高考物理一轮复习第十章磁场教师用书

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第十章磁场[必考要求]1．磁现象和磁场(b)。2.磁感应强度(c)。3.几种常见的磁场(b)。4.通电导线在磁场中受到的力(c)。5.运动电荷在磁场中受到的力(c)。知识网络构建规律方法速记1．求解有关磁感应强度问题的关键(1)磁感应强度―→由磁场本身决定。(2)合磁感应强度―→等于各磁场的磁感应强度的矢量和(满足平行四边形定则)。 2．求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路3．理解洛伦兹力的两点注意(1)判断洛伦兹力方向时，特别区分电荷的正、负，并充分利用F⊥B、F⊥v的特点。(2)计算洛伦兹力大小时，公式F＝qvB中，v是电荷与磁场的相对速度。4．带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的分析方法题组一　磁现象、几种常见的磁场1．关于磁场，下列说法正确的是(　　)A．磁场和电场一样，是客观存在的物质B．无论在何处，小磁针的指向就是磁场的方向C．地球是一个大磁体，地磁场的N极在地理的北极附近D．磁极与磁极、磁极与电流之间的相互作用是通过磁场发生的，而电流与电流之间的相互作用是通过电场发生的解析　磁场和电场都是客观存在的物质，是物质的另外一种形态，所以A正确；自由小磁针静止时北极的指向才是磁场方向，故B错；地磁场的N极在地理的南极附近，故C错；磁体之间、磁体与电流之间以及电流与电流之间的作用都是通过磁场发生的，故D错。答案　A2．小磁针放置在匀强磁场中，小磁针静止时的指向正确的是(　　) 解析　小磁针静止时，N极的指向与该处的磁感应强度方向相同，选项B正确。答案　B3．电流的磁效应揭示了电与磁的关系。若直导线通有方向垂直纸面向外的恒定电流，则电流的磁感线分布正确的是(　　)答案　D4．关于磁通量，下列说法中正确的是(　　)A．磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量B．磁通量越大，磁感应强度越大C．通过某一平面的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零D．磁通量就是磁感应强度解析　磁通量是标量，没有方向，故A错；由Φ＝BS知Φ是由B和S两个因素决定的，Φ大，有可能是S较大造成的，所以认为磁通量越大，磁感应强度越大是错误的，故B错；由Φ＝BS⊥知，当线圈平面与磁场平行时，S⊥＝0，Φ＝0，但磁感应强度B不一定为零，故C对；磁通量和磁感应强度是两个不同的物理量，故D错。 答案　C5．月球表面周围没有空气，它对物体的引力仅为地球上的，月球表面没有磁场，根据这些特征，在月球上，如图所示的四种情况能够做到的是(　　)解析　既然月球表面没有磁场，那么在月球上就不能用指南针定向，所以A错误；月球表面周围没有空气，所以无法使用电风扇吹风，而声音也无法传播，所以B、C均不对，只有选项D正确。答案　D6．当导线中分别通以如图所示方向的电流，小磁针静止时北极指向读者的是(　　)答案　C7．如果你看过中央电视台体育频道的围棋讲座就会发现， 棋子在竖直放置的棋盘上可以移动，但不会掉下来，如图所示。原来，棋盘和棋子都是由磁性材料做成的。棋子不会掉落是因为(　　)A．质量小，重力可以忽略不计B．受到棋盘对它向上的摩擦力C．棋盘对它的吸引力与重力平衡D．它一方面受到棋盘的吸引，另一方面还受到空气的浮力答案　B题组二　磁感应强度8．根据磁感应强度的定义式B＝，下列说法中正确的是(　　)A．在磁场中某确定位置，B与F成正比，与I、L的乘积成反比B．一小段通电直导线在空间某处受磁场力F＝0，那么该处的磁感应强度B一定为零C．磁场中某处B的方向跟电流在该处受磁场力F的方向相同D．一小段通电直导线放在B为零的位置，那么它受到的磁场力F也一定为零解析　磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定，B＝是磁感应强度的定义式而不是决定式，选项A错误；通电直导线在磁场中所受磁场力F＝0，可能该处的B为零，也可能导线平行于磁场放置，反之，若某处B为零，则该处通电直导线受磁场力一定为零，选项B错误，D正确；通电导线所受磁场力的方向与磁感应强度的方向不同，选项C错误。答案　D9.如图所示为某磁场的一条磁感线，其上有A、B两点，则(　　)A．A点的磁感应强度一定大B．B点的磁感应强度一定大C．因为磁感线是直线，A、B两点的磁感应强度一样大D．条件不足，无法判断解析　由磁场中一根磁感线无法判断磁场强弱。