河北省年高考物理一轮总复习第讲磁感应强度安培力.pptx

第十一单元磁场第十一单元磁场透析透析高考动向高考动向考点题型一览无遗考点题型一览无遗第第5454讲磁感应强度安培力讲磁感应强度安培力自主自主夯实基础夯实基础自主预习轻松过关自主预习轻松过关名师点金名师点金复习本讲内容应达到的要求：复习本讲内容应达到的要求：(1)了解常见磁体的磁场，电流的磁场和地磁场了解常见磁体的磁场，电流的磁场和地磁场%熟悉它熟悉它们的磁感线分布们的磁感线分布(2)理解磁感应强度的概念、定义式；掌握安培定则、左理解磁感应强度的概念、定义式；掌握安培定则、左手定则；熟练地运用公式计算常见情境下的安培力大小，这手定则；熟练地运用公式计算常见情境下的安培力大小，这是本讲的重点是本讲的重点 (3)知道磁电式电表的原理知道磁电式电表的原理知识梳理知识梳理一、一、磁场及其产生磁场及其产生1磁磁场场是是存存在在于于磁磁体体或或电电流流周周围围的的一一种种特特殊殊物物质质.磁磁体体和和磁磁体体之之间间、磁磁体体和和电电流流之之间间、电电流流和和电电流流之之间间的的相相互互作作用用力力靠靠磁磁场场传传递递.磁磁场场的的基基本本性性质质是是：对对放放入入其其中中的的磁磁体体或或电电流流产生力的作用产生力的作用.2磁场的产生：电流或磁体都可以产生磁场磁场的产生：电流或磁体都可以产生磁场.3磁场的方向：放在磁场中某一点的小磁针磁场的方向：放在磁场中某一点的小磁针北北极受力的极受力的方向，即小磁针静止时北极所指的方向就是这一点的方向，即小磁针静止时北极所指的方向就是这一点的磁场磁场方方向向.4磁现象的电本质：磁体、电流和运动电荷的磁场都产磁现象的电本质：磁体、电流和运动电荷的磁场都产生于生于电荷的运动电荷的运动，并通过磁场而相互作用，并通过磁场而相互作用.二、磁感线二、磁感线1.在磁场中画一系列曲线，使曲线上任一点的切线方向在磁场中画一系列曲线，使曲线上任一点的切线方向都跟都跟该点的磁场方向该点的磁场方向一致，这些曲线即为磁感线一致，这些曲线即为磁感线.2.特点特点（1）磁感线上任一点的切线方向都跟该点的磁场方向一）磁感线上任一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致；致；（2）磁感线是为了描述磁场而引入的，实际并不存在；）磁感线是为了描述磁场而引入的，实际并不存在；（3）磁感线在磁体（或通电螺线管）外部由）磁感线在磁体（或通电螺线管）外部由N极指向极指向S极，在磁体（或通电螺线管）内部由极，在磁体（或通电螺线管）内部由S极指向极指向N极极，组成一条，组成一条封闭的曲线；封闭的曲线；（4）磁感线的）磁感线的疏密程度疏密程度可以表示磁场的强弱；可以表示磁场的强弱；（5）任何两条磁感线不相交，也不相切）任何两条磁感线不相交，也不相切.3.几种典型磁场的磁感线几种典型磁场的磁感线（1）条形磁铁与）条形磁铁与U U形磁铁，如图形磁铁，如图54-1所示所示.（2）直直线线电电流流的的磁磁场场：无无磁磁极极，非非匀匀强强，距距导导线线越越远远处处磁场磁场越弱越弱，如图，如图54-2所示所示.图图54-2图图54-1（3）通电螺线管的磁场：两端分别是）通电螺线管的磁场：两端分别是N极和极和S极；管内极；管内一般为一般为匀强磁场匀强磁场，磁感线的方向由，磁感线的方向由S极指向极指向N极；管外为极；管外为非匀非匀强强磁场，磁感线的方向由磁场，磁感线的方向由N极指向极指向S极，如图极，如图54-3所示所示.（4）地磁场（如图）地磁场（如图54-4所示）的主要特点：所示）的主要特点：图图54-4图图54-3地磁场的北极在地理地磁场的北极在地理南极南极附近，地磁场的南极在地理附近，地磁场的南极在地理北极北极附近；附近；在地表以上空间，地磁场的水平分量总是从地理南极在地表以上空间，地磁场的水平分量总是从地理南极指向地理北极，而竖直分量则南北相反，在南半球垂直地面指向地理北极，而竖直分量则南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下向上，在北半球垂直地面向下.三、安培定则三、安培定则1.