1、第八章 磁 场2017高考导航 考点内容要求真题统计命题规律全国卷全国卷1.磁场、磁感应强度、磁感线2015年T142015年T242014年T152014年T162013年T182015年T182015年T192014年T202013年T171.本章考查的热点有:(1)磁感应强度的理解和计算；(2)安培力、洛伦兹力的特点；(3)有界磁场中的临界问题；(4)带电粒子在匀强磁场中的多解问题；(5)带电粒子在组合场和复合场中的运动.2.本章高考题型包括选择题和计算题2.通电直导线和通电线圈周围磁场的方向3.安培力、安培力的方向4.匀强磁场中的安培力5.洛伦兹力、洛伦兹力的方向6.洛伦兹力公式7.带
2、电粒子在匀强磁场中的运动8.质谱仪和回旋加速器说明：1.安培力的计算只限于电流与磁感应强度方向垂直的情况.2.洛伦兹力的计算只限于速度和磁场方向垂直的情况第一节 磁场的描述 磁场对电流的作用第八章 磁 场一、磁场、磁感应强度 1磁场(1)基本性质：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有_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：描述磁场强弱和方向(2)定义式：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：_，符号T.磁力FILN极特斯拉1.(单选)关于磁感应强度的说法正确的是()A一小段通电导体放在磁场 A 处，受到的磁场力比 B 处的
3、大，说明 A 处的磁感应强度比 B 处的磁感应强度大B由 B FIL可知，某处的磁感应强度的大小与放入该处的通电导线所受磁场力 F 成正比，与电流强度 I 和导线长度 L 的乘积IL 成反比C一小段通电导体在磁场中某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零D小磁针 N 极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向D二、磁感线及特点 1磁感线：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的_方向都跟这点的磁感应强度的方向一致 2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较_；在磁感线较稀疏的地方磁场较_切线切线强弱强弱(3)磁感线
4、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，客观上不存在闭合中断相交3电流周围的磁场直线电流 的磁场 通电螺线管 的磁场 环形电流 的磁场 特点 安培定则 无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越弱 与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场最强，管外为非匀强磁场 环形电流的两侧是N极和S极且离圆环中心越远，磁场越弱 2.(多选)(2015高考全国卷 )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
5、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BC三、安培力的大小和方向 1安培力的大小(1)磁场和电流垂直时，F_.(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(2)安培力的方向特点：FB，FI，即F垂直于B和I决定的平面BIL电流拇指3.(单选)(2014高考全 国卷)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
6、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B B 和 I 可以有任意夹角考点一 安培定则的应用和磁场的叠加原因(电流方向)结果(磁场绕向)直线电流的磁场 环形电流的磁场 大拇指 四指 四指 大拇指 1安培定则的应用：在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清“因”和“果”2磁场的叠加：磁感应强度是矢量，计算时与力的计算方法相同，利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解 两个电流附近的磁场的磁感应强度是由两个电流分别独立存在时产生的磁场在该处的磁感应强度叠加而成的电流磁场的判断(单选)(2016辽宁高
