2018年高考物理8.1 磁场的描述 磁场对电流的作用教学案

1、学必求其心得，业必贵于专精专题8。1 磁场的描述 磁场对电流的作用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 一、磁场、磁感应强度1磁场（1）基本特性：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用。(2)方向：小磁针的n极所受磁场力的方向.2磁感应强度（1）物理意义：描述磁场的强弱和方向.(2)大小：b(通电导线垂直于磁场)。（3)方向：小磁针静止时n极的指向.（4)单位：特斯拉(t）。3匀强磁场(1)定义:磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场。（2）特点：疏密程

2、度相同、方向相同的平行直线.二、磁感线通电直导线和通电线圈周围磁场的方向1磁感线在磁场中画出一些有方向的曲线，使曲线上各点的切线方向跟这点的磁感应强度方向一致。2几种常见的磁场（1)常见磁体的磁场（2）电流的磁场通电直导线通电螺线管环形电流安培定则立体图横截面图纵截面图三、安培力、安培力的方向匀强磁场中的安培力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，fbilsin_.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）磁场和电流垂直时：fbil。（2）磁场和电流平行时：f0。2安培力的方向（1)用左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内。让

3、磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.（2)安培力的方向特点：fb，fi，即f垂直于b和i决定的平面。高频考点一磁场的理解及安培定则例1(多选)指南针是我国古代四大发明之一关于指南针，下列说法正确的是(）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解析指南针有n、s两个磁极，受到地磁场的作用静止时n极指向北方，选项a错误,b正确指南针有磁性，可以与铁块相互吸引，选项c正确由奥斯特实验可知，小磁针在通电导线放置位

4、置合适的情况下，会发生偏转，选项d错误【变式探究】（多选）下列说法中正确的是(）a电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场强度为零b一小段通电导线在某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零c表征电场中某点电场的强弱,是把一个检验电荷放在该点时受到的电场力与检验电荷本身电荷量的比值d表征磁场中某点磁场的强弱，是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导线长度和电流乘积的比值答案ac【举一反三】三根平行的长直导线，分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点,三导线中电流方向相同，a、b两导线中的电流大小相同,如图3所示，已知导线a在斜边中点o处所产生的磁场的磁感应强度大小为b,导线c在斜边

5、中点o处所产生的磁场的磁感应强度大小为2b,则o处的磁感应强度的大小和方向为()图3a大小为b，方向沿oa方向b大小为2b，方向竖直向下c大小为2b，方向沿ob方向d大小为2b，方向沿oa方向答案d解析由安培定则知导线a、b在o处所产生的磁感应强度大小相等，方向相反，相互抵消,所以o处的磁感应强度即为导线c所产生的磁感应强度，即大小为2b,由安培定则可判定其方向沿oa方向，a、b、c错，d对高频考点二导体运动趋势的判断方法例2关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是(）a安培力的方向可以不垂直于直导线b安培力的方向总是垂直于磁场的方向c安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无

6、关d将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半答案b【变式探究】一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如图5所示，如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a到b的电流，则导线ab受到安培力作用后的运动情况为(）图5a从上向下看顺时针转动并靠近螺线管b从上向下看顺时针转动并远离螺线管c从上向下看逆时针转动并远离螺线管d从上向下看逆时针转动并靠近螺线管答案d解析判断导线的转动方向可用电流元法：如图所示,把直线电流等效为ao、oo、ob三段（oo段极短)电流,由于oo段电流方向与该处的磁场方向相同，所以不受安培力作用;ao段电流所在处的磁场方向斜向上，由左手定则可知其所受安培力

7、方向垂直纸面向外；ob段电流所在处的磁场方向斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直纸面向里再用特殊位置法分析：当导线转过90与纸面垂直时，判断导线所受安培力方向向下综上可知导线将以oo段为轴逆时针转动(从上向下看）并靠近通电螺线管【举一反三】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6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6a不动b顺时针转动c逆时针转动d在纸面内平动答案b高频考点三安培力作用下导体的平衡与加速例3如图9所示,两平行导轨ab、cd竖直放置在匀强磁场中,匀强磁场方向竖直向上，将一根金属棒pq放在导轨上使其水平且

8、始终与导轨保持良好接触现在金属棒pq中通以变化的电流i，同时释放金属棒pq使其运动已知电流i随时间t变化的关系式为ikt(k为常数,k0)，金属棒与导轨间的动摩擦因数一定以竖直向下为正方向,则下面关于棒的速度v、加速度a随时间t变化的关系图象中,可能正确的有()图9答案b【变式探究】如图10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mn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（）图10答案a【举一反三】如图11，一长为10 cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中,磁