直线电流的磁场直线电流的磁场磁感线是一族以导线为轴心的同心圆磁感线是一族以导线为轴心的同心圆.若以右手握住导线，若以右手握住导线，让伸直的大拇指指向电流的方向，则弯曲的四指所指的方向让伸直的大拇指指向电流的方向，则弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向就是磁感线的环绕方向.离导线越远，磁场离导线越远，磁场越弱越弱.2.通电螺线管的磁场通电螺线管的磁场与条形磁铁的磁场类似与条形磁铁的磁场类似.右手握住螺线管，让弯曲的四右手握住螺线管，让弯曲的四指指向电流的方向，则伸直的大拇指所指的方向为螺线管中指指向电流的方向，则伸直的大拇指所指的方向为螺线管中心轴心轴线上的磁场方向线上的磁场方向.通电螺线管内部可以看成通电螺线管内部可以看成匀强匀强磁场磁场.3环形电流的磁场环形电流的磁场可视为单匝螺线管，方法与螺线管相同可视为单匝螺线管，方法与螺线管相同.四、磁感应强度四、磁感应强度1意义：是描述磁场强弱的物理量，是描述磁场力的性意义：是描述磁场强弱的物理量，是描述磁场力的性质的物理量，它由磁场本身决定质的物理量，它由磁场本身决定.2大小：，其中大小：，其中F F为与磁场垂直的一小段通电直导为与磁场垂直的一小段通电直导线受到的安培力，线受到的安培力，L L为该段导线的长度，为该段导线的长度，I I为该段导线中的电为该段导线中的电流流.3方向：磁感应强度为方向：磁感应强度为矢量矢量，方向与该点的磁场方向相，方向与该点的磁场方向相同同.4单位：特斯拉（单位：特斯拉（T）.1 .五、安培力五、安培力1.安培力的大小安培力的大小（1）当通电直导线与磁场垂直时：）当通电直导线与磁场垂直时：F=BIL；（2）当通电直导线与磁场平行时：）当通电直导线与磁场平行时：F=0.2.安培力的方向可以用左手定则判定安培力的方向可以用左手定则判定左手定则：伸开左手，使大拇指与其余四指垂直，并且左手定则：伸开左手，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线穿过穿过手手心，并使伸开的心，并使伸开的四指四指指向电流的方向，那么指向电流的方向，那么大拇指大拇指所指的方所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.3.注意事项注意事项(1)安培力的方向总是垂直于安培力的方向总是垂直于B、I所决定的平面，即一所决定的平面，即一定与定与B、I垂直，但垂直，但B与与I不一定不一定垂直垂直.(2)弯曲导线的有效长度弯曲导线的有效长度L等于连接两端点的直线在垂直等于连接两端点的直线在垂直磁场平面内投影的长度（如图磁场平面内投影的长度（如图54-5所示），相应的电流方向所示），相应的电流方向沿沿L由始端指向末端由始端指向末端.(3)公式的适用条件：一般只适用于匀强磁场公式的适用条件：一般只适用于匀强磁场.六、磁电式电流表的原理六、磁电式电流表的原理1.磁电式电流表的构造如图磁电式电流表的构造如图54-6 所示，线圈处于均匀分所示，线圈处于均匀分图图54-5布的辐向磁场中布的辐向磁场中.2.平衡时指针的偏转角正比于通电线圈受到的安培力的平衡时指针的偏转角正比于通电线圈受到的安培力的力矩大小，正比于通电线圈中的电流，因此电流表的刻度是力矩大小，正比于通电线圈中的电流，因此电流表的刻度是均匀的均匀的.基础自测基础自测1.(2009年成都七中模拟年成都七中模拟)金属棒金属棒MN两端用细软导线连接两端用细软导线连接后悬挂于后悬挂于a、b两点两点,且使其水平且使其水平,棒的中部处于水平方向的匀强棒的中部处于水平方向的匀强磁场中磁场中,磁场方向垂直于金属棒磁场方向垂直于金属棒,如图如图54-7所示所示.当棒中通有当棒中通有图图54-6从从M流向流向N的恒定电流时的恒定电流时,悬线对棒有拉力悬线对棒有拉力.为了减小悬线中的为了减小悬线中的拉力拉力,可采用的办法有（）可采用的办法有（）A适当增大磁场的磁感应强度适当增大磁场的磁感应强度B使磁场反向使磁场反向C适当减小金属棒中的电流强度适当减小金属棒中的电流强度D使电流反向使电流反向图图54-7【解析解析】由左手定则可知金属棒由左手定则可知金属棒MN所受的安培力方向所受的安培力方向向上向上,为了减小悬线中的拉力为了减小悬线中的拉力,可以增大向上的安培力可以增大向上的安培力,所以所以A正正确确.