7、三质检)如图所示，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平衡时的位置是()AN 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C审题突破 带负电的金属环旋转后相当于环形电流，利用安培定则结合小磁针受力特点判断解析负电荷匀速转动，会产生与旋转方向反向的环形电流，由安培定则知，在磁针处磁场的方向沿 OO轴向左由于磁针 N 极指向为磁场方向，可知选项 C 正确磁场的叠加(单选)(2016南昌调研)如图所示，M、N 和 P 是以MN 为直径的半圆弧上的三点，O 为半圆弧的圆心，MOP60.在 M、N 处各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒
8、定电流，方向如图所示，这时 O 点的磁感应强度大小为 B1.若将 M 处长直导线移至 P 处，则 O 点的磁感应强度大小为 B2，那么 B2 与 B1 之比为()BA.31B.32C11 D12审题突破(1)在 M、N 两点时，O 点的两个分磁感应强度大小关系如何？方向夹角为多大？(2)在 P、N 两点时，O 点的两个分磁感应强度大小关系如何？方向夹角为多大？解析如图所示，当通有电流的长直导线在 M、N 两处时，根据安培定则可知，二者在圆心 O 处产生的磁感应强度大小都为B12.当将 M 处长直导线移到 P 处时，两直导线在圆心 O处产生的磁感应强度也为B12，作平行四边形，由图中的几何关系，
9、可得：cos 30B22B12B2B1 32，故选项 B 正确解决磁场的叠加的思路和步骤1根据安培定则确定各导线在某点产生的磁场方向；2判断各分磁场的磁感应强度大小关系；3根据矢量合成法则确定合磁场的大小和方向.考点二 导体在安培力作用下运动1安培力(1)方向：根据左手定则判断(2)大小：由公式 FBIL 计算，且其中的 L 为导线在磁场中的有效长度如弯曲通电导线的有效长度 L 等于连接两端点的直线的长度，相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端，如图所示电流元法 特殊位置法 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在特殊位置安培力方向运动方向分割为电流元 左手定则 安培力方向整段
10、导体所受合力方向运动方向2判断安培力作用下通电导体运动的常用方法 结论法 转换研究对象法 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 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 导体在安培力作用下运动的定性分析(单选)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()A不动B顺时针转动C逆时针转动D在纸
11、面内平动B解析法一：(电流元分析法)把线圈 L1 沿水平转动轴分成上下两部分，每一部分又可以看成无数段直线电流元，电流元处在 L2 产生的磁场中，根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上，由左手定则可得，上半部分电流元所受安培力均指向纸外，下半部分电流元所受安培力均指向纸内，因此从左向右看线圈 L1 将顺时针转动法二：(等效分析法)把线圈 L1 等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流 I2 的中心，小磁针的 N 极应指向该点环形电流I2 的磁场方向，由安培定则知 I2 产生的磁场方向在其中心处竖直向上，而 L1 等效成小磁针后，转动前，N 极指向纸内，因此小磁针的 N 极应由指向纸内转为向
12、上，所以从左向右看，线圈 L1 将顺时针转动法三：(结论法)环形电流 I1、I2 之间不平行，由于两不平行的电流的相互作用，则两环必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可得，从左向右看，线圈 L1 将顺时针转动安培力作用下的平衡问题(2015高考全国卷)如图，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
13、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解析依题意，开关闭合后，电流方向从 b 到 a，由左手定则可知，金属棒所受的安培力方向竖直向下开关断开时，两弹簧各自相对于其原长伸长了 l10.5 cm.由胡克定律和力的平衡条件得2k l1mg式中，m 为金属棒的质量，k 是弹簧的劲度系数，g 是重力加速度的大小开关闭合后，金属棒所受安培力的大小为FIBL式中，I 是回路电流，L 是金属棒的长度两弹簧各自再伸长了 l20.3 cm，由胡克定律和力的平衡条件得2k(l1 l2)mgF由欧姆定律有EIR式中，E 是电池的电动势，R
14、是电路总电阻联立式，并代入题给数据得m0.01 kg.答案安培力的方向竖直向下，金属棒的质量为 0.01 kg安培力作用下的加速问题(单选)光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分，O点为圆弧的圆心两金属轨道之间的宽度为 0.5 m，匀强磁场方向如图所示，大小为 0.5 T质量为 0.05 kg、长为 0.5 m的金属细杆置于金属水平轨道上的 M 点当在金属细杆内通以电流强度为 2 A 的恒定电流时，金属细杆可以沿轨道向右由静止开始运动已知 MNOP1 m，则下列说法中正确的是()DA金属细杆开始运动时的加速度大小为 5 m/s2B金属细杆运动到 P 点时的速度大小为 5 m/sC金属细杆运动到
