高考物理一輪復(fù)習專題九第1講磁場磁場對電流的作用

1、專題九,磁場,第 1 講 磁場 磁場對電流的作用,考點 1,磁場的基本概念,1磁場,(1)定義：存在于磁體、電流和運動電荷周圍空間的一種特,殊形態(tài)的物質(zhì),(3)方向：在磁場中的任一點，小磁針 極受力的方向，亦 即小磁針靜止時 極所指的方向，就是該點的磁場方向 (4)磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：磁鐵的磁場和電流的磁場都是由電荷,的運動產(chǎn)生的,磁體,通電導(dǎo)線,運動電,荷,北,北,F 安,2磁感應(yīng)強度 (1)定義：在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線，所受的安 培力 F 安跟電流 I 和導(dǎo)線長度 L 的乘積 IL 的比值叫做磁感應(yīng)強 度,(2)定義式：B,IL,.,(3)方向：就是磁場的方向，即小磁針靜止時北極所指

2、的方 向，也是過該點的磁感線的 方向 (4)磁感應(yīng)強度是矢量，既可描述磁場的強弱，又可描述磁 場的方向,(5)單位：特斯拉，簡稱特，國際符號是 T,1 T1,.,切線,3磁感線,(1)磁感線是在磁場中畫出的一些有方向的曲線,(2)磁感線的分布可以形象地表示出磁場的強弱和方向，磁 感線的疏密表示磁場的 ，磁感線上某點的 方向就是該 點的磁場方向,(3)磁感線是永不相交的 曲線：在磁體外部，從 極指,向 極；在磁體內(nèi)部，由 極指向 極,(4)注意：熟記條形磁鐵、蹄形磁鐵、直線電流、環(huán)形電流、,通電螺線管的磁感線分布狀況,強弱,切線,閉合,N,S,S,N,(4)單位：韋伯，符號是Wb.1Wb1Tm,

3、4磁通量,(1)定義：磁感應(yīng)強度與垂直磁場方向的面積的乘積叫做穿 過這個面的磁通量，其物理意義是穿過某一面積的磁感線 ,(2)定義式：BScos，式中 Scos為面積 S 在垂直 于磁場方向的平面(中性面)上投影的大小，是面積 S 所在平 面的法線方向與磁場方向的夾角,(3)磁通量是標量，但是有正負，其正負表示與規(guī)定的正方 向(如平面法線的方向)是相同還是相反若磁感線沿相反方向 穿過同一平面，且正向磁感線條數(shù)為1，反向磁感線條數(shù)為2， 則磁通量等于穿過平面的合磁通(磁通量的代數(shù)和)，即1 2.,2,條數(shù),.,5勻強磁場：磁感應(yīng)強度的大小處處 、方向處處 的磁場稱為勻強磁場距離很近的兩個異名磁極

4、之間的磁場、 通電螺線管內(nèi)部的磁場(邊緣部分除外)以及平行板電容間的磁 場，都可以認為是勻強磁場,1(單選)下列關(guān)于磁場的說法中，正確的是(,),A只有磁鐵周圍才存在磁場 B磁場是假想的，不是客觀存在的 C磁場的方向就是小磁針靜止時南極所指的方向 D磁極與磁極，磁極與電流、電流與電流之間都是通過磁 場發(fā)生相互作用,相等,相同,D,解析：磁鐵和電流周圍都能夠產(chǎn)生磁場，A 錯；磁場的本質(zhì) 是運動電荷產(chǎn)生的客觀物質(zhì)，B 錯；磁場的方向就是小磁針靜止 時北極所指的方向，C 錯；在磁體或電流周圍首先產(chǎn)生磁場，其 次放入磁場中的磁體或電流將通過磁場與之發(fā)生相互作用，所 以 D 對,2(單選)關(guān)于磁感應(yīng)強度

5、，下列說法正確的是(,),A,A一小段通電導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強度為零的位置，那么它受 到的磁場力也一定為零 B通電導(dǎo)線所受的磁場力為零，該處的磁感應(yīng)強度也一定為零 C放置在磁場中 1 m 長的通電導(dǎo)線，通過 1 A 的電流，受 到的磁場力為 1 N，則該處的磁感應(yīng)強度就是 1 T D磁場中某處的 B 的方向跟電流在該處受到磁場力 F 的方 向相同,解析：根據(jù)磁感應(yīng)強度的定義，A 對；通電導(dǎo)線( 電流 I )與 磁場平行時，磁場力為零，B 錯；C 中結(jié)論成立的前提是通電導(dǎo) 線(電流 I)必須與磁場垂直，C 錯；B 與 F 方向一定垂直，D 錯,3(雙選)關(guān)于磁感線，下列說法中正確的是(,),AD,A

