高三物理复 习第八章磁场人教实验版

用心 爱心 专心 高三物理复高三物理复 习第八章习第八章 磁场人教实验版磁场人教实验版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 复习第八章 磁场 重点 难点解析 第一部分 磁场 磁场的描述 一 磁场 1 磁场的产生 在磁体或运动电荷 或电流 周围存在磁场 2 磁场的性质 1 物质性 即是客观存在的物质 2 对放入其中的电流或磁体有力的作用 3 方向性 规定放在磁场中自由转动的小磁针 小磁针北极受力的方向 亦即小磁 针静止时北极所指的方向 就是该点的磁场方向 二 磁感应强度 B 1 物理意义 定量地描述磁场强弱的物理量 2 定义 在磁场中垂直磁场方向的通电导线 所受的磁场力 F 跟电流 I 和导线长度 L 的 乘积 IL 的比值叫做通电导线所在处的磁感应强度 也叫磁感强度 即 IL F B 3 方向 与磁场方向相同 不是检验通电导线受力的方向 4 深入理解 大小和方向都是由产生磁场的磁体或电流及空间位置决定 与检验导线的 电流 I 和 L 无关 三 磁感线 磁感线是形象描述磁场强弱和方向的虚拟曲线 磁感线的切线方向是该点的磁场 磁 感应强度 方向 与小磁针 N 极的受力方向相同 磁感线越密表示磁场越强 反之越弱 没有画磁感线的位置不等于没有磁场 磁感线是闭合的曲线 磁感线不会相交 典型例题 一 磁感应强度 IL F B 对于 IL F B 应注意以下几点 1 该式成立的前提是将电流元垂直放入到磁场中 2 IL F B 是定义式 非决定式 B 只与磁场本身有关 它的有无 大小与导线中电流的 大小 导线长度 摆放方向 受到的磁场力及检验电流是否存在均无关 3 B 为矢量 既有大小又有方向 它的运算方法为平行四边形定则 例 1 关于磁感应强度的概念 以下说法中正确的有 A 电流元 IL 在磁场中受力为 F 则磁感应强度 B 一定等于 IL F B 电流元 IL 在磁场中受力为 F 则磁感应强度可能大于或等于 IL F C 磁场中电流元受力大的地方 磁感应强度一定大 用心 爱心 专心 D 磁场中某一点磁感应强度的方向 与电流元在此点的受力方向相同 解析 解析 判断磁感应强度的大小 需在电流受力最大的前提下进行 选项 A B 中的力 F 可能小于或等于最大受力 因此磁感应强度 B 可能大于或等于 IL F 电流元在磁场中的受 力与其放置方位有关 因此电流元受力大小的地方 磁感应强度不一定大 磁场的方向由磁针北极的受力方向决定 与电流元的受力方向不相同 答案 答案 B 二 安培定则 右手螺旋定则 的运用 判定电流产生的磁场方向 应当注意 1 要正确掌握安培定则的两种用法 即注意用安培定则判定直线电流和通电螺线管周围 的磁场方向时 四指和拇指含义的区别 2 要能确定磁场中磁感应强度的方向以及比较它们的大小 3 能根据需要选择适当的图示方法 包括立体图 剖面图 俯视图 例 2 如图所示 一束电子流沿 x 轴正方向运动 在 y 轴和 z 轴上 a b 两处的磁场方向 为 A 在 a 处沿 z 方向B 在 a 处沿 y 方向 C 在 b 处沿 y 方向D 在 b 处沿 z 方向 解析 解析 电子束运动沿 x 轴正方向 则等效电流方向为 x 轴负方向 根据安培定则可判 定 用磁感线描述是以 x 轴为轴线的同心圆 在 a 处沿 z 方向和在 b 处沿 y 方向 选项 A 正确 答案 答案 A 三 磁场的叠加 如果同时有几个电流或磁极在同一空间形成磁场 则空间某点的实际的磁感应强度的 大小和方向 应该是每一个磁极或电流在该点所产生的磁感应强度的合场强 因磁感应强 度为矢量 它的合成应遵守平行四边形定则 例 3 如图所示 电流从 A 点分两路对称地通过圆环形支路再汇合于 B 点 则圆环形的 中心处 O 点的磁感应强度的方向是 A 垂直圆环面指向纸内 B 垂直圆环面指向纸外 C 磁感应强度为零 D 条件不足 无法判断 用心 爱心 专心 解析 解析 圆环形线圈内的磁场是由两个半圆上的电流产生的磁场叠加而成的 由于对称 性 在中心点 O 处的两个磁感应强度分量大小相等 方向相反 所以合成后磁感应强度为 零 选项 C 正确 答案 答案 C 第二部分 磁场对电流的作用 一 安培力 1 定义 