高考物理专题突破（鲁科版）磁场对电流及运动电荷的作用力

欢迎进入物理课堂 1 了解磁现象 知道磁感应强度和磁通量 2 会用磁感线描述磁场 掌握常见的几种磁场 3 认识安培力 会判断安培力的方向 会计算匀强磁场中安培力的大小 4 认识洛伦兹力 掌握洛伦兹力方向的判断和大小的计算 了解电子束的磁偏转原理及其在科学技术中的应用 5 认识电磁现象的研究在社会发展中的作用 高考一般不侧重对基本概念 磁场 磁感应强度 磁感线 磁通量等 的考查 本部分知识大多在综合题中作为重要的 甚至关键的基础知识呈现 磁场的基本性质是进一步研究磁现象的基础 所以复习时要重视对基本概念 规律的理解掌握 熟悉典型磁场磁感线的空间分布和两个定则的应用是本部分复习的重点 1 磁场 1 磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流有力的作用 2 磁场的方向 物理学中把小磁针静止时所指的方向或小磁针在磁场中任一点时的受力方向 规定为该点处磁场的方向 N极 N极 3 安培定则 判定直线电流的方向跟它所产生的磁场的方向之间的关系时 安培定则表述为 用握住导线 让伸直的拇指所指的方向与方向一致 弯曲的四指所指的方向就是的环绕方向 判定环形电流和通电螺线管的电流方向与其磁感线方向之间的关系时 统一表述为 让右手弯曲的四指所指的方向与方向一致 伸直的拇指所指的方向就是环形导线 或通电螺线管 的磁感线方向 右手 电流 磁感线 环形电流 轴线处 2 地球的磁场 1 地球的地理南极附近有一个 N极 地理北极附近有一个 S极 2 磁偏角 小磁针的指向与正南北方向之间的 3 磁场的描述磁感应强度是描述磁场及的物理量 1 定义 穿过垂直于磁感线的单位面积的等于该处的磁感应强度 用符号表示 地磁北极 地磁南极 夹角 强弱 方向 条数 B 2 单位 简称特 国际符号是T 1T 1 3 磁感线 即在磁场中画出的一些有方向的 在磁感线上每一点的磁场方向都在该点的切线方向上 4 磁通量 定义 磁场中穿过磁场某一面积S的 用 表示 计算公式 其中S为和磁场方向的有效面积 特斯拉 假想曲线 磁感线条数 BS 单位 国际单位 符号 1Wb 1 磁通密度 B 意义 磁场方向单位面积上的 磁码防伪技术包括和磁码识别仪两部分 韦伯 Wb T m2 垂直 磁通量 隐含磁码印刷 考点一对磁感线的理解1 磁感线是假想的曲线 实验中虽然能用铁屑来模拟磁感线的形状 但磁感线实际并不存在 2 磁感线的疏密表示磁场的强弱 磁感线较密表示磁场较强 磁感线较疏表示磁场较弱 3 磁场中任意两条磁感线都不相交 4 磁感线是闭合曲线 在磁体的外部是从N极到S极 在内部则是由S极回到N极 这点与电场线不同 技巧提示 磁感线的疏密能形象地表示磁场的强弱 但应注意 1 只有在同一幅图中才能根据磁感线的疏密判定各处磁场强弱 在不同的图中不能根据磁感线疏密判定磁场的强弱 2 没有画磁感线的地方并不一定没有磁场 案例1 下列关于磁场和磁感线的描述 正确的是 A 磁感线从磁体的N极出发 到磁体的S极终止B 将自由转动的小磁针放在通电螺线管内部 其N极指向螺线管磁场的北极C 磁感线的方向就是磁场方向D 两条磁感线的空隙处不存在磁场 解析 磁感线与电场线不同 它是一条闭合曲线 在磁体的外部由N极到S极 而在磁体的内部则由S极到N极 故选项A是不正确的 螺线管内部的磁感线和条形磁铁相似 是由S极到N极的 即磁场方向也是从S极指向N极 所以放置其中的小磁针N极必然是指向磁场方向 即螺线管的北极 故选项B正确 只有磁感线是直线时 磁感线的方向才与磁场方向一致 如果磁感线是曲线 则某点的磁场方向是用该点的切线方向来表示的 所以选项C不正确 磁感线是为研究问题方便而假想的曲线 磁场中磁感线有无数条 故两条磁感线之间是否有空隙 是否存在磁场等类似的问题是毫无意义的 选项D不正确 答案 B 即时巩固1 下列关于磁感线的说法正确的是 A 磁感线是磁场中实际存在的线B 条形磁铁的磁感线只分布于磁铁外部C 当同一空间中存在几个磁场时 磁感线有可能相交D 磁感线上某点的切线方向就是放在此处的小磁针N极受力的方向 解析 磁感线是为了研究磁场而假想出来的有方向的曲线 并不是实际存在的 A错 条形磁铁磁感线是闭合的曲线 B错 磁感线不可能相交 C错 答案 D 考点二常见的磁场的特点及其磁感线1 条形磁铁和蹄形磁铁的外部磁场分布 如图所示 2 直线电流的磁场 1 特点 无磁极 非匀强 距导线越远处磁场越弱 2 画法 如图所示 3 环形电流的磁场 1 特点 两侧分别是N极和S极 离圆环越远 磁场越弱 2 画法 如图所示 4 通电螺线管的磁场 1 特点 两端分别是N极和S极 管内是匀强磁场 管外为非匀强磁场 类似于条形磁铁的磁场 