15、P 点时的向心加速度大小为 10 m/s2D金属细杆运动到 P 点时对每一条轨道的作用力大小为0.75 N解析金属细杆在水平方向受到安培力作用，安培力大小 F安BIL0.520.5 N0.5 N，金属细杆开始运动时的加速度大小为 aF安m 10 m/s2，选项 A 错误；对金属细杆从 M点到 P 点的运动过程，安培力做功 W 安F 安(MNOP)1 J，重力做功 WGmgON0.5 J，由动能定理得 W 安WG12mv2，解得金属细杆运动到 P 点时的速度大小为 v 20 m/s，选项 B 错误；金属细杆运动到 P点时的加速度可分解为水平方向的向心加速度和竖直方向的加速度，水平方向的向心加速度
16、大小为 av2r 20 m/s2，选项 C 错误；在 P 点金属细杆受到轨道水平向左的作用力 F和水平向右的安培力 F 安，由牛顿第二定律得 FF 安mv2r，解得 F1.5 N，每一条轨道对金属细杆的作用力大小为 0.75 N，由牛顿第三定律可知金属细杆运动到 P 点时对每一条轨道的作用力大小为 0.75 N，选项 D 正确1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2在应用左手定则判定安培力方向时，磁感线方向不一定垂直于电流方向，但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直
17、，即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面3通电导线在磁场中的平衡和加速问题，与力学相比多了一个安培力，而准确地使用左手定则判断出安培力的方向，作出完整、准确的受力分析图，是解决此类问题的关键.微专题23 方法技巧视图转换法巧解涉及安培力的力学问题(10 分)如图所示，在水平地面上固定一对与水平面倾角为 的光滑平行导电轨道，轨道间的距离为 l，两轨道底端的连线与轨道垂直，顶端接有电源将一根质量为 m 的直导体棒 ab 放在两轨道上，且与两轨道垂直已知通过导体棒的恒定电流大小为 I，方向由 a 到 b，重力加速度为 g，在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场，使导体棒在轨道上保持静止(1)
18、求磁场对导体棒的安培力的大小；(2)如果改变导轨所在空间的磁场方向，试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度 B 的最小值和方向审题突破(1)磁场竖直向上时，安培力的方向如何？处于静止时，安培力的大小应满足什么关系？(2)安培力沿什么方向时，维持导体棒静止所需安培力最小？(1)导体棒受力如图所示(2 分)根据共点力平衡条件可知，磁场对导体棒的安培力的大小 F安mgtan.(2 分)(2)要使磁感应强度最小，则要求安培力最小根据受力情况可知，最小安培力 F 安 minmgsin，方向平行于轨道斜向上(3 分)所以最小磁感应强度 BminF安minIl mgsin Il(2 分)根据左手
19、定则可判断出，此时的磁感应强度的方向为垂直轨道平面斜向上(1 分)答案(1)mgtan (2)mgsin Il 垂直轨道平面斜向上解决安培力作用下的力学问题的思路1选定研究对象；2变三维为二维，画出平面受力分析图，判断安培力的方向时切忌跟着感觉走，一定要用左手定则来判断，注意 F 安B、F 安I；3根据力的平衡条件或牛顿第二定律列方程求解.(2016河南开封质检)水平面上有电阻不计的 U形导轨 NMPQ，导轨的宽度为 L，M 和 P 之间接入电动势为E 的电源(不计内阻)现垂直于导轨搁一根质量为 m，电阻为 R 的金属棒 ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为 B，方向与水平面夹角
20、为，指向右斜上方且与金属棒 ab 垂直，如图所示，求：(1)当 ab 棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？(2)若 B 的大小和方向均能改变，则要使 ab 棒所受支持力为零，B 的大小至少为多少？此时 B 的方向如何？解析:(1)从 b 向 a 看，如图所示水平方向：FfF 安sin 竖直方向：FNF 安cos mg又 F 安BILBERL联立得，FNmgBLEcos R，FfBLEsin R.(2)使 ab 棒受支持力为零，且让磁感应强度最小，则受安培力竖直向上，则有 F 安mgBminmgREL，根据左手定则判定磁场方向水平向右答案:(1)mgBLEcos R BLEsin R(2)mgREL 方向水平向右本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放