高三高考专题复习系列《磁场》

高三物理磁场一、高考要求1、电流的磁场、磁现象的本质。（Ⅰ）2、磁感应强度、磁感线、地磁场、磁通量。（Ⅱ）3、磁性材料、分子电流假说。（Ⅰ）4、磁电式电表原理。（Ⅰ）5、磁场对通电直导线的作用、安培力、左手定则。（Ⅱ）6、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圆周运动。（Ⅱ）7、质谱仪、回旋加速器。（Ⅰ）说明：1．只要求掌握直导线跟B平行或垂直两种情况下的安培力。2．.只要求掌握γ跟B平行或垂直两种情况下的洛伦兹力。二、命题趋势历年高考对本章的知识覆盖面大，几乎所有的知识点都考查到，特别是左手定则和带电粒子在磁场（或加有电场、重力场的复合场）中的运动，更是命题生产力最高的知识点。考题一般综合性强，多把电场的性质、运动学规律、牛顿运动规律、圆周运动知识、功能关系等有机结合在一起，难度为中等以上，对考生的物理过程和运动规律的综合分析能力、空间想象能力、运用数学工具解决物理问题的能力都有较高的要求。三、知识结构四、考题精选1.如图1所示，在y＜0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面并指向纸面外，磁感强度为B一带正电的粒子以速度υ0从O点射入磁场，入射方向在xy平面内，与x轴正向的夹角为θ.若粒子射出磁场的位置与O点距离为ι,求该粒子的电量和质量之比mq=?2、如图2是测量带电粒子质量的仪器的工作原理示意图.设法使某有机化合物的气态分子导入图中所示的容器A中,使它受到电子束轰击,失去一个电子变成为正一价的分子离磁场电流的磁场安培定则描述磁感应强度磁通量磁力线磁场力左手定则洛仑兹力带电粒子在磁场中运动安培力磁力矩子.分子离子从狭缝S1以很小的速度进入电压为U的加速电场区初速不计,加速后,再通过狭缝S1、S3射入磁感强度为B的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ.最后，分子离子打到感光片上，形成垂直于纸面且平行于狭缝S3的距离为d，导出分子离子的质量m的表达式。3、电视机的显象管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过电压为Ｕ的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图3所示：磁场方向垂直于圆面。磁场区的中心为Ｏ，半径为ｒ．当不加磁场时，电子束将通过Ｏ点而打到屏幕的中心Ｍ点．为了让电子束射到屏幕边缘Ｐ，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度θ，此时磁场的磁感应强度Ｂ应为多少？图1图2一、磁场基本概念一、自主学习：1、关于磁场中某一点的磁场方向，下列说法不正确的是：A、与放在该点的小磁针所受到的力方向相同B、与放在该点的小磁针N极所受的磁场力方向相同C、与放在该点的小磁针S极所受的磁场力方向相反D、与通过该点的磁感线的切线方向相同2、下列说法正确的是：A、磁场对静止电荷和运动电荷都有力的作用B、磁铁的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产生的C、磁感线从磁体的N极出发到磁体的S极终止D、磁感线上某一点的切线方向与小磁针在该点静止时北极的受力方向相同3、关于磁感线和电场线的描述，正确的有：A、电场线起止于电荷，磁感线起止于磁极B、电场线不一定闭合，磁感线一定闭合C、磁感线是自由小磁针在磁场力作用下的运动轨迹D、沿磁感线方向磁场不断减弱4、关于磁感受应强度，正确的是：A、根据公式B=F/IL，磁场中某处的磁感应强度B与F成正比，与IL成反比B、当在磁场中某处放一小段通电直导线时，发现这段导线不受力，则此处磁感强度为0C、B是矢量，方向与通过该点有磁感线的切线方向相同D、公式B=F/IL只能用量度磁场中某点的磁感强度的大小，不能决定磁感强度的大小二、典型例题：例1、图为通电螺线管的纵剖面，“×”和“·”分别表示导线中电流垂直纸面流进和流出，试画出a,b,c,d四个位置上小磁针静止时N极的指向例2、如图是两种结构不同的环状螺线管的示意图，其中（乙）是由两个匝数相同、互相对称的、半圆环形螺线管串联而成，给它们按图示方向通以电流，试画出磁感线的分布情况示意图例3、奥斯特实验要成功完成，导线应东西还是南北放置？