2020《三维设计》新课标一轮复习教师用书教师用书第九章 磁场

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第九章 磁 场
[全国卷 5年考情分析]
基础考点 常考考点 命题概率 常考角度
通电直导线和
通电线圈周围
磁场的方向(Ⅰ)
洛伦兹力
伦兹力的方向
(Ⅰ)
洛伦兹力公式
(Ⅱ)
以上 3个考点
未曾独立命题
磁场、磁感应强
度、磁感线()
'18Ⅱ卷T20(6 ) 
'17Ⅲ卷T18(6 )
'15Ⅱ卷T18(6 )
独立命题
概率 60%
(1)电流的磁场及安培定
则的应用(2)安培力、洛伦
兹力的理解及应用
(3)带电粒子在磁场中的
圆周运动问题
(4)带电粒子在有界磁场
中的多解与临界问题
(5)带电粒子在复合场中
的运动问题
(6)洛伦兹力在现代科技
中的应用
安培力、安培力的
方向()
'17Ⅰ卷T19(6 ) 
'17Ⅱ卷T21(6 )
'15Ⅰ卷T24(12 )
综合命题
概率 60%
匀强磁场中的安培
()'14Ⅰ卷T15(6 )
独立命题
概率 30%
质谱仪和回旋加速
()'16Ⅰ卷T15(6 )
综合命题
概率 30%
带电粒子在匀强磁
场中的运动()
'18
Ⅰ卷T25(20 )
Ⅱ卷T25(20 )
Ⅲ卷T24(12 )
独立命题
概率 100%
综合命题
概率 100%
'17
Ⅰ卷T16(6 )
Ⅱ卷T18(6 )
Ⅲ卷T24(12 )
'16
Ⅱ卷T18(6 )
Ⅲ卷T18(6 )
'15
Ⅰ卷T14(6 )
Ⅱ卷T19(6 )
'14
Ⅰ卷T16(6 )
Ⅱ卷T20(6 )
1节 磁场的描述 磁场对电流的作用
一、磁场、磁感应强度
1磁场
基本性质:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用。
2磁感应强度
(1)物理意义:描述磁场的强弱和方向。
(2)大小:B=。[1]
(3)方向:小磁针的 N极所受磁场力的方向,也就是小磁针静止时 N极的指向。
(4)单位:特斯拉(T)
3匀强磁场
(1)定义:磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场。
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(2)特点:磁感线疏密程度相同、方向相同。
二、磁感线 通电直导线和通电线圈周围磁场的方向
1磁感线及其特点
(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磁感应强
度的方向一致。
(2)特点[2]
① 磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向。
② 磁感线的疏密定性地表示磁场的强弱。
③ 磁感线是闭合曲线,没有起点和终点。
④ 磁感线是假想的曲线,客观上不存在。
2电流的磁场
通电直导线 通电螺线管 环形电流
三、安培力、安培力的方向 匀强磁场中的安培力
1安培力的大小
(1)磁场和电流垂直时:FBIL
(2)磁场和电流平行时:F=。
2安培力的方向
左手定则判断: [3]
(1)伸出左手,让拇指与其余四指垂直,并且都在同一个平面内。
(2)让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流方向。
(3)拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
【注解释疑】
[1] B的大小和方向由磁场本身决定,与该处放不放通电导线无关,在定义式中一
定要强调通电导线垂直于磁场。
[2] 磁场是客观存在的特殊物质,磁感线是假想的曲线;磁感线是闭合的曲线,而
电场线是不闭合的曲线。
[3] 安培力方向一定垂直电流与磁场方向决定的平面,即同时有 FAIFAB。而
磁场与电流的方向可以不垂直。
[深化理解]
1.电流不受安培力或运动电荷不受洛伦兹力,都不能说明该处没有磁场,这一点与电
场不同,电荷在电场中一定受电场力作用。
2.安培力可以做功,而洛伦兹力永不做功。
3.安培力的冲量 IBLq
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[基础自测]
一、判断题
(1)磁场中某点磁感应强度的大小,跟放在该点的试探电流元的情况无关。()
