高考物理二轮细致复习典范 6.1 磁场及其对电流的作用 鲁科版选修31(1).doc

2014届高考物理二轮细致复习典范 6.1 磁场及其对电流的作用 鲁科版选修3-1磁 场1.磁场、磁感应强度、磁感线 三年11考2.磁通量 三年6考3.通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 三年6考4.安培力、安培力的方向 三年6考5.匀强磁场中的安培力 三年7考6.洛伦兹力、洛伦兹力的方向 三年7考7.洛伦兹力公式 三年7考8.带电粒子在匀强磁场中的运动 三年12考9.质谱仪和回旋加速器 三年8考说明：(1)安培力的计算只限于电流与磁感应强度垂直的情形(2)洛伦兹力的计算只限于速度与磁场方向垂直的情形1.掌握磁场、磁感应强度、磁通量的基本概念，会用磁感线描述磁场.2.掌握安培定则、左手定则的应用.3.掌握安培力的概念及在匀强磁场中的应用.4.掌握洛伦兹力的概念，分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动问题.5.掌握带电粒子在复合场中运动问题的分析方法，能够分析解决质谱仪、回旋加速器等科技方面的实际应用问题.磁场及磁场对通电导线的作用一、磁场、磁感应强度1磁场的特性：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有_的作用2磁场的方向：小磁针静止时_所指的方向3磁感应强度(1)物理意义：描述磁场的_(2)大小：b_(通电导线垂直于磁场)(3)方向：小磁针静止时_的指向(4)单位：_，简称_，符号：_.4磁通量(1)概念：在匀强磁场中，与磁场方向_的面积s和磁感应强度b的乘积(2)公式：_.(3)单位：1 wb_.【答案】1.磁场力2.n极3.(1)强弱和方向(2)(3)n极(4)特斯拉特t4.(1)垂直(2)bs(3)1 tm2二、磁感线、通电导体周围的磁场的分布1磁感线：在磁场中画出一些有方向的曲线，使曲线上各点的_方向跟这点的磁感应强度方向一致2条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布(如图1所示)图13电流的磁场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_与_磁铁的磁场相似，管内为_磁场且磁场_，管外为_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_安培定则立体图横截面图4.磁感线的特点(1)磁感线上某点的_方向就是该点的磁场方向(2)磁感线的疏密定性地表示磁场的_，在磁感线较密的地方磁场_；在磁感线较疏的地方磁场较_(3)磁感线是_曲线，没有起点和终点在磁体外部，从n极指向s极；在磁体内部，由s极指向n极(4)同一磁场的磁感线不_、不_、不相切(5)磁感线是假想的曲线，客观上不存在【答案】1.切线3.越弱条形匀强最强非匀强越弱4.(1)切线(2)强弱较强弱(3)闭合(4)中断相交三、安培力的大小和方向1安培力的大小当磁感应强度b的方向与导线方向成角时，f_，这是一般情况下的安培力的表达式，以下是两种特殊情况：(1)当磁场与电流_时，安培力最大，fmaxbil.(2)当磁场与电流_时，安培力等于零2安培力的方向(1)安培力：_在磁场中受到的力(2)左手定则：伸开左手，使拇指与其余四指_，并且都与手掌在同一个平面内让磁感线从掌心进入，并使四指指向_的方向，这时_所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向(3)两平行的通电直导线间的安培力：同向电流互相_，异向电流互相_【答案】1.bilsin (1)垂直(2)平行2.(1)通电导线(2)垂直电流拇指(3)吸引排斥考点一对磁感应强度的理解1.磁感应强度概念的理解 (1)磁感应强度是用比值法定义的,其大小由磁场本身的性质决定,与放入的直导线的电流i的大小、导线长度l的大小无关.故不能根据就说b与f成正比，与il成反比.(2)由定义式计算b时,通电导线必须垂直于磁场;若通电导线平行放入磁场,则不受安培力,但不能说该处磁感应强度为零.2.磁通量概念的理解(1)=bs,s=scos其中s为s在垂直于b方向上的分量，如图甲所示.(2)面积s的含义：s不一定是某个线圈的真正面积,而是线圈在磁场范围内的面积.如图乙所示，s应为线圈面积的一半.(3)多匝线圈的磁通量：多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关,因为不论线圈匝数多少,穿过线圈的磁感线条数相同.(4)合磁通量求法：若某个平面内有不同方向的磁场共同存在,当计算穿过这个面的磁通量时,先规定某个方向的磁通量为正,反方向的磁通量为负，平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量.【典例1】下列说法中正确的是( )a .电荷在某处不受到电场力的作用，则该处的电场强度为零b.一小段通电导线在某处不受到磁场力的作用，则该处的磁感应强度一定为零c.把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到的电场力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱d.