高考物理月刊專版-專題5-磁場-(3)課件

1.一、磁場、磁感應強度1．磁場(1)基本特性：磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有

的作用．(2)方向：小磁針的

所受磁場力的方向．磁場力北極(N)2.2．磁感應強度(1)意義：描述磁場

的物理量．(2)大?。築＝(公式適用條件：通電導線垂直于磁場)．(3)方向：小磁針靜止時N極的指向．強弱及方向3.二、幾種常見磁場的分布1．磁感線：在磁場中畫出的一些有方向的曲線，使曲線上每一點的

方向都跟這點的

的方向一致．切線磁場應強度4.2．幾種常見的磁場(1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場磁鐵外部的磁感線從磁鐵的

極出來，進入磁鐵的

極，如圖8－1－1所示．NS5.圖8－1－16.(2)地磁場地球的磁場與條形磁鐵的磁場相似，其主要特點有三個：圖8－1－27.①地磁場的N極在地球

附近，S極在地球

附近，磁感線分布如圖8－1－2所示．②地磁場B的水平分量(Bx)總是從地球

指向

，而豎直分量(By)則南北半球相反，在南半球垂直地面

，在北半球垂直地面

．③在赤道平面上，距離地球表面相等的各點，磁感應強度相等，且方向

．南極北極南極北極向上向下水平向北8.(3)電流周圍的磁場直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場特點無磁極、非勻強，且距導線越遠處磁場

與條形磁鐵的磁場相似，管內為勻強磁場，管外為非勻強磁場環(huán)形電流的兩側是N極和S極，且離圓環(huán)中心越遠，磁場

立體圖越弱越弱9.直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場橫截面圖縱截面圖10.電流周圍的磁場情況都可以用安培定則判斷．但不同形式的通電導體采用的安培定則的方式不同．11.(4)勻強磁場：在磁場的某些區(qū)域內，磁感線為同向、等間

距的平行線，如圖8－1－3所示．圖8－1－312.三、磁通量1．概念：在磁感應強度為B的勻強磁場中，與磁場方向

面積S和B的乘積叫做穿過這個面的磁通量．2．公式：Φ＝

.3．單位：1Wb＝

.4．物理意義：指垂直穿過某一面積的磁感線的條數(shù)．垂直的平面BS1T·m213.磁通量是標量，但有正負，其正負既不表示方向也不表示大小，僅表示磁感線是從正面穿過還是從反面穿過，若從正面穿過為正，則從反面穿過為負．求磁通量變化時，應將符號代入．14.四、安培力的大小和方向1．大小(1)磁場和電流垂直時，F(xiàn)＝

.(2)磁場和電流平行時，F(xiàn)＝0.BIL15.2．方向用左手定則判定：伸開左手，使拇指與其余四個手指

，并且都與手掌在同一個平面內；讓磁感線從掌心進入，并使四指指向

的方向，這時

所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向．通電導線受到的安培力的方向與

、磁感應強度方向都

．垂直電流拇指電流方向垂直16.不論電流方向與磁場方向關系如何，安培力的方向既與電流方向垂直，也與磁場方向垂直，即安培力的方向垂直于電流與磁場決定的平面．17.18.1．磁感應強度與電場強度磁感應強度B電場強度E物理意義描述磁場的力的性質的物理量描述電場的力的性質的物理量大小決定由磁場本身決定由電場本身決定19.磁感應強度B電場強度E方向矢量磁感線切線方向，小磁針N極受力方向矢量電場線切線方向，放入該點正電荷受力方向場的疊加合磁感應強度等于各磁場的磁感應強度的矢量和合場強等于各個電場的場強的矢量和單位1T＝1N/(A·m)1V/m＝1N/C20.2．磁感線與電場線磁感線電場線不同點閉合曲線在靜電場中，電場線起始于正電荷，終止于負電荷相似點引入目的形象描述場而引入的假想線，實際不存在疏密場強的強弱切線方向場的方向相交不能相交(電場中無電荷，空間不相交)21.磁感線和電場線的疏密都能形象地表示相應場的強弱，應注意：1．只有在同一個圖上才能根據(jù)磁感線或電場線的疏密判

