2020版物理浙江高考选考一轮复习讲义:选修3-1+第八章+第1讲+磁场的描述磁场对电流的作用+Word版含解析.pdf
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1、 选考导航 知识内容 考试要求 历次选考统计 2016/04 2016/10 2017/04 2017/11 2018/04 2018/11 磁现象和磁场 b 2 磁感应强度 c 几种常见的磁场 b 10 9 12 通电导线在磁场中受到的力 d 9 10、22 9、22 7 7 运动电荷在磁场中受到的力 c 8 带电粒子在匀强磁场中的运动 d 22 23 23 23 22 23 第 1 讲 磁场的描述 磁场对电流的作用 知识排查 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、电流和运动电荷有磁场力的作用。(2)方向:小磁针的 N 极所受磁场力的方向。2.磁感应强度(1)物理意
2、义:描述磁场的强弱和方向。(2)大小:BFIL(通电导线垂直于磁场)。(3)方向:小磁针静止时 N 极的指向。(4)单位:特斯拉(T)。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)磁感线的特点:疏密程度相同、方向相同的平行直线。磁感线 通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 1.磁感线及特点(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这点的磁感应强度的方向一致。(2)特点 磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向。磁感线的疏密定性地表示磁场的强弱。磁感线是闭合曲线,没有起点和终点。磁感线是假想的曲线,客观上不存在。2.电流的磁场 通电
3、直导线 通电螺线管 环形电流 安培定则 立体图 横截面图 纵截面图 安培力、安培力的方向 匀强磁场中的安培力 1.安培力的大小(1)磁场和电流垂直时:FBIL。(2)磁场和电流平行时:F0。2.安培力的方向左手定则判断:(1)伸出左手,让拇指与其余四指垂直,并且都在同一个平面内。(2)让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流方向。(3)拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。图 1 小题速练 1.思考判断(1)小磁针 N 极所指的方向就是该处磁场的方向()(2)磁感线是真实存在的()(3)磁感线越密表示磁场越强()(4)将通电导线放入磁场中,若不受安培力,说明该处磁感应强度为零()(5
4、)磁场中某点磁感应强度的方向,跟放在该点的试探电流元所受磁场力的方向一致()(6)安培力一定不做功()(7)奥斯特发现了电流可以产生磁场()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)2.关于磁感应强度 B,下列说法正确的是()A.根据磁感应强度的定义式 BFIL可知,磁感应强度 B 与 F 成正比,与 IL 成反比 B.一小段通电导线放在磁感应强度为零处,它所受的磁场力一定为零 C.一小段通电导线在某处不受磁场力的作用,则该处的磁感应强度一定为零 D.磁场中某处磁感应强度的方向,与通电导线在该处所受磁场力的方向相同 答案 B 3.人教版选修 31P94T1改编下面的几个图显示了磁场对通电直
5、导线的作用力,其中正确的是()答案 C 4.在磁感应强度为 B0、方向竖直向上的匀强磁场中,水平放置一根通电长直导线,电流的方向垂直于纸面向里。如图 2 所示,a、b、c、d 是以直导线为圆心的同一圆周上的四点,在这四点中()图 2 A.c、d 两点的磁感应强度大小相等 B.a、b 两点的磁感应强度大小相等 C.c 点的磁感应强度的值最小 D.b 点的磁感应强度的值最大 解析 通电直导线在 c 点产生的磁场的磁感应强度方向与 B0的方向相反,b、d两点的电流磁场与 B0垂直,a 点电流磁场与 B0同向,由磁场的叠加知 c 点的合磁感应强度最小。答案 C 安培定则的应用 1.几种常见的磁场 2.
