2021版高考物理大復(fù)習(xí)通用版：磁場的描述磁場對電流的作用含答案.doc

教學(xué)資料范本2021版高考物理大復(fù)習(xí)通用版：磁場的描述磁場對電流的作用含答案編 輯：_時 間：_考點內(nèi)容要求高考(全國卷)三年命題情況對照分析20xx20xx20xx命題分析磁場、磁感應(yīng)強度、磁感線卷T16：帶電粒子在復(fù)合場中的運動卷T19：磁場的疊加、磁場對電流的作用卷T18：帶電粒子在勻強磁場中的圓周運動卷T18：磁場的疊加卷T24：帶電粒子在復(fù)合場中的運動卷T25：帶電粒子在組合場中的運動卷T20：磁場的疊加卷T25：帶電粒子在組合場中的運動卷T24：帶電粒子在組合場中的運動卷T17：磁場及其對電流的作用卷T17：磁場對運動電荷的作用卷T18：磁場對運動電荷的作用卷T17：帶電粒子在勻強磁場中的運動卷T24：帶電粒子在復(fù)合場中的運動1.高考對本章內(nèi)容考查命題頻率極高、常以選擇題和計算題兩種形式命題。2選擇題一般考查磁場的基礎(chǔ)知識和基本規(guī)律、難度不大；計算題主要是考查安培力、帶電粒子在磁場中的運動與力學(xué)、電學(xué)、能量知識的綜合應(yīng)用、難度較大、較多的是高考的壓軸題。通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向安培力、安培力的方向勻強磁場中的安培力洛倫茲力、洛倫茲力的方向洛倫茲力的公式帶電粒子在勻強磁場中的運動質(zhì)譜儀和回旋加速器說明：(1)安培力的計算只限于電流與磁感應(yīng)強度垂直的情形。(2)洛倫茲力的計算只限于速度與磁場方向垂直的情形。核心素養(yǎng)物理觀念：磁場、磁感應(yīng)強度、磁感線、安培力、洛倫茲力(如20xx卷T17)?？茖W(xué)思維：左手定則、安培定則、右手定則、“電流元法”、“比值定義法”、“圖象法”、“控制變量法”、“臨界法”(如20xx卷T17)?？茖W(xué)探究：探究影響磁感應(yīng)強度的因素?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：磁與現(xiàn)代科技應(yīng)用。第1節(jié)磁場的描述磁場對電流的作用一、磁場、磁感應(yīng)強度1磁場(1)基本性質(zhì)：磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有磁場力的作用。(2)方向：小磁針的N極所受磁場力的方向。2磁感應(yīng)強度(1)物理意義：描述磁場的強弱和方向。(2)大?。築(通電導(dǎo)線垂直于磁場)。(3)方向：小磁針靜止時N極的指向。(4)單位：特斯拉(T)。3勻強磁場(1)定義：磁感應(yīng)強度的大小處處相等、方向處處相同的磁場稱為勻強磁場。(2)特點：疏密程度相同、方向相同的平行直線。4地磁場(1)地磁的N極在地理南極附近、S極在地理北極附近、磁感線分布如圖所示。(2)在赤道平面上、距離地球表面高度相等的各點、磁感應(yīng)強度相等、且方向水平向北。5磁場的疊加磁感應(yīng)強度是矢量、計算時與力的計算方法相同、利用平行四邊形定則或正交分解法進行合成與分解。二、磁感線通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向1磁感線及特點(1)磁感線：在磁場中畫出一些曲線、使曲線上每一點的切線方向都跟這點的磁感應(yīng)強度的方向一致。(2)特點磁感線上某點的切線方向就是該點的磁場方向。磁感線的疏密定性地表示磁場的強弱。磁感線是閉合曲線、沒有起點和終點。磁感線是假想的曲線、客觀上不存在。2電流的磁場通電直導(dǎo)線通電螺線管環(huán)形電流安培定則三、安培力及其方向1安培力的大小(1)磁場和電流垂直時：FBIL。(2)磁場和電流平行時：F0。2安培力的方向左手定則判斷：(1)伸出左手、讓拇指與其余四指垂直、并且都在同一個平面內(nèi)。(2)讓磁感線從掌心進入、并使四指指向電流方向。(3)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。1思考辨析(正確的畫“”、錯誤的畫“”)(1)磁場中某點磁感應(yīng)強度的大小、跟放在該點的試探電流元的情況無關(guān)。()(2)小磁針N極所指的方向就是該處磁場的方向。()(3)在同一幅圖中、磁感線越密、磁場越強。()(4)將通電導(dǎo)線放入磁場中、若不受安培力、說明該處磁感應(yīng)強度為零。