搜索
第九章磁场返回导航考点内容要求2015～2018年全＋国课标卷考点考次统磁场、磁感应强度、磁感线Ⅰ2017年Ⅲ卷18题2015年Ⅱ卷18题通电直导线和通电线圈周围磁场的方向Ⅰ2018年Ⅱ卷20题安培力、安培力的方向Ⅰ2018年Ⅰ卷19题2017年Ⅰ卷19题2017年Ⅱ卷21题2015年Ⅰ卷24题返回导航匀强磁场中的安培力Ⅱ洛伦兹力、洛伦兹力的方向Ⅰ洛伦兹力公式Ⅱ带电粒子在匀强磁场中的运动Ⅱ2018年Ⅰ卷25题Ⅱ25题Ⅲ24题2017年Ⅰ卷16题Ⅱ卷18题Ⅲ卷24题2016年Ⅱ卷18题Ⅲ卷18题2015年Ⅰ卷16题Ⅱ19题质谱仪和回旋加速器Ⅰ2016年Ⅰ卷15题返回导航说明(1)安培力的计算只限于电流与磁感应强度方向垂直的情况．(2)洛伦兹力的计算只限于速度和磁场方向垂直的情况．命题特点1.磁场概念的理解、安培力的应用和带电粒子在匀强磁场中的运动一般以选择题的形式出现．2．安培力的大小计算、带电粒子在组合场、复合场中运动的分析与计算，一般以计算题的形式出现．3．以生产、科技中带电粒子运动为背景的问题是近年来高考的考查趋势.返回导航一、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________的作用．(2)方向：小磁针静止时______所指的方向，即是N极所受磁场力的方向．磁场力N极返回导航2．磁感应强度(1)物理意义：描述磁场的______和______．(2)定义式：B＝FIL(通电导线垂直于磁场)．(3)方向：小磁针______时N极的指向．二、磁感线电流的磁场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_____________的方向一致．磁感线可以形象地描述磁场．强弱方向静止磁感应强度返回导航2．几种电流周围的磁场分布类型直线电流环形电流通电螺线管特点无磁极、非匀强且距导线越远处磁场____两侧等效为小磁针的N极和S极，且离圆环中心越远，磁场_____与条形磁铁的磁场相似，管内为____磁场，管外为非匀强磁场越弱越弱匀强返回导航安培定则立体图纵截面图返回导航3.匀强磁场在磁场的某些区域内，磁感线为________的平行线．三、安培力的大小和方向1．大小(1)F＝_________(其中θ为B与I之间的夹角)(2)磁感应强度B的方向与电流I的方向垂直时，F＝______．(3)磁感应强度B的方向与电流I的方向平行时，F＝0.等间距ILBsinθILB返回导航2．方向(1)用左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，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____________，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受__________________．(2)安培力的方向特点：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B和I决定的平面．(注意：B和I可以有任意夹角)电流的方向安培力的方向返回导航考点一安培定则的应用磁场的叠加1．安培定则的应用在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清“因”和“果”.因果磁场原因(电流方向)结果(磁场方向)直线电流的磁场大拇指四指环形电流的磁场四指大拇指返回导航2.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．如图所示为M、N在c点产生的磁场．(3)应用平行四边形进行合成，如图中的合磁场．返回导航【例1】(多选)(2017·全国卷Ⅰ·19)如图，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距，均通有电流I，L1中电流方向与L2中的相同，与L3中的相反．下列说法正确的是()返回导航A．L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直B．L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直C．L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶3D．L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为3∶3∶1返回导航BC解析：同向电流相互吸引，反向电流相互排斥．对L1受力分析，如图甲所示，可知L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在的平面平行，故A错误；对L3受力分析，如图乙所示，可知L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在的平面垂直，故B正确；设三根导线两两之间的相互作用力的大小为F，则L1、L2受到的磁场作用力的合力大小均等于F，L3受到的磁场作用力的合力大小为3F，即L1、L2、L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶3，故C正确，D错误．返回导航【变式1】(2017·全国卷Ⅲ·18)如图，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()A．0B.33B0C.233B0D．2B0返回导航C解析：如图甲所示，P、Q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，B1＝33B0.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B＝B20＋B21＝233B0，故选项C正确，A、B、D错误．返回导航考点二安培力作用下导体运动情况的判断1．问题概述(1)问题特点安培力作用下导体的运动问题与力学中的运动问题一样，同样遵从力学基本规律，只是研究对象所受的力中多分析安培力而已．(2)规律分析判定通电导体在安培力作用下的运动方向或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁感线分布情况，再弄清楚导体中电流的方向，然后利用左手定则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．