6、安培定则(1)直线电流的磁场:右手握住通电导线,伸直的大拇指指向电流方向,那么弯曲的四指的方向就是导线周围的磁感线环绕的方向。(2)环形电流的磁场:用右手握住通电的环形导线(或通电螺线管),弯曲的四指与环形电流的方向一致,那么大拇指的指向就是环形导线轴心上(或通电螺线管内部)的磁感线的方向。3.电场线与磁感线的比较 电场线 磁感线 电场线的疏密程度表示该区域电场强弱(密强;疏弱)磁感线的疏密程度表示该区域磁场强弱(密强;疏弱)电场线由正电荷指向负电荷或无穷远;或由无穷远指向负电荷,是不闭合曲线 磁感线在磁体外部是从N 极指向 S 极,内部从 S 极指向 N 极。磁感线是闭合曲线 电场线互不相交
7、、不相切 磁感线互不相交、不相切【典例】如图 3 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,开关 S 闭合,则小磁针的北极 N(黑色一端)指示磁场方向正确的是()图 3 A.a、c B.b、c C.c、d D.a、d 解析 据安培定则判断出:(1)AB 直导线磁场在小磁针 a 所在位置垂直纸面向外,所以小磁针 a 的 N 极指向正确;(2)C 左侧为 N 极,内部磁场向左,所以小磁针c 的 N 极指向正确,小磁针 b 的 N 极指向不对;(3)D 左为 S 极,右为 N 极,所以小磁针 d 的 N 极指向也不正确。答案 A 1.如图 4 所示,竖直放置的长直
8、导线通有恒定电流,侧旁小磁针 N 极的最终指向应为()图 4 A.平行纸面向右 B.平行纸面向左 C.垂直纸面向里 D.垂直纸面向外 解析 根据安培定则可知,导线右侧的磁感线方向垂直纸面向外,故小磁针 N极的最终指向应为垂直纸面向外。答案 D 2.(201610 月浙江选考)如图 5 所示,把一根通电的硬直导线 ab,用轻绳悬挂在通电螺线管正上方,直导线中的电流方向由 a 向 b.闭合开关 S 瞬间,导线 a 端所受安培力的方向是()图 5 A.向上 B.向下 C.垂直纸面向外 D.垂直纸面向里 解析 闭合开关 S 瞬间,由右手螺旋定则知螺线管右端为 N 极,左端为 S 极,螺线管产生的磁场方
9、向在通电导线 a 端斜向左下方,由左手定则可知,导线 a端所受安培力的方向垂直纸面向里,D 正确。答案 D 磁感应强度及磁场的叠加 1.磁感应强度由磁场本身决定,与检验电流无关。2.磁感应强度是矢量,磁场叠加时合磁感应强度等于各个磁感应强度的矢量和,计算时与力的计算方法相同,利用平行四边形定则或根据正交分解法进行合成与分解。3.磁感应强度的大小和方向处处相同的磁场叫做匀强磁场。【典例】(20174 月浙江选考)如图 6 所示,两平行直导线 cd 和 ef 竖直放置,通以方向相反大小相等的电流,a、b 两点位于两导线所在的平面内,则()图 6 A.b 点的磁感应强度为零 B.ef 导线在 a 点
10、产生的磁场方向垂直纸面向里 C.cd 导线受到的安培力方向向右 D.同时改变两导线的电流方向、cd 导线受到的安培力方向不变 解析 根据右手螺旋定则可知,两平行直导线通以电流后在 b 处的磁场方向均为垂直纸面向外,所以选项 A 错误;导线 cd 在 a 处的磁场垂直纸面向里,导线 ef在 a 处的磁场垂直纸面向外,且导线 cd 在 a 处产生的磁感应强度大,所以选项B 错误;根据安培定则和左手定则可判断,方向相反的两个电流的安培力互相排斥,所以选项 C 错误;不管电流方向如何,只要电流方向相反,就互相排斥,选项 D 正确。答案 D 1.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
11、电场强度可能不为零 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.电场强度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.磁感应强度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 解析 电场和磁场有一个明显的区别是:电场对放入其中的电荷有力的作用,磁场对通电导线有力的作用的条件是磁场方向不能和电流方向平行,因此 A、B 错误;同理根据电场强度的定义式 EFq可知 C 正确;而同样用比值定义法定义的磁感应强度则应有明确的说明,即 BFIL中 I 和 B 的方向必须垂直,故