6、磁感線上每一點的切線方向都跟該點的磁場方向一致 B磁感線是磁場中客觀存在的、肉眼看不見的曲線 C兩條磁感線的空隙處不存在磁場，不同磁場形成的 磁感線可以相交 D勻強磁場的磁感線是同向的平行等間距的直線,解析：磁感線上每一點的切線方向就是該點的磁場方向， 所以 A 正確；磁感線是形象描繪磁場的假想曲線，可以用實驗 來模擬，但是不存在的，B 錯誤；用磁感線的疏密反映磁場的強 弱，但不等于空隙處不存在磁場，磁場是充滿某個區(qū)域的，不 同磁源產(chǎn)生的磁場在某一區(qū)域疊加合成，磁感線描繪的是疊加 后的合磁場，某處的磁感應(yīng)強度是唯一的，磁感線是不相交的， C 錯誤；勻強磁場的強弱和方向都處處相同，磁感線是方向相

7、同 的平行等間距的直線，D 正確.,4(單選)(上海閘北區(qū) 2011 屆高三期末)關(guān)于磁通量的概,念，以下說法中正確的是(,),D,A磁通量發(fā)生變化，一定是磁場發(fā)生變化引起的 B磁感應(yīng)強度越大，穿過閉合回路的磁通量也越大 C磁感應(yīng)強度越大，線圈面積越大，則穿過線圈的磁通量也越大 D穿過線圈的磁通量為零，但該處的磁感應(yīng)強度不一定為零,考點 2,電流的磁場、磁場對電流的作用,1電流磁效應(yīng)：奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，即電流周圍 存在磁場，可用安培定則(右手螺旋定則)判斷電流的磁場方向,2磁場對電流的作用 (1)安培力的大?。寒?IB 時(90)，F(xiàn)maxBIL；當 I B 時(0)，F(xiàn)min0；當通

8、電導(dǎo)線方向與磁場方向成角 時，F(xiàn) 安BILsin . (2)特點：不僅與 B、I、L 有關(guān)，還與夾角有關(guān)；L 是有 效長度，不一定是導(dǎo)線的實際長度彎曲導(dǎo)線的有效長度 L 等 于兩端點所連直線的長度，所以任意形狀的閉合線圈的有效長 度 L0.,(3)安培力的方向：安培力的方向既與磁場方向垂直，又與 電流的方向垂直，即 F 總是垂直于 B 和 I 所在的平面，可以用 左手定則來判定,3安培定則與左手定則的比較,5(單選)如圖 911 所示，帶負電的金屬環(huán)繞軸 OO以 角速度勻速旋轉(zhuǎn)，在環(huán)左側(cè)軸線上的小磁針最后平衡的位置,是(,),C,圖 911,AN 極豎直向上 BN 極豎直向下,CN 極沿軸線向

9、左 DN 極沿軸線向右,解析：帶負電的金屬環(huán)旋轉(zhuǎn)，可形成環(huán)形電流，而產(chǎn)生磁 場，負電荷勻速旋轉(zhuǎn)，會產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)方向相反的環(huán)形電流，由 右手定則可知在磁針所處的磁場方向沿 OO軸向左，由于磁針 N 極指向為磁場方向，所以應(yīng)選 C.,6(單選)如圖 912 所示，a、b、c 三枚小磁針分別放 在通電螺線管的正上方、管內(nèi)和右側(cè)當這些小磁針靜止時，,小磁針 N 極的指向是(,),C,圖 912,Aa、b、c 均向左 Ba、b、c 均向右,Ca 向左，b 向右，c 向右 Da 向右，b 向左，c 向右,解析：首先搞清電流的方向，再根據(jù)安培定則判斷，螺線 管右側(cè)相當于 N 極，左側(cè)相當于 S 極，在外部磁感

