121磁场的描述-2024高考一轮复习100考点100讲

2024年高考一轮复习100考点100讲第12章磁场第12.1讲磁场的描述【知识点精讲】一、磁场、磁感应强度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场力的作用。2．磁感应强度(1)物理意义：描述磁场的强弱和方向。(2)大小：B＝eq\f(F,IL)。(3)方向：小磁针的N极所受磁场力的方向，也就是小磁针静止时N极的指向。(4)单位：特斯拉(T)。【特别提醒】B的大小和方向由磁场本身决定，与该处放不放通电导线无关，在定义式中一定要强调通电导线垂直于磁场方向。3．匀强磁场(1)定义：磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场。(2)特点：磁感线疏密程度相同、方向相同。4．地磁场(1)地磁场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近。【特别提醒】地磁场的地磁“两极”与地球的地理“两极”位置相反。(2)在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点的磁感应强度大小相等，且方向水平向北。（3）在南半球上方某处，磁感应强度B的方向斜着向上，其水平分量Bx方向向北。在北半球上方某处，磁感应强度B的方向斜着向下，其水平分量Bx方向向北。二、磁感线电流周围磁场的方向1．磁感线及其特点(1)磁感线：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁感应强度的方向一致。(2)特点①磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向。②磁感线的疏密定性地表示磁场的强弱。③磁感线是闭合曲线，没有起点和终点。④磁感线是假想的曲线，客观上不存在。2．电流的磁场通电直导线通电螺线管环形电流安培定则3．常见电流的磁场的比较安培定则横截面图纵截面图直线电流磁感线分布特点：以导线上任意点为圆心，垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱环形电流磁感线分布特点：内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏通电螺线管磁感线分布特点：内部为匀强磁场且磁感应强度比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极三、磁场叠加问题的一般解题思路(1)确定磁场场源，如通电导线。(2)定位空间中需求解磁场的点，利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁场的大小和方向。如图所示，BM、BN为M、N处的通电直导线在c点产生的磁场。(3)应用平行四边形定则进行合成，如图中的c点合磁场的磁感应强度为B。四、磁通量1．概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的平面，其面积S与B的乘积叫做穿过这个面积的磁通量。2．公式：Φ＝BS，单位符号是Wb。3．适用条件(1)匀强磁场。(2)S为垂直于磁场的有效面积。4．物理意义：相当于穿过某一面积的磁感线的条数。5．标矢性：磁通量是标量，但有正负。6．磁通量的变化量：ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B2S2－B1S1。【特别提醒】磁通量是标量，但有正负，计算磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1时，需要规定的磁通量的正负。若磁感线从这个面进入规定磁通量为正，则磁感线从这个面出则磁通量为负值。【最新高考题精练】1.（2023高考选择性考试辽宁卷）安培通过实验研究，发现了电流之间相互作用力的规律。若两段长度分别为和、电流大小分别为I1和I2的平行直导线间距为r时，相互作用力的大小可以表示为。