2020高考物理練兵題1

1、磁場 考綱要求1、電流的磁場 2、磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁感線，地磁場 3、磁性材料，分子電流假說 4、磁場對(duì)通電直導(dǎo)線的作用，安培力，左手定則 5、磁電式電表原理 6、磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用，洛倫茲力，帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng) 7、質(zhì)譜儀，回旋加速器 知識(shí)網(wǎng)絡(luò)：本章在介紹了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)的基礎(chǔ)上，主要討論了磁場的描述方法（定義了磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通量等概念，引入了磁感線這個(gè)工具）和磁場產(chǎn)生的作用（對(duì)電流的安培力作用，對(duì)通電線圈 的磁力矩作用和對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的洛侖茲力作用）及相關(guān)問題。其中磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通量是電磁學(xué) 的基本概念，應(yīng)認(rèn)真理解；載流導(dǎo)體在磁場中的平衡、加速運(yùn)動(dòng)，帶電粒子在洛侖茲力作用 下的圓周運(yùn)動(dòng)等

2、內(nèi)容應(yīng)熟練掌握；常見磁體周圍磁感線的空間分布觀念的建立，常是解決有 關(guān)問題的關(guān)鍵，應(yīng)注意這方面的訓(xùn)練。單元切塊：按照考綱的要求，本章內(nèi)容可以分成三部分，即：基本概念 安培力；洛倫茲力 帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)；帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)。其中重點(diǎn)是對(duì)安培力、洛倫茲力的理解、熟練解決通電直導(dǎo)線在復(fù)合場中的平衡和運(yùn)動(dòng)問題、帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)問題。難點(diǎn)是帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)問題。知識(shí)點(diǎn)、能力點(diǎn)提示1.通過有關(guān)磁場知識(shí)的歸納，使學(xué)生對(duì)磁場有較全面的認(rèn)識(shí)，并在此基礎(chǔ)上理解磁現(xiàn)象電本質(zhì)；2.介紹磁性材料及其運(yùn)用，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)聯(lián)系實(shí)際的能力；3.磁感應(yīng)強(qiáng)度B的引入，體會(huì)科學(xué)探究方法；通過安培

3、力的知識(shí)，理解電流表的工作原理；通過安培力的公式FIlBsin的分析推理，開闊學(xué)生思路，培養(yǎng)學(xué)生思維能力；通過安培力 在電流表中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的意識(shí)和能力；4.通過洛侖茲力的引入，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力；5.通過帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)及回旋加速器的介紹，調(diào)動(dòng)學(xué)生思考的積極性及思維習(xí)慣的培養(yǎng)，并開闊思路。1 基本概念 安培力教學(xué)目標(biāo)：1掌握電流的磁場、安培定則；了解磁性材料，分子電流假說2掌握磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁感線，知道地磁場的特點(diǎn)3掌握磁場對(duì)通電直導(dǎo)線的作用，安培力，左手定則4了解磁電式電表的工作原理5能夠分析計(jì)算通電直導(dǎo)線在復(fù)合場中的平衡和運(yùn)動(dòng)問題。教學(xué)重點(diǎn)：磁場對(duì)通電直

4、導(dǎo)線的作用，安培力教學(xué)難點(diǎn)：通電直導(dǎo)線在復(fù)合場中的平衡和運(yùn)動(dòng)問題教學(xué)方法：講練結(jié)合，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)教學(xué)過程：一、基本概念1.磁場的產(chǎn)生磁極周圍有磁場。電流周圍有磁場（奧斯特）。安培提出分子電流假說（又叫磁性起源假說），認(rèn)為磁極的磁場和電流的磁場都是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。（但這并不等于說所有磁場都是由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的，因?yàn)辂溈怂鬼f發(fā)現(xiàn)變化的電場也能產(chǎn)生磁場。）變化的電場在周圍空間產(chǎn)生磁場。2.磁場的基本性質(zhì)磁場對(duì)放入其中的磁極和電流有磁場力的作用（對(duì)磁極一定有力的作用；對(duì)電流只是可能有力的作用，當(dāng)電流和磁感線平行時(shí)不受磁場力作用）。這一點(diǎn)應(yīng)該跟電場的基本性質(zhì)相比較。3.磁場力的方向的判定磁極和電流之

