高考物理月刊專版-專題5-磁場-(3)課件

1.一、磁場、磁感應(yīng)強(qiáng)度1．磁場(1)基本特性：磁場對處于其中的磁體、電流和運(yùn)動電荷有

的作用．(2)方向：小磁針的

所受磁場力的方向．磁場力北極(N)2.2．磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)意義：描述磁場

的物理量．(2)大?。築＝(公式適用條件：通電導(dǎo)線垂直于磁場)．(3)方向：小磁針靜止時N極的指向．強(qiáng)弱及方向3.二、幾種常見磁場的分布1．磁感線：在磁場中畫出的一些有方向的曲線，使曲線上每一點(diǎn)的

方向都跟這點(diǎn)的

的方向一致．切線磁場應(yīng)強(qiáng)度4.2．幾種常見的磁場(1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場磁鐵外部的磁感線從磁鐵的

極出來，進(jìn)入磁鐵的

極，如圖8－1－1所示．NS5.圖8－1－16.(2)地磁場地球的磁場與條形磁鐵的磁場相似，其主要特點(diǎn)有三個：圖8－1－27.①地磁場的N極在地球

附近，S極在地球

附近，磁感線分布如圖8－1－2所示．②地磁場B的水平分量(Bx)總是從地球

指向

，而豎直分量(By)則南北半球相反，在南半球垂直地面

，在北半球垂直地面

．③在赤道平面上，距離地球表面相等的各點(diǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度相等，且方向

．南極北極南極北極向上向下水平向北8.(3)電流周圍的磁場直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場特點(diǎn)無磁極、非勻強(qiáng)，且距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場

與條形磁鐵的磁場相似，管內(nèi)為勻強(qiáng)磁場，管外為非勻強(qiáng)磁場環(huán)形電流的兩側(cè)是N極和S極，且離圓環(huán)中心越遠(yuǎn)，磁場

立體圖越弱越弱9.直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場橫截面圖縱截面圖10.電流周圍的磁場情況都可以用安培定則判斷．但不同形式的通電導(dǎo)體采用的安培定則的方式不同．11.(4)勻強(qiáng)磁場：在磁場的某些區(qū)域內(nèi)，磁感線為同向、等間

距的平行線，如圖8－1－3所示．圖8－1－312.三、磁通量1．概念：在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，與磁場方向

面積S和B的乘積叫做穿過這個面的磁通量．2．公式：Φ＝

.3．單位：1Wb＝

.4．物理意義：指垂直穿過某一面積的磁感線的條數(shù)．垂直的平面BS1T·m213.磁通量是標(biāo)量，但有正負(fù)，其正負(fù)既不表示方向也不表示大小，僅表示磁感線是從正面穿過還是從反面穿過，若從正面穿過為正，則從反面穿過為負(fù)．求磁通量變化時，應(yīng)將符號代入．14.四、安培力的大小和方向1．大小(1)磁場和電流垂直時，F(xiàn)＝

.(2)磁場和電流平行時，F(xiàn)＝0.BIL15.2．方向用左手定則判定：伸開左手，使拇指與其余四個手指

，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向

的方向，這時

所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向．通電導(dǎo)線受到的安培力的方向與

、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向都

．垂直電流拇指電流方向垂直16.不論電流方向與磁場方向關(guān)系如何，安培力的方向既與電流方向垂直，也與磁場方向垂直，即安培力的方向垂直于電流與磁場決定的平面．17.18.1．磁感應(yīng)強(qiáng)度與電場強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B電場強(qiáng)度E物理意義描述磁場的力的性質(zhì)的物理量描述電場的力的性質(zhì)的物理量大小決定由磁場本身決定由電場本身決定19.磁感應(yīng)強(qiáng)度B電場強(qiáng)度E方向矢量磁感線切線方向，小磁針N極受力方向矢量電場線切線方向，放入該點(diǎn)正電荷受力方向場的疊加合磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和合場強(qiáng)等于各個電場的場強(qiáng)的矢量和單位1T＝1N/(A·m)1V/m＝1N/C20.2．磁感線與電場線磁感線電場線不同點(diǎn)閉合曲線在靜電場中，電場線起始于正電荷，終止于負(fù)電荷相似點(diǎn)引入目的形象描述場而引入的假想線，實(shí)際不存在疏密場強(qiáng)的強(qiáng)弱切線方向場的方向相交不能相交(電場中無電荷，空間不相交)21.磁感線和電場線的疏密都能形象地表示相應(yīng)場的強(qiáng)弱，應(yīng)注意：1．只有在同一個圖上才能根據(jù)磁感線或電場線的疏密判