把一小段通电导线放在磁场中某处，它受到的磁场力与该小段通电导线的长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强弱【答案】选a 、c.【详解】把电荷放入电场某处，如果电荷没有受到电场力的作用，则该处不存在电场或该处的电场强度为零，故a对；把通电直导线放入某处，如果放置不合适，即使有磁场存在，通电直导线也不受磁场力的作用，故b错；由电场强度的定义式 知，电场强度等于试探电荷受到电场力f与所带电量q的比值，故c对；磁感应强度的定义式的成立是有条件的，即通电导线与磁场方向垂直，否则该定义式不成立，故d错.考点二 安培力公式的应用安培力常用公式f=bil，应用时要满足：(1)b与l垂直；(2)l是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度；如弯曲导线的有效长度l等于两端点所连直线的长度(如图所示)，相应的电流方向沿l由始端流向末端.因此任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，受到的安培力的矢量和为零.2.通电导线在安培力作用下的平衡和加速运动的分析方法(1)确定研究对象,对研究对象进行受力分析.(2)画出受力平面图.(3)依据平衡条件或牛顿第二定律列方程.【典例2】在图中，标出磁场b的方向，通电直导线中电流i的方向，以及通电直导线所受磁场力f的方向，其中正确的是( )【答案】选c.【详解】根据左手定则，a错误，c正确.电流与磁感线平行时，通电直导线不受安培力，b错误.安培力的方向应和磁感线垂直，d错误.考点三安培力作用下导体运动情况的判定1.判定安培力作用下导体运动情况的常用方法电流元法分割为电流元左手定则安培力方向整段导体所受合力方向运动方向特殊位置法在特殊位置安培力方向运动方向等效法环形电流小磁针条形磁铁通电螺线管多个环形电流结论法同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向【典例3】如图所示，把一通电导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动当导线通过电流i时，如果只考虑安培力的作用，则从上往下看，导线的运动情况是 ()a顺时针方向转动，同时下降b顺时针方向转动，同时上升c逆时针方向转动，同时下降d逆时针方向转动，同时上升【详解】第一步：电流元受力分析法把直线电流等效为oa、ob两段电流元，蹄形磁铁磁感线分布以及两段电流元受安培力方向相反，如图a所示可见从上往下看时，导线将逆时针方向转动第二步：特殊位置分析法取导线逆时针转过90的特殊位置来分析，如图b所示根据左手定则判断安培力方向向下，故导线在逆时针转动的同时向下运动【答案】c【2013年】2k12013天津卷 如图所示，金属棒mn两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由m向n的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为.如果仅改变下列某一个条件，角的相应变化情况是()a棒中的电流变大，角变大b两悬线等长变短，角变小c金属棒质量变大，角变大d磁感应强度变大，角变小2【答案】a【详解】作出侧视图(沿mn方向)，并对导体棒进行受力分析，如图所示据图可得tan，若棒中的电流i变大，则变大，选项正确；若两悬线等长变短，则不变，选项b错误；若金属棒的质量m变大，则变小，选项c错误；若磁感应强度b变大，则变大，选项d错误【10-11年】1.（2013上海高考物理t18）如图，质量为、长为的直导线用两绝缘细线悬挂于，并处于匀强磁场中。当导线中通以沿正方向的电流，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为。则磁感应强度方向和大小可能为(a) 正向， (b)正向， (c) 负向， (d)沿悬线向上，【答案】选bc.【详解】对于a选项，安培力水平向内，三力合力不可能为零,a错误；对于b选项，安培力竖直向上，当安培力时，可以平衡，此时，b选项正确；对于c选项，安培力水平向外，三力平衡时安培力，此时，c选项正确；对于d选项，安培力垂直于绳子的方向向内，三力不可能平衡，d错误.2.（2013大纲版全国t15）如图，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流和，且；a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点，且a、b、c与两导线共面；b点在两导线之间，b、d的连线与导线所在平面垂直。磁感应强度可能为零的点是a.a点 b.b点 c.c点 d.d点 【答案】选c【详解】空间某点的磁感应强度的大小和方向是两条直线电流各自产生的磁场叠加的结果。距离导线越近的地方，磁场越强。根据安培定则，只有在c点，两条导线电流各自产生的磁场才有可能大小相等，方向相反，叠加后互相抵消，磁感应强度为零。3.（2013海南物理t7）自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的，很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡献。