5、間的相互作用力（包括磁極與磁極、電流與電流、磁極與電流），都是運(yùn)動(dòng)電荷之間通過磁場發(fā)生的相互作用。因此在分析磁極和電流間的各種相互作用力的方向時(shí)，不要再沿用初中學(xué)過的“同名磁極互相排斥，異名磁極互相吸引”的結(jié)論（該結(jié)論只有在一個(gè)磁體在另一個(gè)磁體外部時(shí)才正確），而應(yīng)該用更加普遍適用的：“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”，或用左手定則判定。4.磁感線用來形象地描述磁場中各點(diǎn)的磁場方向和強(qiáng)弱的曲線。磁感線上每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場方向，也就是在該點(diǎn)小磁針靜止時(shí)N極的指向。磁感線的疏密表示磁場的強(qiáng)弱。磁感線是封閉曲線（和靜電場的電場線不同）。要熟記常見的幾種磁場的磁感線： 地球磁場 通電直導(dǎo)

6、線周圍磁場 通電環(huán)行導(dǎo)線周圍磁場 安培定則（右手螺旋定則）：對(duì)直導(dǎo)線，四指指磁感線方向；對(duì)環(huán)行電流，大拇指指中心軸線上的磁感線方向；對(duì)長直螺線管大拇指指螺線管內(nèi)部的磁感線方向。5.磁感應(yīng)強(qiáng)度（條件是勻強(qiáng)磁場中，或L很小，并且LB ）。磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量。單位是特斯拉，符號(hào)為T，1T=1N/（Am）=1kg/（As2）6.磁通量如果在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)與磁場方向垂直的平面，其面積為S，則定義B與S的乘積為穿過這個(gè)面的磁通量，用表示。是標(biāo)量，但是有方向（進(jìn)該面或出該面）。單位為韋伯，符號(hào)為Wb。1Wb=1Tm2=1Vs=1kgm2/（As2）。可以認(rèn)為穿過某個(gè)面的磁感線條數(shù)就是磁通量。

7、在勻強(qiáng)磁場磁感線垂直于平面的情況下，B=/S，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度又叫磁通密度。在勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)B與S的夾角為時(shí)，有=BSsin。二、安培力 （磁場對(duì)電流的作用力）1.安培力方向的判定用左手定則。用“同性相斥，異性相吸”（只適用于磁鐵之間或磁體位于螺線管外部時(shí)）。用“同向電流相吸，反向電流相斥”（反映了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)）。可以把條形磁鐵等效為長直螺線管（不要把長直螺線管等效為條形磁鐵）。【例1】磁場對(duì)電流的作用力大小為FBIL（注意：L為有效長度，電流與磁場方向應(yīng)）F的方向可用定則來判定試判斷下列通電導(dǎo)線的受力方向BIB試分別判斷下列導(dǎo)線的電流方向或磁場方向或受力方向BFBF【例2】SNI如圖所示，可

8、以自由移動(dòng)的豎直導(dǎo)線中通有向下的電流，不計(jì)通電導(dǎo)線的重力，僅在磁場力作用下，導(dǎo)線將如何移動(dòng)？NSFFF /F解：先畫出導(dǎo)線所在處的磁感線，上下兩部分導(dǎo)線所受安培力的方向相反，使導(dǎo)線從左向右看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)又受到豎直向上的磁場的作用而向右移動(dòng)（不要說成先轉(zhuǎn)90后平移）。分析的關(guān)鍵是畫出相關(guān)的磁感線。【例3】 條形磁鐵放在粗糙水平面上，正中的正上方有一導(dǎo)線，通有圖示方向的電流后，磁鐵對(duì)水平面的壓力將會(huì)（增大、減小還是不變？）。水平面對(duì)磁鐵的摩擦力大小為。解：本題有多種分析方法。畫出通電導(dǎo)線中電流的磁場中通過兩極的那條磁感線（如圖中粗虛線所示），可看出兩極受的磁場力的合力豎直向上。磁鐵對(duì)水平面的壓

9、力減小，但不受摩擦力。畫出條形磁鐵的磁感線中通過通電導(dǎo)線的那一條（如圖中細(xì)虛線所示），可看出導(dǎo)線受到的安培力豎直向下，因此條形磁鐵受的反作用力豎直向上。把條形磁鐵等效為通電螺線管，上方的電流是向里的，與通電導(dǎo)線中的電流是同向電流，所以互相吸引。S N【例4】 如圖在條形磁鐵N極附近懸掛一個(gè)線圈，當(dāng)線圈中通有逆時(shí)針方向的電流時(shí)，線圈將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)？解：用“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”最簡單：條形磁鐵的等效螺線管的電流在正面是向下的，與線圈中的電流方向相反，互相排斥，而左邊的線圈匝數(shù)多所以線圈向右偏轉(zhuǎn)。（本題如果用“同名磁極相斥，異名磁極相吸”將出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤，因?yàn)槟侵贿m用于線圈位于磁鐵外