()(5)1820年、丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)電流可以使周圍的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)、稱為電流的磁效應(yīng)。()(6)安培力可能做正功、也可能做負(fù)功。()2(粵教版選修31P84T1)把一小段通電直導(dǎo)線放入磁場中、導(dǎo)線受到安培力的作用。關(guān)于安培力的方向、下列說法中正確的是()A安培力的方向一定跟磁感應(yīng)強度的方向相同B安培力的方向一定跟磁感應(yīng)強度的方向垂直、但不一定跟電流方向垂直C安培力的方向一定跟電流方向垂直、但不一定跟磁感應(yīng)強度方向垂直D安培力的方向一定跟電流方向垂直、也一定跟磁感應(yīng)強度方向垂直D根據(jù)左手定則可知、安培力的方向一定跟電流方向垂直、也一定跟磁感應(yīng)強度方向垂直、故D正確。3(教科版選修31P83T3)(多選)如圖為通電螺線管。A為螺線管外一點、B、C兩點在螺線管的垂直平分線上、則下列說法正確的是()A磁感線最密處為A處、最疏處為B處B磁感線最密處為B處、最疏處為C處C小磁針在B處和A處N極都指向左方D小磁針在B處和C處N極都指向右方BC根據(jù)安培定則可知、A、B兩處磁場方向向左、C處磁場方向向右；根據(jù)通電螺線管周圍的磁感線分布情況可知、B處磁感線最密、C處磁感線最疏。4(人教版選修31P83“演示”實驗改編)如圖是“探究影響通電導(dǎo)體在磁場中受力的因素”的實驗示意圖。三塊相同的蹄形磁鐵并列放置在水平桌面上、導(dǎo)體棒用圖中1、2、3、4輕而柔軟的細(xì)導(dǎo)線懸掛起來、它們之中的任意兩根與導(dǎo)體棒和電源構(gòu)成回路。認(rèn)為導(dǎo)體棒所在位置附近為勻強磁場、最初導(dǎo)線1、4接在直流電源上、電源沒有在圖中畫出。關(guān)于接通電源時可能出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象、下列敘述正確的是()A改變電流方向同時改變磁場方向、導(dǎo)體棒擺動方向?qū)淖傿僅改變電流方向或者僅改變磁場方向、導(dǎo)體棒擺動方向一定改變C增大電流同時改變接入導(dǎo)體棒上的細(xì)導(dǎo)線、接通電源時、導(dǎo)體棒擺動幅度一定增大D僅拿掉中間的磁鐵、導(dǎo)體棒擺動幅度不變答案B 安培定則的應(yīng)用和磁場的疊加依題組訓(xùn)練1(多選)下列說法正確的是()A磁場中某點的磁感應(yīng)強度可以這樣測定：把一小段通電導(dǎo)線放在該點時、受到的磁場力F與該導(dǎo)線的長度L、通過的電流I的乘積的比值B、即磁場中某點的磁感應(yīng)強度B通電導(dǎo)線在某點不受磁場力的作用、則該點的磁感應(yīng)強度一定為零C磁感應(yīng)強度B只是定義式、它的大小取決于場源及磁場中的位置、與F、I、L以及通電導(dǎo)線在磁場中的方向無關(guān)D磁場是客觀存在的CDA項考查的是磁感應(yīng)強度的定義、只有當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時才有B、A錯誤；B項中、當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場平行時、不受磁場力、此時、磁感應(yīng)強度不為零、B錯誤；C選項中、B是定義式、磁場強弱取決于場源及磁場中的位置、C正確；磁場與電場一樣、都是客觀存在的、D正確。2關(guān)于磁感線的描述、下列說法中正確的是()A磁感線可以形象地描述各點磁場的強弱和方向、它每一點的切線方向都和小磁針放在該點靜止時北極所指的方向一致B磁感線可以用細(xì)鐵屑來顯示、因而是真實存在的C兩條磁感線的空隙處一定不存在磁場D兩個磁場疊加的區(qū)域、磁感線就可能相交A磁感線上每一點的切線方向表示該點的磁場方向、即小磁針靜止時北極所指的方向、A正確；磁感線是為了形象地描述磁場而假想的一簇有方向的閉合曲線、實際上并不存在、細(xì)鐵屑可以顯示出其形狀、但那并不是磁感線、B錯誤；磁感線的疏密反映磁場的強弱、磁感線是假想的、人為畫出的曲線、兩條磁感線的空隙處也存在磁場、C錯誤；在磁鐵外部磁感線從N極到S極、在內(nèi)部從S極到N極、磁感線不相交、所以D錯誤。3.