《备考指南一轮 物理 》课件-第9章 第1讲

磁场第九章主干内容学科素养磁场、磁感应强度、磁感线1.高考中几乎每年都涉及本章的考点，在内容上主要集中在磁场的叠加、磁场对电流的作用、带电粒子在磁场中的运动及在复合场中的运动和实际应用等．通常以磁场、磁感线、安培力、洛伦兹力等考查“物理观念”素养，以磁场、磁感线的应用，安培力、洛伦兹力的动力学和能量分析等考查“科学思维”素养．2．考查形式主要体现在计算题上，尤其是压轴题大多涉及带电粒子在复合场中的运动，由于知识综合性强、难度大、区分度大，仍将是高考中的重难点和热点，复习时应加强训练.通电直导线和通电线圈周围磁场的方向安培力、安培力的方向匀强磁场中的安培力洛伦兹力、洛伦兹力的方向洛伦兹力的公式带电粒子在匀强磁场中的运动质谱仪和回旋加速器第1讲磁场的描述磁场对电流的作用【备考指南】本讲内容是关于磁场的基础知识，包括磁感应强度和安培力的概念、安培定则和右手定则的应用．高考很少对这些知识单独考查．学习本讲知识，主要是为进一步学习磁场的其他内容打好基础．栏目导航01知识梳理回顾03核心素养提升02要点各个击破04配套训练知识梳理回顾11．磁场的产生磁场是一种物质，产生于磁体和电流周围．2．磁场的基本性质磁场对放入其中的______和______有磁场力的作用(对磁极一定有力的作用；对电流只是可能有力的作用，当电流和磁感线________时电流不受磁场力作用)．3．磁场的方向规定：小磁针在磁场中静止时______极所指的方向就是该点的磁场方向或者说是小磁针在磁场中______极的受力方向．一磁场的产生及基本性质磁极电流平行N

N

4．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．(4)单位：________，名称________，简称________．5．磁通量(1)概念：在匀强磁场中，与磁场方向________的面积S和磁感应强度B的乘积，叫做穿过这个面积的磁通量．(2)公式：Φ＝________.(3)单位：1Wb＝________.强弱和方向北极T

特斯拉特垂直BS

1T·m2

【对点小练】1．(多选)下列说法正确的是(

)A．电荷在某处不受电场力的作用，则该处的电场强度为零B．一小段通电导线在某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零C．表征电场中某点电场的强弱，是把一个检验电荷放在该点时受到的电场力与检验电荷本身电荷量的比值D．表征磁场中某点磁场的强弱，是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导线长度和电流乘积的比值【答案】AC1．磁感线(1)磁感线是用来形象描述磁场中各点的__________和________的曲线，是________的物理模型．磁感线上每一点的__________就是该点的磁场方向，也就是在该点小磁针静止时N极的指向．磁感线的________表示磁场的强弱．(2)磁感线是________曲线(和静电场的电场线不同)．(3)电流磁场的磁感线绕向可由__________判定，它也叫做________________．二磁感线、通电导体周围的磁场分布磁场方向强弱假想切线方向疏密封闭安培定则右手螺旋定则2．要熟记常见的几种磁场的磁感线，如图所示．3．地磁场：地球本身就是一个大磁体，具有以下几个特点：(1)地磁场的N极在地理________附近，地磁场中S极在地理________附近，磁感线分布如图所示．(2)地磁场B的水平分量(Bx)总是从地球南极指向北极，而竖直分量(By)则南北相反，在南半球垂直于地面向上，在北半球垂直于地面向下．(3)在赤道平面上，距离地球表面相等的各点磁感应强度相等且方向水平向北．南极北极4．磁感线和电场线的比较磁感线和电场线的疏密都能形象地表示相应场的强弱，但应注意：(1)只有在同一个图中才能根据磁感线或电场线的疏密判定各处相应场的强弱．(2)没有画出磁感线或电场线的地方并不表示那里没有磁场或电场存在.比较磁感线电场线不同点闭合曲线，外部从N→S，内部从S→N起始于正电荷，终止于负电荷相似点引入目的都是为了形象描述场而引入的假想线，实际不存在疏密都能定性描述场的强弱切线方向都表示该点场的方向是否相交不能相交(电场中无电荷空间不相交)【对点小练】2．(2019年浙江模拟)在宇宙环境中，地磁场保护着地球．地质记录表明，自地球在46亿年前形成以来，已经有过数百次地磁反转，也就是说，地球的磁场在“反极性”(地磁场方向与现在的方向相同)和“正极性”(地磁场方向与现在的方向相反)之间不断变换．物理学家的研究认为，地球的磁极反转在未来仍可能会发生．下列关于地磁反转期间的说法正确的是(

