【步步高】2017年高考物理(人教版浙江)一轮复习讲义：第8章 第1讲.doc

[考试标准]

考点一磁现象和磁场

1.磁极间的相互作用：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引.

2.奥斯特实验(如图1所示)：

图1

(1)通电直导线沿南北方向放置在小磁针的上方.

(2)意义：说明通电导体周围存在着磁场，发现了电流的磁效应，首先揭示了电与磁之间是有联系的.

3.磁场

(1)磁场：存在于磁体周围或电流周围的一种客观存在的特殊物质.磁体与磁体之间、磁体和通电导体之间、通电导体和通电导体间的相互作用都是通过磁场发生的.

(2)基本性质：对放入其中的磁体或通电导体有力的作用.

(3)地磁场：地球磁体的N极(北极)位于地理南极附近，地球磁体的S极(南极)位于地理北极附近.

1.[对磁现象的基本认识](多选)下列说法中正确的是()

A.磁场看不见、摸不着，所以它并不存在，它是人们为了研究问题方便而假想出来的

B.同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引

C.磁体和通电导体都能产生磁场

D.若小磁针始终指向南北方向，则小磁针的附近一定没有磁铁

答案BC

解析磁场是一种“场”物质，它和我们常见的分子、原子组成的物质不同，它是以一种“场”的形式存在的，故选项A错误.由磁极间相互作用的基本规律及电流的磁效应可知，选项B、C正确.若磁铁放在小磁针的南方或北方，小磁针仍可能始终指向南北方向，故选项D错误.

2.[对奥斯特实验的理解]在重复奥斯特的电流磁效应的实验时，为使实验方便且效果明显，通电直导线应()

A.平行于南北方向，位于小磁针上方

B.平行于东西方向，位于小磁针上方

C.平行于东南方向，位于小磁针下方

D.平行于西南方向，位于小磁针下方

答案 A

解析在做奥斯特实验时，为排除地磁场影响，小磁针应南北放置，通电直导线也应南北放置且位于小磁针上方，故选A.

3.[地磁场]关于地磁场，下列说法中正确的是()

A.地理位置的南北极即为地磁场的南北极

B.地球表面上各处磁场的强弱相同

C.在赤道上磁针的N极在静止时指向地理南极附近

D.在赤道上磁针的N极在静止时指向地理北极附近

答案 D

解析根据地磁场特点，地理北极在地磁场南极附近，所以小磁针在赤道上静止时，并不严格指向南北方向.在地球上两个磁极附近磁场最强，离磁极越远磁场越弱，故选项A、B、C 不正确，正确选项为D.

考点二磁感应强度安培定则

1.磁感应强度

(1)定义式：B＝F

IL(通电导线垂直于磁场).

(2)方向：小磁针静止时N极的指向.

(3)单位：特斯拉，简称特(T)，1 T ＝1

N A·m

. (4)磁感应强度是反映磁场性质的物理量，由磁场本身决定，是用比值法定义的. 2.磁感线

(1)引入：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：磁感线的特点与电场线的特点类似，主要区别在于磁感线是闭合的曲线. (3)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图2所示

).

图2

3.电流的磁场

4.磁场的叠加

磁感应强度是矢量，计算时与力的计算方法相同，利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解. [思维深化]

请判断下列说法是否正确.

(1)奥斯特发现了电流可以产生磁场.( √ )

(2)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.( √ )

(3)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.( × )

(4)磁感线是真实存在的.( × )

(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.( × )

4.[磁感应强度]有关磁感应强度的下列说法中，正确的是( ) A.磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量

B.若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零

C.若有一小段长为L ，通以电流为I 的导体，在磁场中某处受到的磁场力为F ，则该处磁感应强度的大小一定是F

IL

D.由定义式B ＝F

IL 可知，电流I 越大，导线L 越长，某点的磁感应强度就越小

答案 A

解析 磁感应强度的引入目的就是用来描述磁场强弱，因此选项A 是正确的.磁感应强度是与电流I 和导线长度L 无关的物理量，且B ＝F

IL 中的B 、F 、L 相互垂直，所以选项B 、C 、

D 皆是错误的.

