高考物理复习第1节 磁场的描述磁场对电流的作用.docx

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高考物理复习第1节磁场的描述磁场对电流的作用

第八章磁场

[全国卷考情分析]

基础考点

常考考点（2013－2016考情统计）

命题概率

常考角度

通电直导线和通电线圈周围磁场的方向（Ⅰ）

洛伦兹力、洛伦兹力的方向（Ⅰ）

洛伦兹力公式（Ⅱ）

以上3个考点未曾独立命题

磁场、磁感应强度、磁感线（Ⅰ）

'15Ⅱ卷T18（6分）

独立命题概率15%

（1）电流的磁场及安培定则的应用

（2）安培力、洛伦兹力的理解及应用

（3）带电粒子在磁场中的圆周运动问题

（4）带电粒子在有界磁场中的多解与临界问题

（5）带电粒子在复合场中的运动问题

（6）洛伦兹力在现代科技中的应用

安培力、安培力的方向（Ⅰ）

'15Ⅰ卷T24（12分）

综合命题概率40%

匀强磁场中的安培力（Ⅱ）

'14Ⅰ卷T15（6分）

独立命题概率25%

质谱仪和回旋加速器（Ⅰ）

'16乙卷T15（6分）

综合命题概率30%

带电粒子在匀强磁场中的运动（Ⅱ）

'16甲卷T18（6分），'16丙卷T18（6分），'15Ⅰ卷T14（6分），'15Ⅱ卷T19（6分），'14Ⅰ卷T16（6分），'14Ⅱ卷T20（6分），'13Ⅰ卷T18（6分），'13Ⅱ卷T17（6分）

独立命题概率100%

综合命题概率100%

第1节磁场的描述__磁场对电流的作用

（1）磁场中某点磁感应强度的大小，跟放在该点的试探电流元的情况无关。

（√）

（2）磁场中某点磁感应强度的方向，跟放在该点的试探电流元所受磁场力的方向一致。

（×）

（3）垂直磁场放置的线圈面积减小时，穿过线圈的磁通量可能增大。

（√）

（4）小磁针N极所指的方向就是该处磁场的方向。

（×）

（5）在同一幅图中，磁感线越密，磁场越强。

（√）

（6）将通电导线放入磁场中，若不受安培力，说明该处磁感应强度为零。

（×）

（7）安培力可能做正功，也可能做负功。

（√）

1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电流的磁效应。

突破点

（一）　对磁感应强度的理解

1．理解磁感应强度的三点注意事项

（1）磁感应强度由磁场本身决定，因此不能根据定义式B＝认为B与F成正比，与IL成反比。

（2）测量磁感应强度时小段通电导线必须垂直磁场放入，如果平行磁场放入，则所受安培力为零，但不能说该点的磁感应强度为零。

（3）磁感应强度是矢量，其方向为放入其中的小磁针N极的受力方向，也是自由转动的小磁针静止时N极的指向。

2．磁感应强度B与电场强度E的比较

磁感应强度B

电场强度E

物理意义

描述磁场强弱的物理量

描述电场强弱的物理量

定义式

B＝（L与B垂直）

E＝

方向

磁感线切线方向，小磁针N极受力方向（静止时N极所指方向）

电场线切线方向，正电荷受力方向

大小决定因素

由磁场决定，与电流元无关

由电场决定，与检验电荷无关

场的

叠加

合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和

合电场强度等于各电场的电场强度的矢量和

3地磁场的特点

（1）在地理两极附近磁场最强，赤道处磁场最弱。

（2）地磁场的N极在地理南极附近，地磁场的S极在地理北极附近。

（3）在赤道平面（地磁场的中性面）附近，距离地球表面相等的各点，地磁场的强弱程度相同，且方向水平。

[多角练通]