(2)磁场中某点磁感应强度的方向,跟放在该点的试探电流元所受磁场力的方向一致。
(×)
(3)垂直磁场放置的线圈面积减小时,穿过线圈的磁通量可能增大。()
(4)小磁针 N极所指的方向就是该处磁场的方向。(×)
(5)在同一幅图中,磁感线越密,磁场越强。()
(6)将通电导线放入磁场中,若不受安培力,说明该处磁感应强度为零。(×)
(7)1820 年,丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转,称为电流的
磁效应。()
二、选择题
1[粤教版选31 P84T1]把一小段通电直导线放入磁场中,导线受到安培力的
用。关于安培力的方向,下列说法中正确的是(  )
A.安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同
B.安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直,但不一定跟电流方向垂直
C.安培力的方向一定跟电流方向垂直,但不一定跟磁感应强度方向垂直
D.安培力的方向一定跟电流方向垂直,也一定跟磁感应强度方向垂直
解析D 根据左手定则可知,安培力的方向一定跟电流方向垂直,也一定跟磁
应强度方向垂直,故 D正确。
2[教科版选修 31 P83T3](多选)如图为通电螺线管。A为螺线管外一点,BC两点
在螺线管的垂直平分线上,则下列说法正确的是(  )
A.磁感线最密处为 A处,最疏处为 B
B.磁感线最密处为 B处,最疏处为 C
C.小磁针在 B处和 AN极都指向左方
D.小磁针在 B处和 CN极都指向右方
解析BC 根据安培定则可知,AB两处磁场方向向左,C处磁场方向向右;根
据通电螺线管周围的磁感线分布情况可知,B处磁感线最密,C处磁感线最疏。
3(多选)小段长为 L的通电直导线放在磁感应强度为 B的磁场中,当通过电流
I时,所受安培力为 F。以下关于磁感应强度 B的说法正确的是(  )
A.磁感应强度 B一定等于
B.磁感应强度 B可能大于或等于
C.磁场中通电直导线受安培力大的地方,磁感应强度一定大
D.在磁场中通电直导线也可以不受安培力
答案BD
4.[人教版选修 31 P94T3]如图所示,用量匀强磁场
的磁感应强度。下列各选项所示的流线圈相同,MN 相等,
它们平的右下方。线圈中通有大小相同的电流,
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于平衡状态。若磁场发生变化平最容易失去的是(  )
析:A FBIL 可知线磁场越大容易
去平衡,故 A正确。
考对本节的考主要中在安培定则和磁场、安培力作用下导体运动情
况的判断与平问题,对考点的主要选择题的形式现,,而对安
培力作用下的平问题有时考查计算题,度中等。
考点一 安培定则的应用和磁场的[基础自修类]
[题点全练]
1[安培定则的应用]
沿
动时,abc三枚小磁针都发生转动,以下说法正确的是(  )
AabcN极都向纸里
BbN极向外转,而 acN极向纸里
CbcN极都向纸里转,而 aN极向外转
DbN极向纸里转,而 acN极向外转
解析B 由于圆环带负电荷,故当圆环沿顺时针方向转动时,等效电流的方向为
逆时针,由安培定则可判断环内磁场方向垂直纸面向外,环外磁场方向垂直纸面向内,磁
场中某点的磁场方向即是放在该点的小磁针静止时 N极的指向,所以小磁针 bN极向纸
外转,acN极向纸里转。故 B正确。
2[两电流产生磁场的叠加]
(多 选 )(2018· 全 国 卷 )如 图 , 面 内 有 两 条 互 相 垂 直 的 长 直 绝 缘 导 线
L1L2L1中的电流方向向左,L2中的电流方向向上L1的正上方有 ab两点,
相对于 L2对称。系统处于匀强外磁场中,外磁场的磁感应强度大小为 B0,方
向垂直于面向外。已知 ab两点的磁感应强度大小分B0B0,方向也垂直于面向
外。则(  )
A.流L1的电流在 b生的磁感应强度大小为 B0
B.流L1的电流在 a生的磁感应强度大小为 B0
C.流L2的电流在 b生的磁感应强度大小为 B0
D.流L2的电流在 a生的磁感应强度大小为 B0
解析:AC 外磁场、电流的磁场方向如图所示,由题意知
b点:B0B0B1B2
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a点:B0B0B1B2
