高三物理一轮复习：磁场

磁场

命题分析：

历年高考对本章知识覆盖面大，几乎每个知识点都考到。特别是左手定则的运用和带电粒子在磁场中的运动更是两个命题频率最高的知识点.题目难度大,对考生的空间想象能力、物理过程和运动规律的综合分析能力都要求较高.其中不仅考查对安培力的理解,而且考查能将它和其他力放在一起,去综合分析和解决复杂问题的能力;而带电粒子在磁场中的运动考查能否正确解决包括洛仑兹力在内的复杂综合性力学问题.是考查综合能力的热点.

纵观近几年高考试题,题目一般运动情景复杂、综合性强,多以把场的性质、运动学规律、牛顿运动定律、功能关系及交变电流等有机结合的计算题出现,难度中等偏上,对考生的空间想象能力、物理过程和运动规律的综合分析能力及用数学方法解决物理问题的能力要求较高.从近两年高考看,涉及本章的命题常以构思新颖、高难度的压轴题形式出现,在复习中要高度重视.

复习策略：

复习时,应以左手定则和带电粒子在磁场中的运动为重点.应侧重掌握下列问题 1.知道安培力是洛仑兹力的宏观表现,所以它们的加都用左手定则判断.

2.根据公式F=qυBsinθ理解υ与B平行时带电粒子科洛仑兹力作用,静止的电荷在磁场中不受洛仑兹力作用.

3.根据洛仑兹力的方向与带电粒子的速度方向垂直，理解洛仑兹力不做功;

4.利用左手定则,运用平面几何知识,根据有关公式练掌握带电粒子在洛仑兹力作用下做圆周运动的圆心、半径、运动时间的确定方法.提高画图能力.

5.提高综合运用知识的能力.

第一专题 磁场的描述、磁场对电流的作用力

知识要点：

一、磁场：磁场是存在于运动电荷周围空间的一种客观存在的物质.

1.基本性质:1）对处于磁场中的磁极、电流、运动电荷有磁场力的作用；

2）有强弱和方向.

2.方向:规定在磁场中任一点小磁针N极受力的方向(或小磁针静止时N极的指向)就是那一点的磁场

方向.

3.磁现象的电本质:1）磁铁的磁场和电流的磁场一样都是由运动电荷产生的；

2）分子电流假说（安培）：揭示磁现象电本质（最早）.

4.磁感线:1）曲线的切线方向表示该位置的磁场方向.

2）曲线的疏密能定性地表示磁场的强弱, 3）是一种物理模型.

5.磁感应强度:描述磁场力的性质的矢量

1)大小:B=F/IL=F/qυ=M/IS

2)方向:小磁针静止时,N极所受磁场力的方向即为该点磁场的方向.

3)B与放入检验体物理量（I、L、F的大小）无关,仅与产生磁场的磁体或电流有关. 4)匀强磁场:1）B大小处处相等，方向相同,2）感线是平行等距的直线. 例1：关于磁感应强度,下面说法正确的是(D)

A.一小段通电导体放在磁场A处时受到的磁场力比B处的大,说明A处磁感应强度比B处的磁感应强度大. B.由B=F/IL可知,某处的磁感应强度大小与放入该处的通电导体的IL成反比.

C.放在匀强磁场中各处的通电导体,受力的大小和方向均相同. D.小磁铁N极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向. 例2：关于磁场、磁感线,下列说法正确的是(C)

A.磁场并不真实存在,而是人们假想出来的.

B.磁铁周围磁感线的形状,与铁屑在它周围排列的形状相同,说明磁场呈线条形状,磁感线是磁场的客观反映.

C.磁感线可以用来表示磁场的强弱和方向.

D.磁感线类似电场线,它总是从磁体的N极出发,到S极终止. 7.电流的磁场:（直线电流、环形电流、通电螺线管）

1）磁感线分布特点及磁感强度的大小和方向. 2）磁感线的方向都是由安培定则判断.

二、安培力

1.大小：1）当I⊥B时F=BIL 2）当I、B夹角为0时F=0

3)当I、B夹角为θ时F=BILsinθ(将B分解) 说明：1）式中的θ为B、I的夹角。

2）L是有效长度:1°对于弯曲导线的有效长度应等效于两端点连接直线的长度,相应的电流方

向应沿等效长度L由始端流向末端,

2°对于任意形状的闭合平面,可认为线圈的有效长度为零,即L=0,所以通电后

在匀强磁场受到的安培力的矢量和一定为零.

3）公式只适用于匀强磁场或非匀强磁场中很短的通电导线. 4）磁场对电流的安培力与I、L及导线的放置方向有关。

3)由于B、I、F相垂直的原因,三维图形出现的机会多.解题时,一般改画图形,使研

究对象的受力及运动展现在方便分析的平面内

2.方向：左手定则→F垂直于B和I所在平面（F⊥B，F⊥I，但B和I不一定垂直） 掌心——磁感线垂直穿入。四指——电流方向。拇指——安培力方向 3.产生原因:磁场对导线中所有运动电荷的合力.

