1、考纲要求1磁场、磁感应强度、磁感线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)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热点提示1考查磁场的基本概念，如磁感线、磁感应强度、磁通量等，一般以选择题的形式出现2结合左手定则分析解决通电导体在磁场中的平衡、运动类问题以非选择题的形式考查居多3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
2、”4带电粒子在复合场中的运动问题，以及分析解决磁电式电表、电流天平、粒子速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器、霍尔效应、电磁流量计等磁场知识在生活和科技方面的应用问题几乎是每年高考考查的重点，常以计算题的形式出现复习策略1复习本章内容时，应侧重对磁场、磁感应强度、磁感线、安培力、洛伦兹力等基本概念的理解，熟练对电流在磁场中、带电粒子在磁场中的受力和运动进行分析，结合牛顿运动定律、直线运动规律、圆周运动知识、功和能的关系等知识进行综合分析，提高空间想象能力及运用数学解决物理问题的能力2本章知识与生产、生活、现代科技联系密切，如质谱仪、回旋加速器、粒子速度选择器、等离子体发电机、电磁流量计
3、等高科技仪器的理解及应用相联系，在复习中应做到有的放矢第1单元 磁场及其描述 磁场对电流的作用 1.磁场(1)基本特性：磁场对处于其中的磁体、电流和有磁场力的作用(2)方向：小磁针的 N 极所受的方向2磁感应强度(1)物理意义：描述磁场的和(2)定义式：B FIL(通电导线垂直于磁场)(3)方向：小磁针时 N 极的指向考纲要求1 磁场、磁感应强度 运动电荷磁场力强弱方向静止3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.【点拨】由 BS 知，取决于 B 和 S 两个因素，而 BS又称磁通密度，取决于磁场本身，与、S
4、的大小无关垂直BS1 Tm21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体长度和电流乘积的比值解析：电场和磁场有一个明显的区别是：电场对放入其中的电荷有力的作用，而磁场仅对在磁场中运动且速度方向和磁感应强度方向不平行的带电粒子有力的作用，磁场对通电导线有力的作用的条件是磁场方向不能和电流方向平行，因此 A 对、B 错同理根据电场强度的定义
5、式 EF/q 可知 C 答案正确而同样用比值定义法定义的磁感应强度则应有明确的说明，即 B FIL中 I 和 B 的方向必须垂直，故 D 错，所以应选 A、C.答案：AC1.磁感线(1)磁感线：在磁场中画出一些有方向的曲线，使曲线上各点的方向跟这点的磁感应强度方向一致(2)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布考纲要求2 磁感线 通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 切线2电流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磁铁的磁场相似，管内为磁场且磁场，管外为磁场环形电流的两侧是 N 极和 S 极且离 圆 环 中 心 越远，磁场安培定则越弱条形匀强最强非匀
6、强越弱立体图横截面图2磁场中某区域的磁感线如图所示，则()Aa、b 两处的磁感应强度的大小不等，BaBbBa、b 两处的磁感应强度的大小不等，BaBbC同一通电导线放在 a 处受力一定比放在 b 处受力大D同一通电导线放在 a 处受力一定比放在 b 处受力小解析：在磁场中，磁感线疏密表示磁场的强弱，故 BaBb，选项B 正确、A 错误；同一通电导线如果都垂直放入磁场中，则在 a 处受力一定比 b 处受力小，但如果导线与磁场平行放置，受力均为 0，故C、D 均错误答案：B1.安培力的方向(1)安培力：通电导线在磁场中受到的力(2)左手定则：伸开左手，让拇指与其余四指，并且都与手掌在同一个平面内，
7、让磁感线垂直掌心进入，并使四指指向方向，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(3)两平行的通电直导线间的安培力：同向电流互相，异向电流互相考纲要求3 安培力、安培力的方向 匀强磁场中的安培力 垂直电流拇指吸引排斥2安培力的大小当磁感应强度 B 的方向与导线方向成 角时，F，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)当磁场与电流时，安培力最大，FmaxBIL.(2)当磁场与电流时，安培力等于零BILsin 垂直平行3一根容易形变的弹性导线，两端固定导线中通有电流，方向如图中箭头所示当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁
8、场时，描述导线状态的四个图示中正确的是()解析：电流与磁场平行放置时不受磁场力，选项 A 错误；电流与磁场垂直放置时，由左手定则知选项 D 正确答案：D一、对磁感应强度的理解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电场强度 E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