由上述两式解得 B1B0B2B0,故 AC正确。
3[多个电流产生磁场的叠加]
平行的通电长直导线 abcd电流I,如图所示放在
正方形的四个点上,每通电直导线单独存在时,正方形中心 O
点的磁感应强度大小都是 B,则四通电导线同时存在时 O点的磁感应
强度的大小和方向为(  )
A2B,方向向左     B2B,方向向下
C2B,方向向右 D2B,方向向上
析:A 根则判线在 O磁感方向a
导线产生的磁感应强度方向为 Od 方向;c导线产生的磁感应强度方向为 Od 方向;同理,b
导线产生的方向为 Oa 方向d导线产生的方向为 Oa 向,则根据平行四边形定则进行
成可知,所以四根导线同时存在时 O点的磁感应强度大小为 2B,方向水平向左。A正确。
[名师微点]
1.安培定则的应用
安培则判直线电流环形电流通电线管的磁时应因”“果
原因(电流方向)结果(磁场方向)
直线电流的磁场 大拇指 四指
环形电流及通电螺线管的磁场 四指 大拇指
2.磁场的叠加
磁感应强度为量,合与分解遵循平行四形定则。
考点 安培力作用下导体运动情况的判断[生共研类]
1判定导体运动情况的基本思路
判定通电导体在安培力作用下的运动或运趋势首先必须弄清导体所在位置的磁
感线况,然后用左手定则判定导体的受力情况,进而确定导体的运动方向或
运动趋势的方向。
2五种常用判定方法
电流元法 为电流元――→安培力方向―→整段导体所受合力方向―→运动
方向
位置法 在特位置安培力方向运动方向
等效法 环形电流小磁针,通电螺线管→条形磁
结论同向电流吸引向电流排斥;两不平行的直线电流相
用时,有转到平行且电流方向相同的趋势
换研究
定性分磁体在电流磁场作用下如运动或运动趋势的问题,可
电流在磁体磁场中所受的安培力,然后由牛顿,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
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[典例] 如图所示,把一的通电直导线放在形磁两极的正上方,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)(  )
A时针方向转动,同时下
B时针方向转动,同时上
C时针方向转动,同时下
D时针方向转动,同时上
[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
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。
分析导线转过 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。
[答案] A
[题点全练]
1[等效法]
图所置的S线线
直平在线沿向流
电流时,将会看(  )
A.线圈向左平
B.线圈向右平
C.从上,线圈时针转动,同时靠近
D.从上,线圈时针转动,同时靠近
解析:C 把通电线圈等效成小磁针,等效小磁针的 N极垂直于纸面向外,根据同
名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引可知:从上往下看,线圈顺时针转动,同时靠近磁铁
C正确。
2[结论法与电流元法组合]
如图所示,一通电金属定在绝缘平面上,在其左放置
一可中点 O自由转动且可在平方向自由移动的竖;金属棒,中
O金属环在同一平面内,当在金属环与金属棒中通有图中所示
方向的电流时,则(  )
A金属棒始终静止不动
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B金属棒的上半部分向面外转,下半部分向转,同时靠近金属
C金属棒的上半部分向转,下半部分向面外转,同时靠近金属
D金属棒的上半部分向转,下半部分向面外转,同时远离金属
解析B 由通电金属环产生的磁场特点可知,其在金属棒的上半部分产生有水平
向左的磁场分量,由左手定则可判断金属棒上半部分受到方向垂直纸面向外的安培力,故
向纸面外转;同理可判断金属棒的下半部分向纸面里转。当金属棒转动到平行水平面时,
由同向电流相吸,反向电流相斥可知,金属棒在靠近金属环,B正确。
3[一题多法]
一个可以自由运动的线圈 L1和一个定的线圈 L2绝缘垂直放置,