12、D 错误。答案 C 2.有两根长直导线 a、b 互相平行放置,如图 7 所示为垂直于导线的截面图。在图中所示的平面内,O 点为两根导线连线的中点,M、N 为两根导线附近的两点,它们在两导线连线的中垂线上,且与 O 点的距离相等。若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流 I,则关于线段 MN 上各点的磁感应强度的说法正确的是()图 7 A.M 点和 N 点的磁感应强度大小相等、方向相同 B.M 点和 N 点的磁感应强度大小相等、方向相反 C.在线段 MN 上各点的磁感应强度都不可能为零 D.在线段 MN 上三点的磁感应强度为零 解析 根据安培定则和磁场叠加原理,M 点和 N 点的磁感应强度大小
13、相等、方向相反,选项 A 错误,B 正确;在线段 MN 上只有在 O 点处,a、b 两直导线电流形成的磁场的磁感应强度等大反向,即只有 O 点处的磁感应强度为零,选项 C、D 错误。答案 B 3.(2017全国卷,18)如图 8,在磁感应强度大小为 B0的匀强磁场中,两长直导线 P 和 Q 垂直于纸面固定放置,两者之间的距离为 l。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流 I 时,纸面内与两导线距离均为 l 的 a 点处的磁感应强度为零,如果让 P 中的电流反向、其他条件不变,则 a 点处磁感应强度的大小为()图 8 A.0 B.33B0 C.2 33B0 D.2B0 解析 如图甲所示,P、Q
14、 中的电流在 a 点产生的磁感应强度大小相等,设为B1,由几何关系可知,B133B0。如果让 P 中的电流反向、其他条件不变时,如图乙所示,由几何关系可知,a 点处磁感应强度的大小 BB20B212 33B0,故选项 C 正确,A、B、D 错误。答案 C 安培力及安培力作用下的导体运动情况的判断 1.安培力的大小(1)当 B 与 I 垂直时,F 最大,FILB,当 B 与 I 平行时,F 最小,F0。(2)公式 FBIL 中的 L 是指有效长度。当直导线与磁场垂直时,导线在磁场中的部分为有效长度;当弯曲导线与磁场垂直时,有效长度等于连接两端点线段的长度(如图 9 所示),相应的电流沿 L 由始
15、端流向末端。图 9 2.安培力作用下导体运动方向的判断方法 电流元法 分割为电流元 左手定则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,反向电流互相排斥;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【典例 1】(2017上海单科)如图 10,一导体棒 ab 静止在 U 形铁
16、芯的两臂之间。电键闭合后导体棒受到的安培力方向()图 10 A.向上 B.向下 C.向左 D.向右 解析 根据图中的电流方向,由安培定则知 U 形铁芯下端为 N 极,上端为 S 极,ab 中的电流方向由 a b,由左手定则可知导体棒受到的安培力方向向右,选项 D 正确。答案 D【典例 2】如图 11 所示,U 形平行金属导轨与水平面成 37角,金属杆 ab 横跨放在导轨上,其有效长度为 0.5 m,质量为 0.2 kg,与导轨间的动摩擦因数为0.1。空间存在竖直向上的磁感应强度为 2 T 的匀强磁场。要使 ab 杆在导轨上保持静止,则ab中的电流大小应在什么范围?(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相
17、等,取 g10 m/s2,sin 370.6,cos 370.8)图 11 解析 先画出金属杆受力的侧面图,由于安培力的大小与电流有关,因此改变电流的大小,可以改变安培力的大小,也可以使导线所受的摩擦力方向发生变化。由平衡条件可知,当电流较小时,导线所受的摩擦力方向沿斜面向上,如图甲所示。甲 乙 则 mgsin(mgcos Fsin)Fcos,又 FBI1L,得 I1mgBLsin cos cos sin 1.21 A。当电流较大时,导线所受的摩擦力方向沿斜面向下,如图乙所示。则 mgsin(mgcos Fsin)Fcos,又 FBI2L,I2mgBLsin cos cos sin 1.84
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