如圖所示、圓環(huán)上帶有大量的負(fù)電荷、當(dāng)圓環(huán)沿順時針方向轉(zhuǎn)動時、a、b、c三枚小磁針都要發(fā)生轉(zhuǎn)動、以下說法正確的是()Aa、b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn)Bb的N極向紙外轉(zhuǎn)、而a、c的N極向紙里轉(zhuǎn)Cb、c的N極都向紙里轉(zhuǎn)、而a的N極向紙外轉(zhuǎn)Db的N極向紙里轉(zhuǎn)、而a、c的N極向紙外轉(zhuǎn)B由于圓環(huán)帶負(fù)電荷、故當(dāng)圓環(huán)沿順時針方向轉(zhuǎn)動時、等效電流的方向為逆時針、由安培定則可判斷環(huán)內(nèi)磁場方向垂直紙面向外、環(huán)外磁場方向垂直紙面向內(nèi)、磁場中某點的磁場方向即是放在該點的小磁針靜止時N極的指向、所以小磁針b的N極向紙外轉(zhuǎn)、a、c的N極向紙里轉(zhuǎn)、故B正確。4(多選)(20xx全國卷)如圖所示、紙面內(nèi)有兩條互相垂直的長直絕緣導(dǎo)線L1、L2、L1中的電流方向向左、L2中的電流方向向上；L1的正上方有a、b兩點、它們相對于L2對稱。整個系統(tǒng)處于勻強外磁場中、外磁場的磁感應(yīng)強度大小為B0、方向垂直于紙面向外。已知a、b兩點的磁感應(yīng)強度大小分別為B0和B0、方向也垂直于紙面向外。則()A流經(jīng)L1的電流在b點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B0B流經(jīng)L1的電流在a點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B0C流經(jīng)L2的電流在b點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B0D流經(jīng)L2的電流在a點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B0AC由對稱性可知、流經(jīng)L1的電流在a、b兩點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小相等且方向相同、設(shè)為B1、流經(jīng)L2的電流在a、b兩點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小相等但方向相反、設(shè)其大小為B2、由磁場疊加原理有B0B1B2B0、B0B1B2B0、聯(lián)立解得B1B0、B2B0、所以A、C正確。1安培定則的應(yīng)用在運用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流及通電螺線管的磁場時應(yīng)分清“因”和“果”。原因(電流方向)結(jié)果(磁場方向)直線電流的磁場大拇指四指環(huán)形電流及通電螺線管的磁場四指大拇指2磁場疊加問題的解題思路(1)確定磁場場源、如通電導(dǎo)線。(2)定位空間中需求解磁場的點、利用安培定則判定各個場源在這一點上產(chǎn)生的磁場的大小和方向。如圖所示為M、N在c點產(chǎn)生的磁場BM、BN。(3)應(yīng)用平行四邊形定則進行合成、如圖中的合磁場B。 安培力大小和方向講典例示法1安培力大?。篎ILBsin (1)當(dāng)IB時、FBIL。(2)當(dāng)IB時、F0。注意：當(dāng)導(dǎo)線彎曲時、L是導(dǎo)線兩端的有效直線長度(如圖所示)。對于任意形狀的閉合線圈、其有效長度均為零、所以通電后在勻強磁場中受到的安培力的矢量和為零。2安培力方向：用左手定則判斷、注意安培力既垂直于B、也垂直于I、即垂直于B與I決定的平面。典例示法(多選)如圖所示、空間中有一斜向右下方、與水平方向成角的勻強磁場、磁感應(yīng)強度為B、一絕緣豎直擋板AC垂直于紙面所在的平面豎直放置、一根通有垂直紙面向外的電流的水平金屬桿、緊貼擋板上的O點處于靜止?fàn)顟B(tài)。下列說法正確的是()A若擋板AC表面光滑、略減小桿中電流、桿可能仍然靜止于O點B若擋板AC表面光滑、略增大桿中電流、要使桿仍然靜止、可將擋板繞過O點垂直紙面的軸逆時針轉(zhuǎn)動一定角度C若擋板AC表面粗糙、略增大桿中電流、桿可能仍然靜止、且桿所受的靜摩擦力一定增大D若擋板AC表面粗糙、略減小桿中電流、桿可能仍然靜止、且桿所受的靜摩擦力方向可能豎直向上甲乙BD若擋板AC表面光滑、則桿受重力G、支持力N和安培力F的作用而靜止、如圖甲所示、根據(jù)平衡條件有Fcos G、而FBIL、得BILcos G、當(dāng)略減小桿中電流I時、有BILcos BILcos 、桿是否受靜摩擦力f？