高考物理 热点题型和提分秘籍 专题8.1 磁场的描述 磁场对电流的作用（含解析）.doc

专题8.1 磁场的描述磁场对电流的作用【高频考点解读】1.知道磁感应强度的概念及定义式，并能理解与应用.2.会用安培定则判断电流周围的磁场方向.3.会用左手定则分析解决通电导体在磁场中的受力及平衡类问题【热点题型】题型一 安培定则的应用与磁场的叠加例1、3条在同一平面(纸面)内的长直绝缘导线搭成一等边三角形。在导线中通过的电流均为i，电流方向如图811所示。a、b和c三点分别位于三角形的3个顶角的平分线上，且到相应顶点的距离相等。将a、b和c处的磁感应强度大小分别记为b1、b2和b3。下列说法正确的是()图811ab1b2b3bb1b2b3ca和b处磁场方向垂直于纸面向外，c处磁场方向垂直于纸面向里da处磁场方向垂直于纸面向外，b和c处磁场方向垂直于纸面向里【答案】ac【方法规律】求解有关磁感应强度的三个关键(1)磁感应强度由磁场本身决定。(2)合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和(满足平行四边形定则)。(3)牢记判断电流的磁场的方法安培定则，并能熟练应用，建立磁场的立体分布模型(记住5种常见磁场的立体分布图)。 【提分秘籍】 1安培定则的应用在运用安培定则时应分清“因”和“果”，电流是“因”，磁场是“果”，既可以由“因”判断“果”，也可以由“果”追溯“因”。原因(电流方向)结果(磁场方向)直线电流的磁场大拇指四指环形电流的磁场四指大拇指2磁场的叠加磁感应强度为矢量，合成与分解遵循平行四边形定则。【举一反三】 图813中a、b、c为三根与纸面垂直的长直导线，其横截面位于等边三角形的3个顶点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所示。则在三角形中心o点处的磁感应强度()图813a方向向左 b方向向右c方向向下 d大小为零题型二 安培力作用下导体的运动一个可以自由运动的线圈l1和一个固定的线圈l2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，如图814所示。当两线圈中通以图示方向的电流时，从左向右看，线圈l1将()图814a不动b顺时针转动c逆时针转动 d在纸面内平动【答案】b 【提分秘籍】 1判定导体运动情况的基本思路判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁场磁感线分布情况，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。25种常用判定方法电流元法分割为电流元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【举一反三】 1.如图815所示，把一重力不计的通电导线水平放置在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向的电流时，导线的运动情况是(从上往下看)()图815a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，同时上升题型三 安培力作用下的平衡问题 例3、如图819所示为电流天平，它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为l，处于匀强磁场内，磁感应强度大小为b、方向与线圈平面垂直。当线圈中通过方向如图所示的电流i时，调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向，大小不变。这时为使天平两臂再达到新的平衡，则需()图819a在天平右盘中增加质量m的砝码b在天平右盘中增加质量m的砝码c在天平左盘中增加质量m的砝码d在天平左盘中增加质量m的砝码【提分秘籍】 1安培力公式fbil中安培力、磁感应强度和电流两两垂直，且l是通电导线的有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度。2通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路(1)选定研究对象；(2)变三维为二维，如侧视图、剖面图或俯视图等，并画出平面受力分析图，其中安培力的方向要注意f安b、f安i；(3)列平衡方程或牛顿第二定律方程进行求解。3安培力做功的特点和实质(1)安培力做功与路径有关，不像重力、电场力做功与路径无关。(2)安培力做功的实质是能量转化安培力做正功时将电源的能量转化为导线的动能或其他形式的能。安培力做负功时将其他形式的能转化为电能后储存起来或转化为其他形式的能。