2020高考物理 月刊专版 专题5 磁场专题解读1

2020高考物理 月刊专版 专题5 磁场专题解读1

磁场 ‎ 定义 B=F/IL 单位:特(牛/安·米)或韦伯/米2‎ 矢量性：B的方向即磁场方向，B、F、L的方向关系由左手定则确定。‎ 磁感线 意义：①磁感线的疏密表示磁场强弱；②磁感线的方向表示磁场方向。‎ 安培力 大小：F=BIL 方向：左手定则 洛仑兹力 大小：f=BqV 方向：左手定则 带电粒子在磁场中的运动,只受洛仑力，且⊥时有：‎ Bqv=m R=,T=‎ 带电粒子在电磁 复合场中的运动 磁场 磁场的 产 生 磁场的 性 质 永磁体磁场 电流磁场 磁感强度 磁通量 直线电流磁场 通电螺线管磁场 磁通密度B=Φ/S 单位:韦伯/米2（特）‎ ‎【知识网络】‎ 第1讲 磁场 磁场对电流的作用 ‎【2020考纲解读】 ‎ 考纲内容 能力要求 考向定位 ‎1．磁场、磁感应强度、磁感线 ‎2．通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 ‎3．安培力、安培力的方向 ‎4．匀强磁场中的安培力 ‎1、理解磁感应强度的定义 ‎2．理解磁感线的概念、基本性质以应用。‎ ‎3．熟练掌握安培定则以及通电直导线和通电线圈周围磁场的方向的判断。‎ ‎4．理解安培力并能运用左手定则判断安培力的方向。‎ 考纲对磁场、磁感应强度、磁感线，通电直导线和通电线圈周围磁场的方向，安培力、安培力的方向均只作Ⅰ级要求．对匀强磁场中的安培力则作了Ⅱ级要求，故必须熟练掌握匀强磁场中安培力受力的分析、方向的判断及大小的计算．相比而言，新课标考纲删除了①磁性材料，②分子电流假说，③磁电式电表的原理．增加了通电直导线和通电线圈周围磁场的方向．对新增考点要引起注意．‎ ‎【必备知识梳理】‎ 一、基本概念 ‎1.磁场的产生 ‎⑴磁极周围有磁场 ‎⑵电流周围有磁场（奥斯特）。‎ 安培提出分子电流假说（又叫磁性起源假说），认为磁极的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产生的。（但这并不等于说所有磁场都是由运动电荷产生的，因为麦克斯韦发现变化的电场也能产生磁场。）‎ ‎⑶变化的电场在周围空间产生磁场。‎ ‎2.磁场的基本性质 磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用（对磁极一定有力的作用；对电流只是可能有力的作用，当电流和磁感线平行时不受磁场力作用）。这一点应该跟电场的基本性质相比较。‎ ‎3.磁场力的方向的判定 磁极和电流之间的相互作用力（包括磁极与磁极、电流与电流、磁极与电流），都是运动电荷之间通过磁场发生的相互作用。因此在分析磁极和电流间的各种相互作用力的方向时，不要再沿用初中学过的“同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引”的结论（该结论只有在一个磁体在另一个磁体外部时才正确），而应该用更加普遍适用的：“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”，或用左手定则判定。‎ ‎4.磁感线 ‎⑴用来形象地描述磁场中各点的磁场方向和强弱的曲线。磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向，也就是在该点小磁针静止时N极的指向。磁感线的疏密表示磁场的强弱。‎ ‎⑵磁感线是封闭曲线（和静电场的电场线不同）。‎ ‎⑷‎ 安培定则（右手螺旋定则）：对直导线，四指指磁感线方向；对环行电流，大拇指指中心轴线上的磁感线方向；对长直螺线管大拇指指螺线管内部的磁感线方向。‎ ‎5.磁感应强度 ‎（条件是匀强磁场中，或ΔL很小，并且L⊥B ）。‎ 磁感应强度是矢量。单位是特斯拉，符号为T，1T=1N/（Ažm）=‎1kg/（Ažs2）‎ ‎6.磁通量 如果在磁感应强度为B的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，其面积为S，则定义B与S的乘积为穿过这个面的磁通量，用Φ表示。Φ是标量，但是有方向（进该面或出该面）。单位为韦伯，符号为Wb。1Wb=1Tžm2=1Vžs=‎1kgžm2/（Ažs2）。‎ 可以认为穿过某个面的磁感线条数就是磁通量。