【物理】2020届一轮复习人教版第十二单元磁　场第一节磁场的基本概念、学案

【物理】2020届一轮复习人教版第十二单元磁　场第一节磁场的基本概念、学案

第十二单元 知识内容 考试要求 考题统计 命题分析 ‎2016/10‎ ‎2017/04‎ ‎2017/11‎ ‎2018/04‎ ‎2018/11‎ 磁现象和磁场 b ‎10‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎1.命题热点 磁现象、磁感应强度及通电导线在磁场中受到的力命题频率较高，带电粒子在匀强磁场中的运动，则每次都会以计算题的形式考查。‎ ‎2．命题特点 与磁场相关的概念常以选择题考查，难度中等，而计算题的难度较大，甚至常常综合动量知识进行考查。‎ 磁感应强度 c ‎9‎ ‎12‎ 几种常见的磁场 b ‎9‎ ‎12‎ 通电导线在磁场中受到的力 d ‎10.22‎ ‎9. 22‎ ‎22‎ ‎7.23‎ ‎7.22‎ 运动电荷在磁场中受到的力 c ‎10‎ 带电粒子在匀强磁场中的运动 d ‎22‎ ‎10.23‎ 第一节　磁场的基本概念 考点一 常见的磁场及其性质 ‎1．磁场的基本性质 磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁力的作用。‎ ‎2．磁感线 为了形象地描述磁场，在其中画出的一系列有方向的曲线，曲线上各点的切线方向即为该点的磁场方向。‎ ‎3．磁感应强度 ‎(1)物理意义：描述磁场的强弱和方向。‎ ‎(2)定义式：B＝(通电导线垂直于磁场)。‎ ‎(3)方向：小磁针静止时N极所指的方向。‎ ‎(4)单位：特斯拉，符号T。‎ ‎4．磁场的叠加 磁感应强度是矢量，磁场叠加时符合矢量运算的平行四边形定则。‎ ‎5．电流周围的磁场(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 特点 无磁极、非匀强磁场且距导线越远处磁场越弱 与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场最强，管外为非匀强磁场 环形电流的两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱 安 培 定 则 ‎[验备考能力]‎ ‎1.(2018·桐乡一中模拟)小张同学将两枚小磁针放进某磁场中，发现小磁针静止时如图所示(忽略地磁场的影响)，则该磁场一定不是(　　)‎ A．蹄形磁铁所形成的磁场 B．条形磁铁所形成的磁场 C．通电螺线管所形成的磁场 D．通电直导线所形成的磁场 解析：选B　如果蹄形磁铁开口沿竖直方向，两小磁针分别放在蹄形磁铁的两端时，可以出现题图所示形状，故A可能；条形磁铁的磁场由N极指向S极，不会出现相互平行但方向相反的磁感线，故B不可能；通电螺线管内、外磁感线方向相反，所以两小磁针分别放在螺线管内、外时，可以出现如题图所示的形状，故C可能；通电直导线形成的磁场是以导线为圆心的同心圆，所以如果两小磁针分别放在导线两侧，且在同一直径上时，可以出现如题图所示的形状，故D可能。本题选一定不是的磁场，故选B。‎ ‎2.(2018·浙江6月学考)如图所示，小磁针a、b、c、d放在通电螺线管产生的磁场中，稳定后指向正确的是(　　)‎ A．磁针a　　　　 B．磁针b C．磁针c D．磁针d 解析：选D　根据右手螺旋定则可知，通电螺线管左侧为N极，右侧为S极。小磁针静止时N极指向代表该处磁场方向，选项D正确。‎ ‎3.如图所示，竖直放置的长直导线通有恒定电流，侧旁小磁针N极的最终指向应为(　　)‎ A．平行纸面向右 B．平行纸面向左 C．垂直纸面向里 D．垂直纸面向外 解析：选D　根据安培定则可知，导线右侧的磁感线方向垂直纸面向外，故小磁针N极的最终指向应为垂直纸面向外。‎ ‎4.(2018·桐乡茅盾中学月考)有两根长直导线a、b互相平行放置，如图所示为垂直于导线的截面图。在图中所示的平面内，O点为两根导线连线的中点，M、N为两根导线附近的两点，它们在两导线连线的中垂线上，且与O点的距离相等。