2013高考物理练兵题1

1、用心爱心专心-1 -磁场考纲要求1、电流的磁场I2、磁感应强度，磁感线，地磁场n3、 磁性材料，分子电流假说I4、 磁场对通电直导线的作用，安培力，左手定则n5、 磁电式电表原理I6、 磁场对运动电荷的作用，洛伦兹力，带电粒子在匀强磁场中的运动n7、 质谱仪，回旋加速器I知识网络：安壌分子电硫假说本章在介绍了磁现象的电本质的基础上，主要讨论了磁场的描述方法（定义了磁感应强 度、磁通量等概念，引入了磁感线这个工具）和磁场产生的作用（对电流的安培力作用，对 通电线圈 的磁力矩作用和对运动电荷的洛仑兹力作用）及相关问题。其中磁感应强度、磁通 量是电磁学 的基本概念，应认真理解；载流导体在磁场中的平衡

2、、加速运动，带电用心 爱心 专心- 2 -粒子在洛 仑兹力作用 下的圆周运动等内容应熟练掌握；常见磁体周围磁感线的空间分布观念的建立， 常是解决有 关问题的关键，应注意这方面的训练。单元切块：按照考纲的要求，本章内容可以分成三部分，即：基本概念 安培力；洛伦兹力 带电粒 子在磁场中的运动；带电粒子在复合场中的运动。其中重点是对安培力、洛伦兹力的理解、 熟练解决通电直导线在复合场中的平衡和运动问题、带电粒子在复合场中的运动问题。难点 是带电粒子在复合场中的运动问题。知识点、能力点提示1.通过有关磁场知识的归纳，使学生对磁场有较全面的认识，并在此基础上理解磁现象 电本质；2.介绍磁性材料及其运用，

3、扩大学生的知识面，培养联系实际的能力；3.磁感应强度B的引入，体会科学探究方法；通过安培力的知识，理解电流表的工作原 理；通过安培力的公式F=IIBsin0的分析推理，开阔学生思路，培养学生思维能力；通过安 培力 在电流表中的应用，培养学生运用所学知识解决实际问题的意识和能力；4.通过洛仑兹力的引入，培养学生的逻辑推理能力；5.通过带电粒子在磁场中运动及回旋加速器的介绍，调动学生思考的积极性及思维习惯 的培养，并开阔思路。1基本概念 安培力教学目标：1掌握电流的磁场、安培定则；了解磁性材料，分子电流假说2掌握磁感应强度，磁感线，知道地磁场的特点3掌握磁场对通电直导线的作用，安培力，左手定则4了

4、解磁电式电表的工作原理5能够分析计算通电直导线在复合场中的平衡和运动问题。教学重点：磁场对通电直导线的作用，安培力教学难点：通电直导线在复合场中的平衡和运动问题教学方法：讲练结合，计算机辅助教学教学过程：一、基本概念1.磁场的产生磁极周围有磁场。电流周围有磁场（奥斯特）。用心 爱心 专心- 3 -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。 ）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；

5、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

6、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。磁感线是封闭曲线（和静电场的电场线不同）。用心爱心专心-4 -要熟记常见的几种磁场的磁感线: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BF（条件是匀强磁场中，或 L很小，并且L丄B）。IL磁感应强度是矢量。单位是特斯拉，符号为T,1T=1N/（Am =1kg/（As2）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，用表示。是标量，但是有方向（进该

7、面或出该面）。2 2 2单位为韦伯，符号为w。1VW=1Tm=1Vs=1kg m/（As）。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=Q/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a时，有=BSsina。二、安培力（磁场对电流的作用力）1.安培力方向的判定* * *通电直导线周围磁场条瞬施铁蹄形磁铁直线电流的琨场破感塔分布安培定则地球磁场通电环行导线周围磁场用心爱心专心-5 -用左手定则。用心爱心专心-6 -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）。用“同向电流相吸，反向电流相斥”（反映了磁现象的电本质）。可

8、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）。【例1】磁场对电流的作用力大小为F=BIL（注意：L为有效长度，电流与磁场方向应_ ）.F的方向可用 _ 定则来判定.试判断下列通电导线的受力方向.试分别判断下列导线的电流方向或磁场方向或受力方向.【例2】如图所示，可以自由移动的竖直导线中通有向下的电流，不计通电导线的重力，仅在磁场力作用下，导线将如何移动？解：先画出导线所在处的磁感线，上下两部分导线所受安培力 的方向相反，使导线从左向右看顺时针转动；同时又受到竖直向上的磁场的作用而向右移动（不要说成先转90后平移）。分析的关键是画出相关的磁感线。【例3】 条形磁铁放在粗糙水平面

