高考物理总复习资料大全第八章_磁场要点

1第八章磁场第1课时磁场及其描述基础知识回顾1．磁场（1）磁场：磁极、电流和运动电荷周围存在的一种物质，对放入其中的磁体有力的作用，所有磁体之间的相互作用都是通过磁场发生的，所有磁现象都起源于电荷运动。（2）磁场的方向：规定在磁场中任一点小磁针北极受力的方向，亦即小磁针静止时的北极所指的方向；磁场方向也和磁感应强度方向、磁感线在该处的切线方向一致。2．磁感线（1）磁感线：为了形象的研究磁场而引入的一束假象曲线，并不客观存在，但有实验基础。（2）磁感线特点：①磁感线的疏密程度能定性的反映磁场的强弱分布、磁感线上任一点的切线方向反映该点的磁场方向。②磁感线是不相交的闭合曲线。3．几种常见的磁场的磁感线（1）条形磁铁磁感线：见图8-1-1，外部从N极出发，进入S极；中间位置与磁感线切线与条形磁铁平行。蹄形磁铁磁感线：见图8-1-2，外部从N极出发，进入S极。（2）直线电流的磁感线：见图8-1-3，磁感线是一簇以导线为轴心的同心圆，其方向由安培定则来判定，右手握住通电导线，伸直的大拇指指向电流的方向，弯曲的四指所指的方向就是磁感线方向，离通电导线越远的地方，磁场越弱。（3）通电螺旋管的磁感线：见图8-1-4，与条形磁铁相似，有N、S极，方向可由安培定则判定，即用右手握住螺旋管，让弯曲的四指指电流的方向，伸直的大拇指的方向就是螺旋管的N极（即螺旋管的中心轴线的磁感线方向）。（4）环形电流的磁感线：可以视为单匝螺旋管，判定方法与螺旋管相同；也可以视为通电直导线的情况。（5）地磁场的磁感线：①地磁场的的N极在地球的南极附近，S极在地球的北极附近，磁感线分布如图8-1-6所示；②地磁场B的水平分量（xB）总是从地球的南极指向地球的北极，竖直分量（yB）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，在距离地球表面相等的各点，磁场强弱相同，且方向水平向北。（6）匀强磁场的磁感线：磁感应强度的大小和方向处处相同的磁场，匀强磁场的磁感线是分布均匀的，方向相同的平行线。见图8-1-7所示。3．磁感应强度（1）磁感应强度是用来表示磁场强弱和方向的物理量，在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力与电流元的比值，叫做通电导线所在处的磁感应强度，用符号B表示，即ILFB，磁感应强度的单位为特斯拉。国际符号T。（2）磁感应强度是矢量。磁场中某点的磁感应强度2方向是该点的磁场方向，即通过该点的磁感线的切线方向；磁感应强度的大小由磁场本身决定，与放入磁场中的电流无关。重点难点例析一、磁场方向、磁感应强度方向、小磁针静止时北极指向以及磁感线切线方向的关系它们的方向是一致的，只要知道其中一个方向，就等于知道了其它三个方向，只是前两个方向比较抽象，后两个方向比较形象直观。【例1】一个带负电的橡胶圆盘处在竖直面内，可以绕过其圆心的水平轴高速旋转，当它不转动时，放在它左侧水平轴上的小磁针静止时的指向，如图4-1-8所示，从左往右看，当橡胶圆盘逆时针高速旋转时，小磁针N极指向（）A．不偏转B．在纸面内向左偏C．在纸面内向右偏D．向纸面内偏【解析】带负电的橡胶圆盘高速旋转时，相当于电荷定向移动，可以等效为环形电流。环形电流的方向与圆盘转动方向相反，由安培定则可以判断小磁针所在位置处的磁场方向为沿轴线向右，所以小磁针的N极向右偏转。【答案】C【点拨】判断小磁针的指向首先要判断该处的磁场方向，然后利用小磁针的北极指向和该处的磁感线的切线方向一致来判断小磁针的指向。拓展如图8-1-9所示，直导线、螺旋管、电磁铁三者相距较远，它们的磁场互不影响，当电键S闭合后，小磁针的北极N（黑色），指示出磁场方向正确的（）A．aB．bC．cD．d【解析】（1）明确通电直导线、蹄形磁铁、螺线管周围的磁场分布情况。（2）小磁针静止时的N极指向即为该点磁场方向。【答案】ABC二、磁感应强度的有关问题磁感应强度的问题主要两个问题：一是对其物理意义的理解；第二是对它的矢量性的理解。【例2】以下说法正确的是：（）A.