定各處相應(yīng)場的強(qiáng)弱．2．沒有畫出磁感線或電場線的地方并不表示那里沒有磁

場或電場存在．22.1．關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度B，下列說法中正確的是(

)A．磁場中某點(diǎn)B的大小，跟放在該點(diǎn)的試探電流元

的情況有關(guān)B．磁場中某點(diǎn)B的方向，跟放在該點(diǎn)的試探電流元

所受磁場力方向一致C．在磁場中某點(diǎn)處的試探電流元不受磁場力作用時，

該點(diǎn)B值大小為零D．在磁場中磁感線越密集的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大23.解析：磁感應(yīng)強(qiáng)度是磁場本身的屬性，在磁場中某處為一恒量，其大小可由B＝計(jì)算，但與試探電流元的F、I、L的情況無關(guān)，故A、C錯；B的方向規(guī)定為小磁針N極受磁場力的方向，與放在該處電流元受力方向并不一致，故B錯；當(dāng)試探電流元的方向與磁場方向平行時，雖電流元受磁場力為零，但磁感應(yīng)強(qiáng)度卻不為零；據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小即磁通密度B＝可知，在磁場中磁感線越密集的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大．故選D.答案：D24.1．Φ＝BS的含義：Φ＝BS只適用于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與面積S垂直的情況．當(dāng)S與垂直于B的平面間的夾角為θ時，則有Φ＝BScosθ.可理解為Φ＝B(Scosθ)，即Φ等于B與S在垂直于B方向上投影的乘積．也可理解為Φ＝(Bcosθ)S，即Φ等于B在垂直于S方向上的分量與S的乘積．如圖8－1－4甲所示．25.圖8－1－426.2．面積S的含義：S不一定是某個線圈的真正面積，而是線圈在磁場范圍內(nèi)的面積．如圖8－1－4乙所示，S應(yīng)為線圈面積的一半．3．多匝線圈的磁通量：多匝線圈內(nèi)磁通量的大小與線圈匝數(shù)無關(guān)，因?yàn)椴徽摼€圈匝數(shù)多少，穿過線圈的磁感線條數(shù)相同，而磁感線條數(shù)可表示磁通量的大?。?7.4．合磁通量的求法若某個平面內(nèi)有不同方向和強(qiáng)弱的磁場共同存在，當(dāng)計(jì)算穿過這個面的磁通量時，先規(guī)定某個方向的磁通量為正，反方向的磁通量為負(fù)，平面內(nèi)各個方向的磁通量的代數(shù)和等于這個平面內(nèi)的合磁通量．28.2．關(guān)于磁通量，下列說法正確的是(

)A．磁通量不僅有大小而且有方向，是矢量B．在勻強(qiáng)磁場中，a線圈面積比b線圈面積大，則穿

過a線圈的磁通量一定比穿過b線圈的大C．磁通量大磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定大D．把某線圈放在磁場中的M、N兩點(diǎn)，若放在M處的磁通量比放在N處的大，則M處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定比N處的大29.解析：磁通量只有大小，沒有方向，是標(biāo)量，故A錯．由Φ＝BScosθ知，Φ的大小與B、S、θ三個量有關(guān)，故B、D錯，C正確．答案：C30.1．對安培力的理解(1)安培力是磁場對電流的作用力，它與重力、彈力、摩擦力、電場力一樣，是一種性質(zhì)力．(2)安培力公式的說明31.①L是通電導(dǎo)線在磁場中的有效長度，如圖8－1－5所示，導(dǎo)線ACB中電流為I，則其受水平向右的安培力F＝BIL.②B與L垂直或其分量與L垂直，B并非一定是勻強(qiáng)磁場，但一定是導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度．③θ是通電導(dǎo)線和磁場的夾角．圖8－1－532.2．安培力做功的特點(diǎn)和實(shí)質(zhì)(1)重力、電場力做功與路徑無關(guān)，而安培力做功與路徑有關(guān)．(2)安培力做功的實(shí)質(zhì)——能量的轉(zhuǎn)化①安培力做正功：將電源的能量傳遞給通電導(dǎo)線，或轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動能或轉(zhuǎn)化為其他形式的能．②安培力做負(fù)功：將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后或儲存或轉(zhuǎn)化為其他形式的能．33.在分析安培力是否存在的問題時，首先應(yīng)把立體圖改畫為易于分析的平面圖，如側(cè)視圖、剖視圖或俯視圖等，然后借助于力學(xué)知識求解．34.3．如圖8－1－6所示，銅棒ab長L1＝0.1m，質(zhì)量為6×10－2kg，兩端與長為L2＝1m的輕銅線相連，靜止于豎直平面內(nèi)．整個裝置處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0．5T．現(xiàn)接通電源，圖8－1－635.使銅棒中保持有恒定電流通過，銅棒垂直紙面向外發(fā)生擺動．已知最大擺角為37°，則在此過程中銅棒的重力勢能增加了多少？通過電流的大小為多少？方向如何？(不計(jì)空氣阻力，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2)36.解析：以棒為研究對象受力分析如圖所示，重力做功WG＝－mgh＝－mgL2(1－cosθ)＝－6×10－2×10×0.2×1J＝－0.12J因ΔEp＝－WG＝0.12J，故重力勢能增加了0.12J.因?yàn)閷?dǎo)體棒最大擺角為37°，由動能定理得FL2sinθ－mgL2(1－cosθ)＝0①F＝BIL1②由①②解得I＝4A，方向由b→a.答案：0.12J

