物理第09章 磁场 第1讲 磁场的描述 磁场对电流的作用 新人教版

磁场磁场第第 九九 章章第一讲磁场的描述磁场对电流的作用第一讲磁场的描述磁场对电流的作用考点考点内容内容要要求求高考命题统计高考命题统计命题规律命题规律201520162017卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷卷磁场、磁感应磁场、磁感应强度、磁感线强度、磁感线T186分分高考对本章内容考查命题频率高考对本章内容考查命题频率极高，常以选择题和计算题两极高，常以选择题和计算题两种形式出题，选择题一般考查种形式出题，选择题一般考查磁场的基础知识和基础规律，磁场的基础知识和基础规律，一般难度不大；计算题主要是一般难度不大；计算题主要是考查安培力、带电粒子在磁场考查安培力、带电粒子在磁场中的运动与力学、电学、能量中的运动与力学、电学、能量知识的综合应用，难度较大，知识的综合应用，难度较大，较多是高考的压轴题预计较多是高考的压轴题预计2019年的命题趋势年的命题趋势通电直导线和通电直导线和通电线圈周围通电线圈周围磁场的方向磁场的方向安培力、安培安培力、安培力的方向力的方向T196分分考点考点内容内容要要求求高考命题统计高考命题统计命题规律命题规律201520162017卷卷 卷卷卷卷卷卷 卷卷 卷卷 卷卷卷卷匀强磁场中的安匀强磁场中的安培力培力T2412分分T216分分(1)磁场的基础知磁场的基础知识及规律的考查识及规律的考查(2)安培力、洛伦安培力、洛伦兹力的考查兹力的考查(3)带电粒子在有带电粒子在有界磁场中的临界问界磁场中的临界问题，在组合场、复题，在组合场、复合场中的运动问题合场中的运动问题(4)磁场与现代科磁场与现代科学知识的综合应用学知识的综合应用洛伦兹力、洛伦洛伦兹力、洛伦兹力的方向兹力的方向洛伦兹力公式洛伦兹力公式带电粒子在匀强带电粒子在匀强磁场中的运动磁场中的运动T146分分T196分分T186分分T186分分T166分分T186分分质谱仪和回旋加质谱仪和回旋加速器速器T156分分0202核心考点探究突破0303模拟演练稳基提能栏目导航0101基础再现双基落实0404课后回顾高效练习0101基础再现双基落实1.一一对磁场的理解对磁场的理解 提示：提示：不正确因不正确因B与与F、IL均无关均无关3一小段通电导体放在磁场一小段通电导体放在磁场A处，受到的磁场力比处，受到的磁场力比B处的大，能否说明处的大，能否说明A处的处的磁感应强度一定比磁感应强度一定比B处的磁感应强度大？处的磁感应强度大？提示：提示：不能通电导体在磁场中的受力大小跟磁感应强度的大小及导线放置的不能通电导体在磁场中的受力大小跟磁感应强度的大小及导线放置的位置有关位置有关.1.安培定则的应用安培定则的应用二二安培定则的应用及磁场的叠加安培定则的应用及磁场的叠加 匀强匀强 越弱越弱 2.磁场的叠加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分解法进行合成与分解3如图，两根相互平行的长直导线过纸面上的如图，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流线中通有大小相等、方向相反的电流a、o、b在在M、N的连线上，的连线上，o为为MN的中点，的中点，c、d位于位于MN的中垂线上，且的中垂线上，且a、b、c、d到到o点的距离均相等点的距离均相等试画图分析：试画图分析：o点的磁感应强度为零点的磁感应强度为零吗？吗？a点和点和b点、点、c点和点和d点的磁感应强度相同点的磁感应强度相同吗？吗？a、c两点的磁感应强度方向相同吗？两点的磁感应强度方向相同吗？提示：提示：如图如图由图可知：由图可知：o点的磁感应强度不为零，点的磁感应强度不为零，a点和点和b点、点、c点和点和d点的磁感应强度相同，点的磁感应强度相同，a、c两点的磁感应强度方向相同两点的磁感应强度方向相同1.安培力的方向安培力的方向(1)左手定则：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左手定则：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，并使四指指向平面内让磁感线从掌心进入，并使四指指向_的方向，这时的方向，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所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向(2)注意问题：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注意问题：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三三安培力安培力 电流电流 拇指拇指 2安培力的大小安培力的大小当磁感应强度当磁感应强度B的方向与导线方向成的方向与导线方向成角时，角时，F_.(1)当磁场与电流当磁场与电流_时，安培力最大，时，安培力最大，FmaxILB(2)当磁场与电流当磁场与电流_时，安培力等于零时，安培力等于零3(1)一段通电直导线，长度为一段通电直导线，长度为l，电流为，电流为I，放在同一个匀强磁场中，导线和，放在同一个匀强磁场中，导线和磁场的相对位置有如图所示的四种情况，判断通电导线所受到的安培力的方向磁场的相对位置有如图所示的四种情况，判断通电导线所受到的安培力的方向ILBsin 垂直垂直 平行平行 提示：提示：甲中垂直导线向上、乙中不受安培力，丙中垂直导线向上，丁中垂直导甲中垂直导线向上、乙中不受安培力，丙中垂直导线向上，丁中垂直导线向里线向里提示：提示：方法一：根据同向电流相互吸引导线方法一：根据同向电流相互吸引导线c所受安培力的合力方向垂直所受安培力的合力方向垂直ab边向左边向左方法二：导线方法二：导线a、b在在c点产生的合磁场方向竖直向下，由左手定则可知点产生的合磁场方向竖直向下，由左手定则可知c所受安所受安培力的方向垂直培力的方向垂直ab向左向左(2)在等边三角形的三个顶点在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导处，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，判断过所示，判断过c点的导线所受安培力的方向，你有几种方法？