《2021届高考物理一轮复习：第九章《磁场》第1讲：磁场及其对电流的作用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021届高考物理一轮复习：第九章《磁场》第1讲：磁场及其对电流的作用（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 1 页 共 44 页 2021 届高考物理一轮复习：第九章磁场 第 1 讲磁场及其对电流的作用 一、磁场、磁感应强度 1.磁场的基本性质 磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁力的作用. 2.磁感应强度 (1)物理意义：描述磁场的强弱和方向. (2)定义式： B F IL (通电导线垂直于磁场). (3)方向：小磁针静止时N 极的指向 . (4)单位：特斯拉，符号为T. 3.匀强磁场 (1)定义：磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场. (2)特点：疏密程度相同、方向相同的平行直线. 4.地磁场 (1)地磁的 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1
2、 所示 . 第 2 页 共 44 页 图 1 (2)在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感应强度相等，且方向水平向北. 5.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 . 自测 第 3 页 共 44 页 1(多选 )一小段长为L 的通电直导线放在磁 感应强度为B 的磁场中，当通过它的电流为I 时，所受安培力为F.以下关于磁感应强度B 的 说法正确的是() A.磁感应强度B 一定等于 F IL B.磁感应强度B 可能大于或等于 F IL C.磁场中通电直导线受力大的地方，磁感应强度一定大 D.在磁场中通电直导线也可以不受力 答案
3、BD 自测 第 4 页 共 44 页 2(2016 北京理综 17)中国宋代科学家沈括 在梦溪笔谈中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南 也.”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布如图2.结合上述材料， 下列说法不正确 的是 () 图 2 A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合 B.地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近 C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行 D.地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用 答案C 解析地球为一巨大的磁体，地磁场的南、 北极在地理上的北极和南极附近，两极并不重合， 故 A、 B 正确；且地球内部也存在磁场，只
4、有赤道附近上空磁场的方向才与地面平行，故C 错误；射向地球赤道的带电宇宙射线粒子的速度方向与地磁场方向不会平行，一定受到地磁 第 5 页 共 44 页 场力的作用，故D 正确 . 二、磁感线和电流周围的磁场 1.磁感线的特点 (1)磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向. (2)磁感线的疏密程度定性地表示磁场的强弱，在磁感线较密的地方磁场较强；在磁感线较疏 的地方磁场较弱. 磁感线是闭合曲线，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. 同一磁场的磁感线不中断、不相交、不相切. 磁感线是假想的曲线，客观上并不存在. 2.几种常见的磁场 (1)条形磁铁和蹄
5、形磁铁的磁场(如图 3 所示 ) 图 3 (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 第 6 页 共 44 页 安培 定则 立体图 横截 面图 纵截 面图 自测 第 7 页 共 44 页 3如图 4 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 . 第 8 页 共 44 页 图 4 答案 第 9 页 共 44 页 三
6、、安培力的大小和方向 1.大小 若 IB，F0；若 IB，FBIL . 2.方向 总垂直于B、I 所决定的平面，即一定垂直于B 和 I，但 B 与 I 不一定垂直 .可以用左手定则来 判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，把手放入磁 场中，让磁感线垂直穿入手心，使伸开的四指指向电流的方向，那么，拇指所指的方向就是 通电导线在磁场中的受力方向. 3.两平行通电导线间的作用 同向电流相互吸引，反向电流相互排斥. 自测 第 10 页 共 44 页 4在如图所示的四幅图中，正确标明通电导 线所受安培力F 方向的是 () 答案B 第 11 页 共 44 页 命题点一安培定
7、则的应用和磁场的叠加 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”. 因果 磁场 原因 (电流方向 )结果 (磁场方向 ) 直线电流的磁场大拇指四指 环形电流的磁场四指大拇指 2.磁场叠加问题的一般解题思路 (1)确定磁场场源，如通电导线. (2)定位空间中需求解磁场的点，利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁场的大小和 方向 .如图 5 所示为 M、N 在 c 点产生的磁场 . 第 12 页 共 44 页 图 5 (3)应用平行四边形定则进行合成，如图中的合磁场. 例 第 13 页 共 44 页 1(多选 )(2017 全国卷 19)如图 6，三根
8、相 互平行的固定长直导线L1、L2和 L3两两等距，均通有电流 I，L1中电流方向与L2中的相同， 与 L3中的相反 .下列说法正确的是 () 图 6 A.L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直 B.L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直 C.L1、L2和 L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1 13 D.L1、L2和 L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为331 答案BC 解析同向电流相互吸引，反向电流相互排斥.对 L1受力分析，如图甲所示，可知 L1所受磁 场作用力的方向与L2、L3所在的平面平行，故 A 错误；对L3受力分析，如图乙所示，可知 L3所受磁场作用力的方