比例系数k的单位是（）A.kg·m/（s²·A） B.kg·m/（s²·A²） C.kg·m²/（s³·A） D.kg·m²/（s³·A³）【参考答案】B【名师解析】根据题干公式整理可得代入相应物理量单位可得比例系数k单位为B正确。2.（2023新高考福建卷）奥斯特利用如图所示实验装置研究电流的磁效应。一个可自由转动的小磁针放在白金丝导线正下方，导线两端与一伏打电池相连。接通电源瞬间，小磁针发生了明显偏转。奥斯特采用控制变量法，继续研究了导线直径、导线材料、电池电动势以及小磁针位置等因素对小磁针偏转情况的影响。他能得到的实验结果有（）A.减小白金丝直径，小磁针仍能偏转 B.用铜导线替换白金丝，小磁针仍能偏转C.减小电源电动势，小磁针一定不能偏转 D.小磁针的偏转情况与其放置位置无关【参考答案】AB【命题意图】此题考查磁场、磁场叠加及其相关知识点。【名师解析】减小导线直径，仍存在电流，其产生的磁场仍能使小磁针偏转，选项A正确；白金导线换成铜导线，仍存在电流，产生的磁场仍能使小磁针偏转，选项B正确；减小伏打电池电动势，只要导线中有电流，小磁场还是会发生偏转，选项C错误；通电导线产生的磁场与地磁场叠加后，其空间磁场方向与位置有关，当小磁针在不同位置时其偏转情况不同，选项D错误。3.（2022高考上海）四根电阻均匀分布的电阻丝连接成一个闭合的正方形线框，Q为正方形线框的中点。当强度为I的电流从a点流入d点流出时，ad边在O点产生的磁场方向为（选填：“垂直于纸面向里”或“垂直于纸面向外”）。已知直导线在O点产生的磁场大小与流经导线的电流大小成正比，若ad边在O点产生的磁场磁感应强度为B，则整个线框在O点产生的磁场磁感应强度大小为。17【参考答案】.垂直纸面向外0【命题意图】本题考查安培定则+并联电路规律+直线电流的磁场+磁场叠加【名师解析】当强度为I的电流从a点流入d点流出时，根据直线电流产生磁场判断的安培定则，可知ad边在O点产生的磁场方向为垂直纸面向外。由于四根电阻丝电阻相等，设每根电阻丝的电阻为R，设ad边中电流为I1，ab边、bc边、cd边中电流为I2，根据并联电路规律，I1R=I23R，解得另外三根电阻丝中电流为I2=I1/3。由于B正比于I，根据直线电流产生磁场判断的安培定则，可知ab边、bc边、cd边在O点产生的磁场方向都是垂直纸面向里，且产生的磁场磁感应强度大小为B/3，根据磁场叠加原理可知，整个线框在O点产生的磁场磁感应强度为B3×B/3=0。【特别提醒】四根电阻均匀分布的电阻丝，当强度为I的电流从a点流入d点流出时，电流按照并联电路规律分配。4.（2022·全国理综乙卷·18）安装适当的软件后，利用智能中的磁传感器可以测量磁感应强度B。如图，在上建立直角坐标系，显示屏所在平面为xOy面。某同学在某地对地磁场进行了四次测量，每次测量时y轴指向不同方向而z轴正向保持竖直向上。根据表中测量结果可推知（）测量序号Bx/μTBy/μTBz/μT102145202046321045421045A.测量地点位于南半球B.当地的地磁场大小约为50μTC第2次测量时y轴正向指向南方D.第3次测量时y轴正向指向东方【参考答案】BC【名师解析】地磁场如图所示。地球可视为一个磁偶极，磁南极大致指向地理北极附近，磁北极大致指向地理南极附近。通过这两个磁极的假想直线（磁轴）与地球的自转轴大约成11.3度的倾斜。由表中z轴数据可看出z轴的磁场竖直向下，则测量地点应位于北半球，A错误；磁感应强度为矢量，故由表格可看出此处的磁感应强度大致为计算得B≈50μT，B正确；由选项A可知测量地在北半球，而北半球地磁场指向北方斜向下，则第2次测量，测量，故y轴指向南方，第3次测量，故x轴指向北方而y轴则指向西方，C正确、D错误。5．（2022年6月浙江选考）下列说法正确的是A．恒定磁场对静置于其中的电荷有力的作用 B．小磁针N极在磁场中的受力方向是该点磁感应强度的方向C．正弦交流发电机工作时，穿过线圈平面的磁通量最大时，电流最大D．升压变压器中，副线圈的磁通量变化率大于原线圈的磁通量变化率【参考答案】B【命题意图】本题考查电磁学相关知识点。【解题思路】恒定磁场对静置于其中的电荷没有力的作用，A错误；小磁针N极在磁场中的受力方向是该点磁感应强度的方向，B正确；正弦交流发电机工作时，穿过线圈平面的磁通量最大时，磁通量变化率为零，电流为零，C错误；升压变压器中，副线圈的磁通量变化率等于原线圈的磁通量变化率，D错误。