【志鸿优化设计】（安徽专用）高考物理一轮复习 第八章 磁场第一节磁场的描述 磁场对电流的作用课时作业（含解析）.doc

第八章 磁场考纲要求权威解读磁场、磁感应强度、磁感线知道什么是磁场以及对磁场的两种描述方法：磁感应强度和磁感线通电直导线和通电线圈周围磁场的方向会应用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向安培力、安培力的方向掌握安培力的计算表达式，会判断安培力的方向匀强磁场中的安培力正确掌握公式fbil的使用条件，并能用来解决通电直导线在匀强磁场中的动力学问题洛伦兹力、洛伦兹力的方向知道什么是洛伦兹力，会判断正负粒子在磁场中的受力方向洛伦兹力公式掌握洛伦兹力的表达式，会用来进行计算带电粒子在匀强磁场中的运动掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律质谱仪和回旋加速器理解质谱仪和回旋加速器的结构和工作原理第一节磁场的描述磁场对电流的作用一、磁场磁感应强度1磁场(1)基本特性：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有_的作用。(2)方向：小磁针的_所受磁场力的方向。2磁感应强度(1)物理意义：描述磁场的_。(2)大小：b_(通电导线垂直于磁场)。(3)方向：小磁针静止时_的指向。3安培的分子电流假说安培认为，在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种_分子电流。分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于_。二、磁感线及几种常见的磁场分布1磁感线在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的_方向都跟这点的磁感应强度的方向一致。2几种常见的磁场(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图所示)(2)几种电流周围的磁场分布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、非匀强且距导线越远处磁场_与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场_，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_安培定则立体图横截面图纵截面图(3)匀强磁场在磁场的某些区域内，磁感线为_的平行线，如图所示。(4)地磁场地磁场的n极在地理_附近，s极在地理_附近，磁感线分布如图所示。在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感应强度_，且方向水平_。三、磁场对电流的作用安培力1大小若ib时，_；若ib时，fbil。2方向总垂直于_所决定的平面，即一定垂直于b和i，但b与i不一定垂直。可以用左手定则来判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指_，并且都跟手掌在_，把手放入磁场中，让磁感线_，使伸开的四指指向_的方向，那么，_所指的方向就是通电导线在磁场中的受力方向。3两平行通电导线间的作用同向电流相互_，反向电流相互_。1.(2012天津理综)如图所示，金属棒mn两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由m向n的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为。如果仅改变下列某一个条件，角的相应变化情况是( )a棒中的电流变大，角变大b两悬线等长变短，角变小c金属棒质量变大，角变大d磁感应强度变大，角变小2.磁场中某区域的磁感线如图所示，则( )am、n两处的磁感应强度的大小不等，bmbnbm、n两处的磁感应强度的大小不等，bmbnc同一通电导线放在m处受力一定比放在n处受力大d同一通电导线放在m处受力一定比放在n处受力小3请根据图中给出的条件，运用左手定则，指明各图中第三个物理量的方向。4(2012六安寿县正阳中学期末)图中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场。现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力，来测量磁场的磁感应强度大小并判定其方向。所用部分器材已在图中给出，其中d为位于纸面内的u形金属框，其底边水平，两侧边竖直且等长；e为直流电源；r为电阻箱；a为电流表；s为开关。此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线。(1)在图中画线连接成实验电路图。(2)完成下列主要实验步骤中的填空。按图接线。保持开关s断开，在托盘内加入适量细沙，使d处于平衡状态；然后用天平称出细沙质量m1。闭合开关s，调节r的值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使d_；然后读出_，并用天平称出_。用米尺测量_。(3)用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小，可以得出b_。(4)判定磁感应强度方向的方法是：若_，磁感应强度方向垂直纸面向外；反之，磁感应强度方向垂直纸面向里。一、磁感线和电场线的比较自主探究1下列关于电场线和磁感线的说法中错误的是( )a静电场的电场线总是从正电荷或无穷远出发，终止于无穷远或负电荷b磁感线总是从磁体北极出发，到磁体南极终止c电场中某点的电场强度方向就是电场线的切线方向，也是正电荷所受电场力的方向d磁场中某点的磁场方向就是磁感线的切线方向，也是小磁针北极在该点的受力方向思考：磁感线和电场线有何异同点？