【举一反三】 如图8110所示，水平导轨间距为l0.5 m，导轨电阻忽略不计；导体棒ab的质量m1 kg，电阻r00.9 ，与导轨接触良好；电源电动势e10 v，内阻r0.1 ，电阻r4 ；外加匀强磁场的磁感应强度b5 t，方向垂直于ab，与导轨平面成夹角53；ab与导轨间的动摩擦因数为0.5(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，定滑轮摩擦不计，线对ab的拉力为水平方向，重力加速度g10 m/s2，ab处于静止状态。已知sin 530.8，cos 530.6。求：图8110(1)通过ab的电流大小和方向；(2)ab受到的安培力大小；(3)重物重力g的取值范围。答案：(1)2 aa到b(2)5 n(3)0.5 ng7.5 n【高考风向标】 1.【2015全国新课标18】1指南针是我国古代四大发明之一。关于指南针，下列说明正确的是a指南针可以仅具有一个磁极b指南针能够指向南北，说明地球具有磁场c指南针的指向会受到附近铁块的干扰d在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线，导线通电时指南针不偏转【答案】bc【解析】指南针不可以仅具有一个磁极，故a错误；指南针能够指向南北，说明地球具有磁场，故b正确；当附近的铁块磁化时，指南针的指向会受到附近铁块的干扰，故c正确；根据安培定则，在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线，导线通电时会产生磁场，指南针会偏转与导线垂直，故d错误。2.【2015上海25】5如图，两根通电长直导线a、b平行放置，a、b中的电流强度分别为i和2i，此时a受到的磁场力为f，若以该磁场力的方向为正，则b受到的磁场力为_；a、b的正中间再放置一根与a、b平行共面的通电长直导线c后，a受到的磁场力大小变为2f，则此时b受到的磁场力为_。【答案】-f；-3f或5f3.【2015江苏4】6如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度，下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长nm相等，将它们分别挂在天平的右臂下方，线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态，若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是（ ）【答案】a【解析】由题意知，当处于磁场中的导体，受安培力作用的有效长度越长，根据f=bil知受安培力越大，月容易失去平衡，由图知选项a中导体的有效长度最大，所以a正确。1. (多选)(2014海南卷，8)如图14所示，两根平行长直导线相距2l，通有大小相等、方向相同的恒定电流，a、b、c是导线所在平面内的三点，左侧导线与它们的距离分别为 、l和3l。关于这三点处的磁感应强度，下列判断正确的是()图14aa处的磁感应强度大小比c处的大bb、c两处的磁感应强度大小相等ca、c两处的磁感应强度方向相同db处的磁感应强度为零答案ad2(多选)(2014浙江卷，20)如图15甲所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为l，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为b。垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒。从t0时刻起，棒上有如图乙所示的持续交变电流i，周期为t，最大值为im，图甲中i所示方向为电流正方向。则金属棒()图15a一直向右移动b速度随时间周期性变化c受到的安培力随时间周期性变化d受到的安培力在一个周期内做正功答案abc3(2014重庆卷，8)某电子天平原理如图12所示，e形磁铁的两侧为n极，中心为s极，两极间的磁感应强度大小均为b，磁极宽度均为l，忽略边缘效应，一正方形线圈套于中心磁极，其骨架与秤盘连为一体，线圈两端c、d与外电路连接，当质量为m的重物放在秤盘上时，弹簧被压缩，秤盘和线圈一起向下运动(骨架与磁极不接触)，随后外电路对线圈供电，秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止，由此时对应的供电电流i可确定重物的质量。已知线圈匝数为n，线圈电阻为r，重力加速度为g。问：图12(1)线圈向下运动过程中，线圈中感应电流是从c端还是从d端流出？ (2)供电电流i是从c端还是从d端流入？求重物质量与电流的关系；(3)若线圈消耗的最大功率为p，该电子天平能称量的最大质量是多少？