)A．对依靠磁场进行导航的物种不会有影响B．若地磁场处于最弱的状态时，就不会对地球生物的生存有影响C．太阳辐射的髙能粒子直接轰击地球的大气层，可能引发一些疾病D．地球磁场的反转可能是瞬间发生，而不是一个缓慢、渐进的过程【答案】C【解析】当地球的磁场变化时，对依靠磁场进行导航的物种会有影响，选项A错误．由于地球的磁场方向沿南北方向，与太阳辐射的方向是垂直的，根据左手定则可知，地球的磁场能使太阳辐射的高能带电粒子发生偏转，所以地球的磁场对地球的生物有一定的保护作用．若地磁场处于最弱的状态时，就会对地球生物的生存有影响，选项B错误．结合B的方向可知，地磁反转期间地球的磁场减弱，太阳辐射的高能粒子直接轰击地球的大气层，可能引发一些疾病，选项C正确．根据研究发现，地球磁场的反转不可能是瞬间发生，而是一个缓慢、渐进的过程，选项D错误．1．安培力的方向(1)左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指________，并且都与手掌在同一个平面内．让磁感线从掌心进入，并使四指指向________的方向，这时________所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．(2)两平行的通电直导线间的安培力：同向电流互相________，异向电流互相________．(3)注意问题：磁感线方向不一定垂直于电流方向，但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直，即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面．三磁场对电流的作用垂直电流大拇指吸引排斥

2．安培力的大小当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，F＝__________.这是一般情况下的安培力的表达式，以下是两种特殊情况：(1)当磁场与电流________时，安培力最大，Fmax＝________.(2)当磁场与电流________时，安培力等于零．3．判定步骤首先必须弄清楚导体所在位置的________分布情况，然后利用__________准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向．ILBsinθ

垂直ILB

平行磁场左手定则【答案】C要点各个击破2要点1对磁场、磁感线的理解1．磁体的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷运动产生的，磁场与电流方向的关系遵循安培定则．2．磁场可以用磁感线形象地描述．磁感线是闭合的曲线，在磁体外部从N极指向S极，在磁体内部从S极指向N极．磁感线不能相交，也不能相切．3．若某个区域内磁感应强度的大小处处相等，方向处处相同，那么该区域的磁场叫做匀强磁场．匀强磁场中的磁感线是平行、等距的直线．例1

地球是一个大磁体，它的存在对地球的影响是巨大的．下列有关地磁场的相关说法正确的是(

)A．地磁场的北极在地理的南极附近B．在地面上放置一枚小磁针，在没有其他磁场的影响下静止的小磁针的南极指向地磁场的南极C．北半球地磁场的方向相对地面总是竖直向下的D．地球上任何地方的地磁场方向都是和地面平行的【答案】A【解析】地理北极附近是地磁南极，地理南极附近是地磁北极，选项A正确．在地面上放置一枚小磁针，在没有其他磁场的影响下，静止的小磁针的南极指向地磁场的北极，选项B错误．地磁场的磁感线可分解成两个分量，水平分量指向地理北极附近，若在北半球，则竖直分量竖直向下；若在南半球，则竖直分量竖直向上．选项C、D都错误．练1