返回导航2．几种判定方法电流元法分割为电流元――→左手定制安培力方向→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返回导航结论法同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；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返回导航【例2】如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)()A．顺时针方向转动，同时下降B．顺时针方向转动，同时上升C．逆时针方向转动，同时下降D．逆时针方向转动，同时上升返回导航A解析：如图甲所示，把直线电流等效为无数小段，中间的点为O点，选择在O点左侧S极右上方的一小段为研究对象，该处的磁场方向指向左下方，由左手定则判断，该小段受到的安培力的方向垂直纸面向里，在O点左侧的各段电流元都受到垂直纸面向里的安培力，把各段电流元受到的力合成，则O点左侧导线受到垂直纸面向里的安培力；同理判断出O点右侧的导线受到垂直纸面向外的安培力．因此，由上向下看，导线沿顺时针方向转动．返回导航分析导线转过的90°时的情形：如图乙所示，导线中的电流向外，由左手定则可知，导线受到向下的安培力．由以上分析可知，导线在顺时针转动的同时向下运动．选项A正确．返回导航【例3】将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来，在其附近放一块条形磁铁，磁铁的轴线与圆环在同一个平面内，且通过圆环中心，如图所示，当圆环中通以顺时针方向的电流时，从上往下看()A．圆环顺时针转动，靠近磁铁B．圆环顺时针转动，远离磁铁C．圆环逆时针转动，靠近磁铁D．圆环逆时针转动，远离磁铁C解析：该通电圆环相当于一个垂直于纸面的小磁针，N极在内，S极在外，根据同极相斥、异极相吸，C正确．返回导航【变式2】(多选)通有电流的导线L1、L2、L3、L4处在同一平面(纸面)内，放置方式及电流方向如图甲、乙所示，其中L1、L3是固定的，L2、L4分别可绕垂直纸面的中心轴O、O′转动，O、O′分别位于L2、L4的中点处，则下列判断正确的是()A．L2绕轴O按顺时针转动B．L2绕轴O按逆时针转动C．L4绕轴O′按顺时针转动D．L4绕轴O′按逆时针转动返回导航BC解析：题图甲中由右手螺旋定则可知导线L1上方磁场垂直纸面向外，且离导线L1的距离越近，磁场越强，导线L2上每一小部分受到的安培力方向均水平向右，但O点下方部分受到的安培力较大，所以L2绕轴O按逆时针转动，A错，B对；题图乙中O′点上方导线L4所受安培力向右，O′点下方导线L4所受安培力向左，即L4绕轴O′按顺时针转动，C对，D错.返回导航【变式3】(多选)如图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤读数为F1，现在磁铁上方中心偏左位置固定一导体棒，当导体棒中通以方向如图所示的电流后，台秤读数为F2，则以下说法正确的是()A．弹簧长度将变长B．弹簧长度将变短C．F1F2D．F1F2返回导航BC解析：如图甲所示，导体棒处的磁场方向指向右上方，根据左手定则可知，导体棒受到的安培力方向垂直于磁场方向指向右下方，根据牛顿第三定律，对条形磁铁受力分析，如图乙所示，所以台秤对条形磁铁的支持力减小，即台秤示数F1F2，在水平方向上，由于F′有水平向左的分力，条形磁铁压缩弹簧，所以弹簧长度变短．返回导航考点三安培力作用下导体的平衡与加速问题概述通电导体棒在磁场中的平衡问题是一种常见的力电综合模型，该模型一般由倾斜导轨、导体棒、电源和电阻等组成．这类题目的难点是题图具有立体性，各力的方向不易确定．因此解题时一定要先把立体图转化为平面图，通过受力分析建立各力的平衡关系，如图所示．返回导航返回导航【例4】如图所示，长为L、质量为m的导体棒ab，置于倾角为θ的光滑斜面上．导体棒与斜面的水平底边始终平行．已知导体棒通以从b向a的电流，电流为I，重力加速度为g.(1)若匀强磁场方向竖直向上，为使导体棒静止在斜面上，求磁感应强度B的大小；(2)若匀强磁场的大小、方向都可以改变，要使导体棒能静止在斜面上，求磁感应强度的最小值和对应的方向．返回导航解析：(1)导体棒受力如图甲所示，由平衡条件得：mgsinθ＝BILcosθ，解得B＝mgILtanθ.返回导航(2)如图乙所示，当安培力平行斜面向上，安培力和重力沿斜面的分力平衡时，安培力最小，有mgsinθ＝BminIL，解得Bmin＝mgILsinθ.由左手定则可知磁感应强度的方向垂直斜面向上．答案：(1)mgILtanθ(2)mgILsinθ方向垂直斜面向上返回导航【变式4】(2018·河南开封质检)如图所示，PQ和MN为水平平行放置的金属导轨，相距L＝1m．P、M间接有一个电动势为E＝6V、内阻不计的电源和一只滑动变阻器，导体棒ab跨放在导轨上并与导轨接触良好，棒的质量为m＝0.2kg，棒的中点用垂直棒的细绳经光滑轻质定滑轮与物体相连，物体的质量M＝0.4kg.棒与导轨的动摩擦因数为μ＝0.5(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，导轨与棒的电阻不计，g取10m/s2)，匀强磁场的磁感应强度B＝2T，方向竖直向下，为了使物体保持静止，滑动变阻器连入电路的阻值不可能的是()A．2ΩB．2.5ΩC．3ΩD．4Ω返回导航A解析：对棒受力分析可知，其必受绳的拉力FT＝mg和安培力F安＝BIL＝BELR.若摩擦力向左，且满足BELR1＋μmg＝mg，代入数据解得R1＝4Ω；若摩擦力向右，且满足BELR2－μmg＝mg，代入数据解得R2＝2.4Ω，所以R的取值范围为2.4Ω≤R≤4Ω，故选A.返回导航【变式5】如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ.如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是()A．棒中的电流变大，θ角变大B．两悬线等长变短，θ角变小C．金属棒质量变大，θ角变大D．磁感应强度变大，θ角变小返回导航A解析：对金属棒MN受力分析如图所示，由平衡条件可