高考导航 考点内容要求高考命题实况高考战报 201520162017 磁场场 磁感应应强度 磁感线线 磁通 量 T4 安培力公 式的应应用 T15 带电带电粒 子在电电磁场场中 的运动动 T15 回旋 加速器 T15 质质 谱仪谱仪 3年4考 难难度中等或偏难难 保B冲A 通电电直导线导线和通电线电线圈周围围磁 场场的方向 高频频考点 安培力的计计算及应应用 带电带电粒子在电电磁场场中的运动动 创创新区域 带电带电粒子在磁场场中的 运动动与现现代科技结结合 带电带电粒子在交变变磁场场中的运动动 安培力 洛伦兹伦兹力 带电带电粒子在匀强磁场场中的运动动 质谱仪质谱仪 和回旋加速器的工作原理 说明 1 安培力的计计算限于直导线导线跟匀强磁场场平行或垂直两种情况 2 带电带电粒子在匀强磁场场中的运动动的计计算限于带电带电粒子的速度与磁感应应强度平 行或垂直两种情况 基础课1 磁场的描述及磁场对通电导线的作用 磁场场 磁感应应强度 1 磁场 1 基本特性 磁场对处场对处 于其中的磁体 电电流和运动电动电荷有 的作用 2 方向 小磁针针的 所受磁场场力的方向 知识识排查查 磁场场力 N极 2 磁感应强度 1 物理意义义 描述磁场场的 和 3 方向 小磁针针静止时时 的指向 4 单单位 特斯拉 T 3 匀强磁场 1 定义义 磁感应应强度的大小 方向 的磁场场称为为匀强磁场场 2 特点 磁感线线是疏密程度相同 方向相同的平行直线线 强弱方向 N极 处处处处相等处处处处相同 磁感线线 通电电直导线导线和通电线电线圈周围围磁场场的方向 1 磁感线 在磁场场中画出一些有方向的曲线线 使曲线线上各点的 方向跟这这点的磁感应应 强度方向一致 2 几种常见的磁场 1 常见见磁体的磁场场 如图图1所示 切线线 图图1 2 电电流的磁场场 通电电直导线导线通电电螺线线管环环形电电流 安培定则则 1 安培力的大小 1 磁场场和电电流垂直时时 F 2 磁场场和电电流平行时时 F 2 安培力的方向 左手定则则判断 安培力 安培力的方向 匀强磁场场中的安培力 1 伸出左手 让让拇指与其余四指 并且都在同一个平面内 2 让让磁感线线从掌心进进入 并使四指指向 方向 3 拇指所指的方向就是通电导线电导线 在磁场场中所受安培力的方向 图图2 BIL 0 垂直 电电流 小题题速练练 6 将通电导线电导线 放入磁场场中 若不受安培力 说说明该处该处磁感应应强度为为零 7 安培力可能做正功 也可能做负负功 答案 1 2 3 4 5 6 7 2 人教版选修3 1P94第1题改编 下面的几个图显图显示了磁场对场对通电电直导线导线的作用力 其中正确的是 答案 C 3 人教版选修3 1P94第3题改编 如图图3所示 用天平测测量匀强磁场场的磁感应应强度 下列各选项选项所示的载载流线线圈匝数相同 边长边长MN相等 将它们们分别别挂在天平的右 臂下方 线线圈中通有大小相同的电电流 天平处处于平衡状态态 若磁场发场发生微小变变化 天平最容易失去平衡的是 图图3 解析 天平处处于平衡状态态 说说明线线圈受到的重力和安培力的合力等于两侧侧砝码码重 力差 根据安培力公式F BIL 知选项选项 A中线线圈在磁场场中有效长长度最大 所受安 培力最大 磁场发场发 生微小变变化 安培力变变化最大 天平最容易失去平衡 选项选项 A 符合题题意 答案 A 对磁场的理解 1 磁感应强度B与电场强度E的比较 方向 磁感线线切线线方向 小磁针针N极受 力方向 静止时时N极所指方向 电场线电场线 切线线方向 正电电荷受力方 向 大小决 定因素 由磁场场决定 与电电流元无关由电场电场决定 与检验电检验电 荷无关 场场的 叠加 合磁感应应强度等于各磁场场的磁感 应应强度的矢量和 合电场电场强度等于各电场电场的电场电场强 度的矢量和 2 地磁场的特点 1 在地理两极附近磁场场最强 赤道处处磁场场最弱 2 地磁场场的N极在地理南极附近 地磁场场的S极在地理北极附近 3 在赤道平面 地磁场场的中性面 附近 