‎ 在匀强磁场磁感线垂直于平面的情况下，B=Φ/S，所以磁感应强度又叫磁通密度。在匀强磁场中，当B与S的夹角为α时，有Φ=BSsinα。‎ 二、安培力 （磁场对电流的作用力）‎ ‎1.安培力方向的判定 ‎⑴用左手定则。‎ ‎⑵用“同性相斥，异性相吸”（只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部时）。‎ ‎⑶用“同向电流相吸，反向电流相斥”（反映了磁现象的电本质）。可以把条形磁铁等效为长直螺线管（不要把长直螺线管等效为条形磁铁）。‎ ‎2.安培力大小的计算 F=BLIsinα（α为B、L间的夹角）高中只要求会计算α=0（不受安培力）和α=90°两种情况。‎ 三、与地磁场有关的电磁现象综合问题 ‎1.地磁场中安培力的讨论 ‎2.地磁场中的电磁感应现象 ‎3.如何测地磁场磁感应强度的大小和方向 地磁场的磁感线在北半球朝向偏北并倾斜指向地面，在南半球朝向偏北并倾斜指向天空，且磁倾角的大小随纬度的变化而变化.若测出地磁场磁感应强度的水平分量和竖直分量，即可测出磁感应强度的大小和方向.‎ ‎【高频考点解读】‎ 考点一 磁场 描述磁场的物理量 ‎【例1】如图‎11-1-1‎所示，一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过小磁针的正上方时，磁针的S极向纸内偏转，这一束带电粒子可能是（ ）‎ ‎①向右飞行的负离子 ②向左飞行的负离子 ‎③向右飞行的正离子 ④向左飞行的正离子 A．①③ B．②③ C．①④ D．②④‎ 解析：磁针的S极向纸内偏转，则N极向纸外偏转，即磁场的方向向外，根据安培定则可判断出电流方向水平向左．因此该带电粒子可能是向左飞行的正离子﹑或向右飞行的负离子．‎ 答案：C．‎ ‎【感悟提高】①电流的方向是规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，而负电荷定向移动的方向与电流的方向相反；②对该知识点最容易出错的地方是磁场方向的确定：一定要强调小磁针在磁场中静止时N极所指的方向．‎ ‎【例2】一小磁针静止在通电螺线管内部，螺线管通过如图‎11-1-2‎所示的电流，则下列说法中正确的是（ ）‎ A．螺线管左端是N极，小磁针左端也是N极 B．螺线管左端是S极，小磁针左端也是S极 C．螺线管左端是N极，小磁针左端是S极 D．螺线管左端是S极，小磁针左端是N极 解析：通电螺线管相当于条形磁铁，现在小磁针位于磁铁的内部，在磁铁的内部，磁极间的相互作用规律与外部的姿极间的相互作用规律相反，在根据安培定则可知磁铁的左端为磁铁的N极，因此小磁针左端也是N极。‎ 答案：A ‎【感悟提高】对于磁极间的相互作用规律在应用时，一定先要弄清楚是磁铁的内部还是磁铁的外部，不能对规律生搬硬套，否则会导致错误。‎ 考点二、描述磁场的物理量 ‎【例3】关于磁感线的概念和性质，下列说法中正确的是（　 ）‎ A．磁场中任意两条磁感线可能相交 B．磁感线上各点的切线方向就是各点的磁感应强的方向 C．铁屑在磁场中分布所形成的曲线就是磁感线 D．磁感线总是从磁体N极出发指向磁体的S极 解析：由磁感线的性质可知：磁感线不是实际存在、是闭合曲线，在磁铁的外部磁感线由磁铁的N极指向S极，而磁体的内部磁感线由S极回到N极。‎ 答案：B。‎ ‎【例4】关于磁场中某点的磁感应强度，下列说法正确地是( )‎ A．由B=F/IL可知，B与F成正比，与IL的乘积成反比 B．B的大小与IL的乘积无关，由磁场本身决定 C．长通电螺线管周围的磁场是匀强磁场 D．B的方向与通电导线的受力方向相同 考点三、 安培力、左手定则 例5、 如图‎11-1-4‎所示，三根通电直导线P、Q、R互相平行，通过正三角形的三个顶点，三条导线通入大小相等，方向垂直纸面向里的电流；通电直导线产生磁场的磁感应强度B=KI/r，I为通电导线的电流强度，r为距通电导线的距离的垂直距离，K为常数；则R受到的磁场力的方向是（ ）‎ A．垂直R，指向y轴负方向 B．垂直R，指向y轴正方向 C．垂直R，指向x轴正方向 ‎ D．垂直R，指向x轴负方向 考点四、安培力作用下的平衡问题 ‎【例6】如图‎11-1-6‎所示，在倾角为的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒．