格致課堂(新高考)高考物理一輪復(fù)習(xí)學(xué)案9.1磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用知識(shí)框架知識(shí)框架一、磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度1．磁場(chǎng)(1)基本特性：磁場(chǎng)對(duì)處于其中的磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷有磁場(chǎng)力的作用．(2)方向：小磁針的N極所受磁場(chǎng)力的方向，或自由小磁針靜止時(shí)北極的指向．2．磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)物理意義：描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向．(2)大?。築＝eq\f(F,IL)(通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng))．(3)方向：小磁針靜止時(shí)N極的指向．(4)單位：特斯拉(T)．3．勻強(qiáng)磁場(chǎng)(1)定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小處處相等、方向處處相同的磁場(chǎng)稱為勻強(qiáng)磁場(chǎng)．(2)特點(diǎn)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的磁感線是疏密程度相同的、方向相同的平行直線．4．磁通量(1)概念：在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，與磁場(chǎng)方向垂直的面積S與B的乘積．(2)公式：Φ＝BS.深化拓展(1)公式Φ＝BS的適用條件：①勻強(qiáng)磁場(chǎng)；②磁感線的方向與平面垂直．即B⊥S.(2)S為有效面積．(3)磁通量雖然是標(biāo)量，卻有正、負(fù)之分．(4)磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān)．二、磁感線、通電導(dǎo)體周圍磁場(chǎng)的分布1．磁感線：在磁場(chǎng)中畫出一些有方向的曲線，使曲線上各點(diǎn)的切線方向跟這點(diǎn)的磁場(chǎng)方向一致．2．條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(chǎng)磁感線分布(如圖3所示)圖33．電流的磁場(chǎng)直線電流的磁場(chǎng)通電螺線管的磁場(chǎng)環(huán)形電流的磁場(chǎng)特點(diǎn)無磁極、非勻強(qiáng)，且距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場(chǎng)越弱與條形磁鐵的磁場(chǎng)相似，管內(nèi)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)且磁場(chǎng)最強(qiáng)，管外為非勻強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)形電流的兩側(cè)是N極和S極，且離圓環(huán)中心越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)越弱安培定則立體圖橫截面圖4.磁感線的特點(diǎn)(1)磁感線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向．(2)磁感線的疏密定性地表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，在磁感線較密的地方磁場(chǎng)較強(qiáng)；在磁感線較疏的地方磁場(chǎng)較弱．(3)磁感線是閉合曲線，沒有起點(diǎn)和終點(diǎn)．在磁體外部，從N極指向S極；在磁體內(nèi)部，由S極指向N極．(4)同一磁場(chǎng)的磁感線不中斷、不相交、不相切．(5)磁感線是假想的曲線，客觀上不存在．三、安培力、安培力的方向勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的安培力1．安培力的大小(1)磁場(chǎng)和電流垂直時(shí)，F(xiàn)＝BIL.(2)磁場(chǎng)和電流平行時(shí)：F＝0.2．安培力的方向(1)用左手定則判定：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)．讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向．(2)安培力的方向特點(diǎn)：F⊥B，F(xiàn)⊥I，即F垂直于B和I決定的平面．核心素養(yǎng)核心素養(yǎng)1．x-t圖象的理解核心素養(yǎng)一對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的理解1．磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映磁場(chǎng)性質(zhì)的物理量，由磁場(chǎng)本身決定，是用比值法定義的．2．磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電場(chǎng)強(qiáng)度E的比較對(duì)應(yīng)名稱比較項(xiàng)目磁感應(yīng)強(qiáng)度B電場(chǎng)強(qiáng)度E物理意義描述磁場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量描述電場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量定義式B＝eq\f(F,IL)，通電導(dǎo)線與B垂直E＝eq\f(F,q)大小決定由磁場(chǎng)決定，與檢驗(yàn)電流無關(guān)由電場(chǎng)決定，與檢驗(yàn)電荷無關(guān)方向矢量矢量磁感線切線方向，小磁針N極受力方向矢量矢量電場(chǎng)線切線方向，放入該點(diǎn)的正電荷受力方向矢量矢量場(chǎng)的疊加合磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和合場(chǎng)強(qiáng)等于各個(gè)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)的矢量和核心素養(yǎng)二安培定則的應(yīng)用和磁場(chǎng)的疊加1．安培定則的應(yīng)用在運(yùn)用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場(chǎng)時(shí)應(yīng)分清“因”和“果”.原因(電流方向)結(jié)果(磁場(chǎng)繞向)直線電流的磁場(chǎng)大拇指四指環(huán)形電流的磁場(chǎng)四指大拇指2.磁場(chǎng)的疊加磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，計(jì)算時(shí)與力的計(jì)算方法相同，利用平行四邊形定則或正交分解法進(jìn)行合成與分解．核心素養(yǎng)三安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的判定1．通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)是在磁場(chǎng)對(duì)電流的安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)．2．明確磁場(chǎng)的分布和正確運(yùn)用左手定則進(jìn)行判斷是解題的關(guān)鍵．

典例精講典例精講1．如圖，一導(dǎo)體棒ab靜止在U形鐵芯的兩臂之間．電鍵閉合后導(dǎo)體棒受到的安培力方向()A．向上 B．向下C．向左 D．向右解析：根據(jù)圖中的電流方向，由安培定則知U形鐵芯下端為N極，上端為S極，ab中的電流方向由a→b，由左手定則可知導(dǎo)體棒受到的安培力方向向右，選項(xiàng)D正確．答案：D2．如圖所示，兩根平行放置、長(zhǎng)度均為L(zhǎng)的直導(dǎo)線a和b，放置在與導(dǎo)線所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．當(dāng)a導(dǎo)線通有電流大小為I、b導(dǎo)線通有電流大小為2I，且電流方向相反時(shí)，a導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力大小為F1，b導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力大小為F2，則a通電導(dǎo)線的電流在b導(dǎo)線處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為()A.eq\f(F2,2IL) B.eq\f(F1,IL)C.eq\f(2F1－F2,2IL) D.eq\f(2F1－F2,IL)解析：a、b導(dǎo)線中電流方向相反，兩導(dǎo)線之間的磁場(chǎng)力為斥力，設(shè)大小為F，對(duì)a有F1＝F＋BIL，對(duì)b有F2＝F＋2BIL，解得F＝2F1－F2，對(duì)于導(dǎo)線b，F(xiàn)＝2F1－F2＝B′·2IL，解得B′＝eq\f(2F1－F2,2IL)，故C正確．答案：C過關(guān)訓(xùn)練過關(guān)訓(xùn)練一、單選題1．在北京地區(qū)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：一個(gè)可以在水平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針，在地磁場(chǎng)作用下保持靜止，一根直導(dǎo)線位于小磁針的正北方，豎直放置，且通有豎直向上的電流，已知地磁場(chǎng)的水平分量為，長(zhǎng)直導(dǎo)線的電流形成的磁場(chǎng)在小磁針處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為，則小磁針的N極將（）A．向西偏轉(zhuǎn)角度滿足B．向西偏轉(zhuǎn)角度滿足C．向東偏轉(zhuǎn)角度滿足D．向東偏轉(zhuǎn)角度滿足2．下列關(guān)于磁感線的說法，正確的是（）A．磁感線是客觀存在一種物質(zhì)B．磁場(chǎng)中可能存在兩條相交的磁感線C．磁感線的疏密用來表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小D．通電螺線管的磁感線從北極出來，終止于南極，是一條不閉合的曲線3．如圖所示，虛線右側(cè)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，正三角形金屬框電阻為R，邊長(zhǎng)為，自線框從左邊界進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)開始計(jì)時(shí)，在外力作用下勻速進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域，t1時(shí)刻線框全部進(jìn)入磁場(chǎng)．