若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流I，则关于线段MN上各点的磁感应强度的说法正确的是(　　)‎ A．M点和N点的磁感应强度大小相等、方向相同 B．M点和N点的磁感应强度大小相等、方向相反 C．在线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零 D．在线段MN上有三点的磁感应强度为零 解析：选B　根据安培定则和磁场叠加原理，M点和N点的磁感应强度大小相等、方向相反，选项A错误，B正确；在线段MN上只有在O点处，a、b两直导线电流形成的磁场的磁感应强度等大反向，即只有O点处的磁感应强度为零，选项C、D错误。‎ ‎5.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，M为导线某一横截面所在平面内的一点，且M点到两导线的距离相等，图中有四个不同的方向a、b、c和d，则M点的磁感应强度的方向可能为图中的(　　)‎ A．a方向 B．b方向 C．c方向 D．d方向 解析：选C　磁场的叠加遵守平行四边形定则，因此本题在解题过程中应结合通电长直导线周围的磁场和叠加原理进行解题，如图所示，故正确答案应选择C。‎ ‎6.(2017·全国卷Ⅲ)如图，在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零。如果让P中的电流反向、其他条件不变，则a 点处磁感应强度的大小为(　　)‎ A．0　　 　B.B0　　　 C.B0　　　 D．2B0‎ 解析：选C　导线P和Q中电流I均向里时，设其在a点产生的磁感应强度大小BP＝BQ＝B1，如图所示，则其夹角为60°，它们在a点的合磁场的磁感应强度平行于PQ向右、大小为B1。又根据题意Ba＝0，则B0＝B1，且B0平行于PQ向左。若P中电流反向，则BP反向、大小不变，BQ和BP大小不变，夹角为120°，合磁场的磁感应强度大小为B1′＝B1(方向垂直PQ向上、与B0垂直)，a点合磁场的磁感应强度B＝＝B0，则A、B、D项均错误，C项正确。‎ ‎7.(2018·杭州期末)如图所示，四根长直绝缘导线处于同一平面内，它们的电流大小关系是I1＝I2>I3>I4。下列做法中一定可以增大正方形ABCD的中心处的磁感应强度的是(　　)‎ A．增大I1 B．增大I2‎ C．使I3反向 D．使I4反向 解析：选B　根据安培定则可知，I1在正方形ABCD中心处产生的磁感应强度B1方向向外，I2在正方形ABCD中心处产生的磁感应强度B2方向向里，I3在正方形ABCD中心处产生的磁感应强度B3方向向里，I4在正方形ABCD中心处产生的磁感应强度B4方向向里，所以正方形ABCD中心处的磁感应强度B＝B2＋B3＋B4－B1。增大I1少许，磁感应强度B减小，故A错误；增大I2，磁感应强度B增大，故B正确；使I3反向，磁感应强度B＝B2＋B4－B1－B3，磁感应强度减小，故C错误；使I4反向，磁感应强度B＝B2＋B3－B1－B4，磁感应强度减小，故D错误。‎ 考点二 通电导线的受力问题 ‎[研考题考法]‎ 　(2017·浙江4月选考)如图所示，两平行直导线cd和ef竖直放置，通以方向相反大小相等的电流，a、b两点位于两导线所在的平面内。则(　　)‎ A．b点的磁感应强度为零 B．ef导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向里 C．cd导线受到的安培力方向向右 D．同时改变两导线的电流方向，cd导线受到的安培力方向不变 ‎　[解题指导]‎ 根据导线周围磁场的分布及磁场的合成判断a、b两点的磁感应强度，利用左手定则判断导线所受的安培力。　　　 ‎ ‎[解析]　根据右手定则可知，ef导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向外，两导线在b点产生的磁场方向均垂直纸面向外，则b点的磁感应强度不为零，选项A、B错误；根据左手定则可判断，cd导线受到的安培力向左，同时改变两导线的电流方向，安培力仍然向左，选项C错误、D正确，也可根据结论即电流方向相反的两直导线互相排斥进行判断。