10、部的情況。）i【例5】 電視機(jī)顯象管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖如右，即時(shí)電流方向如圖所示。該時(shí)刻由里向外射出的電子流將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)？解：畫出偏轉(zhuǎn)線圈內(nèi)側(cè)的電流，是左半線圈靠電子流的一側(cè)為向里，右半線圈靠電子流的一側(cè)為向外。電子流的等效電流方向是向里的，根據(jù)“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”，可判定電子流向左偏轉(zhuǎn)。（本題用其它方法判斷也行，但不如這個(gè)方法簡潔）。2.安培力大小的計(jì)算F=BLIsin（為B、L間的夾角）高中只要求會(huì)計(jì)算=0（不受安培力）和=90兩種情況。【例6】 如圖所示，光滑導(dǎo)軌與水平面成角，導(dǎo)軌寬L。勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。金屬桿長也為L ，質(zhì)量為m，水平放在導(dǎo)軌上。當(dāng)回路總電流為

11、I1時(shí)，金屬桿正好能靜止。求：B至少多大？這時(shí)B的方向如何？若保持B的大小不變而將B的方向改為豎直向上，應(yīng)把回路總電流I2調(diào)到多大才能使金屬桿保持靜止？B解：畫出金屬桿的截面圖。由三角形定則得，只有當(dāng)安培力方向沿導(dǎo)軌平面向上時(shí)安培力才最小，B也最小。根據(jù)左手定則，這時(shí)B應(yīng)垂直于導(dǎo)軌平面向上，大小滿足：BI1L=mgsin， B=mgsin/I1L。當(dāng)B的方向改為豎直向上時(shí)，這時(shí)安培力的方向變?yōu)樗较蛴遥貙?dǎo)軌方向合力為零，得BI2Lcos=mgsin，I2=I1/cos。（在解這類題時(shí)必須畫出截面圖，只有在截面圖上才能正確表示各力的準(zhǔn)確方向，從而弄清各矢量方向間的關(guān)系）。Bhs【例7】如圖所示

12、，質(zhì)量為m的銅棒搭在U形導(dǎo)線框右端，棒長和框?qū)捑鶠長，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場方向豎直向下。電鍵閉合后，在磁場力作用下銅棒被平拋出去，下落h后的水平位移為s。求閉合電鍵后通過銅棒的電荷量Q。解：閉合電鍵后的極短時(shí)間內(nèi)，銅棒受安培力向右的沖量Ft=mv0而被平拋出去，其中F=BIL，而瞬時(shí)電流和時(shí)間的乘積等于電荷量Q=It，由平拋規(guī)律可算銅棒離開導(dǎo)線框時(shí)的初速度，最終可得。OMNabR【例8】如圖所示，半徑為R、單位長度電阻為的均勻?qū)w環(huán)固定在水平面上，圓環(huán)中心為O，勻強(qiáng)磁場垂直于水平面方向向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。平行于直徑MON的導(dǎo)體桿，沿垂直于桿的方向向右運(yùn)動(dòng)。桿的電阻可以忽略不計(jì)，桿于圓環(huán)接

13、觸良好。某時(shí)刻，桿的位置如圖，aOb=2，速度為v，求此時(shí)刻作用在桿上的安培力的大小。解：ab段切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=vB2Rsin，以a、b為端點(diǎn)的兩個(gè)弧上的電阻分別為2R（-）和2R，回路的總電阻為，總電流為I=E/r，安培力F=IB2Rsin，由以上各式解得：。【例9】如圖所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌間的距離為0.4 m，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為37，磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T的勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌平面斜向上，兩根電阻均為1、重均為0.1 N的金屬桿ab、cd水平地放在導(dǎo)軌上，桿與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.3，導(dǎo)軌的電阻可以忽略.為使ab桿能靜止在導(dǎo)軌上，必須使cd桿以多大的速率沿斜面向上運(yùn)

14、動(dòng)?解：設(shè)必須使cd桿以v沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，則有cd桿切割磁場線，將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Blv在兩桿和軌道的閉合回路中產(chǎn)生電流I=ab桿受到沿斜面向上的安培力F安Bilab桿靜止時(shí)，受力分析如圖根據(jù)平衡條件，應(yīng)有 Gsin一GcosF安Gsin+Gcos聯(lián)立以上各式，將數(shù)值代人，可解得 1.8 m/sv4.2 m/s【例10】如圖所示是一個(gè)可以用來測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的裝置：一長方體絕緣容器內(nèi)部高為L，厚為d，左右兩管等高處裝有兩根完全相同的開口向上的管子a、b，上、下兩側(cè)裝有電極C（正極）和D（負(fù)極）并經(jīng)開關(guān)S與電源連接，容器中注滿能導(dǎo)電的液體，液體的密度為；將容器置于一勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直紙面向