規(guī)定順時(shí)針方向?yàn)楦袘?yīng)電流I的正方向，外力大小為F，線框中電功率的瞬時(shí)值為P，通過線框橫截面的電荷量為q，圖像中的曲線為拋物線，則這些量隨時(shí)間變化的關(guān)系正確的是（）A． B． C． D．4．某小組重做奧斯特實(shí)驗(yàn)，在一根南北方向放置的直導(dǎo)線的正下方放置一小磁針，如圖所示，給導(dǎo)線通入恒定電流，小磁針再次靜止時(shí)偏轉(zhuǎn)了30°，已知該處地磁場(chǎng)水平分量，通電直導(dǎo)線在該處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為（）A． B． C． D．5．如圖甲、乙所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線圈abcd和直徑為L(zhǎng)的圓環(huán)，對(duì)稱地放置在xOy坐標(biāo)系中，ab、bc、cd、da邊和圓環(huán)所在的磁場(chǎng)均為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，方向如圖所示。若正方形線圈和圓環(huán)的通電電流大小相等、方向均為逆時(shí)針，則正方形線圈所受的安培力與圓環(huán)所受的安培力大小之比為（）A．1∶1B．∶1C．2∶1D．06．如圖所示，由4根相同導(dǎo)體棒連接而成的正方形線框固定于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，頂點(diǎn)A、B與直流電源兩端相接，已知導(dǎo)體棒AB受到的安培力大小為F，則線框受到的安培力的合力大小為（）A． B． C． D．7．邊長(zhǎng)為a的閉合金屬正三角形輕質(zhì)框架，右邊豎直且與磁場(chǎng)右邊界平行，完全處于垂直于框架平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中?，F(xiàn)把框架勻速水平向右拉進(jìn)磁場(chǎng)，如圖所示，則下圖四個(gè)選項(xiàng)的圖像規(guī)律與這一過程相符合的是（）A． B． C． D．8．如圖，足夠長(zhǎng)的光滑導(dǎo)軌傾斜放置，其下端連接一個(gè)電阻為R的燈泡，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌所在平面向上，已知導(dǎo)軌、導(dǎo)線與垂直導(dǎo)軌的導(dǎo)體棒ab總電阻為r，則導(dǎo)體棒ab在下滑過程中A．感應(yīng)電流從a流向bB．導(dǎo)體棒ab受到的安培力方向平行斜面向下，大小保持恒定C．機(jī)械能一直減小D．克服安培力做的功等于燈泡消耗的電能7．(多選)一金屬條放置在相距為d的兩金屬軌道上，如圖所示．現(xiàn)讓金屬條以v0的初速度從AA′進(jìn)入水平軌道，再由CC′進(jìn)入半徑為r的豎直圓軌道，金屬條到達(dá)豎直圓軌道最高點(diǎn)的速度大小為v，完成圓周運(yùn)動(dòng)后，再回到水平軌道上，整個(gè)軌道除圓軌道光滑外，其余均粗糙，運(yùn)動(dòng)過程中金屬條始終與軌道垂直且接觸良好．已知由外電路控制流過金屬條的電流大小始終為I，方向如圖中所示，整個(gè)軌道處于水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，A、C間的距離為L(zhǎng)，金屬條恰好能完成豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)．重力加速度為g，則由題中信息可以求出()A．金屬條的質(zhì)量B．金屬條在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的安培力的大小和方向C．金屬條運(yùn)動(dòng)到DD′時(shí)的瞬時(shí)速度D．金屬條與水平粗糙軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)2．如圖所示，兩平行導(dǎo)軌ab、cd豎直放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向豎直向上，將一根金屬棒PQ放在導(dǎo)軌上，使其水平且始終與導(dǎo)軌保持良好接觸．現(xiàn)在金屬棒PQ中通以變化的電流I，同時(shí)釋放金屬棒PQ使其運(yùn)動(dòng)．已知電流I隨時(shí)間變化的關(guān)系為I＝kt(k為常數(shù)，k>0)，金屬棒PQ與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)一定．以豎直向下為正方向，則下面關(guān)于金屬棒PQ的速度v、加速度a隨時(shí)間變化的關(guān)系圖象中，可能正確的是()考題預(yù)測(cè)參考答案1解析：在圓軌道最高點(diǎn)，由牛頓第二定律，有BId＋mg＝meq\f(v2,r)，所以選項(xiàng)A正確；由題中信息可求出金屬條在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的安培力的大小和方向，選項(xiàng)B正確；由于不知道CD間距，故不能求出金屬條運(yùn)動(dòng)到DD′時(shí)的瞬時(shí)速度，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由動(dòng)能定理得－(mg＋BId)·2r－μ(mg＋BId)·L＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mv02，所以選項(xiàng)D正確．