9、向与L1、L2所在的平面垂直，故 B 正确； 设三根导线两两之间的相互 作用力的大小为F，则 L1、L2受到的磁场作用力的合力大小均等于 F， L3受到的磁场作用力 第 14 页 共 44 页 的合力大小为3F，即L1、L2、L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为 113，故 C 正确， D 错误 . 变式 第 15 页 共 44 页 1(2017 全国卷 18)如图 7，在磁感应强度 大小为 B0的匀强磁场中， 两长直导线 P 和 Q 垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l.在两 导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I 时，纸面内与两导线距离均为l 的 a 点处的磁感 应强度为零，如果让P
10、中的电流反向、其他条件不变，则a 点处磁感应强度的大小为() 图 7 A.0 B. 3 3 B0C.2 3 3 B0D.2B0 答案C 解析如图甲所示，P、Q 中的电流在a 点产生的磁感应强度大小相等，设为B1，由几何关 系可知， B1 3 3 B0.如果让 P 中的电流反向、 其他条件不变时， 如图乙所示， 由几何关系可知， a 点处磁感应强度的大小BB20 B212 3 3 B0，故选项 C 正确， A、B、D 错误 . 第 16 页 共 44 页 命题点二安培力作用下导体运动情况的判断 1.问题概述 (1)问题特点 安培力作用下导体的运动问题与力学中的运动问题一样，同样遵从力学基本规律，
11、只是研究 对象所受的力中多分析安培力而已. (2)规律分析 判定通电导体在安培力作用下的运动方向或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁感 线分布情况，再弄清楚导体中电流的方向，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. 2.几种判定方法 电流元法 分割为电流元 左手定则 安培力方向整段导体所受合力方向运动方向 特殊位置法在特殊位置安培力方向运动方向 第 17 页 共 44 页 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
12、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 例 2如图 8 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 )() 第 18 页 共 44 页 图 8 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 答案A 解析如图甲所示，把直线电流等效为无数小段，中间的点为O 点，选择在O 点左侧S 极 右上方的
13、一小段为研究对象，该处的磁场方向指向左下方，由左手定则判断，该小段受到的 安培力的方向垂直纸面向里，在O 点左侧的各段电流元都受到垂直纸面向里的安培力，把各 段电流元受到的力合成，则 O 点左侧导线受到垂直纸面向里的安培力；同理判断出O 点右侧 的导线受到垂直纸面向外的安培力.因此，由上向下看，导线沿顺时针方向转动. 分析导线转过90 时的情形：如图乙所示，导线中的电流向外，由左手定则可知，导线受到 第 19 页 共 44 页 向下的安培力.由以上分析可知，导线在顺时针转动的同时向下运动.选项 A 正确 . 例 3将一个质量很小的金属圆环用细线吊起 来，在其附近放一块条形磁铁，磁铁的轴线与圆环
14、在同一个平面内，且通过圆环中心，如图 9 所示，当圆环中通以顺时针方向的电流时，从上往下看() 第 20 页 共 44 页 图 9 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.圆环逆时针转动，靠近磁铁 D.圆环逆时针转动，远离磁铁 答案C 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，根据同极相斥、 异极相吸， C 正确 . 变式 第 21 页 共 44 页 2(多选 )通有电流的导线L1、L2、L3、L4处 在同一平面 (纸面 )内，放置方式及电流方向如图10 甲、乙所示，其中L1、L3是固定的， L2、 L4分别可绕垂直纸面的中心轴O、O转动，
15、O、O分别位于L2、L4的中点处，则下列判断 正确的是 () 图 10 A.L2绕轴 O 按顺时针转动 B.L2绕轴 O 按逆时针转动 C.L4绕轴 O按顺时针转动 D.L4绕轴 O按逆时针转动 答案BC 解析题图甲中由右手螺旋定则可知导线L1上方磁场垂直纸面向外，且离导线 L1的距离越 近，磁场越强，导线L2上每一小部分受到的安培力方向均水平向右，但 O 点下方部分受到 的安培力较大，所以L2绕轴 O 按逆时针转动， A 错， B 对；题图乙中O点上方导线L4所 第 22 页 共 44 页 受安培力向右，O点下方导线L4所受安培力向左，即 L4绕轴 O按顺时针转动，C 对， D 错. 变式
16、3(多选 )如图 11所示， 台秤上放一光滑平板， 其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤读数为F1，现在磁 铁上方中心偏左位置固定一导体棒，当导体棒中通以方向如图所示的电流后，台秤读数为F2， 则以下说法正确的是() 第 23 页 共 44 页 图 11 A.弹簧长度将变长 B.弹簧长度将变短 C.F1F2 D.F1F2，在水平方向上，由于 F 有水 平向左的分力，条形磁铁压缩弹簧，所以弹簧长度变短. 命题点三安培力作用下的平衡问题 第 24 页 共 44 页 通电导体棒在磁场中的平衡问题是一种常见的力电综合模型，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为平面图，通过受力分析建立各力的平衡关系，如图12 所示 . 第 25 页 共 44 页 图 12 例 4如图 13 所示，长为
