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2019-2020年高考物理一輪復習講義 第1講 磁場及磁場對電流的作用 新人教版 　　　　　　　　　　　 第1講　磁場及磁場對電流的作用 一、磁場、磁感應(yīng)強度 1．磁場 (1)基本性質(zhì)：磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有磁場力的作用． (2)方向：小磁針的N極所受磁場力的方向． 2．磁感應(yīng)強度 (1)物理意義：描述磁場強弱和方向． (2)大?。築＝(通電導線垂直于磁場)． (3)方向：小磁針靜止時N極的指向． (4)單位：特斯拉(T)． 3．勻強磁場 (1)定義：磁感應(yīng)強度的大小處處相等、方向處處相同的磁場稱為勻強磁場． (2)特點 ①勻強磁場中的磁感線是疏密程度相同的、方向相同的平行直線． ②距離很近的兩個異名磁極之間的磁場和通電螺線管內(nèi)部中心軸線附近的磁場(邊緣部分除外)，都可以認為是勻強磁場． 4．磁通量 (1)概念：在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，與磁場方向垂直的平面的面積S和B的乘積叫磁通量． (2)公式：Φ＝BS. (3)單位：1 Wb＝1_Tm2. 二、磁感線及幾種常見的磁場分布 1．磁感線：在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點的切線方向都跟這點的磁感應(yīng)強度的方向一致． 2．磁感線的特點 (1)磁感線是為了形象地描述磁場而人為假設(shè)的曲線，并不是客觀存在于磁場中的真實曲線． (2)磁感線在磁體(螺線管)外部由N極到S極，內(nèi)部由S極到N極，是閉合曲線． (3)磁感線的疏密表示磁場的強弱，磁感線較密的地方磁場較強，磁感線較疏的地方磁場較弱． (4)磁感線上任何一點的切線方向，都跟該點的磁場(磁感應(yīng)強度)方向一致． (5)磁感線不能相交，也不能相切． 3．安培定則 (1)直線電流和環(huán)形電流及通電螺線管的磁場磁感線的方向可以用安培定則確定． (2)對于通電直導線，可用右手握住導線，大拇指指向電流方向，彎曲的四指指向磁感線環(huán)繞的方向． (3)對于環(huán)形電流和通電螺線管，則用彎曲的四指指向電流環(huán)繞的方向，右手大拇指指向螺線管軸線上的磁感線的方向． 4．幾種常見的磁場 (1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(如圖所示) 　 (2)幾種電流周圍的磁場分布 類型 直線電流的磁場 環(huán)形電流的磁場 通電螺線管的磁場 特點 無磁極、非勻強且距導線越遠處磁場越弱 環(huán)形電流的兩側(cè)是等效小磁針的N極和S極，且離圓環(huán)中心越遠，磁場越弱 與條形磁鐵的磁場相似，管內(nèi)中心軸線附近為勻強磁場且磁場最強，管外為非勻強磁場 安培定則 立體圖 橫截面圖 縱截面圖 (3)地磁場 ①地磁場的N極在地球南極附近，S極在地球北極附近，磁感線分布如圖所示． ②地磁場B的水平分量(Bx)總是從地球南極指向北極；而豎直分量(By)則南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下． ③在赤道平面上，距離地球表面高度相等的各點，磁場強弱相同，且方向水平向北． 三、通電導線在磁場中受到的力——安培力 1．安培力的大小 (1)磁場和電流垂直時：F＝BIL. (2)磁場和電流平行時：F＝0. 2．安培力的方向 (1)用左手定則判定：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)．讓磁感線從掌心進入，并使四指指向電流的方向，這時拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向． (2)安培力的方向特點：F⊥B，F(xiàn)⊥I，即F垂直于B和I決定的平面． 1．下列說法正確的是(　　) A．磁場中某點的磁感應(yīng)強度可以這樣測定：把一小段通電導線放在該點時，受到的磁場力F與該導線的長度L、通過的電流I的乘積的比值B＝即為磁場中某點的磁感應(yīng)強度 B．通電導線在某點不受磁場力的作用，則該點的磁感應(yīng)強度一定為零 C．磁感應(yīng)強度B＝只是定義式，它的大小取決于場源及磁場中的位置，與F、I、L以及通電導線在磁場中的方向無關(guān) D．磁場是客觀存在的 解析：　A項考的是磁感應(yīng)強度的定義，只有當通電導線與磁場方向垂直時才有B＝，A錯；B項中，當導線與磁場平行時，不受磁場力，此時，磁場不為零，B錯，C選項中，B＝是定義式，并不決定磁場，磁場強弱取決于場源及磁場中的位置，C正確．磁場與電場一樣，都是客觀存在的，D正確． 