请完成下列表格。磁感线电场线相似点引入目的_疏密意义_切线方向_是否相交_不同点_二、对磁感应强度的理解自主探究2关于磁感应强度的概念，以下说法中正确的有( )a电流元il在磁场中受力为f，则磁感应强度b一定等于b电流元il在磁场中受力为f，则磁感应强度一定大于c磁场中电流元受力大的地方，磁感应强度不一定大d磁场中某点磁感应强度的方向与电流元在此点的受力方向相同思考1：磁感应强度的定义式b，能否说b的大小与f成正比，与il成反比？思考2：由定义式b计算b时 ，通电导线如何放置？若通电导线平行于磁场放置，导线的受力情况如何？该处的磁感应强度呢？思考3：磁感应强度b的方向与f的方向是否相同？自主探究3(2012大纲全国)如图，两根相互平行的长直导线过纸面上的m、n两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流。a、o、b在m、n的连线上，o为mn的中点，c、d位于mn的中垂线上，且a、b、c、d到o点的距离均相等。关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是( )ao点处的磁感应强度为零ba、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反cc、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同da、c两点处磁感应强度的方向不同思考：空间一点的磁感应强度如何计算？归纳要点1磁感应强度与电场强度的区别(1)电荷在电场中总是受力，而电流在磁场中不一定受力，且受力情况取决于电流与磁场方向的关系，两者方向平行时不受力，垂直时受力最大；(2)电场力方向总与电场强度方向在同一条直线上，但安培力方向与磁场方向总是垂直的，且垂直于磁场和电流决定的平面。2磁感应强度是矢量，它的叠加遵从平行四边形定则。有关力的合成的方法对磁感应强度的合成都是适用的。三、安培力的计算和方向的判断自主探究4如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为b的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直。线段ab、bc和cd的长度均为l，且abcbcd135。流经导线的电流为i，方向如图中箭头所示。导线abcd所受到的磁场的作用力的合力( )a方向沿纸面向上，大小为(1)ilbb方向沿纸面向上，大小为(1)ilbc方向沿纸面向下，大小为(1)ilbd方向沿纸面向下，大小为(1)ilb思考1：安培力的方向与磁场方向、电流方向有何关系？思考2：在安培力f、磁感应强度b、电流i三者中，若任知其中两个的方向，能否唯一判断第三个的方向？思考3：如何计算弯曲导线所受的安培力？归纳要点安培力的方向取决于电流和磁场方向决定的平面，且总与该平面垂直，处理此类问题首先要把立体图改画为截面图，要正确判断出通电导线与磁场方向的关系，注意分析二者是否垂直。命题研究一、安培定则的应用【题例1】如图所示，直导线ab、螺线管c、电磁铁d三者相距较远，它们的磁场互不影响。当开关s闭合后，则小磁针的北极n(黑色一端)指示出的磁场方向正确的是( )aa、c bb、c cc、d da、d思路点拨：由安培定则判断出磁场的分布，小磁针的n极总是指向磁场的方向。解题要点：规律总结运用安培定则时的注意事项(1)在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清“因”和“果”。(2)在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时“大拇指指向”和“四指指向”的含义不同。详见下表：磁场类别原因(电流方向)结果(磁感线方向)直线电流的磁场大拇指指向四指指向环形电流的磁场四指指向大拇指指向命题研究二、安培力作用下导体运动情况的判定【题例2】 如图所示，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)( )a顺时针方向转动，同时下降b顺时针方向转动，同时上升c逆时针方向转动，同时下降d逆时针方向转动，同时上升思路点拨：首先明确常见磁场的磁感线分布情况，然后取“电流元”，用左手定则判定其受力方向。解题要点：规律总结判定安培力作用下导体运动情况的常用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，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命题研究三、与安培力有关的力学综合问题【题例3】(2012福建泉州模拟)如图所示，两平行金属导轨间的距离l0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角37，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度b0.50 t、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势e4.5 v、内阻r0.50 的直流电源。现把一个质量m0.040 kg的导体棒mn放在金属导轨上，导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直、且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻r02.5 ，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2。