点的导线所受安培力的方向，你有几种方法？1判断正误判断正误(1)磁场中某点磁感应强度的大小，跟放在该点的试探电流元的情况无关磁场中某点磁感应强度的大小，跟放在该点的试探电流元的情况无关()(2)磁场中某点磁感应强度的方向，跟放在该点的试探电流元所受磁场力的方向磁场中某点磁感应强度的方向，跟放在该点的试探电流元所受磁场力的方向一致一致()(3)垂直磁场放置的线圈面积减小时，穿过线圈的磁通量可能增大垂直磁场放置的线圈面积减小时，穿过线圈的磁通量可能增大()(4)小磁针小磁针N极所指的方向就是该处磁场的方向极所指的方向就是该处磁场的方向()(5)将通电导线放入磁场中，若不受安培力，说明该处磁感应强度为零将通电导线放入磁场中，若不受安培力，说明该处磁感应强度为零()(6)安培力可能做正功，也可能做负功安培力可能做正功，也可能做负功()答案：答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2(多选多选)如图为通电螺线管如图为通电螺线管A为螺线管外一点，为螺线管外一点，B、C两点在螺线管的垂直平两点在螺线管的垂直平分线上，则下列说法正确的是分线上，则下列说法正确的是()A磁感线最密处为磁感线最密处为A处，最疏处为处，最疏处为B处处B磁感线最密处为磁感线最密处为B处，最疏处为处，最疏处为C处处C小磁针在小磁针在B处和处和A处处N极都指向左方极都指向左方D小磁针在小磁针在B处和处和C处处N极都指向右方极都指向右方答案：答案：BC4.如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度下列各选项所示的载流线圈如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方线圈中通有大小相同相等，将它们分别挂在天平的右臂下方线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是的电流，天平处于平衡状态若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是()答案：答案：A0202核心考点探究突破考点考点一一 对磁场的理解对磁场的理解 1(2015全国卷全国卷)(多选多选)指南针是我国古代四大发明之一关于指南针，下指南针是我国古代四大发明之一关于指南针，下列说法正确的是列说法正确的是()A指南针可以仅具有一个磁极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块的干扰指南针的指向会受到附近铁块的干扰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 解析：解析：指南针有指南针有N、S两个磁极，受到地磁场的作用静止时两个磁极，受到地磁场的作用静止时S极指向南方，选项极指向南方，选项A错误，错误，B正确指南针有磁性，可以与铁块相互吸引，选项正确指南针有磁性，可以与铁块相互吸引，选项C正确由奥斯特实验正确由奥斯特实验可知，小磁针在通电导线放置位置合适的情况下，会发生偏转，选项可知，小磁针在通电导线放置位置合适的情况下，会发生偏转，选项D错误错误2(2016北京卷北京卷)中国宋代科学家沈括在中国宋代科学家沈括在梦溪笔谈梦溪笔谈中最早记载了地磁偏中最早记载了地磁偏角：角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”进一步研究表明，地进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图结合上述材料，下列说法不正确的是球周围地磁场的磁感线分布示意如图结合上述材料，下列说法不正确的是()A地理南、北极与地磁场的南、北极不重合地理南、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地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行C 解析：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，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；且地球内部也存在磁场，只有赤道上空磁场的方向才与地面平行；两极并不重合；且地球内部也存在磁场，只有赤道上空磁场的方向才与地面平行；对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，一定受到对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，一定受到地磁场力的作用，故地磁场力的作用，故C项说法不正确项说法不正确3如图所示，一长直导线沿南北方向水平放置，在导线的下方有一静止的小如图所示，一长直导线沿南北方向水平放置，在导线的下方有一静止的小磁针现在导线中通以恒定电流，测得小磁针偏离南北方向的角度磁针现在导线中通以恒定电流，测得小磁针偏离南北方向的角度与小磁针和导与小磁针和导线的距离线的距离x之间的关系如图所示，若该处地磁场的水平分量为之间的关系如图所示，若该处地磁场的水平分量为B0，则下列判断正确，则下列判断正确的是的是()C 