2 画法 如图所示 5 应用安培定则 右手螺旋定则 时需注意的事项 1 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 磁场环绕方向 在判定环形电流的磁场方向时 四指指 原因 电流环绕方向 大拇指指 结果 环内沿中心轴线的磁场方向 通电螺线管的N极 安培定则应用中的因果关系可表示如下 因 果 安培定则 导线中的电流 电流产生的磁场直线电流 大拇指指电流方向 四指指磁场环绕方向环形电流 四指指电流绕向 大拇指指中心轴线上的磁场方向 通电螺线管 2 其他形状的电流 如矩形 三角形等 的磁场 从整体效果上可等效为环形电流的磁场 优先采用安培定则判定 案例2 如图所示 带负电的金属环绕轴OO 以角速度 旋转 在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的状态是 A N极竖直向上B N极竖直向下C N极沿轴线向左D N极沿轴线向右 解析 由于金属环带负电 形成的环形电流方向与环的转动方向相反 由安培定则可以判定小磁针N极将沿轴线向左 答案 C 即时巩固2 2011 三明测试 有一束电子流沿x轴正方向高速运动 如图所示 电子流在z轴上的P点处所产生的磁场的方向是沿 A y轴正方向B y轴负方向C z轴正方向D z轴负方向 解析 电子流沿x轴正方向高速运动 相当于电流沿x负方向 依据安培定则可得 在z轴上的P点处所产生的磁场方向沿y轴正方向 所以 本题的正确选项为A 答案 A 考点三对磁感应强度的理解1 磁感应强度由磁场本身决定 跟在该位置放入导体长度L 电流I及导线受到的磁场作用力均无关 与是否放通电导体也无关 4 磁感应强度的方向不是通电导线所受磁场作用力的方向 而是与作用力的方向垂直 5 磁感应强度B与电场强度E的比较电场强度E是描述电场性质的物理量 磁感应强度B是描述磁场性质的物理量 现将这两个物理量比较如下 由上表可以看出 磁感应强度和电场强度有很多相似之处 但更应注意两者的区别 电场强度的方向和电荷受力方向相同或相反 而磁感应强度的方向和电流受力方向垂直 案例3 2011届 济宁检测 三根平行的长直通电导线 分别通过一个等腰直角三角形的三个顶点且与三角形所在平面垂直 如图所示 现在使每根通电导线在斜边中点O处所产生的磁感应强度大小均为B 则下列说法中正确的有 答案 B 即时巩固3 2011届 滨州检测 在磁场中的同一位置 先后放入长度相等的直导线a和b a b导线的方向均与磁场方向垂直 但两导线中的电流不同 因此所受的力也不同 下图4幅图象反映的是导线所受的力F与通过导线的电流I的关系 a b各自有1组F I的数据 并已在图象中描出 则其中正确的是 解析 本题利用图象来考查磁感应强度的内涵 由定义式可知 力F与通电直导线的电流I成正比 当导线中电流为零时 导线受到的磁场力为零 所以A图和D图都是错误的 因为a中的电流不为零 所以导线a垂直放入磁场中所受的磁场力不可能为零 B图错误 正确的选项是C 答案 C 考点四对磁通量 BS的理解1 BS只适用于B与S垂直的情况 若B与S的方向间的夹角为 则有 BScos 可理解为 B Scos 即 等于B与S在垂直于B的方向上的分量的乘积 也可理解为 Bcos S 即 等于B在垂直于S的方向上的分量与S的乘积 2 S不一定是某个线圈的真正面积 而是线圈在磁场范围内的面积 3 多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关 因为不论线圈匝数是多少 穿过线圈的磁感线条数都相同 而磁感线条数可表示磁通量的大小 4 合磁通量问题 若某个平面内同时存在不同方向和强度的磁场 当计算这个面的磁通量时 先规定某个方向的磁通量为正 则反方向的磁通量为负 平面内各个方向的磁通量的代数和为这个平面内的磁通量 案例4 如图所示 环形导线套在条形磁铁的中心位置 若增加环形导线长度 使环内面积增大 则穿过环形导线的磁通量将怎样变化 解析 环形导线围绕的面积内有两个方向的磁场 磁铁内部的磁场和外部的磁场 它们各自产生正负不同的磁通量 总的磁通量等于两者的代数和 当增大环形导线所围面积时 内磁场的磁通量不变 而外磁场的磁通量增加 故两者的代数和即总磁通量应减小 答案 磁通量将减小 即时巩固4 如图所示 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 磁场方向垂直于线圈平面 若磁感应强度为B 则穿过线圈的磁通量为 A BR2B Br2C n BR2D n Br2 答案 B 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全