高考物理总复习 第35讲 磁场的基本概念讲义.docx

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高考物理总复习第35讲磁场的基本概念讲义

第35讲　磁场的基本概念

考情剖析

考查内容

考纲要求

考查年份

考查详情

能力要求

磁场　磁感应强度

磁感线　磁通量

Ⅰ

17年

T1—选择，考查对磁通量概念的理解

对物理概念的理解

弱项清单

对通电导线产生的磁场方向判断不准，对磁通量概念理解不深入.

知识整合

一、磁场　磁感应强度

1．磁场

（1）基本特性：

磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有________的作用．

（2）方向：

小磁针的________所受磁场力的方向或小磁针静止时________的指向．

2．磁感应强度

（1）物理意义：

描述磁场的____________．

（2）大小：

B＝________（通电导线垂直于磁场）．

（3）方向：

小磁针的________所受磁场力的方向或小磁针静止时________的指向．

二、磁感线及几种常见的磁场分布

1．磁感线

（1）定义：

在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的________方向都跟这点的磁感应强度的方向一致．

（2）特点：

磁感线的________表示磁场的强弱．

2．几种常见的磁场

（1）条形磁铁和蹄形磁铁的磁场（如图所示）

　条形磁铁　　　　　　　　　　　蹄形磁铁

（2）几种电流周围的磁场分布

直线电流的磁场

环形电流的磁场

通电螺线管的磁场

特点

无磁极、非匀强且距导线越远处磁场________

环形电流的两侧是N极和S极且离圆环中心越远，磁场________

与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场________，管外为非匀强磁场

安培定则

立体图

横截面图

纵截面图

　　（3）匀强磁场

①定义：

磁感应强度的大小和方向________的磁场．

②特点：

磁感线为________的平行线，如图所示．

（4）地磁场

①地磁场的N极在地理________附近，S极在地理________附近，磁感线分布如图所示．

②特点：

在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感应强度________，且方向水平________．

③磁偏角：

地磁的北极在地理的南极附近，地磁的南极在地理的北极附近，但两者并不完全________，它们之间的夹角称为磁偏角．

三、磁通量

1．概念

在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S和B的乘积．

2．公式：

Φ＝________.

3．单位：

1Wb＝________.

方法技巧考点1　磁场　磁感应强度　磁感线

1．磁感应强度是用比值法定义的，其大小由磁场本身的性质决定，与放入的直导线的电流I的大小、导线长度L的大小无关．故不能根据B＝

就说B与F成正比，与IL成反比．

2．由定义式B＝

计算B时，通电导线必须垂直于磁场；若通电导线平行放入磁场，则不受安培力，但不能说该处磁感应强度为零．

3．磁感线和电场线有何异同点

磁感线

电场线

不同点

磁感线为闭合曲线，磁体外部的磁感线由N极指向S极，内部的磁感线由S极指向N极

电场线起始于正电荷或无穷远，终止于无穷远或负电荷

相

似

点

引入目的

都是为了形象地描述场而引入的假想曲线，实际不存在

疏密意义

都能定性地描述场的强弱

切线方向

都是表示该点场的方向

是否相交

不相交

4.磁场的叠加

磁感应强度是矢量，计算时与力的计算方法相同，利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解．

【典型例题1】　关于磁感应强度B，下列说法中正确的是（　　）

A．根据磁感应强度定义B＝

，磁场中某点的磁感应强度B与F成正比，与I成反比

B．磁感应强度B是标量，没有方向

C．磁感应强度B是矢量，方向与F的方向相反

D．在确定的磁场中，同一点的磁感应强度B是确定的，不同点的磁感应强度B可能不同，磁感线密集的地方磁感应强度B大些，磁感线稀疏的地方磁感应强度B小些

【典型例题2】　如图所示，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流．a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等．关于以上几点处的磁场，下列说法中正确的是（　　）

A．O点处的磁感应强度为零

B．a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反

C．c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同

D．a、c两点处磁感应强度的方向不同

　1.（多选）如图甲所示，一个条形磁铁P固定在水平桌面上，以P的右端点为原点，中轴线为x轴建立一维坐标系．一个灵敏的小磁针Q放置在x轴上不同位置，设Q与x轴之间的夹角为θ.实验测得sinθ与x之间的关系如图乙所示，已知该处地磁场方向水平，磁感应强度大小为B0.下列说法中正确的是（　　）

A．P的右端为S极

B．P的中轴线与地磁场方向平行

C．P在x0处产生的磁感应强度大小为B0

D．x0处合磁场的磁感应强度大小为2B0

考点2　磁通量

1．φ＝BS⊥，S⊥＝Scosθ其中S⊥为S在垂直于B方向上的分量，如图甲所示．

　　　　甲　　　　　　　　　　乙

2．面积S的含义：

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．如图乙所示，S应为线圈面积的一半．

3．多匝线圈的磁通量：

多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关，因为不论线圈匝数多少，穿过线圈的磁感线条数相同．

4．磁通量求法：

磁通量是标量，若某个平面内有不同方向的磁场共同存在，当计算穿过这个面的磁通量时，先规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的磁通量．