磁场对电流的作用力 2 大小 B I 时 F 0 B I 时 F BIl B I 夹角为 时 sinBIlF 3 方向 用左手定则去判断 二 左手定则 四指与拇指垂直 且在同一平面内让磁场穿过手心 四指指向电流方向 拇指所指的 方向就是安培力方向 典型例题 一 通电导线在安培力作用下的力学问题 通电导线在磁场中的力学问题有两类 一是平衡问题 二是运动问题 分析它们的方 法是 先画出通电导体受力的侧视图 在做受力分析时 特别注意安培力的方向 它总是 既垂直磁场方向 又垂直通电导体 通电导体若是平衡 则由平衡方程0F 合 列方程求 解 通电导体若是做匀变速运动 则由牛顿第二定律maF 合 列方程求解 例 4 如图所示 光滑的平行导轨倾角为 处在磁感应强度为 B 的匀强磁场中 导轨 中接入电动势为 内阻为 r 的直流电源 电路中其余电阻不计 将质量为 m 长度为 L 的导体棒由静止释放 求导体棒在释放的瞬时加速度的大小 解析 解析 画出导体棒受力分析的截面图 结合牛顿第二定律可求解 导体棒受重力 mg 支持力 N 和安培力 F 如图所示 根据牛顿第二定律 macosFsinmg BILF rR I 解 式可得 rRm cosBL singa 用心 爱心 专心 答案 答案 rRm cosBL sing 例 5 如图所示 一条形磁铁放在桌面上 在一根通电直导线由 S 极的上端平移到 N 极 的上端过程中 导线保持与磁铁垂直 导线的通电方向如图所示 则这个过程中磁铁受到 的摩擦力 磁铁保持静止 A 为零B 方向向左变为向右 C 方向保持不变D 方向由右变为向左 解析 解析 用左手定则先确定通电导线在条形磁铁磁场中受到的力 然后由牛顿第三定律 及力的平衡条件判断 答案 答案 B 二 通电导体 通电线圈在安培力作用下运动方向的确定 解决这类问题 有以下几种定性分析方法 1 电流元法 即把整段电流等效为多段直线电流元 先用左手定则判断出每小段电流元 所受安培力的方向 从而判断出整段电流所受合力的方向 最后确定运动方向 2 特殊位置法 把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向 从而 确定运动方向 3 等效法 环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁 条形磁铁也可以等效成环形 电流或通电螺线管 通电螺管也可等效成很多匝的环形电流来分析 4 利用结论法 1 两电流相互平行时无转动趋势 同时电流相互吸引 反向电流相 互排斥 2 两电流不平行时 有转动到相互平行且电流方向相同的趋势 利用这些结论 分析 可以事半功倍 例 6 两条直导线互相垂直 如图所示 但相隔一个小距离 其中一条 ab 是固定的 另 一条 cd 能自由转动 当直流电流按图所示方向通入两条导线时 cd 导线将 A 顺时针方向转动 同时靠近导线 ab B 顺时针方向转动 同时离开导线 ab C 逆时针方向转动 同时离开导线 ab D 逆时针方向转动 同时靠近导线 ab 解析 解析 cd 通电导线受 ab 中电流产生的磁场的安培力作用而开始运动 如图所示 cd 导线上部分电流受安培力的方向向右 下部分电流受安培力方向向左 因此 cd 导线将顺时 针转动 用心 爱心 专心 cd 导线顺时针转动后 其电流方向要与 ab 导线中电流方向相同 cd 导线受安培力方 向要指向 ab 所以选项 A 正确 答案 答案 A 例 7 如图 a 所示 把轻质导线圈用绝缘的细线悬挂在条形磁铁 N 极附近 磁铁的轴 线穿过线圈的圆心并与线圈平面垂直 当线圈内通以如下图方向的电流后 判断线圈将如 何运动 如图 b 所示 用绝缘丝线悬挂着的环形导体 位于与其所在平面垂直且向右的 匀强磁场中 若环形导体通有如图所示方向的电流 I 试判断环形导体的运动情况 解析 解析 图 a 电流元分析法 把线圈分为极短的圆弧 则其上的电流可视作直线电 流如图所示 根据条形磁铁产生的磁场的特点 可将每段直线电流所处的磁场的磁感应强 度分解为平行于线圈平面的分量 1 B和垂直线圈平面的分量 2 B 其中平行分量 1 B使线圈受 到垂直线圈向左的安培力 垂直分量 2 B使线圈受到平行线圈平面向外的安培力 将各部分 圆弧所受的安培力合成 