10、線由 N 極指 向 S 極，在內(nèi)部磁感線由 S 極指向 N 極，所以小磁針的 N 極 a 向左，b 向右，c 向右，故選 C.,互關(guān)系(方向關(guān)系)，正確的是(,),A,7(單選)如選項圖所示，勻強磁場對電流 I 的作用力為 F 的相,解析：根據(jù)左手定則，A 正確,考點 3,涉及安培力的力學問題,1通電導(dǎo)線在安培力作用下運動情況的判定方法 (1)畫出通電導(dǎo)線所在處的磁感線方向； (2)用左手定則判斷各段通電導(dǎo)線所受安培力的方向； (3)確定導(dǎo)線的運動情況 2安培力作用下導(dǎo)線受力運動問題的處理步驟 (1)正確畫出導(dǎo)線受力的投影平面圖(或側(cè)視圖)； (2)結(jié)合物體平衡條件、牛頓定律、歐姆定律等進行分

11、析解 答,3物體在安培力作用下運動的分析方法,(1)電流元受力分析法：即把整段電流等效為很多段直流電 流元，先用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力方向，從 而判斷出整段電流所受合力方向，最后確定運動方向 (2)特殊值分析法：把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個便于分析的特殊 位置(如轉(zhuǎn) 90 度)后再判斷所受安培力方向，從而確定運動方向 (3)等效分析法：環(huán)形電流可以等效成條形磁鐵，條形磁鐵 也可以等效成環(huán)形電流，通電螺線管可等效成很多的環(huán)形電流 (4)推論分析法：兩電流相互平行時無轉(zhuǎn)動趨勢，方向相同 相互吸引，方向相反相互排斥；兩電流不平行時有轉(zhuǎn)動趨勢,8(單選) 如圖 913 所示，把輕質(zhì)線圈用細線掛在

12、磁 鐵 N 極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈的平面，,),A,當線圈內(nèi)通過圖示方向的電流時，線圈運動的情況是(,圖 913,A線圈向磁鐵靠攏 B線圈遠離磁鐵,C線圈不動 D無法確定,解析：環(huán)形線圈可等效為一條形磁體，由安培定則可知， 圖中的環(huán)形線圈其左側(cè)為 S 極，右端為 N 極，由磁體相互之間 的作用可知兩者彼此吸引，故線圈將向磁鐵靠攏同理，也可 視磁體為環(huán)形通電線圈，即把磁體等效為與線圈通有同向電流 的線圈，而同向電流相互吸引，故兩者彼此靠攏,【教師參考備選題】如圖甲所示，把一重力不計的通電 直導(dǎo)線水平放在蹄形磁鐵兩極的正上方，導(dǎo)線可以自由轉(zhuǎn)動， 當導(dǎo)線通入圖示方向電流 I 時

13、，導(dǎo)線的運動情況是(從上往下,看)(,),A,A順時針轉(zhuǎn)動，同時下降 B順時針轉(zhuǎn)動，同時上升 C逆時針轉(zhuǎn)動，同時下降 D逆時針轉(zhuǎn)動，同時上升,解析：畫出馬蹄形磁鐵的兩條磁感線，在磁感線與電流相 交處分別取一小段電流，如圖乙中的 BC、AD 兩段，由左手定則 可知，AD 段受安培力垂直紙面向外，BC 段受垂直紙面向里的安 培力，故導(dǎo)線將繞軸線 OO順時針旋轉(zhuǎn)(俯視) 當導(dǎo)線轉(zhuǎn)動 90 時(特殊位置法)，由左手定則可知，導(dǎo)線受向下的安培力作 用，所以導(dǎo)線在順時針轉(zhuǎn)動的同時還向下運動,【例 1】(單選)(2010 年上海卷)如圖 914，水平桌面上 放置一根條形磁鐵，磁鐵中央正上方用絕緣彈簧懸掛一水

14、平直 導(dǎo)線，并與磁鐵垂直當直導(dǎo)線中通入圖中所示方向的電流時，,可以判斷出(,),A,熱點 安培定則和左手定則,圖 914,A彈簧的拉力增大，條形磁鐵對桌面的壓力減小 B彈簧的拉力減小，條形磁鐵對桌面的壓力減小 C彈簧的拉力增大，條形磁鐵對桌面的壓力增大 D彈簧的拉力減小，條形磁鐵對桌面的壓力增大,解析：由于磁鐵的磁場對通電導(dǎo)線的作用，由左手定則可 判斷直導(dǎo)線受安培力方向向下，使彈簧的拉力增大，由于相互 作用，磁鐵受到向上的作用，條形磁鐵對桌面的壓力減小，A 正確,“左手定則”用的是左手，而“安培定則”用的 是右手；“左手定則”是要求伸直手掌，使拇指與其余四個手指 垂直，并且都與手掌在同一個平面

