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1、第九章 磁场 考点要求 2 考点要求 3 第1节 磁场的描述 磁场对电流的作用 基础夯实 5 基础夯 实 自我诊断 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 3 方向 小磁针静止时N极 的指向 4 单位 特斯拉 T 基础夯实 6 基础夯 实 自我诊断 二 磁感线 几种常见的磁场 1 磁感线 在磁场中画出一些曲线 使曲线上每一点的切线 方向都跟这 点的磁感应强度的方向一致 2 几种常见的磁场 1 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 如图所示 基础夯
2、实 7 基础夯 实 自我诊断 2 电流的磁场 基础夯实 8 基础夯 实 自我诊断 基础夯实 9 基础夯 实 自我诊断 3 匀强磁场 在磁场的某些区域内 磁感线为 同向等密 的平行线 如图所 示 4 地磁场 地磁场的N极在地理南极 附近 S极在地理北极 附近 磁感 线分布如图所示 在赤道上 距离地球表面高度相等的各点 磁感应强度相同 方向水平向北 基础夯实 10 基础夯 实 自我诊断 三 安培力的方向和大小 1 安培力的方向 1 左手定则 伸开左手 使拇指跟其余四指垂直 并且都跟手掌在 一个平面内 把手放入磁场中让磁感线垂直穿入手心 并使伸开的 四指 指向电流的方向 那么 拇指 所指的方向就是通
3、电导线 在 磁场中所受安培力的方向 2 两平行的通电直导线间 的安培力 同向电流互相吸引 反向 电流互相排斥 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 BIlsin 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 当磁场与电流垂直 时 安培力最大 Fmax BIl 2 当磁场与电流平行 时 安培力等于零 基础夯实 11 基础夯 实 自我诊断 请根据安培分子电流假说解释磁铁磁场产 生的本质 提示 磁铁中的每个原子会存在分子电流 并因分子电流而产生 一个很小的磁场 平时分子电流磁场是杂乱无章的 所以对外不显 磁性 在磁铁被磁化时 所有的分子电流磁场在强大的外磁场作用
4、 下会旋转自身的方向并趋于和外磁场的方向一致 这些分子电流磁 场会合成一个较强的磁场 这时磁铁就会显示出磁性 在外加磁场 撤去后 分子电流磁场还会有序排列 对外显示出磁性 基础夯实 12 基础夯 实 自我诊断 1 多选 下列所示各图中 小磁针的指向正确的是 答案解析解析 关闭 小磁针静止时的N极指向为该处 磁场方向 由安培定则可知A中螺线管 内的磁场方向向左 选项 A正确 B中赤道处的磁场方向由南向北 选项 B 正确 C中小磁针所在处的磁场方向向下 选项 C错误 D中蹄形磁铁间 的 磁场向右 选项 D正确 答案解析 关闭 ABD 基础夯实 13 基础夯 实 自我诊断 2 下列关于磁感应强度的说
5、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处的大 说明 A处的磁感应强度比B处的磁感应强度大 B 由B 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 与导线 的I l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 答案解析解析 关闭 答案解析 关闭 基础夯实 14 基础夯 实 自我诊断 3 多选 关于磁场和磁感线的描述 下列说法正确的是 A 磁极与磁极之间 磁极与电流之间都是通过磁场发 生相互 作用的 B 磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向 它每一点的切线方 向都和小磁针在该点静止时北极所指的方向一致 C 磁
6、感线总 是从磁铁的N极出发 到S极终止 D 磁感线可以用细铁 屑来显示 因而是真实存在的 答案解析解析 关闭 磁感线是闭合的曲线 C错误 磁感线是为了描述磁场的强弱而假设存在 的 D错误 答案解析 关闭 AB 基础夯实 15 基础夯 实 自我诊断 4 如图所示 导线 框中电流为I 导线 框垂直于磁场放置 磁感应 强度为B ab与cd相距为d 则棒MN所受安培力的大小为 答案解析解析 关闭 答案解析 关闭 基础夯实 16 基础夯 实 自我诊断 5 如图所示 甲 乙是直线电 流的磁场 丙 丁是环形电流的磁 场 戊 己是通电螺线管的磁场 试在各图中补画出电流方向或磁 感线方向 答案 答案 关闭 17
7、 考点一考点二考点三 安培定则则的应应用和磁场场的叠加 师师生共研 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 1 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 2 两个电流附近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 18 考点一考点二考点三 例1如图所示 两根互相平行的长直导线过纸 面上的M N两点 且与纸面垂直 导线 中通有大小相等 方向相反的电流 a O b 在M N的连线 上 O为MN的中点 c d位于MN的中垂线上 且a b c d
8、到O点的距离均相等 关于以上几点处的磁场 下列说法正 确的是 A O点处的磁感应强度为零 B a b两点处的磁感应强度大小相等 方向相反 C c d两点处的磁感应强度大小相等 方向相同 D a c两点处磁感应强度的方向不同 答案解析解析 关闭 由安培定则可知 两导线 在O点产生的磁场均竖直向下 合磁感应强度一 定不为零 A错误 由安培定则可知 两导线 在a b两处产 生的磁场方向 均竖直向下 由于对称性 电流M在a处产 生磁场的磁感应强度等于电流 N在b处产 生磁场的磁感应强度 同时电 流M在b处产 生磁场的磁感应强 度等于电流N在a处产 生磁场的磁感应强度 所以a b两处磁感应强度 大小相等
