2019-2020年高考物理專題復(fù)習(xí)講義 專題十一 磁 場 新人教版知識網(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，引入了磁感線這個工具）和磁場產(chǎn)生的作用（對電流的安培力作用，對通電線圈 的磁力矩作用和對運(yùn)動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，帶電粒子在洛侖茲力作用 下的圓周運(yùn)動等內(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；帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動。其中重點(diǎn)是對安培力、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)動問題、帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動問題。難點(diǎn)是帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動問題。知識點(diǎn)、能力點(diǎn)提示1.通過有關(guān)磁場知識的歸納，使學(xué)生對磁場有較全面的認(rèn)識，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，體會科學(xué)探究方法；通過安培力的知識，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)知識解決實(shí)際問題的意識和能力；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)動及回旋加速器的介紹，調(diào)動學(xué)生思考的積極性及思維習(xí)慣的培養(yǎng)，并開闊思路。 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能夠分析計算通電直導(dǎo)線在復(fù)合場中的平衡和運(yùn)動問題。教學(xué)重點(diǎn)：磁場對通電直導(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)動問題教學(xué)方法：講練結(jié)合，計算機(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)動產(chǎn)生的。（但這并不等于說所有磁場都是由運(yùn)動電荷產(chǎn)生的，因為麥克斯韋發(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)磁場對放入其中的磁極和電流有磁場力的作用（對磁極一定有力的作用；對電流只是可能有力的作用，當(dāng)電流和磁感線平行時不受磁場力作用）。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，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)論只有在一個磁體在另一個磁體外部時才正確），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)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）：對直導(dǎo)線，四指指磁感線方向；對環(huán)行電流，大拇指指中心軸線上的磁感線方向；對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，符號為Wb。1Wb=1Tm2=1Vs=1kgm2/（As2）。可以認(rèn)為穿過某個面的磁感線條數(shù)就是磁通量。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，有=BSsin。二、安培力 （磁場對電流的作用力）1.安培力方向的判定（1）用左手定則。（2）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）。（3）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)）?？梢园褩l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）?！纠?】磁場對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BFBFSNI【例2】如圖所示，可以自由移動的豎直導(dǎo)線中通有向下的電流，不計通電導(dǎo)線的重力，僅在磁場力作用下，導(dǎo)線將如何移動？S N【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，磁鐵對水平面的壓力將會（增大、減小還是不變？）。水平面對磁鐵的摩擦力大小為。【例4】 如圖在條形磁鐵N極附近懸掛一個線圈，當(dāng)線圈中通有逆時針方向的電流時，線圈將向哪個方向偏轉(zhuǎn)？i【例5】 電視機(jī)顯象管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖如右，即時電流方向如圖所示。該時刻由里向外射出的電子流將向哪個方向偏轉(zhuǎn)？2.安培力大小的計算F=BLIsin（為B、L間的夾角）高中只要求會計算=0（不受安培力）和=90兩種情況。Bhs【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I1時，金屬桿正好能靜止。求：B至少多大？這時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？【例7】如圖所示，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。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。桿的電阻可以忽略不計，桿于圓環(huán)接觸良好。某時刻，桿的位置如圖，aOb=2，速度為v，求此時刻作用在桿上的安培力的大小?！纠?】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)動?AabACDS【例10】如圖所示是一個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里，當(dāng)開關(guān)斷開時，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?！纠?0】安培秤如圖所示，它的一臂下面掛有一個矩形線圈，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，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達(dá)到平衡；然后使電流反向，這時需要在一臂上加質(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。