15、內(nèi)，而“安培定則”的要求 是其余四個手指彎曲并與拇指垂直. “安培定則”主要是用來 判斷電流周圍及軸線上的磁場方向的，也可以用來判斷導(dǎo)線中 的電流方向，“左手定則”主要用來判斷安培力的方向，也可以 用來判斷磁場中導(dǎo)體棒電流的方向、導(dǎo)體的運動方向以及磁場 的方向因此，在實際應(yīng)用中注意不要混淆這兩個定則,1(單選)(2009 年廣州一模)如圖 915 所示，在同一平 面內(nèi)四根彼此絕緣、固定放置的通電直導(dǎo)線，開始通入的電流 i4i3i2i1.如果要使四根導(dǎo)線圍成的方框中心點 O 的磁場減,弱，可以(,),A,圖 915,A只減弱 i1，其他電流不變 B只增強 i2，其他電流不變,C同時減弱 i3、i

16、4 到某一定值，其他電流不變 D同時增強 i3、i4到某一定值，其他電流不變,解析：根據(jù)安培定則，i1、i2、i3、i4 在O點的磁場方向分 別為垂直于紙面向里、向里、向里、向外，i1、i2 在O點的磁場 方向相同，而由于 i3i4，兩者在O 點的磁場大小相等、方向相 反，剛好抵消因此可知只減弱 i1，其他電流不變可使O點的 磁場減弱，故 A 正確,熱點 安培力的綜合應(yīng)用,【例 2】(2010 年浙江卷)如圖 916 所示，一矩形輕質(zhì) 柔軟反射膜可繞過 O 點垂直紙面的水平軸轉(zhuǎn)動，其在紙面上的 長度為 L1，垂直紙面的寬度為L2.在膜的下端(圖中 A 處)掛有一 平行于轉(zhuǎn)軸、質(zhì)量為 m、長為

17、L3 的導(dǎo)體棒使膜繃成平面在膜 下方水平放置一足夠大的太陽能光電池板，能接收到經(jīng)反射膜 反射到光電池板上的所有光能，并將光能轉(zhuǎn)化成電能光電池 板可等效為一個電池，輸出電壓恒定為 U，輸出電流正比于光電 池板接收到的光能(設(shè)垂直于入射光單位面積上的光功率保持 恒定)導(dǎo)體棒處在方向豎直向上的勻強磁場 B 中，并與光電池 構(gòu)成回路，流經(jīng)導(dǎo)體棒的電流垂直紙面向外(注：光電池與導(dǎo)體 棒直接相連，連接導(dǎo)線未畫出),圖 916,(1)現(xiàn)有一束平行光水平入射，當反射膜與豎直方向成 60時，導(dǎo)體棒處于受力平衡狀態(tài)，求此時電流強度的大小和 光電池的輸出功率,(2)當變成 45時，通過調(diào)整電路使導(dǎo)體棒保持平衡，光

18、電池除維持導(dǎo)體棒力學平衡外，還能輸出多少額外電功率？,解析：(1)導(dǎo)體棒受力如圖 917 所示 導(dǎo)體棒所受安培力 F 安BIL2 導(dǎo)體棒平衡，有 mgtan F 安 ,解得 I,圖917,圖 918,解決這類問題的關(guān)鍵是把立體圖轉(zhuǎn)化成易于,分析的平面?zhèn)纫晥D，以便于畫出其受力分析圖；在具體分析時， 一定要注意安培力的方向與磁場方向垂直，與電流方向垂直； 物體在安培力和其他力作用下的平衡問題可理解成力學問題， 只不過多了一個力安培力而已,2(2010 年清遠模擬)如圖 919 所示在傾角為的斜面 上，固定一金屬框，寬為 L，接入電動勢為 E，電池內(nèi)阻不計 垂直框面放有一根質(zhì)量為 m 的金屬棒 ab，它與框架的動摩擦因 數(shù)為.整個裝置放在磁感應(yīng)強度為 B, 垂直框面向上的勻強磁 場中當調(diào)節(jié)滑動變阻器 R 的阻值在什么范圍內(nèi)時，可使金屬 棒靜止在框架上？(框架與棒的電阻不計),圖 919,易錯點：磁通量公式BS 的應(yīng)用 【例 1】(單選)如圖 9110 所示，水平放置的扁平條形 磁鐵，在磁鐵的左端正上方有一線框，線框平面與磁鐵垂直， 當線框從左端正上方沿水平方向平移到右端正上方的過程中，,),D,穿過它的磁通量的變化是(,A先減小后增大 B始終減小 C始終增大 D先增大后減小,圖 9110,錯解分析：