正确的是 ( ) 5 / 9 A.电流元在磁场中受磁场力为 F，则 B，电流元所受磁场力 F 的方向即为该点的磁场方向 B.电流元在磁场中受磁场力为 F，则磁感应强度可能大于或等于 c.磁场中电流元受磁场力大的地方，磁感应强度一定大 D.磁感应强度为零的地方，一小段通电直导线在该处一定不受磁场力 【解析】判断磁感应强度的大小，需在电流元受力最大的前提下进行，且电流元受磁场力方向与该点磁场方向垂直，故A错， B对 .电流元在磁场中所受磁场力与其放置 的位置有关，电流元受力大的地方磁感应强度不一定大，故 c 错 . 【答案】 BD 【思维提升】 (1)准确理解公式 B成立的条件是 BI ，即受力最大的前提是解题的关键； (2)准确理解磁感应强度的大小、方向是由磁场本身的性质决定的，不能说 B 与 F 成正比、与 IL的乘积成反比 . 【拓展 1】一根导线长，通有 3A 的电流，垂直磁场放入磁场中某处受到的磁场力是 610 2N，则该处的磁感应强度大小 B 为 T；如果该导线的长度和电流都减小一半，则该处的磁感应强度大小为 T.若把这根通电导线放入磁场中的另外一点，所受磁场力为 1210 2N，则该点磁感应强度大小为 T. 6 / 9 【解析】通电导线垂直放入磁场中，由定义式得 B T 某点的磁感应强度由磁场本身决定，故 B 当通电导线在某处所受磁场力一定，将其垂直放入时，对应的 B 最小 . Bmin= T，故 B 2.安培定则的应用 【例 2】当 S 闭合时，在螺线管内部的一根小铁棒被磁化，右端为 N 极 .试判断通电螺线管的极性和电源的极性，这时用绝缘线悬挂的小通电圆环将怎样运动 (俯视 )？ 【解析】小磁针 (本题中为磁化后的软铁棒 )静止时 N 极的指向为该点的磁场方向，在螺线管内部 磁感线由 S 极到 N 极，故螺线管内右端为 N 极 .再根据安培定则及等效法确定电源右端为负极，左端为正极，小通电圆环顺时针转动 (同时靠近螺线管 ). 【思维提升】明确磁场方向，小磁针 N 极受力方向 (或静止时 N 极指向 )、磁感线在该点的切线方向及磁感应强度 B 的方向是同一个方向 .明确磁感线在磁体外部是由 N极到 S极，在内部是由 S 极到 N 极的闭合曲线 . 【拓展 2】弹簧秤下挂一条形磁棒，其中条形磁棒 N 极的一部分位于未通电的螺线管内，如图所示 .下列说法正确的是(Ac) 7 / 9 A.若将 a 接电源正极， b 接负极，弹簧秤示数将减小 B.若将 a 接电源正极， b 接负极，弹簧秤示数将增大 c.若将 b 接电源正极， a 接负极，弹簧秤示数将增大 D.若将 b 接电源正极， a 接负极，弹簧秤示数将减小 【解析】条形磁铁在本题中可以看做小磁针，当 a 接电源正极时，条形磁铁的 N 极方向与螺线管的磁感线方向相反，相互排斥，示数减小， A 对， B 错；同理 c 对， D 错 . 3.安培定则与磁感应强度的矢量性 【例 3】如图所示，互相绝缘的三根无限长直导线的一部分ab、 cd、 ef 组成一个等边三角形 .三根导线通过的电流大小相等，方向如图所示 .o 为三角形的中心， m、 N 分别为 o 关于 ab、 cd的对称点 .已知三电流形成的合磁场在 o 点的磁感应强度的大小为 B1，在 m 点的磁感应强度大小为 B2，此时合磁场在 N点的磁感应强度的大小为 .若撤去 ef中的电流，而 ab、 cd中电流不变，则 N 点的磁感应强度大小为 . 【解析】设每根电流线在 o 点产生的磁感应强度大小为 B0，ef、 cd 在 m 点产生的磁感应强度大小为 B0 ，则在 o 点有B1 B0 在 m 点有 B2 2B0 B0 在 N 点有 BN B0 B1 撤去 ef中的电流后，在 N 点有 BN B0 B0 8 / 9 由 式解得 BN 【答案 】 B1； 【思维提升】直线电流的磁场方向由安培定则确定，直线电流的磁场强弱与电流 I 的大小及位置有关，充分利用 “ 对称性 ” 是解本题的关键 . 【拓展 3】三根平行的直导线，分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点，如图所示，现使每条通电导线在斜边中点 o所产生的磁感应强度的大小为 B.则该处的实际磁感应强度的大小和方向如何？ 【解析】根据安培定则， I1与 I3在 o 点处产生的磁感应强度相同， I2 在 o 点处产生的磁感应强度的方向与 B1(B3)相垂直 .又知 B1、 B2、 B3 的大小均为 B，根据矢量的运算可知o 处的实际磁感应强 度的大小 B0，方向三角形平面内与斜边夹角 arctan2，如图所示 . 易错门诊 【例 4】如图所示，电流从 A 点分两路通过环形支路再汇合于 B 点，已知两个支路的金属材料相同，但截面积不相同，上面部分的截面积较大，则环形中心 o 处的磁感应强度方向是 ( ) A.垂直于环面指向纸内 B.垂直于环面指向纸外 c.磁感应强度为零 D.斜向纸内 【错解】根据磁感应强度的矢量性，在 o 点场强很有可能选9 / 9 择 c 或 D. 【错因】对于两个支