【典型例题3】　（17年江苏高考）如图所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r，圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为（　　）

A．1∶1B．1∶2C．1∶4D．4∶1

【典型例题4】　（多选）如图所示，在正方形线圈内部有一条形磁铁，磁铁和线圈在同一纸面内，两者有共同中心轴线O1O2，关于线圈中磁通量的变化情况，下列说法中正确的是（　　）

A．当磁铁向纸面外平移时，线圈中磁通量不发生变化

B．当磁铁向上平移时，线圈中磁通量不发生变化

C．当磁铁向下平移时，线圈中磁通量发生变化

D．当磁铁N极向纸外、S极向纸内绕O1O2轴转动时，线圈中磁通量发生变化

　2.（多选）如图所示是等腰直角三棱柱，其平面ABCD为正方形，边长为L，它们按图示方式放置于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B0，则下列说法中正确的是（　　）

A．穿过ABCD平面的磁通量大小为B0L2

B．穿过BCFE平面的磁通量大小为

B0L2

C．穿过ADFE平面的磁通量大小为零

D．穿过ABCD平面的磁通量大于穿过BCFE平面的磁通量

当堂检测　　1.关于磁通量，下列叙述正确的是（　　）

A．在匀强磁场中，穿过一个面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积

B．在匀强磁场中，a线圈的面积比b线圈大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的磁通量大

C．把一个线圈放在M、N两处，若放在M处时穿过线圈的磁通量比放在N处时大，则M处的磁感应强度一定比N处大

D．同一线圈放在磁感应强度大处，穿过线圈的磁通量不一定大

2．在xOy坐标系的原点处放置一根与坐标平面垂直的通电直导线，电流方向指向纸内，此坐标范围内还存在一个平行于xOy平面的匀强磁场．已知在以直导线为圆心的圆周上的a、b、c、d四点中，a点的磁感应强度最大，则此匀强磁场的方向（　　）

第2题图

A．沿x轴正方向B．沿x轴负方向

C．沿y轴正方向D．沿y轴负方向

3．（多选）如图所示，一垂直纸面水平放置的直导线右下方放着一条形磁铁，磁铁放在水平地面上，导线与磁铁相垂直，且导线中未通电流．现给导线通以图示电流，条形磁铁相对地面一直保持静止，对于地面给磁铁的作用力，下列说法正确的是（　　）

第3题图

A．地面给磁铁的支持力将增大

B．地面给磁铁的支持力将减小

C．地面不给磁铁摩擦力

D．地面给磁铁摩擦力，方向向左

4．如图所示，现有四条完全相同的垂直于纸面放置的长直导线，横截面分别位于一正方形abcd的四个顶点上，直导线分别通有方向垂直于纸面向里、大小分别为Ia＝I，Ib＝2I，Ic＝3I，Id＝4I的恒定电流．已知通电长直导线周围距离为r处磁场的磁感应强度大小为B＝k

，式中常量k＞0，I为电流强度，忽略电流间的相互作用，若电流Ia在正方形的几何中心O点处产生的磁感应强度大小为B，则O点处实际的磁感应强度的大小及方向为（　　）

第4题图

A．2

B，方向由O点指向ad中点

B．2

B，方向由O点指向ab中点

C．10B，方向垂直于纸面向里

D．10B，方向垂直于纸面向外

5．如图所示，有一个垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B＝0.8T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为10cm.现于纸面内先后放上a、b两个圆形单匝线圈，圆心均在O处，a线圈半径为10cm，b线圈半径为15cm，问：

（1）在B减为0.4T的过程中，a和b中磁通量分别改变多少？

（2）磁感应强度B大小不变，方向绕直径转过30°过程中，a线圈中磁通量改变多少？

（3）磁感应强度B大小、方向均不变，线圈a绕直径转过180°过程中，a线圈中磁通量改变多少？

第5题图

第三章　磁场第35讲　磁场的基本概念知识整合

基础自测

一、1.

（1）磁场力　

（2）N极　N极

2．

（1）强弱和方向　

（2）

　（3）N极　N极

二、1.

（1）切线　

（2）疏密程度

2．

（2）越弱　越弱　最强

（3）①处处相同　②同向等密

（4）①南极　北极　②相等　向北　③重合

三、2.BS　3.1T·m2

方法技巧

·典型例题1·D　【解析】　磁感应强度是磁场本身的性质，与放入磁场中的导体的电流或受力大小F无关，A错误；磁感应强度B是矢量，其方向与F总是垂直的，电流方向与F也总是垂直的，B、C错误；在确定的磁场中，同一点的磁感应强度B是确定的，由磁场本身决定，与其他外来的一切因素无关，用磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，D正确．

·典型例题2·C　【解析】　根据右手螺旋定则，M处导线在O点产生的磁场方向竖直向下，N处导线在O点产生的磁场方向竖直向下，合成后磁感应强度不等于0.故A错误．M在a处产生的磁场方向竖直向下，在b处产生的磁场方向竖直向下，N在a处产生的磁场方向竖直向下，b处产生的磁场方向竖直向下，根据场强的叠加知，a、b两点处磁感应强度大小相等，方向相同．故B错误．M在c处产生的磁场方向垂直于cM偏下，在d处产生的磁场方向垂直dM偏下，N在c处产生的磁场方向垂直于cN偏下，在d处产生的磁场方向垂直于dN偏下，根据平行四边形定则，知c处的磁场方向竖直向下，d处的磁场方向竖直向下，且合场强大小相等．故C正确．a、c两点的磁场方向都是竖直向下．故D错误．故选C.