15、里，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，豎直管子a、b中的液面高度相同，開關(guān)S閉合后，a、b管中液面將出現(xiàn)高度差。若當(dāng)開關(guān)S閉合后，a、b管中液面將出現(xiàn)高度差為h，電路中電流表的讀數(shù)為I，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。AabACDS 解析：開關(guān)S閉合后，導(dǎo)電液體中有電流由C流到D，根據(jù)左手定則可知導(dǎo)電液體要受到向右的安培力F作用，在液體中產(chǎn)生附加壓強(qiáng)P，這樣a、b管中液面將出現(xiàn)高度差。在液體中產(chǎn)生附加壓強(qiáng)P為所以磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為：【例10】安培秤如圖所示，它的一臂下面掛有一個(gè)矩形線圈，線圈共有N匝，它的下部懸在均勻磁場B內(nèi)，下邊一段長為L，它與B垂直。當(dāng)線圈的導(dǎo)線中通有電流I時(shí)，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達(dá)到平衡；然后使電流反向，

16、這時(shí)需要在一臂上加質(zhì)量為m的砝碼，才能使兩臂再達(dá)到平衡。求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。解析：根據(jù)天平的原理很容易得出安培力F=，所以F=NBLI=因此磁感應(yīng)強(qiáng)度B=。三、與地磁場有關(guān)的電磁現(xiàn)象綜合問題1.地磁場中安培力的討論【例11】已知北京地區(qū)地磁場的水平分量為3.0105T.若北京市一高層建筑安裝了高100m的金屬桿作為避雷針，在某次雷雨天氣中，某一時(shí)刻的放電電流為105A，此時(shí)金屬桿所受培力的方向和大小如何？磁力矩又是多大？分析：首先要搞清放電電流的方向.因?yàn)榈厍驇в胸?fù)電荷，雷雨放電時(shí)，是地球所帶電荷通過金屬桿向上運(yùn)動(dòng)，即電流方向向下.對(duì)于這類問題，都可采用如下方法確定空間的方向：面向北方而立，

17、則空間水平磁場均為“”；自己右手邊為東方，左手邊為西方，背后為南方，如圖2所示.由左手定則判定電流所受磁場力向右（即指向東方），大小為FBIl3.0105105100300（N）.因?yàn)榇帕εc通電導(dǎo)線的長度成正比，可認(rèn)為合力的作用點(diǎn)為金屬桿的中點(diǎn)，所以磁力矩MF l3001001.5104（Nm）.用同一方法可判斷如下問題：一條長2m的導(dǎo)線水平放在赤道上空，通以自西向東的電流，它所受地磁場的磁場力方向如何？2.地磁場中的電磁感應(yīng)現(xiàn)象【例12】繩系衛(wèi)星是系留在航天器上繞地球飛行的一種新型衛(wèi)星，可以用來對(duì)地球的大氣層進(jìn)行直接探測；系繩是由導(dǎo)體材料做成的，又可以進(jìn)行地球空間磁場電離層的探測；系繩在運(yùn)動(dòng)

18、中又可為衛(wèi)星和牽引它的航天器提供電力.1992年和1996年，在美國“亞特蘭大”號(hào)航天飛機(jī)在飛行中做了一項(xiàng)懸繩發(fā)電實(shí)驗(yàn)：航天飛機(jī)在赤道上空飛行，速度為7.5km/s，方向自西向東.地磁場在該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5104T.從航天飛機(jī)上發(fā)射了一顆衛(wèi)星，衛(wèi)星攜帶一根長l20km的金屬懸繩與航天飛機(jī)相連.從航天飛機(jī)到衛(wèi)生間的懸繩指向地心.那么，這根懸繩能產(chǎn)生多大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)呢？分析：采用前面所設(shè)想的確定空間方位的方法，用右手定則不難發(fā)現(xiàn)，豎起右手，大拇指向右邊（即東方），四指向上（即地面的上方），所以航天飛機(jī)的電勢(shì)比衛(wèi)星高，大小為EBLv0.510521047.51037.5103（V）.用同樣的方法可以判斷，沿長江順流而下的輪般桅桿所產(chǎn)生的電勢(shì)差及在北半球高空水平向各方向飛行的飛機(jī)機(jī)翼兩端的電勢(shì)差（注意：此時(shí)機(jī)翼切割地磁場的有效分量是豎直分量）.3.如何測地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向地磁場的磁感線在北半球朝向偏北并傾斜指向地面，在南半球朝向偏北并傾斜指向天空，且磁傾角的大小隨緯度的變化而變化.若測出地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的水平分量和豎直分量，即可測出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向.【例13】測量地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的方法很多，現(xiàn)介紹