9、上，正中的正上方 有一导线，通有图示方向的电流后， 磁铁对水平面的压力将 会（增大、减小还是不变？）_。水平面对磁铁的摩擦力大小为_。解：本题有多种分析方法。画出通电导线中电流的磁场中通过两极的那条磁感线（如 图中粗虚线所示），可看出两极受的磁场力的合力竖直向上。磁铁对水平面的压力减小，但不 受摩擦力。画出条形磁铁的磁感线中通过通电导线的那一条（如图中细虚线所示），可看出导线受到的安培力竖直向下，因此条形磁铁受的反作用力竖直向上。把条形磁铁等效为通 电螺线管，上方的电流是向里的，与通电导线中的电流是同向电流，所以 互相吸引。【例4】如图在条形磁铁N极附近悬挂一个线圈，当线圈中通有逆时 -q用心

10、爱心专心-7 -针方向的电流时，线圈将向哪个方向偏转?解：用“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”最简单：条形磁铁的等效螺线管的电 流在正面是向下的，与线圈中的电流方向相反，互相排斥，而左边的线圈匝数多所以线圈向 右偏转。（本题如果用“同名磁极相斥，异名磁极相吸”将出现判断错误，因为那只适用于线 圈位于磁铁外部的情况。）【例5】 电视机显象管的偏转线圈示意图如右，即时电流方向如图所示。 该时刻由里向外射出的电子流将向哪个方向偏转？解：画出偏转线圈内侧的电流，是左半线圈靠电子流的一侧为向里，右半线 圈靠电子流的一侧为向外。电子流的等效电流方向是向里的，根据“同向电流互 相吸引，反向电流互相排斥”

11、，可判定电子流向左偏转。（本题用其它方法判断也行，但不如这个方法简洁）。2.安培力大小的计算F=BLIsina（a为B L间的夹角）高中只要求会计算a=0（不受安培力）和a=90两种情况。【例6】 如图所示，光滑导轨与水平面成a角，导轨宽L。匀强磁场磁感应强度为B。金属杆长也为L，质量为m水平放在导轨上。 当回路总电流为Il时，金属杆正好能静止。求：B至少多大？这时B的方向如何？若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上， 应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止？解：画出金属杆的截面图。由三角形定则得，只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小，B也最小。根据左手定则，这时B应垂直于

12、导轨平面向上，大小满足：BIiL=m（sina,B=mina/1丄。当B的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，沿导轨方向合力为零，得BI2LCOSa=mgsina,12=Ii/cosa。（在解这类题时必须画出截面图, 只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向，从而弄清各矢量方向间的关系）【例7】如图所示，质量为m的铜棒搭在U形导线框右端，棒长和 框宽均为L,磁感应强度为B的匀强磁场方向竖直向下。电键闭合后， 在磁场力作用下铜棒被平抛出去，下落h后的水平位移为s。求闭合电键后通过铜棒的电荷量Q解：闭合电键后的极短时间内，铜棒受安培力向右的冲量FAt=mv而被平抛出去，其中F=BIL

13、,而瞬时电流和时间的乘积等于电荷量Q=IAt，由平抛规律可算s.sg g，最终可得 Q Q = =msms g g。t 2hBL 2h铜棒离开导线框时的初速度a用心爱心专心-8 -【例8】如图所示，半径为R、单位长度电阻为的均匀导体环固定 在水平面上，圆环中心为0,匀强磁场垂直于水平面方向向下，磁感应强 度为B。平行于直径M0N勺导体杆，沿垂直于杆的方向向右运动。杆的电 阻可以忽略不计，杆于圆环接触良好。某时刻，杆的位置如图，/a0b=20，速度为v,求此时刻作用在杆上的安培力的大小。解：ab段切割磁感线产生的感应电动势为E=vB2Rsin0,以a、b为端点的两个弧上的电阻分别为2、R (n-