‎ ‎[答案]　D 　(2016·浙江10月选考)如图所示，把一根通电的硬直导线ab，用轻绳悬挂在通电螺线管正上方，直导线中的电流方向由a向b。闭合开关S瞬间，导线a端所受安培力的方向是(　　)‎ A．向上 B．向下 C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向里 ‎[解题指导]‎ 导线的旋转问题关键在于导线的不同端磁场方向的判断。当开关接通后判断出电流的方向，然后判断出a、b两端的磁场方向，再结合左手定则判断导线所受安培力的方向。‎ ‎[解析]　根据右手定则可知，开关闭合后，螺线管产生的磁场N极在右侧。根据左手定则可知，导线a端所受安培力垂直纸面向里，选项D正确。‎ ‎[答案]　D 　(2016·浙江4月选考)法拉第电动机原理如图所示。条形磁铁竖直固定在圆形水银槽中心，N极向上。一根金属杆斜插在水银中，杆的上端与固定在水银槽圆心正上方的铰链相连。电源负极与金属杆上端相连，与电源正极连接的导线插入水银中。从上往下看，金属杆(　　)‎ A．向左摆动　　　　　　 B．向右摆动 C．顺时针转动 D．逆时针转动 ‎[解题指导]‎ 建立正确的物理模型，确定电流方向和磁场方向，通过左手定则判断金属杆的受力方向。 ‎ ‎[解析]　由左手定则知，图示位置金属杆所受安培力方向与金属杆垂直向里，从上往下看，金属杆逆时针转动，D正确。‎ ‎[答案]　D ‎[通方法规律]‎ ‎1．判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势的思路 ‎(1)首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况。‎ ‎(2)然后利用左手定则准确判定导体的受力情况。‎ ‎(3)进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。‎ ‎2．常用判断方法 电流元法 分割为电流元安培力方向→整段导体合力方向→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 利用结 论法 同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；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 ‎[验备考能力]‎ ‎1.一个半径为R的导电圆环与一个轴向对称的发散磁场处处正交，环上各点的磁感应强度B大小相等，方向均与环面轴线方向成θ角(环面轴线为竖直方向)。若导线环上载有如图所示的恒定电流I，则下列说法不正确的是(　　)‎ A．导电圆环有收缩的趋势 B．导电圆环所受安培力方向竖直向上 C．导电圆环所受安培力的大小为2BIR D．导电圆环所受安培力的大小为2πBIRsin θ 解析：选C　把磁感应强度分解为水平分量与竖直分量，由左手定则可以知道，竖直方向的磁场对环形电流的安培力指向圆环圆心，合力为零，水平方向的磁场对电流的安培力竖直向上，即导电圆环所受安培力竖直向上，导电圆环有收缩的趋势，所以A、B选项是正确的；水平磁场对电流的安培力F＝B水平I·2πR＝2πBIRsin θ，故C错误，D正确。‎ ‎2．某同学自制的简易电动机示意图如图所示。矩形线圈由一根漆包线绕制而成，漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出，并作为线圈的转轴。将线圈架在两个金属支架之间，线圈平面位于竖直面内，永磁铁置于线圈下方。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来，该同学应将(　　)‎ A．左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉 B．