其中垂直线圈向左的安培力的合力水平向左 平行线圈平面向外 的安培力的合力为零 所以线圈将向左运动 同时有扩张的趋势 图 b 中 受等效分析法的负迁移 往往有如下的错解 由于匀强磁场的磁感线与导 体环面垂直向右 它等效于条形磁铁 N 极正对环形导体圆面的左侧 而通电环形导体即环 形电流的磁场根据安培定则判定 N 极为左侧 它将受到等效 N 极的排斥作用而开始向右加 速运动 错解原因 误将匀强磁场等效于条形磁铁的磁场 电流元分析法 可将环形导体等分为若干段 根据左手定则 每小段通电导体所受安 培力均指向圆心 由对称性可知 这些安培力均为成对的平衡力 即合力为零 故该环形 导体将保持原来的静止状态 答案 答案 向右且扩张 静止 模拟试题模拟试题 1 如图所示 一个电子沿逆时针方向做匀速圆周运动 则此电子的运动是 用心 爱心 专心 A 不产生磁场 B 产生磁场 圆心处的磁场方向垂直纸面向里 C 产生磁场 圆心处的磁场方向垂直纸面向外 D 只在圆周的内侧产生磁场 2 有两条垂直交叉但又不接触的导线 通以大小相等的电流 方向如图所示 问哪些区 域的磁场可能是最弱的 A 区域 a B 区域 b C 区域 c D 区域 d 3 关于磁感应强度 B 下列说法中正确的是 A 通电导线在某点不受磁场力作用 则该点的磁感应强度 B 一定为零 B 由 IL F B 可知 磁场中某点的磁感应强度与 IL 成反比 与磁场力 F 成正比 C 磁感应强度 B 的方向与通电导线受到的磁场力的方向一致 D 磁感应强度 B 的大小 方向与通电导体受到的磁场力 F 电流 I 导线长度 L 无关 4 关于磁感线 下列说法中不正确的是 A 磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致 B 两条磁感线的空隙处不存在磁场 C 不同磁场形成的磁感线可以相交 D 磁感线是磁场中客观存在的 肉眼看不见的曲线 5 如图为一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图 其工作原理类似打点计时器 当电流从电磁铁的接线柱 a 流入 吸引小磁铁向下运动时 以下选项中正确的是 A 电磁铁的上端为 N 极 小磁铁的下端为 N 极 B 电磁铁的上端为 S 极 小磁铁的下端为 S 极 C 电磁铁的上端为 N 极 小磁铁的下端为 S 极 D 电磁铁的上端为 S 极 小磁铁的下端为 N 极 6 如图所示 同一平面内有两根互相平行的长直导线 1 和 2 通有大小相等 方向相反 的电流 a b 两点与两导线共面 a 点在两导线的中间与两导线的距离均为 r b 点在导线 2 右侧 与导线 2 的距离也为 r 现测得 a 点磁感应强度的大小为 B 则去掉导线 1 后 b 用心 爱心 专心 点的磁感应强度大小为 方向 7 如图所示 是磁场对直线电流的作用力判断 其中正确的是 8 一根用导线绕制的螺线管 每匝线圈之间存在一定的空隙 螺线管水平放置 在通电 的瞬间 可能发生的情况是 A 伸长B 缩短C 弯曲D 转动 9 如图所示 一根通有电流 I 的直铜棒 MN 用导线挂在磁感应强度为 B 的匀强磁场中 此时两根悬线处于张紧状态 下列哪些措施可使悬线中张力为零 A 适当增大电流 I B 使电流反向并适当减小电流 I C 保持电流 I 不变 适当减小磁感应强度 B D 使电流反向 适当减小磁感应强度 B 10 如图所示 在蹄形磁铁的上方 放置一个可以自由运动的通电线圈 abcd 最初线圈 平面与蹄形磁铁处于同一竖直面内 则通电线圈的运动情况是 A ab 边转向纸外 cd 边转向纸里 同时向下运动 用心 爱心 专心 B ab 边转向纸外 cd 边转向纸里 同时向上运动 C ab 边转向纸里 cd 边转向纸外 同时向下运动 D ab 边转向纸里 cd 边转向纸外 同时向上运动 11 如图所示 把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方 导线可以 自由转动 当导线通入图示方向电流 I 时 导线的运动情况是 从上往下看 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 12 如图所示 两根平行