答案：　CD 2．如圖所示四種情況中，勻強磁場磁感應(yīng)強度大小相等，載流導體長度相同，通過的電流也相同，導體受到的磁場力最大，且方向沿著紙面的情況是(　　) A．甲、乙　　　　B．甲、丙 C．乙、丁 D．乙、丙 答案：　C 3．如圖所示為兩同心圓環(huán)，當有一勻強磁場垂直穿過A環(huán)面時，A環(huán)面磁通量為Φ1，此時B環(huán)面磁通量為Φ2.若將其勻強磁場改為一條形磁鐵，垂直穿過A環(huán)面，此時A環(huán)面的磁通量為Φ3，B環(huán)面的磁通量為Φ4，有關(guān)磁通量的大小，下列說法正確的是(　　) A．Φ1＜Φ2 B．Φ1＝Φ2 C．Φ3＞Φ4 D．Φ3＜Φ4 解析：　當只有勻強磁場垂直穿過A環(huán)面時，由于A、B兩環(huán)的有效面積相等，故Φ1＝Φ2，B正確；若改為一條形磁鐵，考慮到磁體內(nèi)部的磁感線與外部的磁感線的方向，可知Φ3＞Φ4，C正確，答案為B、C. 答案：　BC 4．一段長0.2 m，通過2.5 A電流的直導線，關(guān)于在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中所受安培力F的情況，正確的是(　　) A．如果B＝2 T，F(xiàn)一定是1 N B．如果F＝0，B也一定為零 C．如果B＝4 T，F(xiàn)有可能是1 N D．如果F有最大值時，通電導線一定與磁場方向平行 解析：　當導線與磁場方向垂直放置時，F(xiàn)＝BIL，導線所受的安培力最大；當導線與磁場方向平行時，導線所受的安培力F＝0；當導線與磁場方向成其他任意角度放置時，0＜F＜BIL，故A、D錯誤，C正確；磁感應(yīng)強度是磁場本身的性質(zhì)，與導線所受的安培力無關(guān)，B錯誤． 答案：　C 5．請畫出在圖所示的甲、乙、丙三種情況下，導線受到的安培力的方向． 解析：　畫出甲、乙、丙三種情況的側(cè)面圖，利用左手定則判定出在甲、乙、丙三種情況下，導線所受安培力的方向如答題圖所示． 答案：　  1．磁感應(yīng)強度是用比值法定義的，其大小由磁場本身的性質(zhì)決定，與放入的直導線的電流I的大小、導線長度L的大小無關(guān)．故不能根據(jù)B＝就說B與F成正比，與IL成反比． 2．兩個電流附近的磁場的磁感應(yīng)強度是兩個電流分別單獨存在時產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度疊加而成的，且滿足矢量合成法則——平行四邊形定則． (xx大綱全國卷)如圖，兩根相互平行的長直導線過紙面上的M、N兩點，且與紙面垂直，導線中通有大小相等、方向相反的電流．a(chǎn)、O、b在M、N的連線上，O為MN的中點，c、d位于MN的中垂線上，且a、b、c、d到O點的距離均相等．關(guān)于以上幾點處的磁場，下列說法正確的是(　　) A．O點處的磁感應(yīng)強度為零 B．a(chǎn)、b兩點處的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相反 C．c、d兩點處的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相同 D．a(chǎn)、c兩點處磁感應(yīng)強度的方向不同 解析：　根據(jù)安培定則判斷磁場方向，再結(jié)合矢量的合成知識求解．根據(jù)安培定則判斷：兩直線電流在O點產(chǎn)生的磁場方向均垂直于MN向下，O點的磁感應(yīng)強度不為零，故A選項錯誤；a、b兩點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相同，故B選項錯誤；根據(jù)對稱性，c、d兩點處的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相同，故C選項正確；a、c兩點的磁感應(yīng)強度方向相同，故D選項錯誤． 答案：　C (1)磁場存在于磁體、電流的周圍，其強弱用磁感應(yīng)強度表示，磁感應(yīng)強度B是一矢量，滿足矢量疊加原理． (2)磁感線可形象描述磁感應(yīng)強度的大小和方向，電流周圍的磁感應(yīng)強度的方向用安培定則判定． 1－1：有兩根長直導線a、b互相平行放置，如圖所示為垂直于導線的截面圖，O點為兩根導線連線的中點，M、N為兩導線附近的兩點，它們在兩導線連線的中垂線上，且與O點的距離相等．若兩導線中通有大小相等、方向相同的恒定電流I，則關(guān)于線段MN上各點的磁感應(yīng)強度，下列說法中正確的是(　　) A．M點和N點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相同 B．M點和N點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相反 C．