1、最新考纲要求备考指导1.磁场、磁感应强度、磁感线 1.会用安培定则、左手定则分析解决通电导体或带电粒子在磁场中的受力及平衡和运动类问题2.掌握带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动，确定其圆心、半径、运动轨迹、运动时间等问题，特别注意“边界问题”以及由周期性引起的多解问题3.能够解决带电粒子在复合场中运动的问题4.能够解决电流天平、速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器等磁场在生活和科技方面的应用问题.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)
2、安培力的计算只限于电流与磁感应强度垂直的情形(2)洛伦兹力的计算只限于速度与磁场方向垂直的情形第1讲 磁场的描述 磁场对电流的作用(见学生用书第 137 页)一、磁场、磁感应强度、磁感线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(2)大小：B (通电导线垂直于磁场)(3)方向：小磁针静止时的指向磁场力强弱和方向FILN 极3磁感线在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的一致磁感应强度的方向4几种常见的磁场(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图 811 所示)图 811(2)地磁
3、场地磁场的 N 极在地球地理附近，S 极在地球地理附近，磁感线分布如图 812 所示图 812地磁场 B 的水平分量(Bx)总是从地球地理指向地理；而竖直分量(By)则南北相反，在南半球垂直地面，在北半球垂直地面向上向下南极北极南极北极点击查看地磁场分布多媒体动画在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感应强度大小，且方向水平相等向北(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无磁极、非匀强，且距导线越远处磁场与条形磁铁的磁场相似，管内为，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，磁场越弱匀强磁场越弱直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的
4、磁场安培定则立体图横截面图纵截面图5.匀强磁场(1)磁感应强度大小，方向(2)磁感线是相互、分布、方向相同的直线处处相同处处相等平行均匀(1)同一个磁感线分布图中，磁感线的疏密表示磁场的强弱(2)没有磁感线的地方，并不表示该处没有磁场存在 1(双选)关于磁场和磁感线，下列说法中正确的是()A磁感线总是从磁体N极出发到磁体S极终止 B磁感线的疏密程度描述了磁场的强弱 C磁场中某点磁场方向与可以自由转动的小磁针在该点静止时N极所指的方向相同 D磁场中某处磁感应强度方向与通电导线在该处所受的安培力方向相同【解析】在磁体内部磁感线是从磁体S极出发到N极，在磁体外部磁感线是从磁体N极到S极，磁感线是闭合
5、的曲线，故A错误；安培力的方向与磁感应强度方向和电流方向均垂直，所以D错误；磁场方向的确定是以自由转动的小磁针在该点静止时N极的指向来确定的；磁场的大小是由磁感线的疏密程度来确定的，所以B、C正确【答案】BC二、磁通量1概念在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，与磁场方向的面积 S 和 B的乘积2公式：.3单位：1 Wb.垂直BS1_Tm2点击查看磁通量的概念多媒体动画图 8132(双选)如图 813 所示，有一四面体 OABC 处在 Ox 方向的匀强磁场中，下列关于穿过各个面的磁通量的说法正确的是()A穿过 AOB 面的磁通量为零B穿过 ABC 面的磁通量小于穿过 BOC 面的磁通量C穿过 AO
6、C 面的磁通量为零D穿过 ABC 面的磁通量大于穿过 BOC 面的磁通量【解析】利用BS或BS，求得穿过AOB面和AOC面的磁通量为零，BOC面和ABC面的磁通量相等，故选A、C.【答案】AC图 8143如图 814 所示，半径为 R 的圆形线圈共有 n 匝，其中心位置处半径为 r 的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面若磁感应强度为 B，则穿过线圈的磁通量为()ABR2 BBr2CnBR2DnBr2【解析】磁通量与线圈匝数无关，且磁感线穿过的面积为r2，故B项对【答案】B三、安培力的大小和方向图 8151安培力的大小如图 815 所示：(1)一般情况下：F，其中 为 B 与导线方向间夹
7、角(2)当磁场 B 与电流垂直时：F.(3)当磁场 B 与电流平行时：F.BILsin_BIL02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进入，并使四指指向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受(2)安培力的方向特点：FB，FI，即 F 垂直于决定的平面掌心电流的方向安培力的方向B 和 I(1)F与B、I均垂直，但B与I不一定垂直(2)当B与I垂直时，导线所受安培力最大图 8164一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中，导线上的电流方向由左向右，如图 816 所示在导线以其中心点为轴转动 90的过程中，导线受到的安培力(