距离地球表面相等的各点 地磁场场的强弱 程度相同 且方向水平 例1 如图图4所示 圆环圆环上带带有大量的负电负电荷 当圆环圆环沿顺时针顺时针 方向转动时转动时 a b c三枚小磁针针都要发发生转动转动 以下说说法正确的是 A a b c的N极都向纸纸里转转 B b的N极向纸纸外转转 而a c的N极向纸纸里转转 C b c的N极都向纸纸里转转 而a的N极向纸纸外转转 D b的N极向纸纸里转转 而a c的N极向纸纸外转转 图图4 解析 由于圆环带负电圆环带负电 荷 故当圆环圆环 沿顺时针顺时针 方向转动时转动时 等效电电流的方向为为 逆时针时针 由安培定则则可判断环环内磁场场方向垂直纸纸面向外 环环外磁场场方向垂直纸纸面 向内 磁场场中某点的磁场场方向即是放在该该点的小磁针针静止时时N极的指向 所以b的 N极向纸纸外转转 a c的N极向纸纸里转转 B项项正确 答案 B 例2 2017 全国卷 18 如图图5 在磁感应应强度大小为为B0的匀强磁场场中 两长长 直导线导线P和Q垂直于纸纸面固定放置 两者之间间的距离为为l 在两导线导线中均通有方向垂 直于纸纸面向里的电电流I时时 纸纸面内与两导线导线距离均为为l的a点处处的磁感应应强度为为零 如果让让P中的电电流反向 其他条件不变变 则则a点处处磁感应应强度的大小为为 图图5 答案 C 安培力和安培力作用下导体的运动 1 安培定则的应用 在运用安培定则则判定直线电线电流和环环形电电流的磁场时应场时应 分清 因 和 果 原因 电电流方向 结结果 磁场绕场绕向 直线电线电流的磁场场大拇指四指 环环形电电流的磁场场四指大拇指 2 安培力 1 方向 根据左手定则则判断 2 大小 由公式F BIL计计算 且其中的L为导线为导线 在磁场场中的有效长长度 如弯曲 通电导线电导线 的有效长长度L等于连连接两端点的直线线的长长度 相应应的电电流方向沿两端 点连线连线由始端流向末端 如图图6所示 图图6 3 判定安培力作用下导体运动情况的常用方法 例3 将长为长为L的导线导线弯成六分之一圆圆弧 固定于垂直纸纸面向外 大小为为B的 匀强磁场场中 两端点A C连线竖连线竖 直 如图图7所示 若给导线给导线 通以由A到C 大 小为为I的恒定电电流 则导线则导线 所受安培力的大小和方向是 图图7 答案 D 例4 如图图8所示 把轻质导线轻质导线 圈用绝缘细线悬绝缘细线悬 挂在磁铁铁N极附近 磁铁铁的轴轴 线线穿过线过线圈的圆圆心且垂直线线圈平面 当线线圈内通以图图中方向的电电流后 线线圈的 运动动情况是 A 线线圈向左运动动 B 线线圈向右运动动 C 从上往下看顺时针转动顺时针转动 D 从上往下看逆时针转动时针转动 图图8 解析 法一 电电流元法 首先将圆圆形线线圈分成很多小段 每一段可看做一直线电线电 流元 取其中上 下两小 段分析 其截面图图和受安培力情况如图图甲所示 根据对对称性可知 线线圈所受安培 力的合力水平向左 故线线圈向左运动动 只有选项选项 A正确 法二 等效法 将环环形电电流等效成小磁针针 如图图乙所示 根据异名磁极相吸引知 线线圈将向左运 动动 选选A 也可将左侧侧条形磁铁铁等效成环环形电电流 根据结论结论 同向电电流相吸引 异向电电流相排斥 也可判断出线线圈向左运动动 选选A 答案 A 判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势的思路 例5 2015 全国卷 24 如图图9 一长为长为10 cm的金属棒ab用两个完全相同的 弹弹簧水平地悬悬挂在匀强磁场场中 磁场场的磁感应应强度大小为为0 1 T 方向垂直于纸纸 面向里 弹弹簧上端固定 下端与金属棒绝缘绝缘 金属棒通过过开关与一电动势为电动势为 12 V的电电池相连连 电电路总电总电阻为为2 已知开关断开时时两弹弹簧的伸长长量均为为0 5 cm 闭闭合开关 系统统重新平衡后 两弹弹簧的伸长长量与开关断开时时相比均改变变了0 3 cm 重力加速度大小取10 m s2 