由ILFB可知，磁感应强度B与一小段通电直导线受到的磁场力F成正比B.一小段通电直导线受到的磁场力的方向就是磁场的方向C.一小段通电直导线在某处不受磁场力，该处的磁感应强度一定为零D.磁感应强度为零处，一小段通电直导线在该处一定不受磁场力【解析】由磁感应强度的物理意义可知A选项错误，磁感应强度与安培力的方向关系不难判断B、C错误。【答案】D【点拨】必须准确理解公式ILFB成立的条件是什么以及磁感应强度的物理意义。拓展如图8-1-10所示是磁场中某区域的磁感线的分布情况,则下列判断正确的是()A.a、b两处的磁感强度大小不等,BaBbB.a、b两处的磁感强度大小不等,BaBbC.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大。D.同一通电导线放在b处受力一定比放在a处受力大。【解析】加强对磁感应强度物理意义的理解，特别是定义式的理解。【答案】A【例３】如图8-1-11所示，三根平行长直导线分别垂直的通过一等腰直角三角形的三个顶点，现在使每条通电磁感应强度的大小均为B，则该处的实际磁感应强度的大小以及方向如何？【解析】如图8-1-12所示根据安培定则，I1和I3在O点的磁感应强度相同，I2在O点的磁感应强度与它们垂直由于大小均为B可知O点处的磁3感应强度的大小为BBBB5)2(202，方向在三角形所在平面内与斜边夹角为2arctan.【答案】B5，方向斜向下与斜边夹角为2arctan。【点拨】首先要确定通电导线I1、I2、I3在O点的磁感应强度的方向，然后利用平行四边形定则进行矢量合成拓展如图8-1-13所示，球心在坐标原点O处的球面上有竖直和水平的两个彼此绝缘的金属环，在两环内同时通以相等的电流强度，电流方向如图所示，试说明球心O点处的磁场方向。【解析】首先弄清楚两个环形电流在O处的磁场方向以及大小关系，再根据磁感应强度的矢量性及平行四边形定则求出相应的磁感应强度的方向。【答案】在zoy平面内与z轴负方向成450角。易错门诊【例4】如图8-1-14所示，电流从A点分两路通过环形支路再汇合于B点，已知两个支路的金属材料相同，但截面积不相同，上面部分的截面积较大，则环形中心O处的磁感应强度方向是（）A．垂直于环面指向纸内B．垂直于环面指向纸外C．磁感应强度为零D．斜向纸内【错解】根据磁感应强度的矢量性，在O点场强很有可能选择C或D.【错因】对于两个支路的电流产生的磁场在O点的磁场的大小没做认真分析，故选择C,有时对方向的分析也不具体，所以容易选择D.【正解】两个支路在O处的磁感应强度方向均在竖直方向上，但上面支路的电流大，在O处的磁感应强度较大，故叠加以后应为垂直于纸面向内，选择A.【点悟】认真审题，结合电路的结构特点，分析电流的大小关系，利用矢量合成原理分析O处的磁感应强度方向。课堂自主演练1．磁体之间的相互作用是通过磁场发生的，下列对磁场的认识说法正确的是（）A．磁感线有可能出现相交的情况B．磁感线总是从N极出发指向S极C．某点磁场方向与放在该点的小磁针静止时N极所指方向一致D．若在某区域内通电导线不受磁场力作用，则该区域的磁感应强度一定为零【解析】磁感线在磁体外部从N极出发指向S极，而内部应该从S极指向N极，故B选项错误；通电导线在某处不受力，有可能是通电导线与该处磁感应强度方向平行；所以正确答案应选择C【答案】C2．19世纪20年代，以塞贝克为代表的科学家已认识到温度差会引起电流。安培考虑到在太阳照射下自转的地球正面和背面存在温度差，从而认为地球磁场是绕地球的环形电流引起的。则假设中的电流方向是（）A．由西向东垂直于磁子午线B．由东向西垂直于磁子午线C．由南向北沿子午线D．由赤道向两极沿子午线（注：磁子午线是地球磁场N极与S极在地球表面的连线）【解析】首先要明确地磁场的分布情况，地磁北极处于地理南极。由右手定则可知，应该为自东向西的环形电流，故B选项正确。【答案】B课后创新演练1．下列说法正确的是（）A．奥斯特实验说明了电与磁是有联系的B．磁铁的磁场一定是运动电荷产生的C．一切磁现象都可以归结为运动电荷与运动电荷之间的相互作用D．