6.（2021年1月浙江选考）如图所示是通有恒定电流的环形线圈和螺线管的磁感线分布图。若通电螺线管是密绕的，下列说法正确的是A.电流越大，内部的磁场越接近匀强磁场B.螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场C.螺线管直径越大，内部的磁场越接近匀强磁场D.磁感线画得越密，内部的磁场越接近匀强磁场【参考答案】.B【解题思路】通电密绕长螺线管内部的磁场可以视为匀强磁场，螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场，与电流大小无关，而通电环形电流内部的磁场不是匀强磁场，选项A错误B正确；螺线管直径越小，内部的磁场越接近匀强磁场，选项C错误；磁感线是为了形象化描述磁场引入的假想曲线，磁感线画的密疏，与磁场是否匀强无关，选项D错误。【最新模拟题精练】1．（2023山东枣庄高二期末）关于磁通量，下列说法中正确的是（）A．穿过磁场中某一面积的磁通量为零该处磁感应强度也为零B．磁场中磁感应强度大的地方，穿过某面积的磁通量不一定很大C．在磁场中所取平面的面积增大，磁通量一定增大D．只有平面垂直于磁场方向时，才有磁通量【参考答案】B【名师解析】．当磁感线与平面平行时，磁通量为零，但磁感应强度不为零，故A错误；B．根据：，可知，面积和夹角不确定，磁感应强度大的地方磁通量不一定很大，故B正确；C．例如套着条形磁铁的平面，面积增大，磁感线净条数减小，磁通量减小，故C错误；D．只要穿过平面的磁感线净条数不为0，就有磁通量，不一定需要垂直，故D错误。2.（2023山东潍坊三校联考）如图所示，某一匀强磁场磁感应强度为B，方向沿z轴正向，其中AB=a，BE=b，EF=c，∠CDF=30°，下列说法正确的是：（）A.穿过ABCD面和穿过ADFE面的磁通量都为BacB.穿过BCFE面的磁通量为0C.若将ADFE面绕AD边顺时针转过150°角时，其磁通量变化量大小为BbcD.若将BCFE面绕BC边转过180°角时，其磁通量变化量大小为0【参考答案】C【名师解析】磁场方向与ABCD面平行，则穿过ABCD面的磁通量为0，根据可得，穿过ADFE面的磁通量都为Bbc，所以A错误；根据，可知，穿过BCFE面的磁通量为Bbc，所以B错误；若将ADFE面绕AD边顺时针转过150°角时，其磁通量为0，则磁通量的变化量大小为所以C正确；若将BCFE面绕BC边转过180°角时，其磁通量为则磁通量的变化量大小为所以D错误。3.（2023山东潍坊三校联考）如图所示，图甲为等量同种正电荷，A、B为其连线中垂线上对称的两点，图乙为两根电流方向相反的长直通电导线横截面，C、D为其连线中垂线上对称的两点，以下说法正确的是（）A.A、B两点电场强度相同B.一带负电粒子沿中垂线从A运动到B，其电势能先增大后减小C.C、D两点磁感应强度相同D.CD连线上各点的磁感应强度方向各不一样【参考答案】C【名师解析】根据等量同种电荷的电场分布可知，A、B两点电场强度大小相等，方向相反，则场强不相同，选项A错误；一带负电粒子沿中垂线从A运动到B，电场力先做正功后做负功，则其电势能先减小后增大，选项B错误；因两根通电导线的电流方向相反，根据安培定则，结合磁场叠加知识可知，C、D两点磁感应强度相同，CD连线上各点的磁感应强度方向一样，选项C正确，D错误。4.(2023湖南名校联考)某课外探究小组用如图所示实验装置测量学校所在位置的地磁场的水平分量Bk，将一段细长的直导体棒南北方向放置，并与开关、导线、电阻箱和电动势为E、内阻为r的电源组成如图所示的电路。在导体棒的正下方距离为h处放一小磁针，开关断开时小磁针与导体棒平行，现闭合开关，缓慢调节电阻箱接入电路中的电阻值，发现小磁针逐渐偏离南北方向，当电阻箱接入电路的电阻值为9r时，小磁针的偏转角恰好为60°，已知通电长直导线周围某点磁感应强度为B＝keq\f(I,L)(式中I为通过导线的电流强度、L为该点到通电长直导线的距离，k为常数)，导体棒和导线电阻均可忽略不计，则该位置地磁场的水平分量Bk大小为()A．Bk＝eq\f(\r(3)kE,10hr) B．Bk＝eq\f(\r(3)kE,9hr)C．