三、巩固练习：1、下列哪些空间存在匀强磁场：adcbIIA、条形磁铁外部B、靠得很近的N、S磁极之间C、通电无限长直导线周围D、通电螺线管内部中央区域2、下列说法的是：A、若电荷在某处不受到电场力作用，则该处电场强度一定为0B、若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0C、电场中某点的电场强度，在数值上等于一个电荷放在该点时受到的电场力与电荷本身电荷量的比值D、磁场中某点的磁感应强度，在数值上等于一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导线的长度和电流的乘积的比值。3、下列等式中正确的是：A、1T=1kg/A·S2B、1Wb=1T·m2C、1Wb=1V·SD、1Wb=1N·m/V4、在三维直角坐标系中，电子沿X轴正方向运动，如图所示，由于电子的定向运动产生的磁场在Z轴正方向上a点处的方向是：A、+y方向B、—Y方向C、+Z方向D、—Z方向5、有两条垂直交叉但不接触的导线，通以大小相等的电流，方向如图所示，则哪些区域的B可能为0：A、仅在象限ⅠB、仅在象限ⅡC、仅在象限Ⅰ、ⅣD、仅在象限Ⅱ、Ⅳ6、如果存在磁单极子（即某一条形磁铁，只存在北极或南极，称磁单极子），那么磁单极子的磁感线将：OyxzaIIⅠⅡⅢⅣA、仍然是闭合曲线B、跟电场线一样，是非闭合曲线C、可能是闭合曲线，也可能是非闭合曲线D、无法引入磁感线7、在蹄形铁芯上绕有线圈，根据图中小磁针的指向，试画出线圈的绕线方向8、磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量称为能量密度，其值为B2/2μ，式中B是磁感应强度，μ是磁导率，在空气中μ为一已知常数，为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B，一学生用一根端面为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离△L，并测得拉力为F，如图所示，因为F所做的功等于间隙中磁场的能量，所以由此可得B与F、A之间的关系为B=？答案：一、1、A2、BD3、B4、CD二、1、2、略3、应南北放置。NNNSNΔlFP三、1、BD2、ABC3、A4、A5、D6、B7、略8、（2μF/A）1/2二、磁场对电流的作用一、自主学习1．安培力是指_______________________________________，其大小计算公式_______________。2．安培力的方向用___________判定，其内容是_________________________________________。3．当通电导线与磁场垂直时，导线所受安培力最大，Fmax=___________________，当通电导线与磁场平行时，导线所受的安培力最小，Fmin=_________________________。4．将一根长为L的直导线，由中点折成直角形放在磁感强度为B的匀强磁场中，导线所在平面与磁感线垂直．当导线中通以电流I后，磁场对导线的作用力大小为[]A．BILB．BIL21C．BIL21D．BIL225．在同一平面内，同心的两个导体圆环中通以同向电流时，则[]A．两环都有向内收缩的趋势B．两环都有向外扩张的趋势C．内环有收缩趋势，外环有扩张趋势D．内环有扩张趋势，外环有收缩趋势6．两平行长直导线a、b中通以同向电流，导线c与a、b在同一平面内，位于中心线OO'一侧平行a、b放置．当导线c中通以与a、b反向的电流后，若c能自由运动，则其运动情况是[]A．向a靠近B．向b靠近C．停在中心线OO'处D．在中心线OO'附近左右振动二、典型例题1．正确认识安培力的三要素例1．通电矩形线框abcd与无限长通电导线MN在同一平面内，电流方向如图所示，ab边与MN平行，关于MN的磁场对线框的作用，下列说法正确的是：A．线框有两条边所受的安培力方向相同；B．线框有两条边所受的安培力大小相同；C．线框所受的安培力的合力朝左；D．cd边所受的安培力对ab边的力矩不为零；例2．有一小段通电导线，长为1cm，电流强度为5A，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为0.1N，则该点的磁感应强度B一定是：A．B=2TB．B≤2TC．B≥2TD．以上几种情况均有可能2．