左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉 C．左转轴上侧的绝缘漆刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉 D．左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉 解析：选A　装置平面示意图如图所示。如图所示的状态，磁感线方向向上，若形成通路，线圈下边导线中电流方向向左，受垂直纸面向里的安培力，同理，上边导线中电流受安培力垂直纸面向外，使线圈转动。当线圈上边导线转到下边时，若仍通路，线圈上、下边中电流方向与图示方向相比均反向，受安培力反向，阻碍线圈转动。若要线圈连续转动，要求左、右转轴只能上一侧或下一侧形成通路，另一侧断路。故选A。‎ ‎3．(2018·浙江11月选考)电流天平是一种测量磁场力的装置，如图所示，两相距很近的通电平行线圈Ⅰ和Ⅱ，线圈Ⅰ固定，线圈Ⅱ置于天平托盘上。当两线圈均无电流通过时，天平示数恰好为零。下列说法正确的是(　　)‎ A．当天平示数为负时，两线圈电流方向相同 B．当天平示数为正时，两线圈电流方向相同 C．线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力大于线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的作用力 D．线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力与托盘对线圈Ⅱ的作用力是一对相互作用力 解析：选A　通电线圈相当于条形磁铁，两线圈电流方向相同时，相当于异性磁极相对，则相互吸引，天平示数为负，A正确、B错误；线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力跟线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的作用力是一对作用力与反作用力，大小相等，C错误；线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力与托盘对线圈Ⅱ的作用力都是线圈Ⅱ受到的力，不是一对相互作用力，D错误。‎ ‎4.(2018·台州期末)如图所示，三根长为L的直导线的横截面在空间构成等边三角形的三个顶点，电流的方向垂直纸面向里。电流大小均为I，其中A、B电流 在C处产生的磁感应强度的大小均为B0，导线C位于水平面处于静止状态，则导线C受到的静摩擦力是(　　)‎ A.B0IL，水平向左　　　　　　 B.B0IL，水平向右 C.B0IL，水平向左 D.B0IL，水平向右 解析：选D　A、B电流在C处产生的磁感应强度的大小分别为B0，根据平行四边形定则，结合几何关系可得：BC＝B0，再由左手定则可知，安培力方向水平向左，大小为F＝B0IL，由于导线C位于水平面处于静止状态，所以导线C受到的静摩擦力大小为：B0IL，方向水平向右，故D正确，A、B、C错误。‎ ‎5．(2018·浙江6月学考)如图所示，金属细杆MN水平悬挂在间距为L的竖直平行金属导线下方，并处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。已知电源电动势为E、内阻为r，定值电阻阻值为R，其余电阻均可不计。则：‎ ‎(1)闭合开关时，细杆向左偏还是向右偏？‎ ‎(2)闭合开关瞬间，电路中电流I多大？‎ ‎(3)闭合开关瞬间，细杆MN所受安培力F多大？‎ 解析：(1)电流从M到N，根据左手定则可知，安培力向右，即细杆向右偏。‎ ‎(2)根据闭合电路欧姆定律得I＝。‎ ‎(3)根据安培力计算公式得F＝BIL＝。‎ 答案：(1)向右偏　(2)　(3) 考点三 运动电荷在磁场中的受力问题 ‎[研考题考法]‎ 　(2018·石家庄模拟)如图所示，一带电塑料小球质量为m，用丝线悬于O点，并在竖直平面内摆动，最大摆角为60°，水平磁场垂直于小球摆动的平面。当小球自左方摆到最低点时，悬线上的张力恰为零，则小球自右方最大摆角处摆到最低点时悬线上的张力为(　　)‎ A．