且两个线圈的圆心合,如图所示。当两线圈中通以图示方向的电流时,
从左向右,线圈 L1(  )
A.不动       B时针转动
C时针转动 D.在面内平动
解析:B 法一:电流元法
把线圈 L1沿水平转动轴分成上下两部分,每一部分又可以看成无数段直线电流元,电
流元处在 L2产生的磁场中,根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上,由左手定
则可得,上半部分电流元所受安培力均指向纸外,下半部分电流元所受安培力均指向纸内
因此从左向右看线圈 L1将顺时针转动。
法二:等效法
把线圈 L1等效为小磁针,该小磁针刚好处于环形电流 I2的中心,小磁针的 N极应指向
该点环形电流 I2的磁场方向,由安培定则知 I2产生的磁场方向在其中心处竖直向上,而 L1
等效成小磁针后,转动前,N极指向纸内,因此小磁针的 N极应由指向纸内转为向上,所
以从左向右看,线圈 L1将顺时针转动。
法三:结论法
环形电流 I1I2之间不平行,则必有相对转动,直到两环形电流同向平行为止,据此可
得,从左向右看,线圈 L1将顺时针转动。故 B正确。
考点 安培力作用下的平问题[究类]
题型() 安培力的叠加
[1] ()(2017·全国卷Ⅰ)如图,三根平行的定长直导线 L1L2L3
两等通有电流 IL1中电流方向与 L2中的相同,与 L3中的相。下列说法
正确的是(  )
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AL1所受磁场作用力的方向与 L2L3所在平面垂直
BL3所受磁场作用力的方向与 L1L2所在平面垂直
CL1L2L3单位长度所受的磁场作用力大小之比11
DL1L2L3单位长度所受的磁场作用力大小之比∶∶1
[解析] 则可L2L1的磁(B21)方向垂直 L1L2线
上,L3L1磁场(B31)向垂L1L3线向右据磁
L3L2L1处产生的合磁场(B1)方向如图 1所示,根据左手定则可判断出 L1所受磁场作
力的L2L3平面A错误如图 2判断L3
磁场(B3)用力的方向(竖直向)L1L2所在平面垂直,选项 B正确;同理,如图 3
示,设一根长直导线在另一根导线处产生的磁场的磁感应强度大小B,根据几何知识可
知,B1BB2BB3B,由安培力公式 FBIL 可知 L1L2L3单位长度所受的
磁场作用力大小之比为 11,选项 C正确,D错误。
[答案] BC
 
安培力的大小
安培力大小计算常用公式 FBIL,要求两两垂直,应用时要满足:
(1)BL垂直;
(2)L是有效长度,即垂直磁感应强度方向的长度。
如弯曲导线的有效长度 L等于两端点所连直线的长度(如图所示),相应的电流方向沿 L
由始端流向末端。因为意形闭合线圈,其有效长度为,所以闭合线圈通电后
强磁场中,受到的安培力的量和为
题型() 通电金属棒的平衡问题
[2] (多选)如图所示,空间中有一向右下方、平方向θ角的匀
强磁场,磁感应强度为 B,一绝缘竖AC 垂直于面所在的平面
属杆O
状态。下列说法正确的是(  )
A.若挡板 AC 表面光滑减小中电流,可能仍然静止于 O
B.若挡板 AC 表面光滑增大中电流,使杆仍然静止,可将挡板绕O点垂直
9 69
面的轴逆时针转动一定角度
C.若挡板 AC 表面粗糙增大中电流,可能仍然静止,且所受的静摩擦力一
定增大
D.若挡板 AC 表面粗糙减小中电流,可能仍然静止,且所受的静摩擦力方
向可能直向上
[解析] 若挡板 AC ,则G支持N和安培
F的作用而静止,如图甲所示,根据平衡条件Fcos θG,而 F
BILBILcos θGI,有 BILcos θ<G
将向下动,选项 A错误;若挡板 AC 光滑,则
G支持N和安培力 F三个力的作用而静止,力平衡时,
力可以首尾相连的形,如图乙所示,中电流 I,则安培力 F(
)略增使杆重N时针O
垂直纸面的轴逆时针转动一定度,选项 B正确;若挡板 AC 粗糙,则力、
支持力、和安培力的作用而静止,其中静的方向可直向上,也可
直向下,静摩擦中电流 I,安培力 F大,能仍然静止,
竖直Fcos θfmg 知,f能减C
若挡板 AC 粗糙略减中电流 I,安培力 F小,能仍然静止,原静摩擦
f方向竖直向上,根据 Fcos θfmg 知,静摩擦f方向竖直向上,选项 D正确。
[答案] BD
[延伸思考] 
(1)G>BILcos θ受静摩擦f方向如何?略增大 I时,f何变化?