解析(1)由右手定则可知线圈向下运动，感应电流从c端流出。(2)设线圈受到的安培力为fa，外加电流从d端流入。由famg和fa2nbil得mi(3)设称量最大质量为m0，由mi和pi2r得m0答案(1)电流从c端流出(2)从d端流入mi(3)【高考押题】1如图819所示为电流天平，它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为l，处于匀强磁场内，磁感应强度大小为b、方向与线圈平面垂直。当线圈中通过方向如图所示的电流i时，调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向，大小不变。这时为使天平两臂再达到新的平衡，则需()图819a在天平右盘中增加质量m的砝码b在天平右盘中增加质量m的砝码c在天平左盘中增加质量m的砝码d在天平左盘中增加质量m的砝码2如图1所示，为某种用来束缚原子的磁场的磁感线分布情况，以o点(图中白点)为坐标原点，沿z轴正方向磁感应强度b大小的变化最有可能为()图1图2解析：选c根据磁感线的疏密表示磁感应强度的大小可知，以o点(图中白点)为坐标原点，沿z轴正方向磁感应强度b大小的变化最有可能为图c。3(多选)有两根长直导线a、b互相平行放置，如图3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为两根导线附近的两点，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的说法中正确的是()图3am点和n点的磁感应强度大小相等，方向相同bm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零4(多选)如图4所示，在xoy平面内有两根平行于y轴水平放置的长直导线，通有沿y轴正方向、大小相同的电流i，两导线关于y轴对称，p为x轴上一点，q为z 轴上一点，下列说法正确的是()图4ao点处的磁感应强度为零bp、q两点处的磁感应强度方向垂直cp、q两点处的磁感应强度方向平行d正电荷从o点沿z轴向上运动不受洛伦兹力作用5如图5，两个圆形线圈p和q，悬挂在光滑绝缘杆上，通以方向相同的电流，若i1i2，p、q受到安培力大小分别为f1和f2，则p和q()图5a相互吸引，f1f2b相互排斥，f1f2c相互排斥，f1f2d相互吸引，f1f2解析：选d由于p、q通以同向电流，据“同向电流相吸，异向电流相斥”可知，p、q是相互吸引的，p、q之间的相互吸引力遵循牛顿第三定律，总是等大、反向。6如图6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a，a与螺线管垂直。a导线中的电流方向垂直纸面向里，开关s闭合，a受到通电螺线管磁场的作用力的方向是()图6a水平向左b水平向右c竖直向下 d竖直向上解析：选d先根据安培定则判断通电螺线管在a处的磁场方向为水平向左，再根据左手定则可判断a受力的方向为竖直向上。7如图7所示，带负电的金属环绕轴oo以角速度匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后静止时()图7an极竖直向上bn极竖直向下cn极沿轴线向左dn极沿轴线向右8如图8是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，线圈中a、b两条导线长均为l，通以图示方向的电流i，两条导线所在处的磁感应强度大小均为b。则()a该磁场是匀强磁场b线圈平面总与磁场方向垂直c线圈将逆时针转动da、b导线受到的安培力大小总为bil解析：选d匀强磁场的磁感应强度应大小处处相等，方向处处相同，由图可知，选项a错误；在图示的位置，a受向上的安培力，b受向下的安培力，线圈顺时针转动，选项c错误；易知选项b错误；由于磁感应强度大小不变，电流大小不变，则安培力大小始终为bil，选项d正确。9指南针是我国古代的四大发明之一。当指南针静止时，其n极指向如图虚线(南北向)所示，若某一条件下该指南针静止时n极指向如图9实线(n极东偏北向)所示。则以下判断正确的是()图9a可能在指南针上面有一导线东西放置，通有东向西的电流b可能在指南针上面有一导线东西放置，通有西向东的电流c可能在指南针上面有一导线南北放置，通有北向南的电流d可能在指南针上面有一导线南北放置，通有南向北的电流10如图10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()图10a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，角变小解析：选a棒中电流变大，金属棒所受安培力变大，角变大，选项a正确；两悬线等长变短，角不变，选项b错误；金属棒质