定各處相應場的強弱．2．沒有畫出磁感線或電場線的地方并不表示那里沒有磁

場或電場存在．22.1．關于磁感應強度B，下列說法中正確的是(

)A．磁場中某點B的大小，跟放在該點的試探電流元

的情況有關B．磁場中某點B的方向，跟放在該點的試探電流元

所受磁場力方向一致C．在磁場中某點處的試探電流元不受磁場力作用時，

該點B值大小為零D．在磁場中磁感線越密集的地方，磁感應強度越大23.解析：磁感應強度是磁場本身的屬性，在磁場中某處為一恒量，其大小可由B＝計算，但與試探電流元的F、I、L的情況無關，故A、C錯；B的方向規(guī)定為小磁針N極受磁場力的方向，與放在該處電流元受力方向并不一致，故B錯；當試探電流元的方向與磁場方向平行時，雖電流元受磁場力為零，但磁感應強度卻不為零；據(jù)磁感應強度大小即磁通密度B＝可知，在磁場中磁感線越密集的地方，磁感應強度越大．故選D.答案：D24.1．Φ＝BS的含義：Φ＝BS只適用于磁感應強度B與面積S垂直的情況．當S與垂直于B的平面間的夾角為θ時，則有Φ＝BScosθ.可理解為Φ＝B(Scosθ)，即Φ等于B與S在垂直于B方向上投影的乘積．也可理解為Φ＝(Bcosθ)S，即Φ等于B在垂直于S方向上的分量與S的乘積．如圖8－1－4甲所示．25.圖8－1－426.2．面積S的含義：S不一定是某個線圈的真正面積，而是線圈在磁場范圍內的面積．如圖8－1－4乙所示，S應為線圈面積的一半．3．多匝線圈的磁通量：多匝線圈內磁通量的大小與線圈匝數(shù)無關，因為不論線圈匝數(shù)多少，穿過線圈的磁感線條數(shù)相同，而磁感線條數(shù)可表示磁通量的大小．27.4．合磁通量的求法若某個平面內有不同方向和強弱的磁場共同存在，當計算穿過這個面的磁通量時，先規(guī)定某個方向的磁通量為正，反方向的磁通量為負，平面內各個方向的磁通量的代數(shù)和等于這個平面內的合磁通量．28.2．關于磁通量，下列說法正確的是(

)A．磁通量不僅有大小而且有方向，是矢量B．在勻強磁場中，a線圈面積比b線圈面積大，則穿

過a線圈的磁通量一定比穿過b線圈的大C．磁通量大磁感應強度不一定大D．把某線圈放在磁場中的M、N兩點，若放在M處的磁通量比放在N處的大，則M處的磁感應強度一定比N處的大29.解析：磁通量只有大小，沒有方向，是標量，故A錯．由Φ＝BScosθ知，Φ的大小與B、S、θ三個量有關，故B、D錯，C正確．答案：C30.1．對安培力的理解(1)安培力是磁場對電流的作用力，它與重力、彈力、摩擦力、電場力一樣，是一種性質力．(2)安培力公式的說明31.①L是通電導線在磁場中的有效長度，如圖8－1－5所示，導線ACB中電流為I，則其受水平向右的安培力F＝BIL.②B與L垂直或其分量與L垂直，B并非一定是勻強磁場，但一定是導線所在處的磁感應強度．③θ是通電導線和磁場的夾角．圖8－1－532.2．安培力做功的特點和實質(1)重力、電場力做功與路徑無關，而安培力做功與路徑有關．(2)安培力做功的實質——能量的轉化①安培力做正功：將電源的能量傳遞給通電導線，或轉化為導線的動能或轉化為其他形式的能．②安培力做負功：將其他形式的能轉化為電能后或儲存或轉化為其他形式的能．33.在分析安培力是否存在的問題時，首先應把立體圖改畫為易于分析的平面圖，如側視圖、剖視圖或俯視圖等，然后借助于力學知識求解．34.3．如圖8－1－6所示，銅棒ab長L1＝0.1m，質量為6×10－2kg，兩端與長為L2＝1m的輕銅線相連，靜止于豎直平面內．整個裝置處在豎直向下的勻強磁場中，磁感應強度B＝0．5T．現(xiàn)接通電源，圖8－1－635.使銅棒中保持有恒定電流通過，銅棒垂直紙面向外發(fā)生擺動．已知最大擺角為37°，則在此過程中銅棒的重力勢能增加了多少？通過電流的大小為多少？方向如何？(不計空氣阻力，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2)36.解析：以棒為研究對象受力分析如圖所示，重力做功WG＝－mgh＝－mgL2(1－cosθ)＝－6×10－2×10×0.2×1J＝－0.12J因ΔEp＝－WG＝0.12J，故重力勢能增加了0.12J.因為導體棒最大擺角為37°，由動能定理得FL2sinθ－mgL2(1－cosθ)＝0①F＝BIL1②由①②解得I＝4A，方向由b→a.答案：0.12J