下列说法正确的是（ ）a奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象之间的联系b.欧姆发现了欧姆定律，说明了热现象和电现象之间存在联系c.法拉第发现了电磁感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系d.焦耳发现了电流的热效应，定量经出了电能和热能之间的转换关系【答案】选acd。【详解】奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电现象与磁现象之间的联系，故正确；欧姆定律是反映了导体中的电流与电压和电阻的关系，b错误；法拉第实现了转磁为电的梦想，揭示了磁现象和电现象的关系，故c正确；焦耳发现了电流的热效应，并且定量给出了电能和热能之间的转换关系，故d正确.4.（2013新课标全国卷t14）为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流i引起的。在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是【答案】选b。【详解】由于地磁场的北极在地球的南极附近，由安培定则可知，安培假设中环形电流方向如b图所示，故a、c、d错，b正确。5.（2013新课标全国卷t18）电磁轨道炮工作原理如图所示。待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触。电流i从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小与i成正比。通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出。现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的方法是a.只将轨道长度l变为原来的2倍b.只将电流i增加至原来的2倍c.只将弹体质量减至原来的一半d.将弹体质量减至原来的一半，轨道长度l变为原来的2倍，其它量不变【答案】选b、d。【详解】设发射速度为v时，对应的电流为i，弹体的质量为m，轨道长度为l，当速度为2v时，对应的电流为i，弹体的质量为m，轨道长度为l，依题意有，b=ki，f=bia=ki2a，由动能定理得，fl=mv2，即ki2al=mv2，同理有ki2al=m4v2，两式相比可得：=，四个选项中只有bd两个选项使前式成立，故a、c错，b、d正确。6.（2013安徽卷）20如图所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个边长相等的但匝闭合正方形线圈和，分别用相同材料，不同粗细的导线绕制（为细导线）。两线圈在距磁场上界面高处由静止开始自由下落，再进入磁场，最后落到地面。运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界。设线圈、落地时的速度大小分别为、，在磁场中运动时产生的热量分别为、。不计空气阻力，则a b c d答案：d7.（2013江苏卷）9.如图所示，在匀强磁场中附加另一匀强磁场，附加磁场位于图中阴影区域，附加磁场区域的对称轴oo与ss垂直。a、b、c三个质子先后从s点沿垂直于磁场的方向摄入磁场，它们的速度大小相等，b的速度方向与ss垂直，a、c的速度方向与b的速度方向间的夹角分别为，且。三个质子经过附加磁场区域后能达到同一点s，则下列说法中正确的有 a三个质子从s运动到s的时间相等b三个质子在附加磁场以外区域运动时，运动轨迹的圆心均在oo轴上c若撤去附加磁场，a到达ss连线上的位置距s点最近d附加磁场方向与原磁场方向相同答案：cd解析：a.三个质子从s运动到s的时间不相等，错误；b.三个质子在附加磁场意外区域运动时，只有b运动轨迹的圆心在oo轴上，因为半径相等，而圆心在初速度方向的垂线上，所以b错误；c.用作图法可知，若撤去附加电场，a到达ss连线上的位置距s点最近，b最远；c正确；d.因b要增大曲率，才能使到达ss连线上的位置向s点靠近，所以附加磁场方向与原磁场方向相同，d正确；本体选cd。本体考查带电粒子在磁场中的运动。难度：难。8. （2013上海物理）13. 如图，长为的直导线拆成边长相等，夹角为的形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为，当在该导线中通以电流强度为的电流时，该形通电导线受到的安培力大小为（a）0 （b）0.5 （c） （d）答案：c解析：导线有效长度为2lsin30=l，所以该v形通电导线收到的安培力大小为。选c。本题考查安培力大小的计算。难度：易。9.（2013重庆卷）21.如题21图所示，矩形mnpq区域内有方向垂直于纸面的匀强磁场，有5个带电粒子从图中箭头所示位置垂直于磁场边界进入磁块，在纸面民内做匀速圆周运动，运动轨迹为相应的圆弧，这些粒子的质量，电荷量以及速度大小如下表所示由以上信息可知，从图中a、b、c处进大的粒子对应表中的编号分别为a 3、5、4 b4、 2、5c5、3、2 d2、4、5 答案：d【解析】根据半径公式结合表格中数据可求得15各组粒子的半径之比依次为0.52332，说明第一组正粒子的半径最小，该粒子从mq边界进入磁场逆时针运动。