4A，方向由b→a37.38.下列說法中正確的是(

)A．電荷在某處不受電場力的作用，則該處電場強(qiáng)度為零B．一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場力作用，則該處磁感應(yīng)

強(qiáng)度一定為零C．表征電場中某點(diǎn)電場的強(qiáng)弱，是把一個檢驗(yàn)電荷放在該

點(diǎn)時受到的電場力與檢驗(yàn)電荷本身電荷量的比值D．表征磁場中某點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱，是把一小段通電導(dǎo)線放在

該點(diǎn)時受到的磁場力與該小段導(dǎo)體長度和電流乘積的比值39.[思路點(diǎn)撥]

解答此題應(yīng)把握以下幾點(diǎn)：①電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度由對應(yīng)的電場和磁場本身決定，與檢驗(yàn)電荷和試探電流元無關(guān)；②比值定義法定義的物理量具有相似的特點(diǎn)；③磁場對通電導(dǎo)體(電流)作用力的特點(diǎn)．40.[課堂筆記]

電場和磁場有一個明顯的區(qū)別是：電場對放入其中的電荷有力的作用，磁場對通電導(dǎo)線有力的作用的條件是磁場方向不能和電流方向平行，因此A對B錯．同理根據(jù)電場強(qiáng)度的定義式E＝F/q可知C答案正確．而同樣用比值定義法定義的磁感應(yīng)強(qiáng)度則應(yīng)有明確的說明，即B＝中I和B的方向必須垂直，故D錯，所以應(yīng)選A、C.[答案]

AC41.磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度只取決于磁場本身，與試探電流元無關(guān)，正如電場中的電場強(qiáng)度與檢驗(yàn)電荷無關(guān)一樣，是場本身的屬性．類似的物理量還有速度、加速度、電阻、電容、電勢差等．凡是用比值定義的物理量都和定義式中的物理量無必然關(guān)系.42.如圖8－1－7所示，矩形線圈面積為S，放在勻強(qiáng)磁場中，開始處于水平位置a，磁場與線圈平面夾角為θ，在線圈繞其一邊順時針轉(zhuǎn)過90°到達(dá)豎直位置b的過程中，線圈中的磁通量改變了多少？43.圖8－1－744.[思路點(diǎn)撥]

求解該題時應(yīng)注意：(1)線圈在水平位置a時的磁通量Φ1及線圈在豎直位置b時的磁通量Φ2；(2)磁感線從線圈不同側(cè)面穿過時，磁通量的正負(fù)不同．45.[課堂筆記]

在a位置時，Φ1＝BSsinθ在b位置時Φ2＝－BScosθ所以ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝BS(cosθ＋sinθ)．[答案]

BS(cosθ＋sinθ)46.求解磁通量時，由于B與線圈平面有一定夾角，即不垂直時可以將B進(jìn)行正交分解，求出垂直于線圈平面方向的磁場，也可以將線圈的面積向垂直于B方向上投影.47.

(2009·全國卷Ⅰ)如圖8－1－8所示，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直．線段ab、bc和cd的長度均為L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示．導(dǎo)線段abcd所受到的磁場的作用力的合力(

)48.A．方向沿紙面向上，大小為(＋1)ILBB．方向沿紙面向上，大小為(－1)ILBC．方向沿紙面向下，大小為(＋1)ILBD．方向沿紙面向下，大小為(－1)ILB圖8－1－849.[思路點(diǎn)撥]

解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)利用左手定則判定安培力的方向；(2)確定有效長度，利用F＝BIL確定導(dǎo)線的受安培力的大?。?0.[課堂筆記]