【答案答案】A2.(2009年山东省临沂市高三质检年山东省临沂市高三质检)两根长直通电导线互相两根长直通电导线互相平行平行,电流方向相同电流方向相同.它们的截面处于等边三角形它们的截面处于等边三角形ABC的的A和和B处处,两通电导线在两通电导线在C处的磁场的磁感应强度大小都是处的磁场的磁感应强度大小都是B,则则C处磁处磁场的合磁感应强度是（）场的合磁感应强度是（）A.2BB.BC.0D.B【解析解析】磁感应强度是矢量磁感应强度是矢量,两个两个(或两个以上或两个以上)磁场同时磁场同时存在时存在时,空间磁感应强度空间磁感应强度B等于磁场单独存在时在该点产生的等于磁场单独存在时在该点产生的磁感应强度的矢量和磁感应强度的矢量和.依题意作图如图所示依题意作图如图所示,由平行四边形由平行四边形定则可知，定则可知，C处处磁场的合磁感应强度为磁场的合磁感应强度为3B,所以所以D正确正确.【答案答案】D3(2009年全国理综卷年全国理综卷)如图如图54-8所示所示,一段导线一段导线abcd位位于磁感应强度大小为于磁感应强度大小为B的匀强磁场中的匀强磁场中,且与磁场方向且与磁场方向(垂直于纸垂直于纸面向里面向里)垂直垂直.线段线段ab、bc和和cd的长度均为的长度均为L,且且abc=bcd=135.流经导线的电流为流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示方向如图中箭头所示.导线段导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力所受到的磁场的作用力的合力()A.方向沿纸面向上方向沿纸面向上,大小为大小为(+1)ILBB.方向沿纸面向上方向沿纸面向上,大小为大小为(-1)ILBC.方向沿纸面向下方向沿纸面向下,大小为大小为(+1)ILBD.方向沿纸面向下方向沿纸面向下,大小为大小为(-1)ILB图图54-8【解析解析】该导线可以用该导线可以用a和和d之间的直导线长为之间的直导线长为(+1)L来来等效代替等效代替,根据根据F=BIL,可知大小为可知大小为(+1)BIL,方向根据左手定方向根据左手定则可知沿纸面向上则可知沿纸面向上.A正确正确.【答案答案】A创新创新方法探究方法探究提炼方法展示技巧提炼方法展示技巧题型方法题型方法一、定性分析安培力作用下通电导线的运动一、定性分析安培力作用下通电导线的运动例例1如图如图54-9所示，一金属直杆所示，一金属直杆MN的两端接有导线，的两端接有导线，悬挂于线圈上方，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直平面内与线圈轴线均处于竖直平面内.为使为使MN垂直于纸面向外运动，可以（）垂直于纸面向外运动，可以（）图图54-9A将将a、c端接在电源的正极，端接在电源的正极，b、d端接在电源负极端接在电源负极B将将b、d端接在电源的正极，端接在电源的正极，a、c端接在电源负极端接在电源负极C将将a、d端接在电源的正极，端接在电源的正极，b、c端接在电源负极端接在电源负极D将将b、c端接在电源的正极，端接在电源的正极，a、d端接在电源负极端接在电源负极【解析解析】当当c、d之间线圈的电流方向由之间线圈的电流方向由c端流入、端流入、d端流端流出时，由安培定则知出时，由安培定则知MN所处区域的磁场方向向上；由左手所处区域的磁场方向向上；由左手定则可知，当杆上电流方向为定则可知，当杆上电流方向为MN时，时，MN受到的安培力垂受到的安培力垂直纸面向外直纸面向外.当当c、d之间线圈的电流方向为之间线圈的电流方向为dc时，由安培定则知时，由安培定则知MN所处区域的磁场方向向下；由左手定则知，当杆上电流方向所处区域的磁场方向向下；由左手定则知，当杆上电流方向为为NM时，时，MN受到的安培力垂直纸面向外，故选项受到的安培力垂直纸面向外，故选项A、B正确，同理可知选项正确，同理可知选项C、D错误错误.