下列关于磁场或电场的说法正确的是________。

①通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大

②通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大

③放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同

④磁感应强度的大小跟放在磁场中的通电导线受力的大小无关

⑤电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场强度为零

⑥一小段通电导线在某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零

⑦检验电荷在电场中某点受到的电场力与检验电荷本身电荷量的比值表征该点电场的强弱

⑧通电导线在磁场中某点受到的磁场力与导线长度和电流乘积的比值表征该点磁场的强弱

⑨地磁场在地球表面附近大小是不变的

⑩地磁场的方向与地球表面平行

⑪磁场中某点磁场的方向为放在该点的小磁针N极所指的方向

⑫地磁场的N极与地理南极完全重合

答案：

④⑤⑦

突破点

（二）　安培定则的应用与磁场的叠加

1．常见磁体的磁感线

2．电流的磁场及安培定则

直线电流的磁场

通电螺线管的磁场

环形电流的磁场

安培定则

立体图

横截面图

特点

无磁极，非匀强，距导线越远处磁场越弱

两侧是N极和S极，与条形磁体的磁场类似，管内可看作匀强磁场，管外是非匀强磁场

两侧是N极和S极，圆环内侧，离导线越近，磁场越强；圆环外侧离圆环越远，磁场越弱

3．安培定则的应用

在运用安培定则时应分清“因”和“果”，电流是“因”，磁场是“果”，既可以由“因”判断“果”，也可以由“果”追溯“因”。

原因（电流方向）

结果（磁场方向）

直线电流的磁场

大拇指

四指

环形电流的磁场

四指

大拇指

4．磁场的叠加

磁感应强度为矢量，合成与分解遵循平行四边形定则。

[多角练通]

1．（2017·临沂模拟）如图所示，圆环上带有大量的负电荷，当圆环沿顺时针方向转动时，a、b、c三枚小磁针都要发生转动，以下说法正确的是（　　）

A．a、b、c的N极都向纸里转

B．b的N极向纸外转，而a、c的N极向纸里转

C．b、c的N极都向纸里转，而a的N极向纸外转

D．b的N极向纸里转，而a、c的N极向纸外转

解析：

选B　由于圆环带负电荷，故当圆环沿顺时针方向转动时，等效电流的方向为逆时针，由安培定则可判断环内磁场方向垂直纸面向外，环外磁场方向垂直纸面向内，磁场中某点的磁场方向即是放在该点的小磁针静止时N极的指向，所以b的N极向纸外转，a、c的N极向纸里转。

2．（多选）（2014·海南高考）如图，两根平行长直导线相距2l，通有大小相等、方向相同的恒定电流；a、b、c是导线所在平面内的三点，左侧导线与它们的距离分别为、l和3l。

关于这三点处的磁感应强度，下列判断正确的是（　　）

A．a处的磁感应强度大小比c处的大

B．b、c两处的磁感应强度大小相等

C．a、c两处的磁感应强度方向相同

D．b处的磁感应强度为零

解析：

选AD　对于通电直导线产生的磁场，根据其产生磁场的特点及安培定则，可知两导线在b处产生的磁场等大反向，合磁场为零，B错误，D正确；两导线在a、c处产生的磁场都是同向叠加的，但方向相反，C错误；由于a离导线近，a处的磁感应强度比c处的大，A正确。

3．（2017·德州模拟）指南针是我国古代的四大发明之一。

当指南针静止时，其N极指向如图中虚线（南北向）所示，若某一条件下该指南针静止时N极指向如图实线（N极指向北偏东）所示。

则以下判断正确的是（　　）

A．可能在指南针上面有一导线东西放置，通由东向西的电流

B．可能在指南针上面有一导线东西放置，通由西向东的电流

C．可能在指南针上面有一导线南北放置，通由北向南的电流

D．可能在指南针上面有一导线南北放置，通由南向北的电流

解析：

选C　若指南针静止时N极指向北偏东方向，则有一指向东的磁场，由安培定则知，可能在指南针上面有一导线南北放置，通有由北向南的电流，故C正确。

突破点（三）　判定安培力作用下导体的运动

1．判定导体运动情况的基本思路

判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁场磁感线分布情况，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。