線段MN上各點的磁感應(yīng)強度都不可能為零 D．線段MN上只有一點的磁感應(yīng)強度為零 解析：　根據(jù)安培定則和磁場的疊加原理，M點和N點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相反，故A錯誤，B正確；在線段MN上只有在O點處，a、b兩電流形成的磁場的磁感應(yīng)強度等大反向，即只有O點處的磁感應(yīng)強度為零，C錯誤、D正確． 答案：　BD 安培力常用公式F＝BIL應(yīng)用時要滿足： (1)B與I垂直； (2)L是有效長度，即垂直磁感應(yīng)強度方向的長度；如彎曲導線的有效長度L等于兩端點所連直線的長度(如圖所示)，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端．因此任意形狀的閉合線圈，其有效長度為零，受到的安培力的矢量和為零． 如圖所示，一段導線abcd位于磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直．線段ab、bc和cd的長度均為L，且∠abc＝∠bcd＝135.流經(jīng)導線的電流為I，方向如圖中箭頭所示．導線段abcd所受到的磁場的作用力的合力為(　　) A．沿紙面向上，大小為(＋1)ILB B．沿紙面向上，大小為(－1)ILB C．沿紙面向下，大小為(＋1)ILB D．沿紙面向下，大小為(－1)ILB 解析：　通有電流I的導線abcd可等效為通有電流I的ad直線電流，電流方向為a→d，由左手定則可知受到的磁場作用力的方向沿紙面向上；ad＝(2＋1)L＝(＋1)L，所以力的大小F＝(＋1)ILB. 答案：　A (1)正確掌握安培力的分析方法 ①若磁場和電流垂直：F＝BIL. ②若磁場和電流平行：F＝0. ③安培力的方向垂直于磁感線和通電導線所確定的平面． (2)注意區(qū)別安培力和靜電力的方向與場的方向的關(guān)系 靜電力的方向與電場方向平行，安培力的方向與磁場方向垂直． 2－1：通電矩形線框abcd與長直通電導線MN在同一平面內(nèi)，如圖所示，ab邊與MN平行．關(guān)于MN的磁場對線框的作用力，下列說法正確的是(　　) A．線框有兩條邊所受的安培力方向相同 B．線框有兩條邊所受的安培力大小相等 C．線框所受的安培力的合力方向向左 D．線框所受的安培力的合力方向向右 解析：　由安培定則可知導線MN在線框處所產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面向外，再由左手定則判斷出bc邊和ad邊所受安培力大小相等，方向相反．a(chǎn)b邊受到向右的安培力Fab，cd邊受到向左的安培力Fcd，因ab所處的磁場強，cd所處的磁場弱，故Fab＞Fcd，線框所受合力方向向右． 答案：　BD  (xx天津理綜)如圖所示，金屬棒MN兩端由等長的輕質(zhì)細線水平懸掛，處于豎直向上的勻強磁場中，棒中通以由M向N的電流，平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為θ.如果僅改變下列某一個條件，θ角的相應(yīng)變化情況是(　　) A．棒中的電流變大，θ角變大 B．兩懸線等長變短，θ角變小 C．金屬棒質(zhì)量變大，θ角變大 D．磁感應(yīng)強度變大，θ角變小 解析：　選金屬棒MN為研究對象，其受力情況如圖所示．根據(jù)平衡條件及三角形知識可得tan θ＝，所以當棒中的電流I、磁感應(yīng)強度B變大時，θ角變大，選項A正確，選項D錯誤；當金屬棒質(zhì)量m變大時，θ角變小，選項C錯誤；θ角的大小與懸線長無關(guān)，選項B錯誤． 答案：　A 解決導體棒平衡問題的方法 3－1：如圖所示，兩根光滑金屬導軌平行放置，導軌所在平面與水平面間的夾角為θ.整個裝置處于勻強磁場中．金屬桿ab垂直導軌放置，當桿中通有從a到b的恒定電流I時，金屬桿ab剛好靜止．則(　　) A．磁場方向可能豎直向上 B．磁場方向豎直向下 C．a(chǎn)b所受安培力的方向可能平行導軌向上 D．a(chǎn)b所受安培力的方向可能平行導軌向下 解析：　由左手定則知安培力的方向可能水平向右可能豎直向上，A、C符合題意． 答案：　AC  判定通電導體在安培力作用下的運動或運動趨勢的思路 (1)首先必須弄清楚導體所在位置的磁場分布情況 (2)然后利用左手定則準確判定導體的受力情況 (3)進而確定導體的運動方向或運動趨勢的方向． 現(xiàn)對幾種常用的方法列表比較如下： (xx江蘇徐州模擬)如圖所示，把輕質(zhì)導線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面．當線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后，線圈的運動情況是(　　) A．