方向如何？略增大I時、f如何變化？提示：受靜摩擦力、豎直向上、I增大時、f減小、可減為零?！咀兪?】若GBILcos 、桿是否受靜摩擦力f？略增大或減少I時、f如何變化？ 提示：不受靜摩擦力、I增大時、f豎直向下增大、I減小時、f豎直向上增大?！咀兪?】若GBILcos 、桿是否受靜摩擦力f？方向如何？若減小I時、f如何變化？提示：受靜摩擦力、豎直向下、I減小時、f減小、可減為零?！咀兪?】若金屬桿隨粗糙擋板一起水平向左做勻加速直線運動、擋板保持豎直、其他條件均不變、則與擋板靜止時相比較、桿受的安培力、支持力、摩擦力如何變化？提示：安培力不變、支持力變大、摩擦力不變。(1)安培力作用下的平衡問題與力學(xué)中的平衡問題分析方法是相同的、只不過多了安培力、解題的關(guān)鍵仍是受力分析。(2)視圖轉(zhuǎn)換：對于安培力作用下的力學(xué)問題、線框的受力邊及金屬棒的受力往往分布在三維空間的不同方向上、這時應(yīng)利用俯視圖、剖面圖或側(cè)視圖等、變立體圖為二維平面圖。(3)在剖面圖中、線框的受力邊及金屬棒可用小圓圈代替、垂直剖面方向的電流可用“”或“”表示、垂直剖面方向的磁場可用“”或“”表示、但垂直剖面方向的力不能用“”或“”表示。跟進訓(xùn)練安培力的大小和方向1如圖所示、一個邊長為L的正方形金屬框豎直放置、各邊電阻相同、金屬框放置在磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直金屬框平面向里的勻強磁場中。若A、B兩端與導(dǎo)線相連、由A到B通以如圖所示方向的電流(由A點流入、從B點流出)、流過AB邊的電流為I、則金屬框受到的安培力大小和方向分別為()A2BIL、豎直向下BBIL、豎直向上CBIL、豎直向上DBIL、豎直向下B由題圖可知、電流由A點流入、從B點流出、則有AB和ADCB的電流、而ADCB的電流產(chǎn)生的安培力可等效成DC邊受到的安培力、由于流過AB邊電流為I、根據(jù)電路并聯(lián)特點、流過DC邊的電流為I、因此金屬框受到的合安培力為BIL、根據(jù)左手定則、方向豎直向上、故B正確、A、C、D錯誤。2(20xx江西紅色七校聯(lián)考)如圖所示、三根通電長直導(dǎo)線P、Q、R互相平行、垂直紙面放置、其間距均為a、電流均為I、方向垂直紙面向里(已知在電流為I的長直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場中、距導(dǎo)線r處的磁感應(yīng)強度B、其中k為常數(shù))。某時刻有一電子(質(zhì)量為m、電荷量為e)正好經(jīng)過原點O、速度大小為v、方向沿y軸正方向、則電子此時所受磁場力為()A方向垂直紙面向里、大小為B方向指向x軸正方向、大小為C方向垂直紙面向里、大小為D方向指向x軸正方向、大小為AP、Q兩根導(dǎo)線距O點的距離相等、在O點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度方向相反、大小相等、合磁感應(yīng)強度為零、所以O(shè)點磁感應(yīng)強度等于R在O點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度、根據(jù)安培定則、可知其方向沿x軸負(fù)方向、ROa、磁感應(yīng)強度的大小B、根據(jù)左手定則、洛倫茲力方向垂直紙面向里、大小為FevB、故A項正確。安培力作用下的平衡問題3如圖所示、一勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧、下面掛有匝數(shù)為n的矩形線框abcd、bc邊長為l、線框的下半部分處在勻強磁場中、磁感應(yīng)強度大小為B、方向與線框平面垂直(在圖中垂直于紙面向里)、線框中通以電流I、方向如圖所示、開始時線框處于平衡狀態(tài)。令磁場反向、磁感應(yīng)強度的大小仍為B、線框達到新的平衡、則在此過程中線框位移的大小x及方向是()Ax、方向向上Bx、方向向下Cx、方向向上Dx、方向向下B線框在磁場中受重力、安培力、彈簧彈力處于平衡狀態(tài)、安培力為FnBIl、且開始時方向向上、改變磁場方向后安培力方向向下、大小不變。設(shè)在磁場反向之前彈簧的伸長量為x、則磁場反向之后彈簧的伸長量為(xx)、由平衡條件知kxnBIlmg及k(xx)nBIlmg、聯(lián)立解得x、且線框向下移動、B對。