中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也．”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图．结合上述材料，下列说法不正确的是(

)A．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合B．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行D．地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用【答案】C【解析】地理南、北极与地磁场的南、北极不重合，有一定的夹角，即为磁偏角，故A正确．磁场线是闭合的曲线，地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近，故B正确．磁场线是闭合的曲线，地球磁场从南极附近发出，从北极附近进入地球，组成闭合曲线．故C错误．地磁场与射向地球赤道的带电宇宙粒子速度方向并不平行，所以对带电宇宙粒子有力的作用，故D正确．要点2对磁感应强度的理解及其应用

思路由磁场的叠加可知每根导线在O点产生的磁感强度大小．移动之后距O点的距离不变，故磁感强度大小不变，则由矢量合成的方向可得出移动之后的合磁感强度，即可求得比值．【答案】B练2

如图所示，带负电的金属环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转．在环左侧轴线上的小磁针最后平衡时的位置是(

)A．N极竖直向上 B．N极竖直向下C．N极沿轴线向左 D．N极沿轴线向右【答案】C【解析】负电荷匀速转动会产生与旋转方向反向的环形电流．由安培定则知，在小磁针处磁场的方向沿轴OO′向左．由于磁针N极指向为磁场方向，可知选项C正确．解决磁场叠加的思路和步骤1．根据安培定则确定各导线在某点产生的磁场方向；2．判断各分磁场的磁感应强度大小关系；3．根据矢量合成法则确定合磁场的大小和方向．要点3磁场对通电直导线的作用力——安培力1．安培力的大小安培力常用公式F＝BIL，应用时要满足：(1)B与I垂直．(2)L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度．如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度(如图所示)，相应的电流方向沿L由始端流向末端．因为任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，所以闭合线圈通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零．2．安培力问题的分析思路(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，并画出平面受力分析图．其中安培力的方向要注意F安⊥B、F安⊥I；(3)列平衡方程或牛顿第二定律的方程式进行求解．例3

(2020届浙江名校联考)如图所示装置，电源的电动势为E＝8V，内阻r1＝0.5Ω，两光滑金属导轨平行放置，间距为d＝0.2m，导体棒ab用等长绝缘细线悬挂并刚好与导轨接触，ab左侧为水平直轨道，右侧为半径R＝0.2m的竖直圆弧导轨，圆心恰好为细线悬挂点，整个装置处于竖直向下磁感应强度为B＝0.5T的匀强磁场中．闭合开关后，导体棒沿圆弧运动．已知导体棒的质量为m＝0.06kg，电阻r2＝0.5Ω，不考虑运动过程中产生的反电动势，则(

)A．导体棒ab所受的安培力方向始终与运动方向一致B．导体棒在摆动过程中所受安培力F＝8NC．导体棒摆动过程中的最大动能0.8JD．导体棒ab速度最大时，细线与竖直方向的夹角θ＝53°【答案】D练3

(2019年宁波模拟)老师在课堂上做了一个演示实验，装置如图所示，在容器的中心放一个圆柱形电极B，沿容器边缘内壁放一个圆环形电极A，把A和B分别与电源的两极相连．然后在容器内放入液体，将该容器放在磁场中，液体就会旋转起来．王同学课后重复老师的实验步骤，但液体并没有旋转起来．造成这种现象的原因可能是该同学在实验过程中(