線圈向左運動 B．線圈向右運動 C．從上往下看順時針轉(zhuǎn)動 D．從上往下看逆時針轉(zhuǎn)動 解析：　法一　電流元法．首先將圓形線圈分成很多小段，每一段可看作一直線電流元，取其中上、下兩小段分析，其截面圖和受安培力情況如圖所示．根據(jù)對稱性可知，線圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運動．只有選項A正確． 法二　等效法．將環(huán)形電流等效成小磁針，如圖所示，據(jù)異名磁極相吸引知，線圈將向左運動，選A.也可將左側(cè)條形磁鐵等效成環(huán)形電流，根據(jù)結(jié)論“同向電流相吸引，異向電流相排斥”，也可判斷出線圈向左運動，選A. 答案：　A 如圖所示，有一通電直導線放在蹄形電磁鐵的正上方，導線可以自由移動，當電磁鐵線圈與直導線中通以圖示的電流時，有關(guān)直導線運動情況的說法中正確的是(從上往下看)(　　) A．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降 B．順時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升 C．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時下降 D．逆時針方向轉(zhuǎn)動，同時上升 解析：　特殊位置法．開始時左端受力向外，右端受力向里，所以逆時針轉(zhuǎn)動；當轉(zhuǎn)到與紙面垂直時，受力向下；從這兩個方面可以得出選項C正確． 答案：　C 如圖所示，在光滑水平面上一輕質(zhì)彈簧將擋板和一條形磁鐵連接起來，此時磁鐵對水平面的壓力為FN1，現(xiàn)在磁鐵左上方位置固定一導體棒，當導體棒中通以垂直紙面向里的電流后，磁鐵對水平面的壓力為FN2，則以下說法正確的是(　　) A．彈簧長度將變長　 B．彈簧長度將變短 C．FN1＞FN2 D．FN1＜FN2 解析：　轉(zhuǎn)換研究對象法．畫出導體棒所在處的磁感線，用左手定則可判斷出條形磁鐵對導體棒的安培力斜向右下方，由牛頓第三定律可知，導體棒對條形磁鐵的力斜向左上方，所以彈簧長度將變短，F(xiàn)N1＞FN2，答案為B、C. 答案：　BC  1.如圖所示，用兩根相同的細繩水平懸掛一段均勻載流直導線MN，電流I方向從M到N，繩子的拉力均為F，為使F＝0，可能達到要求的方法是(　　) A．加水平向右的磁場 B．加水平向左的磁場 C．加垂直紙面向里的磁場 D．加垂直紙面向外的磁場 解析：　若F＝0，則F安－mg＝0，故安培力方向豎直向上，由左手定則知磁場方向為垂直紙面向里，答案為C. 答案：　C 2.(xx海南單科)圖中裝置可演示磁場對通電導線的作用．電磁鐵上下兩磁極之間某一水平面內(nèi)固定兩條平行金屬導軌，L是置于導軌上并與導軌垂直的金屬桿．當電磁鐵線圈兩端a、b，導軌兩端e、f，分別接到兩個不同的直流電源上時，L便在導軌上滑動．下列說法正確的是(　　) A．若a接正極，b接負極，e接正極，f接負極，則L向右滑動 B．若a接正極，b接負極，e接負極，f接正極，則L向右滑動 C．若a接負極，b接正極，e接正極，f接負極，則L向左滑動 D．若a接負極，b接正極，e接負極，f接正極，則L向左滑動 解析：　若a接正極，b接負極，電磁鐵磁極間磁場方向向上，e接正極，f接負極，由左手定則判定金屬桿受安培力向左，則L向左滑動，A項錯誤，同理判定B、D選項正確，C項錯誤． 答案：　BD 3.如圖所示，均勻繞制的螺線管水平放置，在其正中心的上方附近用絕緣線水平吊起通電直導線A。A與螺線管垂直，“”表示導線中電流的方向垂直于紙面向里．電鍵S閉合后，A受到通電螺線管磁場的作用力的方向是(　　) A．水平向左　　B．水平向右 C．豎直向下 D．豎直向上 解析：　電鍵閉合后根據(jù)安培定則可判定導線所在位置處磁感線的方向為水平向右，再由左手定則判定導線受到安培力的方向為豎直向下，C項正確． 答案：　C 4.如圖所示，長為3l的直導線折成三段做成正三角形，并置于與其所在平面相垂直的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為B，當在該導線中通以電流強度為I的電流時，該通電導線受到的安培力大小為(　　) A．2BIl B.BIl C.BIl D．0 解析：　導線AB段和BC段的有效長度為2lsin 30＝l，所以該通電導線受到的安培力大小為F＝BIl＋BIl＝2BIl，選項A正確． 答案：　A 5．如圖甲所示，兩平行導軌與水平面成θ角傾斜放置，電源、電阻、金屬細桿及導軌組成閉合回路．細桿與導軌間的摩擦不計，整個裝置分別處在如圖乙所示的勻強磁場中，其中可能使金屬細桿處于靜止狀態(tài)的是 (　　) 解析：　對四個選項受力分析如圖，可以看出只有B選項可能使金屬細桿處于靜止狀態(tài)．故B正確． 答案：　B