已知sin 370.60，cos 370.80，求：(1)通过导体棒的电流；(2)导体棒受到的安培力大小；(3)导体棒受到的摩擦力。思路点拨：解题要点：规律方法求解通电导体在磁场中的力学问题的方法。(1)选定研究对象；(2)变三维为二维，如侧视图、剖面图或俯视图等，画出平面受力分析图，判断安培力的方向时切忌跟着感觉走，要用左手定则来判断，注意f安b、f安i；(3)根据力的平衡条件、牛顿第二定律列方程式进行求解。1为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流i引起的。在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是( )2.(2012浙江嘉兴月考)如图所示，长为3l的直导线折成三段做成正三角形，并置于与其所在平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度为b，当在该导线中通以如图所示的电流i时，该通电导线受到的安培力大小为( )a2bil b.bil c. bil d03.(2012无为开城中学期末)两条导线互相垂直，相隔一段较小的距离，如图所示；其中一条ab是固定的，另一条cd能自由转动，当直流电流按图示方向通入两条导线时，cd导线将( )a逆时针方向转动，同时靠近导线abb顺时针方向转动，同时靠近导线abc逆时针方向转动，同时离开导线abd顺时针方向转动，同时离开导线ab4.水平放置的光滑金属导轨宽l=0.2 m，接有电源电动势e=3 v，电源内阻及导轨电阻不计。匀强磁场竖直向下穿过导轨，磁感应强度b=1 t。导体棒ab的电阻r=6 ，质量m=10 g，垂直放在导轨上并良好接触，求合上开关的瞬间，(1)金属棒受到的安培力；(2)金属棒的加速度。参考答案基础梳理自测知识梳理一、1.(1)磁场力(2)n极2(1)强弱和方向(2)(3)n极3环形电流两个磁极二、1.切线2(2)越弱最强越弱(3)同向等密(4)南极北极相等向北三、1.f02b、i垂直同一平面内垂直穿入手心电流拇指3吸引排斥基础自测1a解析：水平的直线电流在竖直磁场中受到水平的安培力而偏转，与竖直方向形成夹角，此时它受拉力、重力和安培力而达到平衡，根据平衡条件有tan ，所以棒子中的电流增大，角变大；两悬线变短，不影响平衡状态，角不变；金属质量变大，角变小；磁感应强度变大，角变大。2b3.b3答案：(a)f垂直于纸面向里(b)f垂直于纸面向里(c)b垂直于纸面向外(d)i由左向右(e)f垂直于i斜向右下方4答案：(1)电源、电流表、电阻箱串联连接，接在线框左端(2)d重新处于平衡状态电流读数i此时细沙的质量为m2d的底边长度为1(3)(4)m2m1核心理解深化【自主探究1】 b提示：磁感线电场线相似点引入目的都是为了形象地描述场而引入的假想曲线，实际不存在疏密意义都能定性地描述场的强弱切线方向都是表示该点电场强度的方向是否相交不相交不同点磁感线为闭合曲线，磁体外部的磁感线由n极指向s极，内部的磁感线由s极指向n极电场线起始于正电荷或无穷远，终止于无穷远或负电荷【自主探究2】 c解析：判断磁感应强度的大小，需要在电流元受力最大的前提下进行，选项a、b中的力f可能小于或等于最大受力，因此，磁感应强度b可能大于或等于；电流元在磁场中受力与其放置方位有关，因此电流元受力大的地方，磁感应强度不一定大；磁场的方向规定为小磁针n极的受力方向，与电流元受力方向不相同。提示：1.磁感应强度是用比值法定义的，其大小由磁场本身的性质决定，与放入其中的直导线的电流i的大小、导线的长短l的大小无关。2由定义式b计算b时，通电导线必须垂直于磁场；若通电导线平行于磁场，则不受安培力，但不能说该处磁感应强度为零。3磁感应强度是矢量，其方向是放入其中的小磁针静止时n极的指向，不是磁场中电流所受安培力的方向，而是与导线受到安培力的方向垂直。【自主探究3】 c解析：根据安培定则可知m、n导线中的电流在o点产生的磁场方向均垂直mn连线，由od，故o处的磁感应强度不为零，选项a错误；由于m、n两导线中电流大小相等，根据对称性知babb，磁感应强度方向均垂直于m、n连线，方向相同，选项b错误；c、d关于o点对称，m、n两导线中的电流在c、d两点产生的磁感应强度的矢量和相等且方向均为cd，选项c正确；a、b、c、d四点磁感应强度方向均相同，选项d错误。提示：当空间中有两个或两个以上的磁场时，在某一点的磁感应强度就是每个磁场单独存在时产生的磁感应强度的矢量和，应用平行四边形定则求解其大小和方向。【自主探究4】 a解析：根据左手定则可知，导线ab、bc、cd受力如图所示，根据安培力公式可知，fabfbcfcdbil，将力fab、fcd在纸面内沿水平和竖直方向分解可知，它们的水平分力等大反向，合力f2bilcos 45bil，方向竖直向上；导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力f合ffbc(1)bil，方向沿纸面向上。提示：1.由左手定则可知安培力的方向垂直于磁场方向(b方向)、垂直于电流(i)方向，垂直于b、i决定的平面。2已知b和i的方向能唯一确定f的方向；已知f和b(或i)的方向，不能唯一确定i(或b)的方向。3利用fbil计算垂直放在磁场中的弯曲导线受的安培力时，式中的l等于两端点连接直线的长度(如图所示)，相应的电流方向，沿l由始端流向末端。考向探究突破【题例1】 a解析：据安培定则判断出：(1)ab直导线的磁场在小磁针a所在位置垂直纸面向外，所以磁针a的n极指向正确；(2)c左侧为n极，内部磁场向左，所以磁针c的n极指向正确，磁针b的n极指向不正确；(3)d左端为s极，右端为n极，所以磁针d的n极指向也不正确。【题例2】 a解析：(1)电流元法如图所示，把直线电流等效为ao、oo、ob三段(oo段极短)电流元，由于oo段电流方向与该处磁场方向平行，所以不受安培力作用；ao段电流元所