9、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【特别提醒】(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1下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是()A通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大B通导导线在磁感应强度大的地方受力一定大C放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同D磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受
10、力的大小和方向无关解析：因为磁场中某点的磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定，与通电导线的受力及方向都无关，故 A 错误、D 正确因为通电导线在磁场中受力的大小不仅与磁感应强度有关，而且与通电导线的取向有关，故 B 错误对 C 选项虽然匀强磁场中磁感应强度处处相等，但当导线在各个位置的方向不同时，磁场力是不同的(导线与磁场垂直时受磁场力最大，与磁场平行时受磁场力为零)，而 C中没有说明导线在各个位置的取向是否相同，故 C 错误答案：D二、通电导体在安培力作用下运动的判断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，
11、进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向现对五种常用的方法列表如下：电流元法把整段弯曲导线分为多段直线电流元，先用左手定则判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线运动方向特殊位置法通电导线转动到某个便于分析的特殊位置时，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向等效法环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立等效后再确定相互作用情况结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，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
12、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【特别提醒】(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置法2将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来，在其附近放一条形磁铁，磁铁的轴线与圆环在同一个平面内，且通过圆环中心，如图所示，当圆环中通以顺时针方向的电流时，从上往下看()A圆环顺时针转动，靠近磁铁B圆环顺时针转动，远离磁铁C圆环
13、逆时针转动，靠近磁铁D圆环逆时针转动，远离磁铁解析：该通电圆环相当于一个垂直于纸面的小磁针，N 极在内，S 极在外，根据同极相互排斥，异极相互吸引，可得 C 项正确答案：C三、与安培力有关的力学综合问题1安培力的大小安培力常用公式 FBIL，要求两两垂直，应用时要满足：(1)B 与 L 垂直；(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
14、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3安培力做功的特点和实质(1)安培力做功与路径有关，不像重力、电场力做功与路径无关(2)安培力做功的实质：起传递能量的作用安培力做正功：是将电源的能量传递给通电导线后转化为导线的动能或转化为其他形式的能安培力做负功：是将其他形式的能转化为电能后储存起来或转化为其他形式的能【特别提醒】涉及安培力的运动问题，用动能定理或能量守恒定律有时会比较方便3如图所示，光滑导轨与水平面成 角，导轨宽为 L.匀强磁场磁感应强度为 B.金属杆长也为
15、L，质量为 m，水平放在导轨上当回路总电流为 I1 时，金属杆正好能静止求：(1)B 至少多大？这时 B 的方向如何？(2)若保持 B 的大小不变而将 B 的方向改为竖直向上，应把回路总电流 I2 调到多大才能使金属杆保持静止？解析：画出金属杆受力的截面图如图(1)所示(1)由三角形定则可知，只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小，B 也最小根据左手定则，这时 B 应垂直于导轨平面向上，大小满足 BI1Lmgsin.解得 Bmgsin I1L，方向垂直导轨平面向上(2)当 B 的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，如图，则 BI2Lmgtan，又 Bmgsin I1L，故可