5.[电场强度和磁感应强度的对比](多选)下列说法中正确的是( ) A.电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场强度为零

B.一小段通电导线在某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零

C.表征电场中某点电场的强弱，是把一个检验电荷放在该点时受到的电场力与检验电荷本身电荷量的比值

D.表征磁场中某点磁场的强弱，是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导线长度和电流乘积的比值 答案 AC

解析 电场和磁场有一个明显的区别是：电场对放入其中的电荷有力的作用，磁场对通电导线有力的作用的条件是磁场方向不能和电流方向平行，因此A 对，B 错.同理根据电场强度的定义式E ＝F

q 可知C 正确.而同样用比值定义法定义的磁感应强度则应有明确的说明，即B

＝F

IL

中I 和B 的方向必须垂直，故D 错. 6.[安培定则的应用]如图3所示，甲、乙是直线电流的磁场，丙、丁是环形电流的磁场，戊、己是通电螺线管的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向.

图3

答案如图所示

7.[磁场的叠加]三根平行的长直导线，分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点，三导线中电流方向相同，A、B两导线中的电流大小相同，如图4所示，已知导线A在斜边中点O处所产生的磁场的磁感应强度大小为B，导线C在斜边中点O处所产生的磁场的磁感应强度大小为2B，则O处的磁感应强度的大小和方向为()

图4

A.大小为B，方向沿OA方向

B.大小为22B，方向竖直向下

C.大小为2B，方向沿OB方向

D.大小为2B，方向沿OA方向

答案 D

解析由安培定则知导线A、B在O处所产生的磁感应强度大小相等，方向相反，相互抵消，所以O处的磁感应强度即为导线C所产生的磁感应强度，即大小为2B，由安培定则可判定其方向沿OA方向，A、B、C错，D对.

磁场的矢量性及合成

1.根据安培定则确定通电导线周围磁场的方向.

2.磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向.

3.磁感应强度是矢量，多个通电导体产生的磁场叠加时，合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和.

考点三通电导线在磁场中受到的力

1.安培力的方向

(1)左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内.让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时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.

(2)两平行的通电直导线间的安培力：同向电流互相吸引，异向电流互相排斥.

(3)注意问题：磁感线方向不一定垂直于电流方向，但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直，即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面.

2.安培力的大小

当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时，F＝ILB sin θ，这是一般情况下的安培力的表达式，以下是两种特殊情况：

(1)当磁场与电流垂直时，安培力最大，F max＝ILB.

(2)当磁场与电流平行时，安培力等于零.

3.安培力作用下导体运动方向的判断方法

(1)电流元法

即把整段电流等效为多段直线电流元，运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的方向.

(2)特殊位置法

把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向，从而确定运动方向.

(3)等效法

环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁.条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管.通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析.

(4)利用结论法

①两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，异向电流相互排斥；

②两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势.

(5)转换研究对象法

因为电流之间，电流与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律.定性分析磁体在电流磁场作用的受力和运动时，可先分析电流在磁体的磁场中受到的安培力，然后由牛顿第三定律，再

确定磁体所受电流的作用力.

8.[对安培力的理解]关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是()

A.安培力的方向可以不垂直于直导线

B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向

C.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关

D.将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半

答案 B

解析安培力垂直于导线和磁场方向决定的平面，A错误，B正确；由F＝BIL sin θ可知，C错误；将直导线从中点折成直角时，因磁场与导线的夹角未知，则安培力的大小不能确定，D错误.

9.[安培力的大小]如图5所示是“探究影响通电导线受力的因素”的装置图.实验时，先保持导线通电部分的长度不变，改变电流的大小；然后保持电流不变，改变导线通电部分的长度.对该实验，下列说法正确的是()

图5

A.当导线中的电流反向时，导线受到的安培力方向不变

B.保持电流不变，接通“1、4”时导线受到的安培力是接通“2、3”时的3倍

C.保持电流不变，接通“1、4”时导线受到的安培力是接通“2、3”时的2倍

D.接通“1、4”，当电流增加为原来的2倍时，通电导线受到的安培力减半

答案 B

解析接触“1、4”时导线的长度是接触“2、3”时长度的3倍，根据安培力公式F＝BIL 知，导线所受安培力也是3倍关系.