在导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是（ ）‎ A.，方向垂直斜面向下 B.，方向垂直斜面向上 C．，方向垂直斜面向下 D．，方向垂直斜面向上 解析：通电导体的受力分析如图‎11-1-6‎所示，根据受力平衡力的条件分析可知，由于支持力Ｎ与重力的合力沿斜面向下，因此电流所受安培力的方向要沿斜面向上，由左手定则可知磁感应强度方向垂直斜面向上．安培力的大小要与重力沿斜面方向的分力大小相等，则要有．‎ 答案：Ｂ．‎ ‎【感悟提高】在分析通电导体在磁场中的受力平衡问题，一定要注意力学规律的综合应用，如力的平行四边形法则、力的三角形法则和力的正交分解罚，因为安培力作用下的平衡问题实质上就是一个力学问题，只不过多了一个安培力而已．‎ 考点五、安培力作用下物体运动方向的判断 安培力作用下通电导体运动方向的判断常用方法有：‎ ‎1．等效法：适用于环形电流和通电螺线管与磁体或电流之间的安培力及运动方向的判断．因环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，同样条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管，从而转化为磁体与磁体之间或电流与电流之间的作用，进而判断其运动方向．‎ ‎2．特殊位置法：适用于磁感线为曲线型的非匀强磁场中导体安培力方向及运动方向的判断．具体方法为：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置（如转过90°），再根据左手定则判断安培力方向，从而确定运动方向．‎ 例7． 如图‎11-2-7‎所示，把轻质线圈用细线挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的平面，当线圈内通过图示的方向的电流时，线圈将怎样运动？‎ 解析：环形线圈可等效为一薄磁体处理，由安培定则可知，图中的环形线圈其左侧为S极，右端为N极，由磁体相互之间的作用可知两者彼此吸引，故线圈将向磁铁靠拢．‎ 同理：也可视磁体为环形通电线圈，即把磁体等效为与线圈通有同向电流的线圈，而同向电流相互吸引，故两者彼此靠拢．‎ 例8． 如图‎11-2-8‎所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是（从上往下看）（ ）‎ 解析：画出马蹄形磁铁的两条磁感线，在磁感线与电流相交处分别取一小段电流，如图‎11-2-8‎中的BC、AD两段，由左手定则可知，AD段受安培力垂直纸面向外，BC段受垂直纸面向里的安培力，故导线将绕轴线OO‘顺时针旋转（俯视）．当导线转动90°时（特殊位置法），由左手定则可知，导线受向下的安培力作用，所以导线在顺时针转动的同时还向下运动，即正确案答为A．‎ ‎【感悟提高】在分析安培力作用下通电导体运动方向的判断时，通常情况下利用等效的方法，即可将电流等效为磁铁，然后根据磁场的相互作用规律进行分析．‎ 考点六 、安培力的综合应用 例9、据报道，最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮，其原理如图所示．炮弹（可视为长方形导体）置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接．开始时炮弹在导轨的一端，通以电流后炮弹会被磁力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出．设两导轨之间的距离m，导轨长Ｌ＝‎5.0m，炮弹质量．导轨上的电流I的方向如图‎11-1-9‎中箭头所示．可以认 为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为B＝2.0Ｔ，方向垂直于纸面向里．若炮弹出口速度为，求通过导轨的电流I．忽略摩擦力与重力的影响．‎ 解析： 在导轨通有电流Ｉ时，炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为Ｆ＝IwB ①，‎ 设炮弹的加速度的大小为a，则有因而　F=ma ②，炮弹在两导轨间做匀加速运动，因而③，联立①②③式得④，代入题给数据得：　⑤‎ 答案：‎ ‎ ‎