2．五种常用判定方法

电流元法

分割为电流元安培力方向―→整段导体所受合力方向―→运动方向

特殊位置法

在特殊位置―→安培力方向―→运动方向

等效法

环形电流小磁针

条形磁铁通电螺线管多个环形电流

结论法

同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势

转换研究对象法

定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向

[典例]　一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，如图所示。

当两线圈中通以图示方向的电流时，从左向右看，线圈L1将（　　）

A．不动　　　　　B．顺时针转动

C．逆时针转动D．在纸面内平动

[方法规律]

（一）由题明3法

基础解法:

（电流元法）　把线圈L1沿水平转动轴分成上下两部分，每一部分又可以看成无数段直线电流元，电流元处在L2产生的磁场中，根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上，由左手定则可得，上半部分电流元所受安培力均指向纸外，下半部分电流元所受安培力均指向纸内，因此从左向右看线圈L1将顺时针转动。

能力解法一：

（等效法）　把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的中心，小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向，由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心处竖直向上，而L1等效成小磁针后，转动前，N极指向纸内，因此小磁针的N极应由指向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈L1将顺时针转动。

能力解法二：

（结论法）　环形电流I1、I2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止。

据此可得，从左向右看，线圈L1将顺时针转动。

（二）方法选择

（1）如果通电导体为环形电流，则选用等效法较简单。

（2）如果只是判断两个通电导体之间的相互作用情况，可选用结论法。

（3）如果通电导体为直导线，则可选用电流元法和特殊位置法。

[集训冲关]

1.如图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心，且垂直于线圈平面，当线圈中通入如图方向的电流后，线圈的运动情况是（　　）

A．线圈向左运动　　　　　　B．线圈向右运动

C．从上往下看顺时针转动D．从上往下看逆时针转动

解析：

选A　将环形电流等效成一条形磁铁，根据异名磁极相互吸引知，线圈将向左运动，选项A正确。

也可将左侧条形磁铁等效成一环形电流，根据结论“同向电流相吸引，反向电流相排斥”，可判断出线圈向左运动。

故A正确。

2．（2017·成都检测）一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如图所示，如果直导线可以自由地运动且通以由a到b的电流，则关于导线ab受磁场力后的运动情况，下列说法正确的是（　　）

A．从上向下看顺时针转动并靠近螺线管

B．从上向下看顺时针转动并远离螺线管

C．从上向下看逆时针转动并远离螺线管

D．从上向下看逆时针转动并靠近螺线管

解析：

选D　由安培定则可判定通电螺线管产生的磁场方向，导线等效为Oa、Ob两电流元，由左手定则可判定两电流元所受安培力的方向，Oa向纸外Ob向纸里，所以从上向下看导线逆时针转动，当转过90°时再用左手定则可判定导线所受磁场力向下，即导线在逆时针转动的同时还要靠近螺线管，D对。

3.如图所示，一通电金属环固定在绝缘的水平面上，在其左端放置一可绕中点O自由转动且可在水平方向自由移动的竖直金属棒，中点O与金属环在同一水平面内，当在金属环与金属棒中通有图中所示方向的电流时，则（　　）

A．金属棒始终静止不动

B．金属棒的上半部分向纸面外转，下半部分向纸面里转，同时靠近金属环

C．金属棒的上半部分向纸面里转，下半部分向纸面外转，同时靠近金属环

D．金属棒的上半部分向纸面里转，下半部分向纸面外转，同时远离金属环

解析：

选B　由通电金属环产生的磁场特点可知，其在金属棒的上半部分产生有水平向左的磁场分量，由左手定则可判断金属棒上半部分受到方向向外的安培力，故向纸面外转；同理可判断金属棒的下半部分向纸面