10.[电流元法和特殊位置法]一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如图6所示，如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a到b的电流，则导线ab受到安培力作用后的运动情况为()

图6

A.从上向下看顺时针转动并靠近螺线管

B.从上向下看顺时针转动并远离螺线管

C.从上向下看逆时针转动并远离螺线管

D.从上向下看逆时针转动并靠近螺线管

答案 D

解析判断导线的转动方向可用电流元法：如图所示，把直线电流等效

为aO、OO′、O′b三段(OO′段极短)电流，由于OO′段电流方向与

该处的磁场方向相同，所以不受安培力作用；aO段电流所在处的磁场方

向斜向上，由左手定则可知其所受安培力方向垂直纸面向外；O′b段电流所在处的磁场方向斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直纸面向里.再用特殊位置法分析：当导线转过90°与纸面垂直时，判断导线受安培力方向向下.综上可知导线将以OO′段为轴逆时针转动(从上向下看)并靠近通电螺线管.

11.[导体转动的判断]一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，如图7所示.当两线圈中通以图示方向的电流时，从左向右看，线圈L1将()

图7

A.不动

B.顺时针转动

C.逆时针转动

D.在纸面内平动

答案 B

解析解法一(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.

解法二(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.

解法三(结论法)环形电流I1、I2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.

12.[导体棒在安培力作用下的平衡]如图8，一长为10 cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为0.1 T，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘.金属棒通过开关与一电动势为12 V的电池相连，电路总电阻为2 Ω.已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5 cm；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的

伸长量与开关断开时相比均改变了0.3 cm ，重力加速度大小取10 m/s 2.判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量.

图8

答案 方向竖直向下 0.01 kg 解析 金属棒通电后，闭合回路电流 I ＝U R ＝12 V 2 Ω

＝6 A 导体棒受到的安培力大小为 F ＝BIL ＝0.06 N

由左手定则可判断知金属棒受到的安培力方向竖直向下 由平衡条件知：开关闭合前：2kx ＝mg 开关闭合后：2k (x ＋Δx )＝mg ＋F 代入数值解得m ＝0.01 kg

安培力作用下导体的分析技巧

1.安培力作用下导体的平衡问题与力学中的平衡问题分析方法相同，只不过多了安培力，解题的关键是画出受力分析示意图.

2.安培力作用下导体的加速问题与动力学问题分析方法相同，关键是做好受力分析，然后根据牛顿第二定律求出加速度.

练出高分 基础巩固题组

1.磁场中某区域的磁感线如图1所示，则( )

图1

A.a 、b 两处的磁感应强度的大小不等，B a ＞B b

B.a 、b 两处的磁感应强度的大小不等，B a ＜B b

C.同一通电导线放在a 处受力一定比放在b 处受力大

D.同一通电导线放在a 处受力一定比放在b 处受力小

答案 A

解析磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，安培力的大小跟该处的磁感应强度的大小、I、L和导线放置的方向与磁感应强度的方向的夹角有关，故C、D错误；由a、b两处磁感线的疏密程度可判断出B a>B b，所以A正确，B错误.

2.直流电源跟一个线圈连接成闭合回路，线圈的上方和右侧各有一个可以自由转动的小磁针，它们静止时的指向如图2所示，则下列判断正确的是()

图2

A.小磁针的c端为N极，电源的a端为正极

B.小磁针的c端为N极，电源的a端为负极

C.小磁针的d端为N极，电源的a端为正极

D.小磁针的d端为N极，电源的a端为负极

答案 D

解析小磁针静止时N极所指方向为该点磁场方向，由上方小磁针的指向可知通电螺线管右侧为N极，由安培定则可知电源的a端为负极，右侧小磁针的d端为N极，选项D正确.

3.为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的.在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是()

答案 B

解析地磁场从地理的南极附近出来，进入地理的北极附近，除两极外地表上空的磁场都具有向北的磁场分量.根据安培定则，环形电流外部磁场方向向北可知，B正确.A图在地表上空产生的磁场方向向南，故A错误.C、D两图在地表上空产生的磁场方向沿东西方向，故C、D错误.