答案　D 10.如图所示，匀强磁场中有A、B两个点，关于这两个点的磁感应强度的说法，正确的是(　　)A．A点的磁感应强度大于B点的磁感应强度B．A点的磁感应强度等于B点的磁感应强度C．A点的磁感应强度小于B点的磁感应强度D．A点的磁感应强度和B点的磁感应强度大小关系不能判断解析　图示磁场是匀强磁场，匀强磁场的磁感应强度处处相等。答案　B11．下列关于磁感应强度的说法中正确的是(　　)A．通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大B．通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大C．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D．磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关解析　因为磁场中某点的磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定，与通电导线的受力及方向都无关，所以A选项错，D选项正确；通电导线在磁场中受力的大小不仅与磁感应强度有关，而且与通电导线的放置方向有关，故B选项错；对C选项虽然匀强磁场中磁感应强度处处相等，但当导线在各个位置的方向不同时，磁场力是不相同的(导线与磁场垂直时受磁场力最大，与磁场平行时受磁场力为零)，而C选项中没有说明导线在各个位置的放置方向是否相同，所以C选项错。答案　D12.在磁场中某区域的磁感线如图所示，则(　　)A．a、b两处的磁感应强度的大小不等，且Ba＞BbB．a、b两处的磁感应强度的大小相等C．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大D．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小解析　磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，安培力的大小跟该处的磁感应强度的大小、I、L和导线放置的方向与磁感应强度的方向的夹角有关，故C、D错误；由a、b两处磁感线的疏密程度可判断出Ba＞Bb，所以A正确，B错误。答案　A 13.如图所示，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2，且I1＞I2；a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点，且a、b、c与两导线共面；b点在两导线之间，b、d的连线与导线所在平面垂直。磁感应强度可能为零的点是(　　)A．a点B．b点C．c点D．d点解析　要合磁感应强度为零，必有I1和I2形成两个磁场等大反向，只有c点有可能，选C。答案　C14．三根平行的长直导线，分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点，三导线中电流方向相同，A、B两导线中的电流大小相同，如图所示，已知导线A在斜边中点O处所产生的磁场的磁感应强度大小为B，导线C在斜边中点O处所产生的磁场的磁感应强度大小为2B，则O处的磁感应强度的大小和方向为(　　)A．大小为B，方向沿OA方向B．大小为2B，方向竖直向下C．大小为2B，方向沿OB方向D．大小为2B，方向沿OA方向解析　由安培定则知导线A、B在O处产生的磁感应强度大小相等，方向相反，互相抵消，所以O处的磁感应强度即为导线C所产生的磁感应强度，即大小为2B，由安培定则可判定其方向沿OA方向，A、B、C错误，D正确。答案　D题组三　通电导线在磁场中受到的力15．在如图所示的四幅图中，正确标明通电导线所受安培力F方向的是(　　) 解析　根据左手定则可知：A、B、C图中安培力方向应向下，D图中安培力垂直于电流和磁场向纸外，故正确答案为B。答案　B16.把长L＝0.25m的导体棒置于磁感应强度B＝1.0×10－2T的匀强磁场中，使导体棒和磁场方向垂直，如图所示。若导体棒的电流I＝2.0A，方向向右，则导体棒受到的安培力大小与方向(　　)A．1.0×10－3N　竖直向上B．5.0×10－3N　竖直向上C．5.0×10－3N　竖直向下D．1.0×10－3N　竖直向下答案　B17．一根容易形变的弹性导线，两端固定，导线中通有电流，方向如图所示。当没有磁场时，导线呈竖直状态，当分别加上方向竖直向上、水平向右、垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是(　　)解析　A中电流方向与磁场方向平行，导线不受安培力，选项A错；由左手定则可知，B中导线所受安培力方向为垂直纸面向里，C、D中导线所受安培力方向为水平向右，故选项B、C错误，D对。