判断开关闭闭合后金属棒所受安培力的方向 并求 出金属棒的质质量 安培力作用下的平衡 加速问题 图图9 导导体棒受到的安培力大小为为F BIL 0 06 N 由左手定则则可判断知金属棒受到的安培力方向竖竖直向下 由平衡条件知 开关闭闭合前 2kx mg 开关闭闭合后 2k x x mg F 代入数值值解得m 0 01 kg 答案 竖竖直向下 0 01 kg 分析安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路 安培力作用下的功能关系 安培力做功的特点和实质 1 安培力做功与路径有关 这这一点与电场电场力不同 2 安培力做功的实质实质是能量转转化 安培力做正功时时将电电源的能量转转化为导线为导线 的机械能或其他形式的能 安培力做负负功时时将机械能转转化为电为电能或其他形式的能 典例 多选选 如图图10甲所示 两根光滑平行导轨导轨水平放置 间间距为为L 其间间有竖竖 直向下的匀强磁场场 磁感应应强度为为B 垂直于导轨导轨水平对对称放置一根均匀金属棒 从t 0时时刻起 棒上有如图图乙所示的持续续交变电变电流I 周期为为T 最大值为值为Im 图图甲中I所示方向为电为电流正方向 则则金属棒 图图10 A 一直向右移动动 B 速度随时间时间周期性变变化 C 受到的安培力随时间时间周期性变变化 D 受到的安培力在一个周期内做正功 解析 由左手定则则可知 金属棒一开始向右加速运动动 当电电流反向以后 金属棒 开始减速 经过经过 一个周期速度变为变为 零 然后重复上述运动动 所以A B项项正确 安 培力F BIL 由图图象可知前半个周期向右 后半个周期向左 不断重复 C项项正 确 一个周期内 金属棒初 末速度相同 由动动能定理可知安培力在一个周期内做 功为为零 D项错误项错误 答案 ABC 变式训练 多选选 电电磁轨轨道炮工作原理如图图11所示 待发发射弹弹体可在两平行 轨轨道之间间自由移动动 并与轨轨道保持良好接触 电电流I从一条轨轨道流入 通过导过导 电弹电弹体后从另一条轨轨道流回 轨轨道电电流可形成在弹弹体处处垂直于轨轨道面的磁场场 可视为视为匀强磁场场 磁感应应强度的大小与I成正比 通电电的弹弹体在轨轨道上受到安 培力的作用而高速射出 现现欲使弹弹体的出射速度增加至原来的2倍 理论论上可采 用的办办法是 图图11 A 只将轨轨道长长度L变为变为原来的2倍 B 只将电电流I增加至原来的2倍 C 只将弹弹体质质量减至原来的一半 D 将弹弹体质质量减至原来的一半 轨轨道长长度L变为变为原来的2倍 其他量不变变 答案 BD 1 关于通电电直导线导线在匀强磁场场中所受的安培力 下列说说法正确的是 A 安培力的方向可以不垂直于直导线导线 B 安培力的方向总总是垂直于磁场场的方向 C 安培力的大小与通电电直导线导线和磁场场方向的夹夹角无关 D 将直导线导线从中点折成直角 安培力的大小一定变为变为原来的一半 答案 B 2 2016 北京理综 17 中国宋代科学家沈括在 梦溪笔谈谈 中最早记载记载了地磁偏角 以磁石磨针锋针锋 则则能指南 然常微偏东东 不全南也 进进一步研究表明 地球周 围围地磁场场的磁感线线分布示意如图图12 结结合上述材料 下列说说法不正确的是 图图12 A 地理南 北极与地磁场场的南 北极不重合 B 地球内部也存在磁场场 地磁南极在地理北极附近 C 地球表面任意位置的地磁场场方向都与地面平行 D 地磁场对场对射向地球赤道的带电带电宇宙射线线粒子有力的作用 解析 地球为为一巨大的磁体 地磁场场的南 北极在地理上的北极和南极附近 两 极并不重合 且地球内部也存在磁场场 只有赤道上空磁场场的方向才与地面平行 对对射向地球赤道的带电带电 宇宙射线线粒子的速度方向与地磁场场方向不会平行 一定受 到地磁场场力的作用 故C项说项说 法是不正确的 答案 C 图图13 A a处处的磁感应应强度大小比c处处的大 B b c两处处的磁感应应强度大小相等 C a c两处处的磁感应应强度方向相同 D b