4如圖所示、U形平行金屬導(dǎo)軌與水平面成37角、金屬桿ab橫跨放在導(dǎo)軌上、其有效長度為0.5 m、質(zhì)量為0.2 kg、與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為0.1?？臻g存在豎直向上的磁感應(yīng)強度為2 T的勻強磁場。要使ab桿在導(dǎo)軌上保持靜止、則ab中的電流大小應(yīng)在什么范圍？(設(shè)最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等、g取10 m/s2、sin 370.6、cos 370.8)解析先畫出金屬桿受力的側(cè)面圖、由于安培力的大小與電流有關(guān)、因此改變電流的大小、可以改變安培力的大小、也可以使導(dǎo)線所受的摩擦力方向發(fā)生變化。由平衡條件可知、當(dāng)電流較小時、導(dǎo)線所受的摩擦力方向沿斜面向上、如圖甲所示。甲乙則mgsin (mgcos Fsin )Fcos 又FBI1L、得I11.21 A當(dāng)電流較大時、導(dǎo)線所受的摩擦力方向沿斜面向下、如圖乙所示。則mgsin (mgcos Fsin )Fcos 又FBI2L、I21.84 A所以1.21 AI1.84 A。答案1.21 AI1.84 A 安培力作用下導(dǎo)體運動情況的判斷方法講典例示法1判定導(dǎo)體運動情況的基本思路判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動或運動趨勢、首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置的磁感線分布情況、然后利用左手定則準(zhǔn)確判定導(dǎo)體的受力情況、進而確定導(dǎo)體的運動方向或運動趨勢的方向。2五種常用判定方法電流元法分割為電流元安培力方向整段導(dǎo)體所受合力方向運動方向特殊位置法在特殊位置安培力方向運動方向等效法環(huán)形電流小磁針、通電螺線管條形磁鐵結(jié)論法同向電流互相吸引、異向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時、有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢轉(zhuǎn)換研究對象法定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動或運動趨勢的問題、可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力、然后由牛頓第三定律、確定磁體所受電流磁場的作用力、從而確定磁體所受合力及運動方向典例示法(一題多法)一個可以自由運動的線圈L1和一個固定的線圈L2互相絕緣垂直放置、且兩個線圈的圓心重合、如圖所示。當(dāng)兩線圈中通以圖示方向的電流時、從左向右看、線圈L1將()A不動B順時針轉(zhuǎn)動C逆時針轉(zhuǎn)動D在紙面內(nèi)平動解析方法一(電流元法)把線圈L1沿水平轉(zhuǎn)動軸分成上下兩部分、每一部分又可以看成無數(shù)段直線電流元、電流元處在L2產(chǎn)生的磁場中、根據(jù)安培定則可知各電流元所在處的磁場方向向上、由左手定則可得、上半部分電流元所受安培力均指向紙外、下半部分電流元所受安培力均指向紙內(nèi)、因此從左向右看線圈L1將順時針轉(zhuǎn)動。方法二(等效法)把線圈L1等效為小磁針、該小磁針剛好處于環(huán)形電流I2的中心、小磁針的N極應(yīng)指向該點環(huán)形電流I2的磁場方向、由安培定則知I2產(chǎn)生的磁場方向在其中心處豎直向上、而L1等效成小磁針后、轉(zhuǎn)動前、N極指向紙內(nèi)、因此小磁針的N極應(yīng)由指向紙內(nèi)轉(zhuǎn)為向上、所以從左向右看、線圈L1將順時針轉(zhuǎn)動。方法三(結(jié)論法)環(huán)形電流I1、I2之間不平行、則必有相對轉(zhuǎn)動、直到兩環(huán)形電流同向平行為止。據(jù)此可得、從左向右看、線圈L1將順時針轉(zhuǎn)動。答案B判斷磁場中導(dǎo)體運動趨勢的兩點注意(1)應(yīng)用左手定則判定安培力方向時、磁感線穿入手心、大拇指一定要與磁感線方向垂直、四指與電流方向一致但不一定與磁感線方向垂直。(2)導(dǎo)體與導(dǎo)體之間、磁體與磁體之間、磁體與導(dǎo)體之間的作用力和其他作用力一樣具有相互性、滿足