磁场叠加问题的一般解题思路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所示为磁场的大小和方向如图所示为M、N在在c点产生的磁场点产生的磁场(3)应用平行四边形定则进行合成，如图中的合磁场应用平行四边形定则进行合成，如图中的合磁场考点二考点二 安培定则的应用及磁场的叠加安培定则的应用及磁场的叠加 BC 解析：解析：如图，由磁场的叠加知，如图，由磁场的叠加知，L2与与L3中的电流在中的电流在L1处处产生的合磁场的方向在产生的合磁场的方向在L2、L3连线的中垂线上，由左手定则连线的中垂线上，由左手定则知，知，L1所受磁场作用力的方向与所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面平行选项所在平面平行选项A错误错误L1与与L2中的电流在中的电流在L3处产生的合磁场的方向与处产生的合磁场的方向与L1、L2的的连线平行，由左手定则知，连线平行，由左手定则知，L3所受磁场作用力的方向与所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直选项所在平面垂直选项B正确正确磁场的矢量性及合成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等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和C 4(2018四川成都一诊四川成都一诊)(多选多选)有两根长直导线有两根长直导线a、b互相平行放置，如图所示互相平行放置，如图所示为垂直于导线的截面图在如图所示的平面内，为垂直于导线的截面图在如图所示的平面内，O点为两根导线连线的中点，点为两根导线连线的中点，M、N为两导线连线的中垂线上两点，与为两导线连线的中垂线上两点，与O点的距离相等，点的距离相等，aM与与MN夹角为夹角为.若两导线中若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流通有大小相等、方向相同的恒定电流I，单根导线中的电流在，单根导线中的电流在M处产生的磁感应强度处产生的磁感应强度为为B0，则关于线段，则关于线段MN上各点的磁感应强度，下列说法中正确的是上各点的磁感应强度，下列说法中正确的是()AM点和点和N点的磁感应强度方向一定相反点的磁感应强度方向一定相反BM点和点和N点的磁感应强度大小均为点的磁感应强度大小均为2B0 cos CM点和点和N点的磁感应强度大小均为点的磁感应强度大小均为2B0 sin D在线段在线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零上各点的磁感应强度都不可能为零AB 解析：解析：根据安培定则判断得知，两根通电导线产生根据安培定则判断得知，两根通电导线产生的磁场方向均沿逆时针方向，由于对称，两根通电导线的磁场方向均沿逆时针方向，由于对称，两根通电导线在在M、N两点产生的磁感应强度大小相等，根据平行四边两点产生的磁感应强度大小相等，根据平行四边形定则进行合成得到形定则进行合成得到M点和点和N点的磁感应强度大小相等，点的磁感应强度大小相等，M点磁场向下，点磁场向下，N点磁场向上，方向相反，故点磁场向上，方向相反，故A正确两正确两根导线在根导线在M点产生的磁感应强度的方向如图所示，根据点产生的磁感应强度的方向如图所示，根据平行四边形定则进行合成，得到平行四边形定则进行合成，得到M点的磁感应强度大小点的磁感应强度大小为为2B0 cos .同理，同理，N点的磁感应强度大小也为点的磁感应强度大小也为2B0 cos ，故故B正确，正确，C错误只有当两根通电导线在同一点产生的错误只有当两根通电导线在同一点产生的磁感应强度大小相等、方向相反时，合磁感应强度才为磁感应强度大小相等、方向相反时，合磁感应强度才为零，则知零，则知O点的磁感应强度为零，故点的磁感应强度为零，故D错误错误BD 判断导体运动趋势常用方法判断导体运动趋势常用方法考点三考点三 导体运动趋势的判断导体运动趋势的判断 B 解析：解析：方法一电流元分析法方法一电流元分析法把线圈把线圈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将顺时针转动将顺时针转动方法二等效分析法方法二等效分析法把线圈把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的中心，小磁针的的中心，小磁针的N极极应指向该点环形电流应指向该点环形电流I2的磁场方向，由安培定则和的磁场方向，由安培定则和I2产生的磁场方向在其中心处竖产生的磁场方向在其中心处竖直向上，而直向上，而L1等效成小磁针后，转动前，等效成小磁针后，转动前，N极指向纸内，因此小磁针的极指向纸内，因此小磁针的N极应由指极应由指向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈L1将顺时针转动将顺时针转动方法三利用结论法方法三利用结论法环形电流环形电流I1、I2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可得，从左向右看，线圈止，据此可得，从左向右看，线圈L1将顺时针转动将顺时针转动D 