0　　　　　　　 B．2mg C．4mg D．6mg ‎　[解题指导]‎ 解决本题的重点在于小球运动过程中重力做功和洛伦兹力永不做功两个知识点的分析，以及圆周运动中向心力的有关知识。　　　‎ ‎[解析]　设小球自左方最大摆角处摆到最低点时速度为v，则mv2＝mgL(1－cos 60°)，此时qvB－mg＝m，当小球自右方最大摆角处摆到最低点时，v大小不变，洛伦兹力方向发生变化，此时有FT－mg－qvB＝m，解得FT＝4mg，故C正确。‎ ‎[答案]　C 　(2017·浙江11月选考)如图所示，在两水平金属板构成的器件中，存在着匀强电场与匀强磁场，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。以某一水平速度进入的不计重力的带电粒子恰好能沿直线运动，下列说法正确的是(　　)‎ A．粒子一定带负电 B．粒子的速度大小v＝ C．若粒子速度大小改变，粒子将做曲线运动 D．若粒子速度大小改变，电场对粒子的作用力会发生变化 ‎[解题指导]‎ 建立速度选择器模型，当不计重力的带电粒子恰好能沿直线运动时，表明粒子所受到的电场力和洛伦兹力是一对平衡力。　　　 　‎ ‎[解析]　粒子沿水平方向做直线运动，说明竖直方向受力平衡，即qvB＝qE，解得v＝，所以选项B错误；无论粒子带正电荷还是负电荷，只要满足上式就可以满足题意，所以选项A错误；不论粒子速度变大或变小，都会导致洛伦兹力变化，因此粒子将做曲线运动，选项C正确；不管粒子速度怎么变，在匀强电场中，粒子的电场力不变，所以选项D错误。‎ ‎[答案]　C 　(2018·杭州地区重点中学联考)等离子体发电机是一种把物体内能直接转化为电能的低碳环保发电机，如图为其原理示意图， 平行金属板A、B间有匀强磁场，磁感应强度为B，将一束等离子体(高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒)水平喷入磁场，两金属板间就产生电压。定值电阻 R0、滑动变阻器最大阻值R＝3R0与开关K串联接在A、B两端，已知两金属板间距离为d，喷入气流的速度为v，磁流体发电机的电阻为r(R0v2，故B正确，A、C错误。当两小球分别运动到最低点K时，有F－mg＝，即F＝mg＋m ‎。由v1>v2得F1>F2，故D错误。‎ ‎3．(2018·浙江省“七彩阳光”联考)如图所示，在竖直面内有光滑绝缘轨道MAN，轨道末端N处切线水平，在轨道右侧的区域加有垂直纸面向里的水平匀强磁场，磁感应强度为B。一质量为m、带电荷量为q的小球从轨道上的M点由静止滑下，经N点进入磁场区后，恰好沿水平方向做直线运动，则可判定(　　)‎ A．小球一定带负电 B．小球在磁场区域的速度大小为v＝ C．若小球从A点由静止滑下，进入磁场区后将向上偏转 D．若小球从A点由静止滑下，进入磁场区后仍将做直线运动 解析：选B　小球进入磁场后，做直线运动，即洛伦兹力与重力平衡，洛伦兹力方向向上，因此根据左手定则可知，小球一定带正电，选项A错。由Bvq＝mg得v＝，所以选项B正确。如果小球从较低处A点由静止滑下，则到达N处速度变小，洛伦兹力小于重力，会向下偏转，所以选项C、D错误。‎ ‎4.如图所示，ABC为竖直平面内的光滑绝缘轨道，其中AB为倾斜直轨道，BC为与AB相切的圆形轨道，并且圆形轨道处在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里。质量相同的甲、乙、丙三个小球中，甲球带正电、乙球带负电、丙球不带电。现将三个小球在轨道AB上分别从不同高度处由静止释放，都恰好通过圆形轨道的最高点，则(　　)‎ A．经过最高点时，三个小球的速度相等 B．经过最高点时，甲球的速度最小 C．乙球的释放位置比甲球的高 D．运动过程中三个小球的机械能均保持不变 解析：选D　三个小球在运动过程中机械能守恒，有mgh＝mv2，在圆形轨道的最高点时对甲有qv1B＋mg＝，对乙有mg－qv2B＝，对丙有mg＝，可判断v1>v3>v2，选项A、B、C错误，选项D正确。‎