9、场的磁感应强度大小为 0.1 t，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘金属棒通过开关与一电动势为12 v的电池相连，电路总电阻为2 .已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5 cm；闭合开关，系统重新平衡后,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3 cm,重力加速度大小取10 m/s2.判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量图11答案方向竖直向下0.01 kg解析金属棒通电后，闭合回路电流i6 a导体棒受到的安培力大小为fbil0.06 n由左手定则可判断知金属棒受到的安培力方向竖直向下由平衡条件知:开关闭合前：2kxmg开关闭合后：2k(xx）mgf代入数值

10、解得m0。01 kg1【2016全国卷】某同学用图1。中所给器材进行与安培力有关的实验两根金属导轨ab和a1b1固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁（未画出）的n极位于两导轨的正上方,s极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直图1.（1）在图中画出连线,完成实验电路要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向移动(2）为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度,有人提出以下建议：a适当增加两导轨间的距离b换一根更长的金属棒c适当增大金属棒中的电流其中正确的是_(填入正确选项前的标号) 【答案】(1)连线如图所示（2)ac2【2016北京卷】中国宋代科

11、学家沈括在梦溪笔谈中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋,则能指南，然常微偏东,不全南也”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图结合上述材料，下列说法不正确的是（）图1a地理南、北极与地磁场的南、北极不重合b地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近c地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行d地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用3【2016天津卷】电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅助制动装置，其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓车辆的速度电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论：如图1.所示，将形状相同的两根平行且足够长的铝条固定在光滑斜面上,斜面与水平方向夹角为.一质量为

12、m的条形磁铁滑入两铝条间，恰好匀速穿过，穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒定，其引起电磁感应的效果与磁铁不动、铝条相对磁铁运动相同磁铁端面是边长为d的正方形，由于磁铁距离铝条很近，磁铁端面正对两铝条区域的磁场均可视为匀强磁场,磁感应强度为b，铝条的高度大于d，电阻率为。为研究问题方便，铝条中只考虑与磁铁正对部分的电阻和磁场，其他部分电阻和磁场可忽略不计,假设磁铁进入铝条间以后，减少的机械能完全转化为铝条的内能，重力加速度为g。图1.（1)求铝条中与磁铁正对部分的电流i；（2)若两铝条的宽度均为b，推导磁铁匀速穿过铝条间时速度v的表达式；（3）在其他条件不变的情况下，仅将两铝条更换为宽度b

13、b的铝条,磁铁仍以速度v进入铝条间,试简要分析说明磁铁在铝条间运动时的加速度和速度如何变化【答案】(1)(2）（3)略(2）磁铁穿过铝条时，在铝条中产生的感应电动势为e，有ebdv铝条与磁铁正对部分的电阻为r,由电阻定律有r由欧姆定律有i联立式可得v(3）磁铁以速度v进入铝条间，恰好做匀速运动时，磁铁受到沿斜面向上的作用力f，联立式可得f当铝条的宽度bb时,磁铁以速度v进入铝条间时，磁铁受到的作用力变为f，有f可见ffmgsin ，磁铁所受到的合力方向沿斜面向上，获得与运动方向相反的加速度,磁铁将减速下滑,此时加速度最大之后，随着运动速度减小，f也随着减小，磁铁所受的合力也减小,由于磁铁加速度

14、与所受到的合力成正比，磁铁的加速度逐渐减小综上所述，磁铁做加速度逐渐减小的减速运动，直到fmgsin 时，磁铁重新达到平衡状态，将再次以较小的速度匀速下滑4(2016海南单科8）（多选)如图（a）所示，扬声器中有一线圈处于磁场中，当音频电流信号通过线圈时，线圈带动纸盆振动，发出声音。俯视图（b)表示处于辐射状磁场中的线圈(线圈平面即纸面）磁场方向如图中箭头所示,在图（b）中(）a当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里b当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外c当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里d当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂

15、直于纸面向外答案：bc1.【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

16、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

17、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。4.（2015浙江卷)小明同学设计了一个“电磁天平”，如图甲所示，等臂天平的左臂为挂盘，右臂挂有矩形线圈，两臂平衡线圈的水平边长l0.1 m，竖直边长l0。3 m，匝数为n1。线圈的下边处于匀强磁场内，磁感应强度b01。0 t，方向垂直线圈平面向里线圈中通有可在02。0 a范围内调节的电流i.挂盘放上待测物体后,调节线圈中电流使天平平衡，测出电流即可测得物体的质量（重力加速度取g10 m/s2）(1）为使电磁天平的量程达到0.5 kg,线圈的匝数n1至少为多少？(2）进一步探究电磁感应现象,另选n2100匝、形状相同的线圈，总

18、电阻r10 ,不接外电流，两臂平衡如图乙所示，保持b0不变，在线圈上部另加垂直纸面向外的匀强磁场，且磁感应强度b随时间均匀变大，磁场区域宽度d0。1 m当挂盘中放质量为0。01 kg的物体时，天平平衡,求此时磁感应强度的变化率.【答案】(1）25（2)0。1 t/s1. (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d