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，某一時刻的放電電流為105A，此時金屬桿所受培力的方向和大小如何？磁力矩又是多大？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)動中又可為衛(wèi)星和牽引它的航天器提供電力.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)介紹一種有趣的方法.如圖所示為北半球一條自西向東的河流，河兩岸沿南北方向的A、B兩點(diǎn)相距為d.若測出河水流速為v，A、B兩點(diǎn)的電勢差為U，即能測出此地的磁感應(yīng)強(qiáng)度的垂直分量B.因為河水中總有一定量的正、負(fù)離子，在地磁場洛侖茲力的作用下，正離子向A點(diǎn)偏轉(zhuǎn)，正、負(fù)離子向B點(diǎn)偏轉(zhuǎn)，當(dāng)A、B間電勢差達(dá)到一定值時，負(fù)離子所受電場力與洛侖茲力平衡，離子不同偏轉(zhuǎn)，即Bqv，故B.如圖所示，在測過B的地方將電阻為R、面積為S的矩形線圈的AD邊東西方向放置，線圈從水平轉(zhuǎn)到豎直的過程中，測出通過線圈某一截面的電量Q，穿過線圈的磁通量先是B從正面穿過，繼而變?yōu)锽/從反面穿過，那么電量QB/B，磁傾角argtg四、針對訓(xùn)練：1. 下列說法中正確的是A.磁感線可以表示磁場的方向和強(qiáng)弱B.磁感線從磁體的N極出發(fā)，終止于磁體的S極C.磁鐵能產(chǎn)生磁場，電流也能產(chǎn)生磁場D.放入通電螺線管內(nèi)的小磁針，根據(jù)異名磁極相吸的原則，小磁針的N極一定指向通電螺線管的S極2.關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說法中錯誤的是A.由B=可知，B與F成正比，與IL成反比B.由B=可知，一小段通電導(dǎo)體在某處不受磁場力，說明此處一定無磁場C.通電導(dǎo)線在磁場中受力越大，說明磁場越強(qiáng)D.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該處電流受力方向3.一束電子流沿x軸正方向高速運(yùn)動，如圖所示，則電子流產(chǎn)生的磁場在z軸上的點(diǎn)P處的方向是A.沿y軸正方向 B.沿y軸負(fù)方向C.沿z軸正方向 D.沿z軸負(fù)方向4.在地球赤道上空有一小磁針處于水平靜止?fàn)顟B(tài)，突然發(fā)現(xiàn)小磁針N極向東偏轉(zhuǎn)，由此可知A.一定是小磁針正東方向上有一條形磁鐵的N極靠近小磁針B.一定是小磁針正東方向上有一條形磁鐵的S極靠近小磁針C.可能是小磁針正上方有電子流自南向北水平通過D.可能是小磁針正上方有電子流自北向南水平通過5.兩根長直通電導(dǎo)線互相平行，電流方向相同.它們的截面處于一個等邊三角形ABC的A和B處.如圖所示，兩通電導(dǎo)線在C處的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值都是B，則C處磁場的總磁感應(yīng)強(qiáng)度是A.2B B.B C.0 D.B6.磁鐵在高溫下或者受到敲擊時會失去磁性，根據(jù)安培的分子電流假說，其原因是A.分子電流消失B.分子電流的取向變得大致相同C.分子電流的取向變得雜亂D.分子電流的強(qiáng)度減弱7.根據(jù)安培假說的思想，認(rèn)為磁場是由于電荷運(yùn)動產(chǎn)生的，這種思想對于地磁場也適用，而目前在地球上并沒有發(fā)現(xiàn)相對于地球定向移動的電荷，那么由此判斷，地球應(yīng)該（）A.帶負(fù)電 B.帶正電 C.不帶電 D.無法確定8. 關(guān)于垂直于磁場方向的通電直導(dǎo)線所受磁場作用力的方向，正確的說法是A.跟電流方向垂直，跟磁場方向平行B.跟磁場方向垂直，跟電流方向平行C.既跟磁場方向垂直，又跟電流方向垂直D.既不跟磁場方向垂直，又不跟電流方向垂直9.如圖所示，直導(dǎo)線處于足夠大的勻強(qiáng)磁場中，與磁感線成=30角，導(dǎo)線中通過的電流為I，為了增大導(dǎo)線所受的磁場力，可采取下列四種辦法，其中不正確的是A.增大電流IB.增加直導(dǎo)線的長度C.使導(dǎo)線在紙面內(nèi)順時針轉(zhuǎn)30D.使導(dǎo)線在紙面內(nèi)逆時針轉(zhuǎn)6010.如圖所示，線圈abcd邊長分別為L1、L2，通過的電流為I，當(dāng)線圈繞OO軸轉(zhuǎn)過角時A.通過線圈的磁通量是BL1L2cosB.ab邊受安培力大小為BIL1cosC.ad邊受的安培力大小為BIL2cosD.線圈受的磁力矩為BIL1L2cos11.如圖所示，一金屬直桿MN兩端接有導(dǎo)線，懸掛于線圈上方，MN與線圈軸線均處于豎直平面內(nèi)，為使M N垂直紙面向外運(yùn)動，可以A.將a、c端接在電源正極，b、d端接在電源負(fù)極B.將b、d端接在電源正極，a、c端接在電源負(fù)極C.將a、d端接在電源正極，b、c端接在電源負(fù)極D.將a、c端接在交流電源的一端，b、d接在交流電源的另一端12.（xx年上海高考試題）如圖所示，兩根平行放置的長直導(dǎo)線a和b載有大小相同、方向相反的電流，a受到的磁場力大小為F1，當(dāng)加入一與導(dǎo)線所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場后，a受到的磁場力大小變?yōu)镕2，則此時b受到的磁場力大小變?yōu)锳.F2B.F1F2C.F1F2D.2F1F213.如圖所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根長直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流，則A.磁鐵對桌面壓力減小，不受桌面的摩擦力作用B.磁鐵對桌面的壓力減小，受到桌面的摩擦力作用C.磁鐵對桌面的壓力增大，不受桌面的摩擦力作用D.磁鐵對桌面的壓力增大，受到桌面的摩擦力作用14.長為L，重為G的均勻金屬棒一端用細(xì)線懸掛，一端擱在桌面上與桌面夾角為，現(xiàn)垂直細(xì)線和棒所在平面加一個磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，當(dāng)棒通入如圖所示方向的電流時，細(xì)線中正好無拉力.則電流的大小為_ A.15.電磁炮是一種理想的兵器，它的主要原理如圖所示，1982年澳大利亞國立大學(xué)制成了能把2.2 g的彈體（包括金屬桿EF的質(zhì)量）加速到10 km/s的電磁炮（常規(guī)炮彈速度大小約為2 km/s），若軌道寬2 m，長為100 m，通過的電流為10 A，則軌道間所加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為_ T，磁場力的最大功率P=_ W（軌道摩擦不計）.