9、 方向相同 B错误 根据安培定则 两导线 在c d两处产 生的磁 场分别垂直c d两点与导线连线 方向向下 且产生的磁场的磁感应强度 相等 由平行四边形定则可知 c d两点处的磁感应强度大小相等 方向 相同 C正确 a c两处磁感应强度的方向均竖直向下 D错误 答案解析 关闭 C 19 考点一考点二考点三 例2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 MOP 60 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B
10、1之比为 答案解析解析 关闭 答案解析 关闭 20 考点一考点二考点三 思维点拨 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 提示 1 大小相等 夹角为0 2 大小相等 夹角为60 规律总结磁场的矢量性及合成 1 根据安培定则确定通电导线周围磁场的方向 2 磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向 3 磁感应强度是矢量 多个通电导体产生的磁场叠加时 合磁场的 磁感应强度等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和 21 考点一考点二考点三 突破训练 1 多选 2018 全国卷 如图
11、 纸面内有两条互相垂直的长直绝 缘导线 L1 L2 L1中的电流方向向左 L2中的电流方向向上 L1的正 上方有a b两点 它们相对于L2对称 整个系统处 于匀强外磁场 中 外磁场的磁感应强度大小为B0 方向垂直于纸面向外 已知a b两点 答案解析解析 关闭 答案解析 关闭 22 考点一考点二考点三 安培力的分析与计计算 师师生共研 1 安培力公式F BIl 应用时要注意 1 B与I垂直 2 B与I平行时 F 0 3 l是有效长度 弯曲导线 的有效长度l 等于连接两端点线段的长度 如图所示 相应的电流沿l由始端流向末端 2 方向 根据左手定则判断 23 考点一考点二考点三 例3如图所示 将一个
12、半径为R的导电 金属圆环 串联接入电路中 电路的电流为I 接入点a b是圆环 直径上的两个端点 流过圆 弧 acb和adb的电流相等 金属圆环处 在磁感应强度为B的匀强磁场 中 磁场方向与圆环 所在平面垂直 则金属圆环 受到的安培力为 A 0B BIRC 2 BIR D 2BIR 答案解析解析 关闭 答案解析 关闭 24 考点一考点二考点三 例4如图所示 在倾角为 的光滑斜面上 水平放置一根长为 l 质 量为m的直导体棒 当导体棒中的恒定电流I垂直于纸面向里时 欲使导体棒静止在斜面上 可将导体棒置于匀强磁场中 当外加匀 强磁场的磁感应强度B的方向由竖直向上逆时针转 至水平向左的 过程中 关于B
13、的大小的变化 正确的是 A 逐渐增大B 逐渐减小 C 先增大后减小D 先减小后增大 答案解析解析 关闭 答案解析 关闭 25 考点一考点二考点三 突破训练 2 音圈电机是一种应用于机械硬盘 光驱等系统的特殊电动 机 右图是某音圈电机的原理示意图 它由一对正对的磁极和一 个正方形刚性线圈构成 线圈边长为 l 匝数为n 磁极正对区域内的 磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下 大小为B 区域外的磁 场忽略不计 线圈左边始终在磁场外 右边始终在磁场内 前后两 边在磁场内的长度始终相等 某时刻线圈中电流从P流向Q 大小 为I 1 求此时线 圈所受安培力的大小和方向 2 若此时线 圈水平向右运动的速度大小
14、为v 求安培力的功率 26 考点一考点二考点三 解析 1 线圈前后两边所受安培力的合力为零 线圈所受的安培 力即为右边所受的安培力 由安培力公式得 F nBIl 由左手定则知安培力方向水平向右 2 安培力的功率为P Fv 联立 式解得P nBIlv 答案 1 nBIl 方向水平向右 2 nBIlv 27 考点一考点二考点三 安培力作用下导导体的平衡及运动动 多维维探究 通电导 体棒在磁场中的平衡问题 是一种常见的力学综合模型 该模型一般由倾斜导轨 导体棒 电源和电阻等组成 这类题 目的难点是题图 具有立体性 各力的方向不易确定 因此解题时 一定要先把立体图转 化成平面图 通过受力分析建立各力的
15、平衡 关系 如图所示 28 考点一考点二考点三 29 考点一考点二考点三 例5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 匀强磁场方向竖直向上 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为2 A的恒 定电流时 如图所示 金属细杆可以沿轨道向右由静止开始运 动 已知MN OP 1 m 忽略导体棒在磁场中运动产 生的感应电 流 则下列说法正确的是 A 金属细杆开始运动时 的加速度大小为5 m s2 B 金属细杆运动到P点时的速度大小为5 m s C 金属细杆运动到
16、P点时的向心加速度大小为10 m s2 D 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 答案解析解析 关闭 答案解析 关闭 30 考点一考点二考点三 例6如图所示 在倾角为 37 的斜面上 固定一宽为 l 1 0 m 的 平行金属导轨 现在导轨 上垂直导轨 放置一质量m 0 4 kg 电 阻R0 2 0 长为 1 0 m的金属棒ab 它与导轨间 的动摩擦因数为 0 5 整个装置处于方向竖直向上 磁感应强度大小为B 2 T 的匀强磁场中 导轨 所接电源的电动势为 E 12 V 内阻r 1 0 若最大静摩擦力等于滑动摩擦力 滑动变 阻器的阻值符合要求 其 他电阻不计 g取10 m s2 sin 37 0 6 cos 37 0 8 现要保持金属 棒ab在导轨 上静止不动 求 31 考点一考点二考点三 1 金属棒所受安培力的取值范围 2 滑动变 阻器接入电路中的阻值范围 解析 1 当金属棒刚好达到向上运动的临界状态时 金属棒受 到的摩擦力为最大静摩擦力 方向平行斜面向下 设金属棒受到的 安培力大小为F1 其受力分析如图甲所示 则有 FN F1sin mgcos F1cos m