19、b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解析由filb可知，安培力随时间的变化关系与电流随时间变化关系相同。所以金属棒先向右匀加速运动，再向右做匀减速运动，然后重复运动，故选项a、b、c均正确；安培力先做正功,后做负功，故选项d

20、错误。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

21、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?答案（1)电流从c端流出（2)从d端流入mi（3）1下面的几个图显示了磁场对通电直导线的作用力,其中正确的是（）解析：对通电导体用左手定则判断可知c选项正确。答案：c2一段长0.2 m，通过2.5 a电流的直导线，在磁感应强度为b的匀强磁场中所受安培力f的情况，正确的是()a如果b2 t,f一定是1 nb如果f0，b也一定为零c如果b4 t，f有可能是1 nd如果f有最大值,通电导线一定与b平行答案：c3。一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如图所示，如果直导线可以自由地运动且通以由a到b的电流,则关

22、于导线ab受磁场力后的运动情况，下列说法正确的是()a从上向下看顺时针转动并靠近螺线管b从上向下看顺时针转动并远离螺线管c从上向下看逆时针转动并远离螺线管d从上向下看逆时针转动并靠近螺线管答案:d4。如图所示,质量m0.5 kg、长l1 m的通电导体棒在安培力作用下静止在倾角为37的光滑绝缘框架上，磁场方向垂直于框架向下（磁场范围足够大），右侧回路电源电动势e8 v，内电阻r1 ，额定功率为8 w、额定电压为4 v的电动机正常工作，（g10 m/s2)则(）a回路总电流为2 ab电动机的额定电流为4 ac流经导体棒的电流为4 ad磁感应强度的大小为1。5 t解析:由电路分析可知，电路内电压u内

23、eu4 v，回路总电流i总4 a，选项a错误；电动机的额定电流im2 a，选项b错误;流经导体棒的电流ii总im2 a，选项c错误；对导体棒受力分析，mgsin 37bil,代入数据可得b1。5 t，选项d正确。答案:d5。如图所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1 t的匀强磁场中，在以导线截面的中心为圆心、r为半径的圆周上有a、b、c、d四个点。已知a点的磁感应强度为0,则下列叙述正确的是（)a直导线中的电流方向垂直纸面向外bb点的实际磁感应强度为 t，方向斜向右上方，与b的夹角为45cc点的实际磁感应强度也为0dd点的实际磁感应强度与b点相同答案：b6.如图所示,在竖直向下的匀强磁场中

24、，有两根竖直放置的平行导轨ab、cd,导轨上放有质量为m的金属棒mn,棒与导轨间的动摩擦因数为，现从t0时刻起，给棒通以图示方向的电流，且电流大小与时间成正比，即ikt,其中k为正恒量。若金属棒与导轨始终垂直，则如图所示的表示棒所受的摩擦力随时间变化的四幅图中正确的是()解析:当ffbilblktmg时,棒沿导轨向下减速；在棒停止运动前，棒所受摩擦力为滑动摩擦力,大小为ffblkt；当棒停止运动时，摩擦力立即变为静摩擦力，大小为ffmg,c正确.答案：c7如图所示，光滑的平行导轨与电源连接后,与水平方向成角倾斜放置，导轨上另放一个质量为m的金属导体棒。当s闭合后,在棒所在区域内加一个合适的匀强

25、磁场，可以使导体棒静止平衡,图中分别加了不同方向的磁场,其中一定不能平衡的是（）答案：b8.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导电圆环有收缩的趋势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 解析:将磁感应强度b沿竖直和水平方向分解，则b竖直bcos ，b水平bsin ，由左手定则知，b竖直对圆环各处的安培力方向均指向圆心,使圆环具有收缩趋势，故a正确；由对称

26、性知，b竖直对整个圆环的作用力为零,b水平对圆环各处的安培力均竖直向上,故b正确;安培力大小为：fb水平i2r2birsin ，故c错误，d正确。答案：abd9。如图所示,在竖直向下的恒定匀强磁场中有一光滑绝缘的圆轨道,一重为g的金属导体mn垂直于轨道横截面水平放置，在导体中通入电流i,使导体在安培力的作用下以恒定的速率v从a点运动到c点，设导体所在位置的轨道半径与竖直方向的夹角为,安培力的瞬时功率为p,则从a到c的过程中，下列有关说法正确的是(）a电流方向从m指向nbicpcos dpsin 答案：ad10。如图所示,轻质弹簧测力计下悬挂的圆形线圈中通有顺时针方向电流i0,线圈的正下方固定有一根足够长的直导线a，线圈静止时导线a垂直于线圈平面。现在导线a中通有垂直纸面向外的较大电流，则下列判断正确的是(）a线圈仍静止不动b从上