答案　D18．在赤道上，地磁场可以看作是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场，磁感应强度是5×10－5T。如果赤道上有一条沿东西方向的直导线，长40m，载有20A的电流， 地磁场对这根导线的作用力大小是(　　)A．4×10－8NB．2.5×10－5NC．9×10－4ND．4×10－2N解析　磁场方向是南北方向，电流方向是东西方向，它们相互垂直，可以利用公式F＝BIL来计算此安培力的大小，其大小为F＝BIL＝5×10－5×20×40N＝4×10－2N。答案　D19.如图所示，长为2l的直导线折成边长相等、夹角为60°的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为(　　)A．0B．0.5BIlC．BIlD．2BIl解析　导线有效长度为2lsin30°＝l，所以该V形通电导线受到的安培力大小为BIl，选C。答案　C题组四　安培力作用下导体的平衡及运动情况20．如图所示四个实验现象中，不能表明电流能产生磁场的是(　　)A．甲图中，导线通电小磁针发生偏转B．乙图中，通电导线在磁场中受到力的作用C．丙图中，当电流方向相同时，导线相互靠近 D．丁图中，当电流方向相反时，导线相互远离解析　磁场对小磁针、通电导体有作用力，图甲中的小磁针发生了偏转，图丙、丁中的通电导体发生了吸引和排斥，都说明了电流周围存在磁场。乙图不能说明电流能产生磁场。本题正确答案为B。答案　B21.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线圈平面，当线圈内通以如图所示方向的电流后，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　将环形电流等效成小磁针，如图所示，根据异名磁极相吸引知，线圈将向左运动，选A；也可将左侧条形磁铁等效成环形电流，根据结论“同向电流相吸引，异向电流相排斥”也可判断出线圈向左运动，选A。答案　A22.如图所示，条形磁铁放在水平粗糙桌面上，它的正中间上方固定一根长直导线，导线中通过方向垂直纸面向里(即与条形磁铁垂直)的电流，与原来没有电流通过时相比较，磁铁受到的支持力FN和摩擦力Ff将(　　)A．FN减小，Ff＝0B．FN减小，Ff≠0C．FN增大，Ff＝0D．FN增大，Ff≠0解析　磁铁的磁感线在它的外部是从N极到S极，因为长直导线在磁铁的中央上方，所以此处的磁感线是水平的，电流的方向垂直于纸面向里，根据左手定则，导线受磁铁的安培力方向竖直向上，由牛顿第三定律可知，导线给磁铁的反作用力方向竖直向下，因此磁铁对水平桌面的压力增大；由于导线对磁铁的作用力方向竖直向下，所以磁铁不会产生相对运动或相对运动趋势，也就不会产生摩擦力，故选C。答案　C 23．如图所示，光滑的平行导轨与电源连接后，与水平方向成θ角倾斜放置，导轨上另放一个质量为m的金属导体棒。当开关闭合后，在棒所在区域内加一个合适的匀强磁场，可以使导体棒静止平衡，图中分别加了不同方向的磁场，其中一定不能平衡的是(　　)解析　四种情况的受力分析如图所示。A、C都有可能平衡，D中如果重力与安培力刚好大小相等，则导体棒与导轨间没有压力，可以平衡，B中合外力不可能为零，故正确答案为B。答案　B24.如图所示，在倾角为θ＝30°的斜面上，固定一宽L＝0.25m的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器R。电源电动势E＝12V，内阻r＝1Ω，一质量m＝20g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好。整个装置处于磁感应强度B＝0.80T、垂直于斜面向上的匀强磁场中(导轨与金属棒的电阻不计)。金属导轨是光滑的，取g＝10m/s2，要保持金属棒在导轨上静止，求：(1)金属棒所受到的安培力的大小；(2)通过金属棒的电流的大小；(3)滑动变阻器R接入电路中的阻值。解析　(1)金属棒静止在金属导轨上受力平衡，如图所示 F安＝mgsin30°，代入数据得F安＝0.1N。(2)由F安＝BIL，得I＝＝0.5A。(3)设滑动变阻器接入电路的阻值为R0，根据闭合电路欧姆定律得：E＝I(R0＋r)，解得R0＝－r＝23Ω。答案　(1)0.1N　(2)0.5A　(3)23Ω25.如图，一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中；磁场的磁感应强度大小为0.1T，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘。金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连，电路总电阻为2Ω。已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm。重力加速度大小取10m/s2。判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量。解析　依题意，开关闭合后，电流方向从b到a，由左手定则可知，金属棒所受的安培力方向竖直向下。开关断开时，两弹簧各自相对于其原长伸长为Δl1＝0.5cm。由胡克定律和力的平衡条件得2kΔl1＝mg①式中，m为金属棒的质量，k是弹簧的劲度系数，g是重力加速度的大小。开关闭合后，金属棒所受安培力的大小为F＝IBL②式中，I是回路电流，L是金属棒的长度。两弹簧各自再伸长了Δl2＝0.3cm，由胡克定律和力的平衡条件得2k(Δl1＋Δl2)＝mg＋F③ 由欧姆定律有E＝IR④式中，E是电池的电动势，R是电路总电阻。联立①②③④式，并代入题给数据得m＝0.01kg⑤答案　竖直向下　0.01kg题组五　洛伦兹力方向的判定及洛伦兹力的应用26．关于洛伦兹力，下列说法中正确的是(　　)A．带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛伦兹力的作用B．若带电粒子经过磁场中某点时所受的洛伦兹力为零，则该点的磁感应强度一定为零C．当运动电荷的速度方向与磁场平行时，电荷不受洛伦兹力D．当运动电荷的速度方向与磁场垂直时，电荷不受洛伦兹力解析　当粒子平行磁场方向在磁场中运动时，粒子不受磁场力作用，C对。答案　C27．下列各图中，运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方向之间的关系正确的是(　　)解析　根据左手定则，A中F方向应向上，B中F方向应向下，故A错、B对；C、D中都是v∥B，F＝0，故C、D都错。答案　B28.如图，在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会(　　)A．向上偏转B．向下偏转C．向纸内偏转D．向纸外偏转解析　由通电导线的电流方向， 根据安培定则可知电子射线管处于垂直纸面向外的磁场中，当电子流方向从左向右，则由左手定则可得粒子向上偏转。答案　A29．如图所示为电视机显像管的原理示意图，没有磁场时，从电子枪射出的电子束打在荧光屏正中点。若加上偏移磁场(由偏转线圈产生)后，电子束在竖直方向上偏离中心打在荧光屏的A点，则所加偏转磁场的方向为(　　)A．水平向右B．水平向左C．垂直纸面向里D．垂直纸面向外答案　D30.如图所示，一个带负电的物体从粗糙斜面顶端滑到底端，速度为v。若加上一个垂直纸面向外的磁场，则滑到底端时(　　)A．v变大B．v变小C．v不变D．不能确定v的变化解析　由于带负电的物体沿斜面下滑时受到垂直斜面向下的洛伦兹力作用，故物体对斜面的正压力增大，斜面对物体的滑动摩擦力增大，由于物体克服摩擦力做功增大，所以物体滑到底端时v变小，B正确。答案　B31．(2015～2016诸暨市第一学期期末)如图所示是磁控管横截面的示意图，管内有平行于轴线的匀强磁场，一群电子在垂直于磁场的截面内以速度v沿顺时针方向做匀速圆周运动，圆心为O，半径为r，已知电子的数量为n，电子电荷量为e，电子运动可以等效为环形电流，则电流大小与方向为(　　)A.，逆时针B.，顺时针 C.，顺时针D.，逆时针答案　A32.带电粒子的质量m＝1.7×10－27kg，电荷量q＝1.6×10－19C，以速度v＝3.2×106m/s沿垂直于磁场同时又垂直于磁场边界的方向进入匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B＝0.17T，磁场的宽度l＝10cm，g取10m/s2，如图所示。(1)求带电粒子离开磁场时的速度和偏转角。(2)求带电粒子在磁场中运动的时间。解析　粒子所受的洛伦兹力F＝qvB≈8.7×10－14N，远大于粒子所受的重力G＝1.7×10－26N，因此重力可忽略不计。(1)由于洛伦兹力不做功，所以带电粒子离开磁场时速度仍为3.2×106m/s由qvB＝m得轨迹半径r＝＝m＝0.2m由题图可知偏转角θ满足sinθ＝＝0.5，故θ＝30°。(2)带电粒子在磁场中运动的周期T＝可见带电粒子在磁场中运动的时间t＝T＝T＝＝s≈3.27×10－8s答案　(1)3.2×106m/s　30°　(2)3.27×10－8s