Bk＝eq\f(\r(3)kE,30hr) D．Bk＝eq\f(\r(3)kE,27hr)【参考答案】C【名师解析】由闭合电路欧姆定律可得：I＝eq\f(E,r＋9r)＝eq\f(E,10r)，由题目条件可知小磁针处电流产生的磁场为：B＝eq\f(kI,L)＝eq\f(k,h)·eq\f(E,10r)，由小磁针的偏转角恰好为60°可得：tan60°＝eq\f(B,Bx)，联立解得地磁场的水平分量的大小：Bx＝eq\f(\r(3),3)B＝eq\f(\r(3)kE,30hr)，故C正确，A、B、D错误。5．如图所示，闭合线圈abcd水平放置，其面积为S，匝数为n，线圈与磁感应强度为B的匀强磁场的夹角θ＝45°。现将线圈以ab边为轴沿顺时针方向转动90°，则在此过程中线圈磁通量的改变量大小为（）A．0 B．BS C．nBS D．nBS【参考答案】B【名师解析】由题意可知，线圈旋转过程中，磁通量先减小至零后再反向增大，所以初、末状态时线圈的磁通量方向相反，根据磁通量的定义可知初、末状态时线圈磁通量大小均为所以将线圈以ab边为轴沿顺时针方向转动90°的过程中线圈磁通量的改变量大小为故选B。6．（2020年3月北京延庆模拟）对磁现象的研究中有一种“磁荷观点”这观点假定，在N极上聚集着正磁荷，在S级上聚集着负磁荷。由此可以将磁现象与电现象类比。引入相似的概念，得出一系列相似的定律。例如磁的库仑定律、磁场强度、磁偶极矩等。在磁荷观点中磁场强度定义为:磁场强度的大小等于点磁荷在该处所受磁场力与点磁荷所带磁荷量的比值若用H表示磁场强度，F表示点磁荷所受磁场力:qm表示磁荷量，则下列关系式正确的是(.)A.F=HqmB.qm=HFC.【参考答案】D【名师解析】根据题述磁荷观点中磁场强度定义，可知磁场强度H=Fqm7.(2023河南洛阳名校联考)在图甲、乙中两点电荷电荷量相等,丙、丁中通电导线电流大小相等,竖直虚线为两点电荷、两通电导线的中垂线,O为连线的中点。下列说法正确的是()A.图甲和图丁中,在连线和中垂线上,O点的场强和磁感应强度都最小B.图甲和图丁中,在连线和中垂线上,关于O点对称的两点场强和磁感应强度都相等C.图乙和图丙中,在连线和中垂线上,O点的场强和磁感应强度都最大D.图乙和图丙中,在连线和中垂线上,关于O点对称的两点场强和磁感应强度都相等【参考答案】AD【名师解析】在题图甲中,根据场强公式E=kQr8．如图所示，关于磁铁、电流间的相互作用，下列说法正确的是()A.甲图中，电流不产生磁场，电流对小磁针力的作用是通过小磁针的磁场发生的B.乙图中，磁体对通电导线的力的作用是通过磁体的磁场发生的C.丙图中电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的D.丙图中电流间的相互作用是通过电荷的电场发生的【参考答案】BC【名师解析】甲图中，电流对小磁针力的作用是通过电流的磁场发生的；乙图中，磁体对通电导线力的作用是通过磁体的磁场发生的；丙图中，电流对另一个电流力的作用是通过该电流的磁场发生的.综上所述，BC正确．9．在一空间有方向相反，磁感应强度大小均为B的匀强磁场，如图所示，向外的磁场分布在一半径为a的圆形区域内，向内的磁场分布在除圆形区域外的整个区域，该平面内有一半径为b(b>2a)的圆形线圈，线圈平面与磁感应强度方向垂直，线圈与半径为a的圆形区域是同心圆．从某时刻起磁感应强度开始减小到B2，则此过程中该线圈磁通量的变化量的大小为A.πB(b2－a2)QUOTE12πB(b2-a2)B.πB(b2C.πB(b2－a2)D.πB(b2－2a2)【参考答案】D【名师解析】计算磁通量Φ时，磁感线既有垂直纸面向外的，又有垂直纸面向内的，所以可以取垂直纸面向内的方向为正方向，初态线圈磁通量Ф1=πB(b2－a2)πBa2，末态线圈磁通量Ф2=πB(b2－a2)πBa2QUOTEϕ2=12πB(b2-a2)-12πBa2，因而磁通量的变化量为△Ф=∣Ф2Ф1∣=πB(b2－2a2)QUOTEΔϕ=|ϕ2【关键点拨】线圈与匀强磁场垂直，通过线圈的磁通量ϕ=BS，S是线圈内有磁场部分的面积πr10．.（2023湖北高考冲刺模拟）安装适当的软件后，利用智能中的磁传感器可以测量磁感应强度B。