·变式训练1·C　【解析】　由图可知开始时N离O点，所以O处的磁极是N极，A错误；P的中轴线沿东南方向，与地磁场垂直，B错误；在x0处，sinθ＝

，θ＝45°，tanθ＝

，C正确；x0处合磁场的磁感应强度大小为B＝

＝

B0，D错误．

·典型例题3·A　【解析】　因为φ＝BS⊥，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．所以A正确，其他选项错误．

·典型例题4·ABD　【解析】　图示位置，线圈与磁感线平行，向纸面外平移时，由于磁场所具有的对称性，磁通量仍为0，保持不变，选项A正确．上下平移时磁通量也不变，选项B正确，C错误．磁铁转动时，磁感线从平行转为不平行，磁通量增大，选项D正确．

·变式训练2·BC　【解析】　根据Φ＝BS⊥，因此通过ABCD平面的磁通量Φ＝

B0L2cos45°＝

B0L2，A错误；平面BCFE⊥B0，而BC＝L，CF＝Lcos45°＝

L，所以平面BCFE的面积S＝BC·CF＝

L2，因而Φ′＝B0S＝

B0L2，B正确，D错误；平面ADFE在与B0的垂直方向上的投影面积为零，所以穿过的磁通量为零，C正确．

当堂检测

1．D　【解析】　匀强磁场中，磁通量的计算公式Φ＝BS⊥＝BSsinθ（θ是磁场与面积的夹角），只有磁场和面积垂直时，磁通量才等于磁感应强度与该面面积的乘积，选项A错误；根据磁通量的计算公式Φ＝BS⊥＝BSsinθ可知，虽然Sa＞Sb，但当两线圈平面与磁场的夹角不同时，穿过两线圈的磁通量大小关系也无法确定，选项B错误；磁通量不仅仅与磁感应强度有关，还与线圈的面积、线圈与磁场方向间的夹角有关，选项C错误；当线圈与磁场方向平行放置时，即使磁感应强度很大，磁通量仍然为零，选项D正确．

2．D　【解析】　用右手螺旋定则判断通电直导线在a、b、c、d四个点上所产生的磁场方向，a点有电流产生的竖直向下的磁场，若还有竖直向下的匀强磁场，则电流产生的磁感应强度和匀强磁场的磁感应强度方向相同，叠加合磁场最大．

3．BD　【解析】　根据安培定则，可以判断电流在条形磁铁处产生磁场方向斜向右下方，条形磁铁S极靠近通电导线，电流产生磁场对其占主导，根据磁场对磁铁S极作用于磁感线方向相反可得电流磁场对S极整体作用力偏向右上方，根据平衡条件再对比通电前不难得答案BD.

4．A　【解析】　假设Ia＝Ic＝Id＝Ib，则根据矢量的合成法则，可知，四导线在O点产生的磁场为零，而如今，Ia＝I，Ib＝2I，Ic＝3I，Id＝4I的恒定电流，且电流Ia在正方形的几何中心O点处产生的磁感应强度大小为B，则由a、c两棒产生的磁场方向，由右手螺旋定则可知，O指向d；b、d两棒产生的磁场方向：

O指向a；可知，a、b、c、d长直通电导线在O点产生合磁场的方向：

由O点指向ad中点，根据磁感应强度大小为B＝k

，a、c两导线产生的磁场大小为2B，同理b、d两导线产生的磁场也为2B，则合磁场大小为B＝

＝2

B，故A正确，BCD错误．

5．

（1）1.256×10－2Wb　1.256×10－2Wb　

（2）3.4×10－3Wb　（3）5.0×10－2Wb

【解析】　

（1）a线圈面积正好与圆形磁场区域重合，Φ1＝Bπr2，Φ2＝B1πr2ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|（B1－B）πr2|＝1.256×10－2Wb

b线圈面积大于圆形磁场面积，即线圈的一部分面积在磁场区域外，有磁感线穿过的面积与a线圈相同，故磁通量的变化量与a线圈相同．

（2）磁场转过30°，a线圈面积在垂直磁场方向的投影面积为πr2cos30°，则Φ3＝Bπr2cos30°

ΔΦ′＝|Φ3－Φ1|＝Bπr2（1－cos30°）≈3.4×10－3Wb.

（3）以线圈a正对读者的一面为观察对象，初状态磁感线从该面穿入，线圈转180°过后，磁感线从该面穿出，故ΔΦ″＝BS－（－BS）＝2BS＝5.0×10－2Wb.