答案：ABD2解析：因?yàn)殚_始時(shí)金屬棒PQ加速度方向向下，與速度方向相同，做加速運(yùn)動(dòng)，加速度逐漸減小，即做加速度逐漸減小的變加速運(yùn)動(dòng)，然后加速度方向向上，加速度逐漸增大，做加速度逐漸增大的變減速運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)牛頓第二定律得，金屬棒PQ的加速度a＝eq\f(mg－Ff,m)，F(xiàn)f＝μFN＝μFA＝μBIL＝μBLkt，聯(lián)立解得加速度a＝g－eq\f(μBLkt,m)，與時(shí)間成線性關(guān)系，故C錯(cuò)誤；t＝0時(shí)刻無電流，無安培力，只有重力，加速度豎直向下，為正值，故D錯(cuò)誤．答案：B過關(guān)訓(xùn)練參考答案1．D【詳解】地磁場(chǎng)是從地磁北極到地磁南極，北京在北半球，B1為地磁場(chǎng)水平分量指向地磁南極（地理北極附近），通電導(dǎo)線在O點(diǎn)的磁場(chǎng)方向指向東，未放入通電長(zhǎng)直導(dǎo)線時(shí)小磁針N極指向北，放入通電長(zhǎng)直導(dǎo)線后小磁針N極的指向向東偏轉(zhuǎn)角度為，如圖所示：根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系可得：，D正確，ABC錯(cuò)誤。故選D。2．C【詳解】A．磁場(chǎng)是客觀存在的，但磁感線是為了形象描述磁場(chǎng)而假想出來的，A錯(cuò)誤；B．由于磁感線的切線方向表示該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，磁場(chǎng)中任意一點(diǎn)只有一個(gè)磁場(chǎng)方向，磁場(chǎng)中若存在兩條相交的磁感線，則交點(diǎn)處就有兩個(gè)磁場(chǎng)方向，相互矛盾，B錯(cuò)誤；C．磁感線的疏密用來表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，C正確；D．通電螺線管的外部磁感線從北極出來，從南極進(jìn)入，在內(nèi)部又從南極回到北極，磁感線是閉合曲線，D錯(cuò)誤。故選C。3．C【詳解】A.線框進(jìn)入磁場(chǎng)后切割磁感線的等效長(zhǎng)度為：所以產(chǎn)生的感應(yīng)電流為故電流隨時(shí)間均勻增大，故A錯(cuò)誤；B.過程中受到的安培力為因?yàn)榫€框做勻速運(yùn)動(dòng)，所以即所以F-t圖像是一條拋物線，故B錯(cuò)誤；C.根據(jù)公式：得所以P-t是一條拋物線，故C正確；D.根據(jù)公式得q是t的二次函數(shù)，故D錯(cuò)誤．4．A【詳解】各個(gè)分磁場(chǎng)與合磁場(chǎng)關(guān)系如圖所示由數(shù)學(xué)關(guān)系得故選A。5．B【詳解】設(shè)通電電流為I，da、bc邊所受的安培力大小方向均相同，其合力大小F1=2BIL方向垂直bc邊斜向下同理ab、cd邊所受安培力合力大小F2=2BIL方向垂直cd邊斜向下且F1F2，則正方形線圈所受的安培力F=圖乙中第Ⅰ、Ⅱ象限的圓環(huán)受到的安培力的合力F1′=BIL方向沿y軸負(fù)方向第Ⅲ、Ⅳ象限的圓環(huán)受到的安培力的合力F2′=BIL方向沿y軸負(fù)方向則圓環(huán)所受的安培力合力大小F′=2BIL則F∶F′=∶1選項(xiàng)B正確；ACD錯(cuò)誤；故選B。6．C【詳解】導(dǎo)體棒AB與導(dǎo)體棒ADCB相當(dāng)并聯(lián)電路，電阻之比與長(zhǎng)度成正比，則電阻之比為1：3，所以電流之比為3：1，所以導(dǎo)體棒DC安培力是導(dǎo)體棒AB安培力三分之一，導(dǎo)體棒AD與導(dǎo)體棒CB的安培力恰好大小相等方向相反，所以線框ABCD受到的安培力的大小為導(dǎo)體棒AB與導(dǎo)體棒DC的安培力之和，則線框ABCD受到的安培力的大小為，C正確。故選C。7．B【詳解】A．如圖所示，當(dāng)框架進(jìn)入磁場(chǎng)x距離后，線框切割磁感線的有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)，根據(jù)幾何知識(shí)可得則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為可知，E隨著x的增大而均勻減小，A錯(cuò)誤；B．感應(yīng)電流為可知，I隨著x的增大而均勻減小，B正確；C．框架受到的安培力為可知，F(xiàn)與x是非線性關(guān)系，C錯(cuò)誤；D．外力F的功率為可知是開口向上的拋物線（左支），該圖錯(cuò)誤，D錯(cuò)誤。故選B。8．C【解析】【分析】根據(jù)右手定則判斷感應(yīng)電流的方向，再根據(jù)左手定則判斷安培力的方向，通過速度的變化，得出電動(dòng)勢(shì)的變化，電流的變化，從而得出安培力的變化；根據(jù)能量守恒判斷機(jī)械能的變化，根據(jù)克服安培力做功與產(chǎn)生的電能關(guān)系判斷安培力做功與燈泡消耗電能的關(guān)系；【詳解】A、導(dǎo)體棒ab下滑過程中，由右手定則判斷感應(yīng)電流I在導(dǎo)體棒ab中從b到a，由左手定則判斷導(dǎo)體棒ab受沿斜面向上的安培力，由分析知，導(dǎo)體棒ab開始速度增大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大，感應(yīng)電流增大，安培力增大，如果導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，