解析：解析：因为载流直导线的磁感线是以因为载流直导线的磁感线是以O为圆心的一组同心圆，方向沿逆时针方为圆心的一组同心圆，方向沿逆时针方向，向，KN、LM两边与磁感线平行，所以两边与磁感线平行，所以KN、LM两边均不受安培力根据左手定则两边均不受安培力根据左手定则可知，可知，KL边受到的安培力垂直纸面向外，边受到的安培力垂直纸面向外，MN边受到的安培力垂直纸面向里，故选边受到的安培力垂直纸面向里，故选项项D正确正确6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，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，导线的运动情况是时，导线的运动情况是(从上往下从上往下看看)()A顺时针方向转动，同时下降顺时针方向转动，同时下降B顺时针方向转动，同时上升顺时针方向转动，同时上升C逆时针方向转动，同时下降逆时针方向转动，同时下降D逆时针方向转动，同时上升逆时针方向转动，同时上升A 解析：解析：如图甲所示，把直线电流等效为无数小段，中间的点为如图甲所示，把直线电流等效为无数小段，中间的点为O点，选择在点，选择在O点左侧点左侧S极右上方的一小段为研究对象，该处的磁场方向指向左下方，由左手定则极右上方的一小段为研究对象，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点左侧导线受到垂直纸面向里的安培力；同理判断出面向里的安培力；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，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由上向下看，导线沿顺时针方向转动分析导线转过分析导线转过90时的情形如图乙所示，导线中的时的情形如图乙所示，导线中的电流向外，由左手定则可知，导线受到向下的安培力由电流向外，由左手定则可知，导线受到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正确正确7(2018江西上饶模拟江西上饶模拟)如图所示，在固定位置的条形磁铁如图所示，在固定位置的条形磁铁S极附近悬挂一个极附近悬挂一个金属线圈，线圈与水平磁铁位于同一竖直平面内，当在线圈中通入沿图示方向流动金属线圈，线圈与水平磁铁位于同一竖直平面内，当在线圈中通入沿图示方向流动的电流时，将会看到的电流时，将会看到()A线圈向左平移线圈向左平移B线圈向右平移线圈向右平移C从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁D从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁铁从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁铁C 解析：解析：把通电线圈等效成条形磁铁，等效磁铁的把通电线圈等效成条形磁铁，等效磁铁的N极垂直于纸面向外，根据同极垂直于纸面向外，根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引可知：从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引可知：从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁，近磁铁，C正确正确.1.安培力安培力公式公式FBIL中安培力、磁感应强度和电流两两垂直，且中安培力、磁感应强度和电流两两垂直，且L是通电导线的有效长是通电导线的有效长度度2通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路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；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中安培力的方向要注意F安安B、F安安I；如下图所示；如下图所示考点四考点四 安培力作用力下导体的平衡或加速问题安培力作用力下导体的平衡或加速问题 (3)列平衡方程或牛顿第二定律方程进列平衡方程或牛顿第二定律方程进行求解行求解ABD 解决安培力作用下导体平衡的思维流程解决安培力作用下导体平衡的思维流程8(多选多选)一长一长L0.5 m、质量、质量m0.2 kg的水平直导线通过绝缘细线悬挂在天的水平直导线通过绝缘细线悬挂在天花板上，整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场花板上，整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场B中当导线中通以垂直于纸面向中当导线中通以垂直于纸面向里大小为里大小为I10 A的电流，该导线静止时细线与竖直方向的夹角的电流，该导线静止时细线与竖直方向的夹角37，如图所，如图所示现保持磁感应强度的大小不变，让磁场方向在纸面内沿逆时针方向缓慢转过示现保持磁感应强度的大小不变，让磁场方向在纸面内沿逆时针方向缓慢转过90，取重力加速度，取重力加速度g10 m/s2，已知，已知sin 370.6，则下列说法中正确的有，则下列说法中正确的有()A磁场未转动时，绝缘细线对通电导线的拉力大小为磁场未转动时，绝缘细线对通电导线的拉力大小为2.5 NB该磁场的磁感应强度大小为该磁场的磁感应强度大小为1.5 TC转动过程中绝缘细线与竖直方向的夹角先变大后变小转动过程中绝缘细线与竖直方向的夹角先变大后变小D转动过程中绝缘细线受到的拉力最小值为转动过程中绝缘细线受到的拉力最小值为1.6 NAC B 谢谢观看