如图，在上建立直角坐标系，显示屏所在平面为xOy面。某同学在某地对地磁场进行了四次测量，每次测量时y轴指向不同方向而z轴正向保持竖直向上。根据表中测量结果可推知错误的是（）测量序号Bx/μTBy/μTBz/μT102145202046321045421045A.测量地点位于南半球B.当地的地磁场大小约为50μTC.第1次测量时x轴正向指向东方D.第4次测量时y轴正向指向东方【参考答案】C【名师解析】如图所示地球可视为一个磁偶极，磁南极大致指向地理北极附近，磁北极大致指向地理南极附近。通过这两个磁极的假想直线（磁轴）与地球的自转轴大约成11.3度的倾斜。由表中z轴数据可看出z轴的磁场竖直向上，则测量地点应位于南半球，故A正确，不符合题意；磁感应强度为矢量，故由表格可看出此处的磁感应强度大致为计算得B≈50μT，故B正确，不符合题意；由选项A可知测量地在南半球，而南半球地磁场指向北方斜向上，则第1次测量故y轴指向南方，x轴正向指向西方。第4次测量故x轴指向南方而y轴则指向东方，故C错误，符合题意，D正确，不符合题意。11..(2023浙江杭州九校期中联考)已知通电长直导线周围某点的磁感应强度与导线中的电流成正比、与该点到导线的距离成反比。如图所示，两根平行长直导线相距为，分别通以大小相等、方向相同的电流。规定磁场方向垂直纸面向里为正，在区间内磁感应强度随变化的图线可能是图中的（）A. B.C. D.【参考答案】：D【名师解析】：由安培定则可知，左侧的电流在其右侧的磁场方向垂直纸面向里，而右侧的电流在其左侧产生的磁场方向垂直纸面向外，根据通电长直导线周围某点的磁感应强度可知距离电流越远，电流产生的磁场越小，根据对称性可知两电流在处的合磁场大小为0，区域的合磁场方向垂直纸面向里，为正值；区域的合磁场方向垂直纸面向外，为负值。故选D。12．（2023四川成都七中二诊）四根在同一平面（纸面）内的长直绝缘导线组成一个“井”字形，导线中通过的电流大小均为I，方向如图所示。a、b和c三点位于“井”字形对角线上，其中b点在“井”字形中心，且。下列说法正确的是（）A．b点的磁感应强度为零 B．a、c两点的磁感应强度相同C．a点磁感应强度方向垂直纸面向外 D．减小导线1的电流，b点的磁感应强度也减小【参考答案】AC【名师解析】．根据安培定则和磁感应强度的叠加可知，1和3、2和4导线在b点产生的磁感应强度大小相等，方向相反，叠加后b点的磁感应强度为零，故A正确；根据叠加原理和对称性可知，a、c两点的磁感应强度大小相等，方向相反，故B错误；所有导线在a点产生的磁感应强度方向均垂直纸面向外，叠加后a点磁感应强度方向垂直纸面向外，故C正确；减小导线1的电流，1和3导线在b点产生的磁感应强度不能抵消，则b点的磁感应强度增大，故D错误。13.(2023广东重点高中期末)正三角形ABC的三个顶点处分别有垂直于三角形平面的无限长直导线，导线中通有恒定电流，A、B导线电流方向垂直纸面向内，C导线电流方向垂直纸面向外，a、b、c三点分别是正三角形三边的中点，若A、B、C三处导线中的电流分别为3I、2I、I，已知无限长直导线在其周围某一点产生的磁场磁感应强度B的大小与电流成正比，与电流到这一点的距离成反比，即B=k，则a、b、c三点的磁感应强度大小关系为A．a点最大 B．b点最大 C．c点最大 D．b，c两点一样大【参考答案】．C【名师解析】设正三角形的边长为2L，根据公式，结合矢量的叠加原理，则a、b、c三点的磁感应强度大小分别为：；；；综上所述，故C正确，ABD错误；故选C．14.（2023浙江萧山名校联考）如图所示，a、b、c一个等腰直角三角形的三个顶点，三角形在竖直平面，斜边ab水平方向。图甲在a、b两个顶点分别放置两等量正点电荷，已知a处点电荷在c点产生的电场强度大小为E：图乙在a、b两个顶点分别放置两电流相同垂直三角形平面向里的导线，已知a处通电导线在c点产生的磁感应强度大小为B．不考虑其他因素的影响，则有（）A.图甲中，c处的电场强度大小为2E，方向竖直向上B.图甲中，c处的电场强度大小为E，方向水平向右C.图乙中，c处的磁感应强度大小为2B，方向竖直向上D.图乙中，c处的磁感应强度大小为B，方向水平向右【参考答案】D【名师解析】图甲中，电荷a在c点的场强方向沿ac