三、电流表的工作原理:

1.磁电式电流表的构造特点:

1)磁场特点:磁铁和铁芯间磁场是辐向分布的.

2)安培力特点:无论线圈转到何角度,安培力、安培力的力矩总是只跟电流强度大小成正比,且M磁

=NBIS，（与线圈转过角度无关）

2.工作原理：1）第一部分产生径向匀强磁场。 2）通电后线圈的一对边产生力矩M1

3）弹簧产生力矩M2，当M2=M1时线圈停止转动

4）I越大、M1越大、θ越大:I=M2/nBS→磁电式电流表的刻度是均匀的. 5）I方向改变时，F方向改变，指针偏转方向也改变。 3.特点：1）灵敏度高，能测出很微弱的电流。

2）允许通过的电流小（Rg很小，Ig：几十μA～几mA），能承受的电压低。 四、地磁场主要特点

1.地磁场S、N极与地理南北极相反。 2.地磁场B：水平分量Bx由地理南极指北极 竖直分量By南北相反

3.赤道平面上，离地等高的各点B相等且水平向北。 思考：假设地磁场是由电荷运动产生的，试问地球带什么电？

三点一法：

1.通电导线或线圈在安培力作用下运动方向的判断（学生看书）

1）电流元分析法:把整段电流等效为多段直线电流元,先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力

的方向,从而判断出整段电流所受合力方向,最后确定运动方向.

2）等效分析法:环形电流可等效为小磁针,条形磁铁也可等效为环形电流,通电螺线管可等效为多个

环形电流或条形磁铁.

3）特殊位置分析法:把导体转到一个便于分析的特殊位置后判断其安培力方向,从而确定运动方向. 4）推论法：1°同向吸引异向排斥；2°垂直电流有转到同向的趋势。

5）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,再确定磁体所受电流作用力,从而确定磁体所受合力及运动方向.

例3：如右图所示,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I 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) 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

B S O N A 解析:1)电流元法:把直线电流等效为AO、OB两段电流元,由左手定则可以判断出AO和OB段受力方向分别

垂直纸面向外和向内,因此,从上向下看AB将以中心0为轴顺时针转动.

2)特殊位置法:用导线转过90°的特殊位置来分析,据左手定则判得安培力的方向向下,故导线在顺

时针转如同时向下转动.

思考：蹄形磁铁与什么电流的场相似？

训练1：(2003年河南信阳)如图所示,两条直导线互相垂直,但相隔一个小距离,其中一条AB是固定的,另

一条CD能自由转动,当直流电流按下图所示方向通入两条导线时,CD导线将（B）

A.不动

B.顺时针方向转动,同时靠近导线AB C.顺时针方向转动,同时离开导线AB D.逆时针方向转动,同时离开导线AB

E.逆时针方向转动,同时靠近导线AB

A C D B 2.安培力与力学、电磁学(电路、电动势等)相联系的金属棒在磁场中金属导轨上的运动问题（热点） 例4：(2004年科研试题)有两个相同的全长电阻为9Ω的均匀光滑圆环,固定于一个绝缘的水平台面上,

两环分别在两个互相平行的、相距为20cm的竖直平面内,两环的连心线恰好与环面垂直,两环面间有方向竖直向下的磁感强度B=0.87T的匀强磁场,两环的最高点A和C间接有一内阻为0.5Ω的电源,连接导线的电阻不计,今有一根质量为lOg,电阻为1.5Ω的棒置于两环内侧且可顺环滑动,而棒恰好静止于右图所示的水平位置,它与圆弧的两接触点P、Q和圆弧最低点间所夹的弧对应的圆心角均为θ=60°,取重力加速度为g=l0m/s,试求此电源电动势的大小.(6V)

θ P θ Q

2

训练2:如右图所示,平行金属导轨间距为50cm,固定在水平面上,一端接入

电动势E=1.5V,内电阻r=0.2Ω的电池,金属杆ab电阻为R=2.8Ω,质量m=5×10kg,与平行导轨垂直放置,其余电阻不计,金属杆处于磁感应强度为B=0.8T,方向与水平成60°的匀强磁场中,刚开始接通电路的瞬间,求: (l)金属杆所受的安培力的大小. (0.2N) (2)此时导体棒对轨道的压力多大. (0.4N)

评注:1）安培力的知识多结合在电磁感应综合题中考查,以简单的安培力分析为主.

2）在本部分复习时,要以中低档题为主,打好坚实的基础. 3）注意左手定则的使用,准确判断B、I、F三者方向关系. 4）关键：画受力分析图。

训练3：如右图所示,光滑的平行导轨倾角为θ,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,导轨中接入电动势

为E,内阻为r的直流电源,将质量为m,长度为L,电阻为R的导体棒由静止释放,求导体棒在释放

b -2

a S B 60°