8、)A大小不变，方向不变B由零增大到最大，方向时刻变C由最大减小到零，方向不变D由零增大到最大，方向不变【解析】开始时导线与磁场平行，导线所受安培力大小为零，当导线与磁场垂直时，导线所受安培力最大，故导线转动90的过程中，安培力由零增大到最大，因方向一定垂直于磁场与导线所决定的平面，故其安培力的方向不变，D正确【答案】D(见学生用书第 139 页)1.磁感应强度是反映磁场性质的物理量，是用比值法定义的2匀强磁场：磁感应强度处处相同，磁感线是一组平行且等间距的直线3磁感应强度 B 与电场强度 E 的比较 对应名称比较项目磁感应强度 B物理意义描述磁场的力的性质的物理量描述电场的力的性质的物理量定义
9、式B FIL，通电导线与 B 垂直EFq大小决定由磁场决定，与检验电流无关由电场决定，与检验电荷无关方向矢量磁感线切线方向，小磁针N 极受力方向矢量电场线切线方向，放入该点的正电荷受力方向场的叠加合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和合场强等于各个电场的场强的矢量和单位1 T1 N/(Am)1 V/m1 N/C(1)电场强度的方向与电荷的受力方向相同或相反，而磁感应强度方向与电流元受安培力方向垂直，满足左手定则(2)电荷在电场中一定会受到电场力的作用，而电流在磁场中如果电流方向与磁场方向平行，则不受安培力的作用 关于磁感应强度，下列说法正确的是()A一小段通电导线放在 B 为零的位置，那么
10、它受到的磁场力也一定为零B通电导线所受的磁场力为零，该处的磁感应强度也一定为零C放置在磁场中 1 m 长的通电导线，通过 1 A 的电流，受到的磁场力为 1 N，则该处的磁感应强度就是 1 TD磁场中某处的 B 的方向跟电流在该处受到的磁场力 F 的方向相同【思路点拨】解答本题时应注意以下两点：(1)导线所受安培力的大小与导线的放置方向有关(2)只有导线与磁场垂直时，公式FBIL才成立【解析】根据磁感应强度的定义，A选项对B选项通电导线(电流I)与磁场方向平行时，磁场力为零，磁感应强度不为零，B选项错C选项只有通电导线(电流I)与磁场方向垂直时，该处磁感应强度大小才为1 T，C选项错D选项B与
11、F方向一定垂直，D选项错【答案】A图 8171(2012深圳模拟)如图 817 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()【解析】由磁感线的疏密程度表示B的大小，因沿z轴方向B先减小后增大，故最有可能的为C图【答案】C1.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 2常用方法电流元法特殊位置法 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
12、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 如图 818 所示，蹄形磁体用悬线悬于 O 点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是()A静止不动B向纸外平动CN 极向纸外转动，S 极向纸内转动DN 极向纸内转动，S 极向纸外转动图 818【思路点拨】解答本题可按以下思路进行：确定磁铁磁场分布左手定则导线左右两段安培
13、力方向牛顿第三定律磁铁受力方向【解析】首先画出导线所在位置的磁感线分布情况如图所示，导线左边与右边的磁场方向不同，故把导线分为左右两部分由左手定则可知左边的导线受到向内的作用力，右边的导线受到向外的作用力，所以导线左边向内转动，右边向外转动，现在导线固定，蹄形磁铁可以自由转动，磁铁的转动方向与导线的转动方向相反，所以蹄形磁铁的N极向外转动，S极向内转动，本题选C.【答案】C(1)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，即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面(2)有时导体在安培力作用下会出现平动和转动，这时可以应用特殊位
14、置法(3)电流对磁体的作用力方向不易确定，可借助于牛顿第三定律，分析磁体对电流的作用力图 8192(2010上海高考)如图 819 所示，水平桌面上放置一条形磁铁，磁铁中央正上方用绝缘弹簧悬挂一水平直导线，并与磁铁垂直当直导线中通入图中所示方向的电流时，可以判断出()A弹簧的拉力增大，条形磁铁对桌面的压力减小B弹簧的拉力减小，条形磁铁对桌面的压力减小C弹簧的拉力增大，条形磁铁对桌面的压力增大D弹簧的拉力减小，条形磁铁对桌面的压力增大【解析】如图所示，画出直导线附近的条形磁铁的磁感线，由左手定则，直导线受到向下的安培力，由力的作用是相互的，条形磁铁受到向上的作用力故A正确【答案】A1.安培力的大
15、小安培力常用公式 FBIL，要求两两垂直，应用时要满足：(1)B 与 L 垂直；图 8110(2)L 是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度；如弯曲导线的有效长度 L 等于两端点所连直线的长度(如图 8110所示)，相应的电流方向沿 L 由始端流向末端因为任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，所以闭合线圈通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和为零2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的方程式进行求解图 8111(2011泉州模