14、0)和2，R0，回路的总电阻为r =2 Rr二一二，总电流为1=日r，安31培力F=IB2Rsin0,2二vB2Rsin2T由以上各式解得：F =矽(JI-e)【例9】如图所示，两根平行金属导轨间的距离为0.4 m,导轨平面与水平面的夹角为37, 磁感应强度为0.5 T的匀强磁场垂直于导轨平面斜向上，两根电阻均为1Q、重均为0.1 N的金属杆ab、cd水平地放在导轨上，杆与导轨间的动摩擦因数为0.3，导轨的电阻可以忽略.为使ab杆能静止在导轨上，必须使cd杆以多大的速率沿斜面向上运动？解：设必须使cd杆以v沿斜面向上运动，则有cd杆切割磁场线，将产生感应电动势E=Blv在两杆和轨道的闭合回路中

15、产生电流I=亘2Rab杆受到沿斜面向上的安培力F安=Bilab杆静止时，受力分析如图根据平衡条件，应有Gsin0卩Geos0F安wGSin0+卩ODOS0联立以上各式，将数值代人，可解得1.8 m/swvw4.2 m/sX X XX9 -【例10】如图所示是一个可以用来测量磁感应强度的装置：一长方体绝缘容器内部高为L,厚为d,左右两管等高处装有两根完全相同的开口向上的管子a、b,上、下两侧装有电极C（正极）和D（负极）并经开关S与电源连接，容器中注满能导电的液体，液体的密度为p;将容器置于一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，当开关断开时，竖直管子a、b中的液面高度相同，开关S闭合后，a、b管中

16、液面将出现高度差。若当开关S闭合后，a、b管中液面将出现高度差为h,电路中电流表的读数为I，求磁感应强度所以F=NBL=mg因此磁感应强度亠册。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【例11】已知北京地区地磁场的水平分量为100m的金属杆作为避雷针，在某次雷雨天气中，某一时刻的放电电流为 受培力的方向和大小如何？磁力矩又是多大？分析：首先要搞清放电电流的方向.因为地球带有负电荷，雷雨放电时，是地球所带电荷a、B的大小。解析：开关S闭合后，导电液体中有电流由C流到D,根据左手定则F作用,a以以-tK在液体中产生附加压强P,这样a、b管中液面将出现高度差。在液体中产生附加压强F

17、 BLIP二-BI所以磁感应强度B的大小为:【例10】安培秤如图所示，它的一臂下面挂有一个矩形线圈， 共有N匝，它的下部悬在均匀磁场B内，下边一段长为L,它与 当线圈的导线中通有电流I时，调节砝码使两臂达到平衡；然后使电流 反向，这时需要在一臂上加质量为m的砝码，才能使两臂再达到平衡。求磁感应强度B的大小。B垂直。解析：根据天平的原理很容易得出安培力1F=2mg，3.0X105T.若北京市高层建筑安装了高105A,此时金属杆所x bXXX线圈Hx不X Xx X用心爱心专心-10 -通过金属杆向上运动，即电流方向向下对于这类问题，都可采用如下方法确定空间的方向：面向北方 而立，则空间水平磁场均为

18、“X”；自己右手边为东方，左手边为西用心爱心专心方，背后为南方，如图2所示.由左手定则判定电流所受磁场力向右（即指向东方）一55F=BII=3.0X10X10X100=300（N）.因为磁力与通电导线的长度成正比，可认为合力的作用点为金属杆的中点，所以磁力矩11M= _F I= - X300X100224=1.5X10（N- m）.用同一方法可判断如下问题：一条长2m的导线水平放在赤道上空，通以自西向东的电流,它所受地磁场的磁场力方向如何？2.地磁场中的电磁感应现象【例12】绳系卫星是系留在航天器上绕地球飞行的一种新型卫星，可以用来对地球的大气层进行直接探测；系绳是由导体材料做成的，又可以进行地球空间磁场电离层的探测；系绳在运动中又可为卫星和牵引它的航天器提供电力1992年和1996年，在美国“亚特兰大”号航天飞机在飞行中做了一项悬绳发电实验：航 天飞机在赤道上空飞行，速度为7.5km/s，方向自西向东.地磁场在该处的磁感应强度B=0.5X10一4T.从航天飞机上发射了一颗卫星，卫星携带一根长I=20km的金属悬绳与航天飞机相连从航天飞机到卫生间的悬绳指向地心.那么，这根悬绳能产生多大的感应电动势呢？分析：采用前面所设想的确定空间方位的方法，用右手定则不难发现，竖起右手，大拇指向右边（即东方），四指向上（即地面的上方），