)A．将磁铁的磁极倒置了B．将直流电源的正负极接反了C．使用的液体为能导电的饱和食盐溶液D．使用的电源为50Hz的低压交流电源【答案】D【解析】将该容器放在磁场中，能使液体旋转起来，是因为液体受到安培力作用，因此溶液要能导电，且电流方向确定，并且要有磁场．与磁铁的磁极是否接反、直流电源正负极是否接反都没有关系．而该同学实验时液体不能旋转可能是因为其使用了交流电源，所以是D选项．要点4安培力作用下物体运动方向的判断判断安培力作用下物体的运动方向的常用方法电流元法即把整段电流等效为很多段直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向特殊位置法把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置(如转过90°)后再判断所受安培力的方向，从而确定运动方向等效分析法环形电流可以等效为条形磁铁，条形磁铁也可以等效为环形电流．通电螺线管可以等效为很多环形电流推论分析法(1)两电流相互平行时无转动趋势，方向相同时相互吸引，方向相反时相互排斥(2)两电流不平行时有转动到平行且方向相同的趋势转换研究对象法电流之间、电流与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律，因此定性分析磁体在力的作用下如何运动的问题时，可先分析电流在磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律确定磁体所受的作用力，从而确定磁体所受的合力及运动方向例4

甲图中a、b是电流相等的两直线电流．乙图中c、d是电荷量相同的两正点电荷，O为两电流(或电荷)连线的中点．在O点正上方有一电子以较小的速度v射向O点．不计重力．关于电子的运动的下列说法正确的是(

)A．甲图中的电子将做变速运动B．乙图中的电子将做往复运动C．乙图中的电子在向O点运动的过程中，加速度一定在减小D．乙图中的电子在O点动能最大，电势能也最大【答案】B【解析】甲图中a、b在电子运动的方向上产生的磁场的方向都向下，与电子运动的方向相同，所以电子不受洛伦兹力的作用，将做匀速直线运动，故A错误．乙图中，cd的连线上，O点上方的电场方向向上，O点下方的电场方向向下，电子在O点上方受到的电场力方向向下，在O点的下方受到的电场力的方向向上，所以电子先做加速运动，后做减速运动，将在某一范围内做往复运动，故B正确．乙图中c、d的连线上，O点的电场强度是0，O点上方的电场方向向上，O点下方的电场方向向下，从O点向两边电场强度的大小先增大，后减小．所以乙图中的电子在向O点运动的过程中，加速度不一定在减小，故C错误．乙图中c、d的连线上，O点上方的电场方向向上，O点下方的电场方向向下，所以O点的电势最高，电子带负电，乙图中的电子在O点动能最大，电势能最小，故D错误．练4

(2019年杭州模拟)如图所示，两个完全相同且相互绝缘、正交的金属环可沿轴线OO′自由转动．现通以图示方向电流，沿OO′看去会发现(

)A．A环、B环均不转动B．A环将逆时针转动，B环也逆时针转动，两环相对不动C．A环将顺时针转动，B环也顺时针转动，两环相对不动D．A环将顺时针转动，B环将逆时针转动，两者吸引靠拢至重合为止【答案】D【解析】由安培定则可得，A环产生的磁场方向向下，B环产生的磁场方向向左，两个磁场相互作用后有磁场方向趋向一致的趋势．所以A环顺时针转动，B环逆时针转动，二者相互靠拢，直至重合．故D正确，A、B、C错误．要点5安培力作用下的平衡问题当通电导体在磁场中所受到的安培力、重力等外力的合力为零时，它将处于平衡状态．在分析通电导体在磁场中的平衡问题时，其思路和方法与分析力学中的平衡问题是一样的．【答案】ACD练5

(2019年开封质检)水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，导轨的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻)．现垂直于导轨搁一根质量为m电阻为R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为θ，指向右上方且与金属棒ab垂直，如图所示．求：(1)当ab棒静止时，它受到的支持力和摩擦力各为多大？(2)若B的大小和方向均能改变，则要使ab棒所受的支持力为零，B的大小至少为多少？此时B的方向如何？核心素养提升3安培力作用下的功能关系安培力和重力、弹力、摩擦力一样，会使通电导体在磁场中平衡、转动、加速，也会涉及做功问题．解答时一般要用到动能定理、能量守恒定律等．1．周期性变化的安培力做功问题例1

(多选)如图甲所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为L，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B.垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒．从t＝0时刻起，棒上有如图乙所示的持续交