4.如图3所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1 T的匀强磁场中，在以导线截面的中心为圆心，半径为r的圆周上有a、b、c、d四个点，已知a点的实际磁感应强度为零，

则下列叙述正确的是()

图3

A.直导线中的电流方向垂直纸面向外

B.b点的磁感应强度为 2 T，方向斜向右上方，与B的夹角为45°

C.c点的实际磁感应强度也为零

D.d点的实际磁感应强度跟b点的相同

答案 B

5.如图4所示，两根光滑金属导轨平行放置，导轨所在平面与水平面间的夹角为θ.整个装置处于沿竖直方向的匀强磁场中，金属杆ab垂直导轨放置，当金属杆ab中通有从a到b的恒定电流I时，金属杆ab刚好静止.则()

图4

A.磁场方向竖直向上

B.磁场方向竖直向下

C.金属杆ab受平行导轨向上的安培力

D.金属杆ab受水平向左的安培力

答案 A

解析金属杆ab静止，则受力平衡，由于磁场方向沿竖直方向，则安培力必沿水平方向，导轨对金属杆必有支持力，只有安培力的方向水平向右，金属杆ab才可能静止.根据左手定则可知磁场方向竖直向上.

6.如图5所示的电路中，电池相同，当开关S分别置于A、B两处时，导线MM′与NN′之间的安培力的大小分别为F A、F B，可判断这两段导线()

图5

A.相互吸引，F A>F B

B.相互排斥，F A>F B

C.相互吸引，F A

D.相互排斥，F A

答案 D

解析 开关接A 时导线中的电流小于接B 时导线中的电流，故F A

7.如图6，一段导线abcd 位于磁感应强度大小为B 的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直.线段ab 、bc 和cd 的长度均为L ，且∠abc ＝∠bcd ＝135°.流经导线的电流为I ，方向如图中箭头所示.导线段abcd 所受到的磁场的作用力的合力( )

图6

A.方向沿纸面向上，大小为(2＋1)ILB

B.方向沿纸面向上，大小为(2－1)ILB

C.方向沿纸面向下，大小为(2＋1)ILB

D.方向沿纸面向下，大小为(2－1)ILB 答案 A

解析 将导线分为三段直导线，根据左手定则分别判断出各段所受安培力的方向，根据F ＝ILB 计算出安培力的大小，再求合力.导线所受合力F 合＝ILB ＋2BIL sin 45°＝(2＋1)ILB ，方向沿纸面向上.

8.利用如图7所示装置可测磁感应强度B ，矩形线圈宽为L ，共N 匝，磁场垂直于纸面，当线圈中通以方向如图所示的电流I 时，天平处于平衡.当电流改为反方向且大小不变时，右边需加质量为m 的砝码后，天平才能重新平衡，由此可知( )

图7

A.B 的方向垂直纸面向里，且B ＝(m 1－m 2)g NIL

B.B 的方向垂直纸面向里，且B ＝mg

2NIL

C.B 的方向垂直纸面向外，且B ＝(m 1－m 2)g

NIL

D.B 的方向垂直纸面向外，且B ＝mg

2NIL

答案 B

解析 当电流改为反方向且大小不变时，右盘中需加砝码才能平衡，说明此时安培力方向向

上.由左手定则判断可知磁场方向垂直纸面向里.图示平衡时满足m 1g ＝m 2g ＋F ，电流改为反方向时满足m 1g ＝(m 2＋m )g －F ，而F ＝NILB ，由此可得B ＝mg

2NIL

.故选项B 正确.