4A，方向由b→a37.38.下列說法中正確的是(

)A．電荷在某處不受電場力的作用，則該處電場強度為零B．一小段通電導線在某處不受磁場力作用，則該處磁感應

強度一定為零C．表征電場中某點電場的強弱，是把一個檢驗電荷放在該

點時受到的電場力與檢驗電荷本身電荷量的比值D．表征磁場中某點磁場的強弱，是把一小段通電導線放在

該點時受到的磁場力與該小段導體長度和電流乘積的比值39.[思路點撥]

解答此題應把握以下幾點：①電場強度和磁場強度由對應的電場和磁場本身決定，與檢驗電荷和試探電流元無關；②比值定義法定義的物理量具有相似的特點；③磁場對通電導體(電流)作用力的特點．40.[課堂筆記]

電場和磁場有一個明顯的區(qū)別是：電場對放入其中的電荷有力的作用，磁場對通電導線有力的作用的條件是磁場方向不能和電流方向平行，因此A對B錯．同理根據(jù)電場強度的定義式E＝F/q可知C答案正確．而同樣用比值定義法定義的磁感應強度則應有明確的說明，即B＝中I和B的方向必須垂直，故D錯，所以應選A、C.[答案]

AC41.磁場的磁感應強度只取決于磁場本身，與試探電流元無關，正如電場中的電場強度與檢驗電荷無關一樣，是場本身的屬性．類似的物理量還有速度、加速度、電阻、電容、電勢差等．凡是用比值定義的物理量都和定義式中的物理量無必然關系.42.如圖8－1－7所示，矩形線圈面積為S，放在勻強磁場中，開始處于水平位置a，磁場與線圈平面夾角為θ，在線圈繞其一邊順時針轉過90°到達豎直位置b的過程中，線圈中的磁通量改變了多少？43.圖8－1－744.[思路點撥]

求解該題時應注意：(1)線圈在水平位置a時的磁通量Φ1及線圈在豎直位置b時的磁通量Φ2；(2)磁感線從線圈不同側面穿過時，磁通量的正負不同．45.[課堂筆記]

在a位置時，Φ1＝BSsinθ在b位置時Φ2＝－BScosθ所以ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝BS(cosθ＋sinθ)．[答案]

BS(cosθ＋sinθ)46.求解磁通量時，由于B與線圈平面有一定夾角，即不垂直時可以將B進行正交分解，求出垂直于線圈平面方向的磁場，也可以將線圈的面積向垂直于B方向上投影.47.

(2009·全國卷Ⅰ)如圖8－1－8所示，一段導線abcd位于磁感應強度大小為B的勻強磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直．線段ab、bc和cd的長度均為L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流經(jīng)導線的電流為I，方向如圖中箭頭所示．導線段abcd所受到的磁場的作用力的合力(

)48.A．方向沿紙面向上，大小為(＋1)ILBB．方向沿紙面向上，大小為(－1)ILBC．方向沿紙面向下，大小為(＋1)ILBD．方向沿紙面向下，大小為(－1)ILB圖8－1－849.[思路點撥]

解答本題應把握以下兩點：(1)利用左手定則判定安培力的方向；(2)確定有效長度，利用F＝BIL確定導線的受安培力的大小．50.[課堂筆記]