通电导线或线圈在安培力作用下的运动问题一般采用的方法：（1）电流元分析法；（2）特殊位置分析法；（3）等效分析法；（4）利用平行电流相互作用分析法。例3．如图不计通电导线的重力，在磁场力作用下，导线将如何运动？分析：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NsabMNbadc左右的作用而向右移动。*关键是画出相关的磁感线。例4．如图3′-11所示，在条形磁铁N极附近悬挂一个圆线圈，线圈与水平磁铁位于同一平面内，当线圈中电流沿图示的方向流动时，将会出现下列哪种情况？A．线圈向磁铁平移；B．线圈远离磁铁平移；C．从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁；D．从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁铁．3．通电导线在磁场中受安培力作用下的平衡及加速运动问题例5．如图光滑导轨与水平面成α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I1时，金属杆正好能静止。求：①B至少多大？这时B的方向如何？②若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上，回路总电流I2应调到多大，才能使金属杆保持静止？分析：画出金属杆的截面图。由三角形定则得，安培力沿导轨平面向上时最小，所以B应垂直于导轨平面向上。大小满足：BI1L=mgsinα∴B=mgsinα/I1L。当B的方向改为竖直向上时，安培力的方向变为水平向右，BI2Lcosα=mgsinα∴I2=I1/cosα例6．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，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总电量Q。分析：闭合电键后的极短时间内，铜棒受安培力冲量FΔt=mv0而平抛，其中F=BIL，而瞬时电流和时间的乘积等于Q=IΔt，又由平抛可算铜棒离开导线框时的初速度hgstsv20，最终可得hgBLmsQ2。三、巩固练习1．在地球的赤道上空，沿东西方向水平放置一根通以自西向东的电流的导线，则此导线受到的安培力的方向是（）。A、竖直向上B、竖直向下C、由南向北D、自西向东2．如图7所示，在倾角为α的绝缘光滑斜面上，放一根通电直导线。当加上下述磁场后，可能使导线静止在斜面上的是（）A、竖直向下的匀强磁场；B、垂直斜面向下的匀强磁场；C、水平向左的匀强磁场；D、沿斜面向下的匀强磁场。3．如图2所示，两根直导线互相垂直，但相隔一小段距离，期中一条MN是固定的，另一条PQ能自由转动当通以如图所示的电流时，导线PQ将如何转动：A、顺时针方向转动，同时靠近导线MN；B、顺时针方向转动，同时离开导线MN；C、逆时针方向转动，同时靠近导线MN；D、逆时针方向转动，同时离开导线MN。4．如图4所示，长60cm、质量60g的粗细均匀的金属棒，两端用相同的轻弹簧挂起，处于一方向垂直于纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为0.4T。求：（1）要使弹簧恢复原长，金属棒中应通入怎样大小和方向的电流？（2）若在金属棒中应通入大小为0.2A自左向右的电流时，弹簧伸长1mm，若在金属棒中应通入大小为0.2A自右向左的电流时，弹簧伸长是多少？5．如图8所示，铁棒ab的质量为m＝2×10－2Kg，长L＝0.1m，在B＝0.11T的匀强磁场中能在水平轨道上无摩擦地滑动。当通过他的电流I＝10A时，铁棒运动的加速度大小为＿＿＿＿，方向是＿＿＿＿＿。6．如图9所示，质量为m、长度为L的导体棒MN静止在水平轨道上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与轨道平面成θ角斜向上，则MN受到的支持力的大小为_____________，摩擦力的大小为___________。7．如图10所示，宽为L的框架和水平面的夹角为α，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场的方向垂直于框架平面。导体棒ab的质量为m，置于金属框架上时向下匀加速滑动，导体棒与框架间的最大静摩擦力为f。为使导体棒静止在框