由图a、b粒子进入磁场也是逆时针运动，则都为正电荷，而且a、b粒子的半径比为23，则a一定是第2组粒子，b是第4组粒子。c顺时针运动，都为负电荷，半径与a相等是第5组粒子。正确答案d。1.(2013海淀区模拟)有两根长直导线a、b互相平行放置，如图所示为垂直于导线的截面图.在图中所示的平面内，o点为两根导线连线的中点，m、n为两导线附近的两点，它们在两导线连线的中垂线上，且与o点的距离相等.若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流i，则关于线段mn上各点的磁感应强度，下列说法中正确的是( )a.m点和n点的磁感应强度大小相等，方向相同b.m点和n点的磁感应强度大小相等，方向相反c.在线段mn上各点的磁感应强度都不可能为零d.在线段mn上只有一点的磁感应强度为零【答案】选b、d.【详解】根据安培定则和磁场的叠加原理，m点和n点的磁感应强度大小相等，方向相反，选项错,b对；在线段mn上只有在o点处，a、b两直导线电流形成的磁场的磁感应强度等大反向，即只有o点处的磁感应强度为零，选项c错,d正确.2.一根有质量的金属棒mn，两端用细软导线连接后悬挂于a、b两点，棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从m流向n，此时悬线上有拉力.为了使拉力等于零，可( ) a.适当减小磁感应强度 b.使磁场反向c.适当增大电流强度 d.使电流反向【答案】选c.【详解】根据左手定则，安培力方向竖直向上，故b、d错误；根据悬线有向上的拉力，故应增大安培力，a错误，c正确.3.(2013南京模拟)如图所示，条形磁铁竖直放置，一水平圆环从磁铁上方位置向下运动，到达磁铁上端位置，套在磁铁上到达中部，再到磁铁下端位置，再到下方.磁铁从过程中，穿过圆环的磁通量变化情况是( )a.变大，变小，变大，变小 b.变大，变大，变小，变小c.变大，不变，不变，变小 d.变小，变小，变大，变大【答案】选b.【详解】从条形磁铁磁感线的分布情况看，穿过圆环的磁通量在位置处最大，所以正确答案为b.熟悉几种常见磁场的磁感线分布图，知道条形磁铁内部的磁感线方向是从s极到n极.4.通电螺线管内有一在磁场力作用下处于静止的小磁针，磁针指向如图所示，则( )a.螺线管的p端为n极，a接电源的正极b.螺线管的p端为n极，a接电源的负极c.螺线管的p端为s极，a接电源的正极d.螺线管的p端为s极，a接电源的负极【解析】选b.小磁针n极指向螺线管内部磁感线的方向，故p端为n极，再根据安培定则，电流方向从b向a，故a接电源负极，故选b.4.如图所示为两根互相平行的通电直导线a、b的横截面图，a、b中的电流方向已在图中标出，那么导线a中的电流产生的磁场的磁感线环绕方向及导线b所受的磁场力的方向分别是( )a.磁感线顺时针方向，磁场力向左b.磁感线顺时针方向，磁场力向右c.磁感线逆时针方向，磁场力向左d.磁感线逆时针方向，磁场力向右【解析】选b.根据安培定则，a产生的磁场磁感线沿顺时针方向，再根据左手定则，b受磁场力方向向右，故b正确52013临汾月考关于导体在磁场中受力，下列说法正确的是()a通电导体在磁场中一定受到力的作用b通电导体在磁场中有时不会受到力的作用c通电导体中的电流方向与磁场方向不平行也不垂直时，不会受到力的作用d只要导体放入磁场中，无论是否通电都会受到力的作用【答案】b62013江西调考如图所示，一个半径为r的导电圆环与一个轴向对称的发散磁场处处正交，环上各点的磁感应强度b大小相等，方向均与环面轴线方向成角(环面轴线为竖直方向)若导线环上载有如图所示的恒定电流i，则下列说法正确的是()a导电圆环所受安培力方向竖直向下b导电圆环所受安培力方向竖直向上c导电圆环所受安培力的大小为2bird导电圆环所受安培力的大小为2birsin【答案】bd【详解】将导线分成小的电流元，任取一小段电流元为对象，把磁场分解成水平方向和竖直方向的两个分量，则竖直方向的分磁场产生的安培力为零，水平方向的分磁场产生的安培力为：fbil2birsin，方向为竖直向上，所以b、d正确7(2013安庆一模)用两根细线把两个完全相同的圆形导线环悬挂起来，让二者等高平行放置，如图所示当两导线环中通入方向相同的电流i1、i2时，则有()a两导线环相互吸引b两导线环相互排斥c两导线环无相互作用力d两导线环先吸引后排斥【答案】a【详解】通电的导线环周围能够产生磁场，磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流产生力的作用由于导线环中通入的电流方向相同，二者同位置处的电流方向完全相同，相当于通入同向电流的直导线，据同向电流相互吸引的规律，判知两导线环应相互吸引，故正确另解，将环形电流等效成条形磁铁，异名磁极相吸，故正确(转换思维法)8(2013苏州高三检测)如图8120所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线，与螺线管垂直，导线中的电流方向垂直纸面向里，开关s闭合，受到通电螺线管磁场的作用力的方向是 ()a水平向左 b水平向右c竖直向下 d竖直向上【答案】d【答案】先用安培定则判断螺线管的磁场方向，在点导线处的磁场方向是水平向左的；再用左手定则判断出导线受到的安培力竖直向上，故