16、求得 I2 I1cos.答案：(1)mgsin I1L 垂直导轨平面向上(2)I1cos 如图所示，在 a、b、c 三处垂直于纸面放置三根长直通电导线，电流大小相等，a、b、c 是等边三角形的三个顶点，a 处电流在三角形中心 O 点产生的磁场的磁感应强度大小为 B，求 O 处的磁感应强度【思路点拨】首先求出 a、b、c 三根导线电流在 O 处各自形成的磁场的磁感应强度的大小和方向，然后利用平行四边形定则进行合成类型一磁场的叠加【解析】由于 OaObOc，所以在各电流等大的前提下，各处的电流在 O 点的磁感应强度大小也都为 B，根据安培定则，各电流在 O 处的磁感应强度应垂直于各点和 O 的连线
17、，如图所示，由图中几何关系知 Ba 与 Bb 夹角为 120，所以根据平行四边形定则，a、b在 O 处的合磁感应强度为 B，方向水平向右，所以 O 处的总磁感应强度大小为 2B，方向平行 ab 连线向右【答案】2B，方向平行 ab 连线向右【名师点评】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”在判定直线电流的磁场方向时，大拇指指“原因”电流方向，四指指“结果”磁场绕向；在判定环形电流的磁场方向时，四指指“原因”电流绕向，大拇指指“结果”环内沿中心轴线的磁感线方向1在北京地区进行如下实验：一个可以在水平面内自由转动的小磁针，在地磁场作用下保持静止，一根直导线位于小磁针的北方
18、，竖直放置，且通有竖直向上的电流，已知地磁场的水平分量为 B1，长直导线的电流形成的磁场在小磁针处的磁感应强度为 B0，则小磁针的 N 极将()A向西偏转角度 arctanB1B0B向西偏转角度 arctanB0B1C向东偏转角度 arctanB1B0D向东偏转角度 arctanB0B1解析：小磁针处，地磁场水平分量 B1 方向向北，长直导线形成的磁场 B0，水平向东，故合磁场北偏东角度 arctanB0B1.答案：D如图所示，边长为 100 cm 的正方形闭合线圈置于匀强磁场中，线圈 ab、cd 两边中点连线 OO的左右两侧分别存在方向相同、磁感应强度大小各为B10.6 T，B20.40 T
19、 的匀强磁场，若从上往下看，线圈逆时针方向转过 37时，穿过线圈的磁通量改变了多少？线圈从初始位置转过 180时，穿过线圈平面的磁通量改变了多少？【思路点拨】根据磁通量的定义，分别求出转动前后通过线圈 abcd 的磁通量，再求出磁通量的改变量类型二磁通量的计算【解析】在原图位置，磁感线与线圈平面垂直1B1S2B2S2(0.6120.412)Wb0.5 Wb线圈绕 OO轴逆时针转过 37后2B1S2cos 37B2S2cos 37(0.6120.80.4120.8)Wb0.4 Wb|21|(0.40.5)|Wb0.1 Wb.线圈绕 OO轴逆时针转过 180时，规定穿过原线圈平面的磁通量为正，转过
20、 180后，穿过线圈平面的磁通量为负3B1S2B2S20.5 Wb31|(0.50.5)|Wb1.0 Wb.【答案】0.1 Wb 1.0 Wb【名师点评】求解磁通量时，当 B 与 S 不垂直时，可用两个方法求合磁通量：一是分解 B，用垂直于 S 的分量 B求；二是投影 S，将 S 投影到与 B 垂直的方向上，并求出 S 投影，然后利用 BS 投影求.2如图，矩形线圈有 N 匝，面积大小为 S，放在水平面内，加一个竖直向下的范围较大的匀强磁场，磁感应强度为 B，则穿过平面的磁通量是多少？若使线圈绕 ab 边转过 60，则穿过线圈平面的磁通量是多少？若线圈绕 ab 边转过 180，则穿过线圈的磁通
21、量改变了多少？解析：由磁通量的定义可知：1BS绕 ab 边转过 60后的磁通量为 2BScos 6012BS绕 ab 边转过 180后的磁通量为：3BS磁通量的改变为：|31|2BS.答案：BS 12BS 2BS如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，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【思路点拨】首先明确常见磁场的磁感线分布情况，然后取“电流元”，用左手定则判定其受力方向，特别注意电流旋转后，有了垂直于纸面的分量而导致
22、向下受力类型三安培力作用下导体的运动【解析】(1)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)电流元，由于 OO 段电流方向与该处磁场方向平行，所以不受安培力作用；AO段电流元所在处的磁场方向倾斜向上，根据左手定则可知其所受安培力方向垂直于纸面向外；OB 段电流元所在处的磁场方向倾斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直于纸面向里综上可知导线将以 OO段为轴顺时针转动(俯视)(2)特殊位置法把导线转过 90的特殊位置来分析，根据左手定则判得安培力方向向下，故导线在顺时针转动的同时向下运动综上所述，选项 A 正确【答案】A【名师点评】判断通电导线(或线圈)在安培力作用下
23、的运动方向时，可以有多种方法，具体选用哪一种，可以视情况而定在本题中，除了已用到的两种方法外，还可以应用“转换研究对象法”，即假设导线固定不动，判断出蹄形磁铁的 N、S 极受力方向，从而确定蹄形磁铁的转动方向，再根据实际情况，将结论反过来即可3固定不动的绝缘直导线 MN 和可以自由移动的矩形线圈ABCD 处在同一平面内，MN 与 AD、BC 边平行，且离 AD 边较近，当导线和线圈中通以如图所示的电流时，线圈的运动情况是()A静止不动B向左方移动C向右方移动D绕 MN 为轴转动解析：通电导线可以通过产生的磁场，作用于别的通电导线，即通电导线之间有作用力，通入电流方向相同的导线互相吸引，通入电流方向相反的导线互相排斥答案：B