導線ab、bc、cd三段可等數(shù)為導線ad段．由左手定則可知安培力方向沿紙面向上，故知C、D錯誤．由幾何知識可知Lad＝(＋1)L，由安培力公式F＝BIL可得合力大小為(＋1)ILB，故A正確，B錯誤．[答案]

A51.解答本題時還可以對ab、bc和cd隔離進行分析．然后再利用力的合成法則，求出導線所受的合力.52.(14分)(2010·珠海模擬

)如圖8－1－9所示，在傾角θ＝30°的斜面上，固定一金屬框架，寬L＝0.25m，接入電動勢E＝12V、內阻不計的電池．在框架上放有一根質量m＝0.2kg的金屬棒ab，它與框架的動摩擦因數(shù)μ＝，整個裝置放在磁感應強度B＝0.8T、垂直框架向上的勻強磁場中．當調節(jié)滑動變阻器R的阻值在什么范圍內時，可使金屬棒靜止在框架上？(框架與棒的電阻不計，g取10m/s2)圖8－1－9所53.[思路點撥]解答本題應抓住以下關鍵點：(1)畫出截面圖．(2)受力分析．結合靜摩擦力的大小和方向特點，確定安培力的臨界值．(3)由電路知識及安培力公式求出R.54.[解題樣板]

(1)當變阻器R取值較小時，I較大，安培力F較大，會使金屬棒產(chǎn)生沿框架上滑的趨勢，因此，框架對棒的摩擦力沿框架向下，如圖8－1－10所示．金屬棒剛好不上滑時滿足平衡條件圖8－1－1055.BL－μmgcosθ－mgsinθ＝0，┄┄┄┄(4分)得R1＝＝1.6Ω.┄┄┄┄(2分)(2)當變阻器R取值較大時，I較小，安培力F較小，在金屬棒重力分力mgsinθ的作用下，使棒有沿框架下滑的趨勢，框架對棒的摩擦力沿框架向上，如圖8－1－11所示．金屬棒剛好不下滑時滿足平衡條件圖8－1－1156.BL＋μmgcosθ－mgsinθ＝0┄┄┄(4分)得R2＝＝4.8Ω┄┄┄┄┄┄┄┄┄(2分)所以R的取值范圍應為1.6Ω≤R≤4.8Ω.┄(2分)[答案]

1.6Ω≤R≤4.8Ω57.有關安培力的平衡問題往往涉及到三維立體空間問題，處理問題時，畫出截面受力圖，變三維為二維便可變難為易，迅速求解．58.59.1．關于磁場和磁感線的描述，下列說法中正確的是(

)A．磁感線可以形象地描述各點磁場的強弱和方向，它每一點的切線方向都和小磁針放在該點靜止時北極所指的方向一致B．磁極之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，磁場和電場一樣，也是一種客觀存在的特殊物質C．磁感線總是從磁鐵的北極出發(fā)，到南極終止D．磁感線就是細鐵屑連成的曲線60.解析：磁感線是為了描述磁場而假想的線，是閉合曲線，故C、D錯誤．磁感線的疏密反映磁場的強弱，曲線上某點的切線方向為該點磁場的方向，故A正確．磁場是在磁體和電流周圍客觀存在的物質，故B項正確．答案：AB61.2．19世紀20年代，以塞貝克(數(shù)學家)為代表的科學家已認識到溫度差會引起電流，安培考慮到地球自轉造成了太陽照射后正面與背面的溫度差從而提出如下假設：地球磁場是由繞地球的環(huán)形電流引起的．該假設中的電流方向是(

)A．由西向東垂直磁子午線B．由東向西垂直磁子午線C．由南向北沿磁子午線D．由赤道向兩極沿磁子午線62.解析：如圖所示，考慮地球的自轉方向，利用安培定則，可以判斷地磁場是由東向西的環(huán)形電流產(chǎn)生的，故B正確，其余選項錯誤．答案：B63.3．(2009·海南高考)一根容易形變的彈性導線，兩端固定．導線中通有電流，方向如圖8－1－12中箭頭所示．當沒有磁場時，導線呈直線狀態(tài)；當分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強磁場時，描述導線狀態(tài)的四個圖示中正確的是(

)64.圖8－1－1265.解析：用左手定則可判斷出A中導線所受安培力為零，B中導線所受安培力