導(dǎo)線ab、bc、cd三段可等數(shù)為導(dǎo)線ad段．由左手定則可知安培力方向沿紙面向上，故知C、D錯誤．由幾何知識可知Lad＝(＋1)L，由安培力公式F＝BIL可得合力大小為(＋1)ILB，故A正確，B錯誤．[答案]

A51.解答本題時還可以對ab、bc和cd隔離進(jìn)行分析．然后再利用力的合成法則，求出導(dǎo)線所受的合力.52.(14分)(2010·珠海模擬

)如圖8－1－9所示，在傾角θ＝30°的斜面上，固定一金屬框架，寬L＝0.25m，接入電動勢E＝12V、內(nèi)阻不計(jì)的電池．在框架上放有一根質(zhì)量m＝0.2kg的金屬棒ab，它與框架的動摩擦因數(shù)μ＝，整個裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.8T、垂直框架向上的勻強(qiáng)磁場中．當(dāng)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(jì)，g取10m/s2)圖8－1－9所53.[思路點(diǎn)撥]解答本題應(yīng)抓住以下關(guān)鍵點(diǎn)：(1)畫出截面圖．(2)受力分析．結(jié)合靜摩擦力的大小和方向特點(diǎn)，確定安培力的臨界值．(3)由電路知識及安培力公式求出R.54.[解題樣板]

(1)當(dāng)變阻器R取值較小時，I較大，安培力F較大，會使金屬棒產(chǎn)生沿框架上滑的趨勢，因此，框架對棒的摩擦力沿框架向下，如圖8－1－10所示．金屬棒剛好不上滑時滿足平衡條件圖8－1－1055.BL－μmgcosθ－mgsinθ＝0，┄┄┄┄(4分)得R1＝＝1.6Ω.┄┄┄┄(2分)(2)當(dāng)變阻器R取值較大時，I較小，安培力F較小，在金屬棒重力分力mgsinθ的作用下，使棒有沿框架下滑的趨勢，框架對棒的摩擦力沿框架向上，如圖8－1－11所示．金屬棒剛好不下滑時滿足平衡條件圖8－1－1156.BL＋μmgcosθ－mgsinθ＝0┄┄┄(4分)得R2＝＝4.8Ω┄┄┄┄┄┄┄┄┄(2分)所以R的取值范圍應(yīng)為1.6Ω≤R≤4.8Ω.┄(2分)[答案]

1.6Ω≤R≤4.8Ω57.有關(guān)安培力的平衡問題往往涉及到三維立體空間問題，處理問題時，畫出截面受力圖，變?nèi)S為二維便可變難為易，迅速求解．58.59.1．關(guān)于磁場和磁感線的描述，下列說法中正確的是(

)A．磁感線可以形象地描述各點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱和方向，它每一點(diǎn)的切線方向都和小磁針放在該點(diǎn)靜止時北極所指的方向一致B．磁極之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，磁場和電場一樣，也是一種客觀存在的特殊物質(zhì)C．磁感線總是從磁鐵的北極出發(fā)，到南極終止D．磁感線就是細(xì)鐵屑連成的曲線60.解析：磁感線是為了描述磁場而假想的線，是閉合曲線，故C、D錯誤．磁感線的疏密反映磁場的強(qiáng)弱，曲線上某點(diǎn)的切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁場的方向，故A正確．磁場是在磁體和電流周圍客觀存在的物質(zhì)，故B項(xiàng)正確．答案：AB61.2．19世紀(jì)20年代，以塞貝克(數(shù)學(xué)家)為代表的科學(xué)家已認(rèn)識到溫度差會引起電流，安培考慮到地球自轉(zhuǎn)造成了太陽照射后正面與背面的溫度差從而提出如下假設(shè)：地球磁場是由繞地球的環(huán)形電流引起的．該假設(shè)中的電流方向是(

)A．由西向東垂直磁子午線B．由東向西垂直磁子午線C．由南向北沿磁子午線D．由赤道向兩極沿磁子午線62.解析：如圖所示，考慮地球的自轉(zhuǎn)方向，利用安培定則，可以判斷地磁場是由東向西的環(huán)形電流產(chǎn)生的，故B正確，其余選項(xiàng)錯誤．答案：B63.3．(2009·海南高考)一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定．導(dǎo)線中通有電流，方向如圖8－1－12中箭頭所示．當(dāng)沒有磁場時，導(dǎo)線呈直線狀態(tài)；當(dāng)分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場時，描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個圖示中正確的是(

)64.圖8－1－1265.解析：用左手定則可判斷出A中導(dǎo)線所受安培力為零，B中導(dǎo)線所受安培力