(2)GBILcos θ受静摩擦f?略增大或减I时,f何变化?
(3)G<BILcos θ受静摩擦f方向如何?若减小 I时,f何变化?
(4)金属杆随粗糙挡板平向左做匀加速直线运动,挡板保持竖直,其他条件均
,则与挡板静止时相比较受的安培力、支持力、摩擦力如何变化?
提示:(1)受静摩擦力,竖直向上,I大时,f小,可
(2)不受静摩擦力,I大时,f竖直向下大,I小时,f竖直向上大。
(3)受静摩擦力,竖直向下,I小时,f小,可
(4)安培力不支持大,摩擦力不
题型() 通电线框的平衡问题
[3] 如kn
形线abcdbc l,线分处在匀强磁场中,磁感应强度
大小为 B,方向与线平面垂直(在图中垂直于)线中通以电流
10 69
I,方向如图所示,开始时线处于平衡状磁场向,磁感应强度的大小B,线
框达的平,则在过程中线的大小 Δx及方向是(  )
AΔx=,方向向上  BΔx=,方向向下
CΔx=,方向向上 DΔx=,方向向下
[解析] 线在磁场中受力、安培力、弹簧弹力处于平衡状态,安培力为 FAnBIl
且开始时方向向上,改磁场方向后安培力方向向下,大小不设在磁场反向之前弹簧
量为 x反向(xΔx)平衡条件kxnBIlmg
k(xΔx)nBIlmg联立解得 Δx=,线向下动,B对。
[答案] B
[共性归纳]
(1)安培力作用下的平问题与力学中的平问题分方法是相同的,不过多安培
力,解题的关键仍是受力分
(2):对于安培力作用下的力学问题,线的受力金属棒的受力
三维空间的不同方向上,这时应俯视图、图或侧视图等体图
图。
(3)面图中,线的受力金属棒可用小圆圈代,垂直面方向的电流可用
“⊙”表示,垂直面方向的磁场可用×·表示,但垂直方向的力不
能用×·表示。
[题点全练]
1[安培力的计算]
L
金属框放置在磁感应强度大小为 B、方向垂直金属框平面向的匀强磁场
中。若 AB与导线相AB通以如图所示方向的电流(A
入,B)AB 电流I受到
和方向分(  )
A2BIL直向下    B.BIL直向上
CBIL直向上 D.BIL直向下
解析:B 由题图可知,电流由 A点 流 , 从 B点流出,则有 AB
ADCB的电ADCB产生可等DC 到的
由于流过 AB 边电流为 I,根据电路并联特点,流过 DC 边的电流为 I,因此金属受到的
合安培力为 BIL,根据左手定则,方向竖直向上,故 B正确,ACD错误。
2[安培力作用下的平衡问题]
形磁放在面上,的上方右极一侧吊挂
直的导电,图中画出此棒面图,并此棒中的电流是流向
内的,逐渐增大导电中的电流,磁一直保持静止。可能生的情况
(  )
摘要:

第1页共69页第九章磁 场[全国卷5年考情分析]基础考点常考考点命题概率常考角度通电直导线和通电线圈周围磁场的方向(Ⅰ)洛伦兹力、洛伦兹力的方向(Ⅰ)洛伦兹力公式(Ⅱ)以上3个考点未曾独立命题磁场、磁感应强度、磁感线(Ⅰ)'18Ⅱ卷T20(6分) '17Ⅲ卷T18(6分)'15Ⅱ卷T18(6分)独立命题概率60%(1)电流的磁场及安培定则的应用(2)安培力、洛伦兹力的理解及应用(3)带电粒子在磁场中的圆周运动问题(4)带电粒子在有界磁场中的多解与临界问题(5)带电粒子在复合场中的运动问题(6)洛伦兹力在现代科技中的应用安培力、安培力的方向(Ⅰ)'17Ⅰ卷T19(6分) '17Ⅱ卷T21(...

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