9.质量为m 、长为L 的直导体棒放置于四分之一光滑圆弧轨道上，整个装置处于竖直向上磁感应强度为B 的匀强磁场中，直导体棒中通有恒定电流，平衡时导体棒与圆弧圆心的连线与竖直方向成60°角，其截面图如图8所示.则下列关于导体棒中的电流分析正确的是( )

图8

A.导体棒中电流垂直纸面向外，大小为3mg

BL B.导体棒中电流垂直纸面向外，大小为3mg

3BL C.导体棒中电流垂直纸面向里，大小为3mg

BL D.导体棒中电流垂直纸面向里，大小为3mg

3BL

答案 C

解析 导体棒受到竖直向下的重力、斜向上的弹力，要使导体棒平衡，应受水平向右的安培力，重力和安培力的合力大小与弹力大小相等、方向相反，由平衡条件有tan 60°＝BIL

mg

＝3，得导体棒中电流I ＝3mg

BL

，再由左手定则可知，导体棒中电流的方向应垂直纸面向里，故只有选项C 正确.

10.如图9所示，金属棒MN 两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，金属棒中通以由M 向N 的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ.如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是( )

图9

A.金属棒中的电流变大，θ角变大

B.两悬线等长变短，θ角变小

C.金属棒质量变大，θ角变大

D.磁感应强度变大，θ角变小 答案 A

解析 选金属棒MN 为研究对象，其受力情况如图所示.根据平衡条件及三角形知识可得tan θ＝BIL

mg ，所以当金属棒中的电流I 、磁感应强度B 变大

时，θ角变大，选项A 正确，选项D 错误；当金属棒质量m 变大时，θ角变小，选项C 错误；θ角的大小与悬线长短无关，选项B 错误.

11.(多选)图10中装置可演示磁场对通电导线的作用.电磁铁上、下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L 是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆.当电磁铁线圈两端a 、b ，导轨两端e 、f ，分别接到两个不同的直流电源上时，L 便在导轨上滑动.下列说法正确的是( )

图10

A.若a 接正极，b 接负极，e 接正极，f 接负极，则L 向右滑动

B.若a 接正极，b 接负极，e 接负极，f 接正极，则L 向右滑动

C.若a 接负极，b 接正极，e 接正极，f 接负极，则L 向左滑动

D.若a 接负极，b 接正极，e 接负极，f 接正极，则L 向左滑动 答案 BD

解析 若a 接正极，b 接负极，电磁铁磁极间磁场方向向上，e 接正极，f 接负极，由左手定则判定金属杆所受安培力向左，则L 向左滑动，A 选项错误，同理判定B 、D 选项正确，C 选项错误.

12.(多选)如图11甲所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为L ，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B .垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒.从t ＝0时刻起，棒上有如图乙所示的持续交变电流I ，周期为T ，最大值为I m ，图甲中I 所示方向为电流正方向.则金属棒( )

图11

A.一直向右移动

B.速度随时间周期性变化

C.受到的安培力随时间周期性变化

D.受到的安培力在一个周期内做正功 答案 ABC

解析 根据左手定则知金属棒在0～T

2内所受安培力向右，大小恒定，故金属棒向右做匀加

速运动，在T

2～T 内金属棒所受安培力与前半个周期大小相等、方向相反，金属棒向右做匀

减速运动，一个周期结束时金属棒速度恰好为零，以后始终向右重复上述运动，选项A 、B 、C 正确；在0～T 2时间内，安培力方向与运动方向相同，安培力做正功，在T

2～T 时间内，安

培力方向与运动方向相反，安培力做负功，在一个周期内，安培力所做的总功为零，选项D 错误.

能力提升题组

13.如图12所示，PQ 和MN 为水平平行放置的金属导轨，相距L ＝1 m.导体棒ab 跨放在导轨上，棒的质量为m ＝0.2 kg ，棒的中点用细绳经定滑轮与一物体相连(绳与棒垂直)，物体的质量为M ＝0.3 kg.导体棒与导轨的动摩擦因数为μ＝0.5(g 取10 m/s 2)，匀强磁场的磁感应强度B ＝2 T ，方向竖直向下，为了使物体匀速上升，应在棒中通入多大的电流？方向如何？

图12

答案 2 A 电流方向由a 指向b

解析 对导体棒ab 受力分析，由平衡条件得，竖直方向F N ＝mg ，水平方向BIL －F f －Mg ＝0，又F f ＝μF N ，联立解得I ＝2 A ，由左手定则知电流方向由a 指向b .