电荷与电荷之间的作用一定是通过磁场发生的【答案】ABCD2．取两个完全相同的长导线，用其中的一根绕成如图8-1-15(a)所示的螺线管，当螺线管中通以大小为I的电流时，测得螺线管中部的磁感应强度大小为4B，若将另一根长直导线绕成如图(b)所示的螺线管，并通以大小也为I的电流时，则在螺线管内中部的磁感应强度大小为（）A．0B．0.5BC．BD．2B【解析】(a)图中电流I产生的磁感应强度为B，在（b）图中可以看成是两组反向电流，形成的磁场在螺线管中部的磁感应强度正好大小均为B，方向相反，叠加以后矢量和为零，故A选项正确。【答案】A3．右图8-1-16是云层间闪电的模拟图，图中P、Q是位于南北方向带异种电荷的两块阴雨云，在放电的过程中，在两块云的尖端之间形成了一个放电通道。气象观测小组的同学发现位于通道正上方的小磁针N极转向东（背离读者），S极转向西，则P、Q两云块放电前（）A．云块P带正电B．云块Q带正电C.P、Q两云块间存在电势差D.P尖端的电势高于Q尖端的电势【解析】云块之间的放电过程实际上可以看做是直线电流，根据小磁针的偏转方向可知，小磁针所在位置的磁感线向里，所以电流方向为从Q到P，故选项B正确；云块之间有电流产生，所以P、Q之间有电势差，所以选项C正确。【答案】BC4．一根电缆埋藏在一堵南北走向的墙里，在墙的西侧处，放一指南针，其指向刚好比原来旋转180°，由此可以断定，这根电缆中电流的方向为（）A．可能是向北B．可能是竖直向下C．可能是向南D．可能是竖直向上【解析】由于小磁针的N极指向南方，故该处磁感线的切线方向指向南，有由于该磁场是直线电流产生，根据右手定则可知D选项正确。【答案】D5．在磁感应强度为B0,竖直向上的匀强磁场中,水平放置一根长通电直导线,电流方向垂直纸面向外,如图8-1-17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（）A．c、d两点的磁感应强度大小相等B．.b、d两点的磁感应强度大小相等C．.c点的磁感应强度的值最大D．.b点的磁感应强度的值最大【解析】图示所在的空间有两部分磁场，一部分是匀强磁场，另一部分是直线电流的磁场，a、b、c、d四点的磁感应强度大小为两部分磁场在相应各点的矢和，由右手定则可知，c处磁感应强度最强，b、d两处的大小相等；所以选项B、C正确。【答案】BC6．弹簧秤下挂一条形磁棒，其中条形磁棒N极的一部分位于未通电的螺丝管内，如图8-1-18，下列说法正确的是()A．将a接电源正极，b接负极，弹簧秤示数将减小B．若将a接电源正极，b接负极，弹簧秤示数将增大C．若将b接电源正极，a接负极，弹簧秤示数将增大D．若将b接电源正极，a接负极，弹簧秤示数将减小【解析】小条形磁铁在本题中可以看做小磁针，当a接电源正极是，小条形磁铁的N极方向与磁感线方向相反，相互排斥，示数减小，A选项正确，B选项错误；同理C选项正确，D选项错误。【答案】BC7．磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度，其值为22B，式中B是磁感应强度，u是磁导率，在空气中u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，一学生用一根端面面积为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，并测出拉力F，如图8-1-19所示，因为F所做的功等于间隙中磁场的能量，所以由此可得磁感应强度B与F、A之间的关系为__________．5【解析】首先认真理解磁通密度的物理意义，结合功能关系应有：ALuBLF22所以AuFB2。第2课时磁场对电流的作用基础知识回顾1．安培力——磁场对电流的作用力（1）安培力的大小当B、I、L两两相互垂直时，F=BIL；当B与I平行时F=0；当B与I成θ角时，则F=BILsinθ。注意：①适用于任何磁场；但只有匀强磁场才能直接相乘②L应为有效长度，即图中两端点连线的长度（如图8-2-1所示），相