16、拟)如图 8111 所示，两平行金属导轨间的距离 L0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角 37，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度 B0.50 T，方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场金属导轨的一端接有电动势 E4.5 V、内阻 r0.50 的直流电源现把一个质量 m0.040 kg 的导体棒 ab 放在金属导轨上，导体棒恰好静止，导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻 R02.5，金属导轨电阻不计，g 取 10 m/s2.已知 sin 370.60，cos 370.80，求：(1)通过导体棒的电流；(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力【思路点
17、拨】解答本题时应注意以下三点：(1)导体棒中的电流可由闭合电路欧姆定律求解(2)判断安培力的方向，画好导体棒受力图(3)摩擦力应由物体的平衡条件列式计算【解析】(1)根据闭合电路欧姆定律 IER0r1.5 A.(2)导体棒受到的安培力F 安BIL0.30 N.(3)导体棒受力如图所示，将重力正交分解F1mgsin 370.24 NF1I2；a、b、c、d 为导线某一横截面所在平面内的四点，且 a、b、c 与两导线共面；b 点在两导线之间，b、d的连线与导线所在平面垂直磁感应强度可能为零的点是()图 8113Aa 点 Bb 点 Cc 点 Dd 点【解析】由安培定则画出 a、b、c、d 的磁感线的
18、分布图，由图可知 a、c 两点的磁场方向相反，当 B1B2 时该点处的磁感应强度可能为零，又 I1I2，故该点距 I1 距离应比 I2 大，故 C 正确，A、B、D 均错误【答案】C安培力大小的计算图 81143(2010上海高考)如图 8114 所示，长为 2l 的直导线折成边长相等，夹角为 60的 V 形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为 B，当在该导线中通以电流强度为 I 的电流时，该 V 形通电导线受到的安培力大小为()A0 B0.5BIl CBIl D2BIl【解析】V形导线通入电流I时每条边受到的安培力大小均为BIl，方向分别垂直于导线斜向上，再由平行四边形定则可
19、得其合力FBIl，答案为C.【答案】C导体棒的平衡问题4(双选)(2012泉州模拟)如图 8115 所示，在倾角为 的光滑斜面上，垂直斜面放置一根长为 L、质量为 m 的直导线，当通以电流 I 时，欲使导线静止在斜面上，外加匀强磁场 B 的大小和方向可能是()ABmgtan IL，方向垂直斜面向上BBmgsin IL，方向垂直斜面向下CBmgtan IL，方向竖直向上DBmgIL，方向水平向左图 8115【解析】导线在重力、支持力和安培力三力作用下平衡，当磁场方向垂直斜面向上时，安培力沿斜面向下，三力不可能平衡，A 错；当磁场方向垂直斜面向下时，安培力沿斜面向上，则有 mgsin BIL，故B
20、mgsin IL，B 项正确；当磁场方向竖直向上时，安培力水平向右，三力不可能平衡，C 错；当磁场方向水平向左时，安培力竖直向上，则有mgBIL，即 BmgIL，故 D 正确【答案】BD磁场的叠加、安培力大小的计算图 81165(双选)(2012东营模拟)如图 8116 所示，平行于纸面水平向右的匀强磁场，磁感应强度 B11 T位于纸面内的细直导线，长 L1 m，通有 I1 A 的恒定电流当导线与 B1 成 60夹角时，发现其受到的安培力为零则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度 B2 大小可能值为()A.12T B.32 T C1 T D.34 T【解析】若要使导线所受的安培力为零，则应
21、使该区域加上另一匀强磁场 B2 后，合磁场的方向与导线平行，故所加磁场的磁感应强度的最小值为 B2B1sin 60 32 T，故 A 错误，B、C 均正确【答案】BC安培力与物体平衡图 81176(2010浙江高考)如图 8117 所示，一矩形轻质柔软反射膜可绕过 O 点垂直纸面的水平轴转动其在纸面上的长度 OA 为 L1，垂直纸面的宽度为 L2.在膜的下端(图中 A 处)挂有一平行于转轴，质量为 m，长为 L2 的导体棒使膜绷成平面在膜下方水平放置一足够大的太阳能光电池板，能接收到经反射膜反射到光电池板上的所有光能，并将光能转化成电能光电池板可等效为一个电池，输出电压恒定为 U，输出电流正比于光电池板接收到的光能(设垂直于入射光单位面积上的光功率保持恒定)导体棒处在方向竖直向上的匀强磁场 B 中，并与光电池构成回路，流经导体棒的电流垂直纸面向外(注：光电池与导体棒直接相连，连接导线未画出)现有一束平行光水平入射，当反射膜与竖直方向成 60时，导体棒处于受力平衡状态，求此时电流强度的大小和光电池的输出功率【解析】导体棒所受安培力 FIBL2由导体棒受力平衡得 mgtan F解得 Imgtan BL2所以当 60时，Imgtan 60BL2 3mgBL2光电池输出功率为 PUI 3mgUBL2.【答案】3mg/BL2 3mgU/BL2课时知能训练本小节结束请按ESC键返回