【答案答案】AB【点评点评】当当MN的电流方向和所处区域的磁场方向同的电流方向和所处区域的磁场方向同时变为反向时，安培力的方向不变时变为反向时，安培力的方向不变.要注意到线圈同时也受到要注意到线圈同时也受到MN形成的磁场的安培力作形成的磁场的安培力作用（牛顿第三定律）用（牛顿第三定律）.方法概述方法概述安培力作用下导体的运动（或运动趋势）方向的判断安培力作用下导体的运动（或运动趋势）方向的判断（1）电流元法：把整段电流等效为多段直线电流元，先）电流元法：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，最后确定运动方向断出整段电流所受合力方向，最后确定运动方向.（2）特殊位置法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特）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安培力的方向，从而确定运动方向殊位置后再判断安培力的方向，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）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，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：）利用结论法：两电流相互平行时无转动趋势，同两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；向电流相互吸引，反向电流相互排斥；两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势的趋势.二、安培力参与的平衡问题二、安培力参与的平衡问题例例2如图如图54-10甲所示，质量为甲所示，质量为m、长为长为L的通电直导线的通电直导线ab水平地放置在倾角为水平地放置在倾角为、宽为、宽为L的光滑斜面上，已知导线的光滑斜面上，已知导线ab中的电流大小为中的电流大小为I，要导线，要导线ab在斜面上保持静止在斜面上保持静止.图图54-10甲甲（1）若磁场的方向竖直向上，则磁感应强度为多大？）若磁场的方向竖直向上，则磁感应强度为多大？（2）若要求磁感应强度最小，则磁感应强度如何？）若要求磁感应强度最小，则磁感应强度如何？【分析分析】本题考查有关安培力的平衡问题，重在考查安本题考查有关安培力的平衡问题，重在考查安培力的方向与磁场的方向之间的关系培力的方向与磁场的方向之间的关系.【解析解析】（1）若磁场方向竖直向上，从）若磁场方向竖直向上，从a向向b观察，导线观察，导线的受力情况如图的受力情况如图54-10乙所示乙所示.由平衡条件得：由平衡条件得：在水平方向上：在水平方向上：在竖直方向上：在竖直方向上：其中其中F=BIL联立解得：联立解得：图图54-10乙乙（2）若要求磁感应强度最小，则一方面应使磁场方向与）若要求磁感应强度最小，则一方面应使磁场方向与通电直导线垂直，另一方面应调整磁场方向，使与重力、支通电直导线垂直，另一方面应调整磁场方向，使与重力、支持力的合力相平衡的安培力最小持力的合力相平衡的安培力最小.由平衡条件知，导线受的支持力、安培力的合力与重力由平衡条件知，导线受的支持力、安培力的合力与重力大小相等、方向相反（如图大小相等、方向相反（如图54-10丙所示）丙所示）.由几何关系知，由几何关系知，当安培力的方向与支持力垂直时，安培力最小，对应的磁感当安培力的方向与支持力垂直时，安培力最小，对应的磁感应强度最小，设其值为应强度最小，设其值为Bmin，则：，则：，得，得根据左手定则可知，该磁场方向根据左手定则可知，该磁场方向垂直斜面向上垂直斜面向上.图图54-10丙丙【答案答案】（1）（）（2），），方向垂直斜面方向垂直斜面向上向上【点评点评】为了解题时更直观，在进行受力分析时应将为了解题时更直观，在进行受力分析时应将立体图转变为平面图；立体图转变为平面图；求三力平衡问题时，运用矢量三角形的知识会使解题求三力平衡问题时，运用矢量三角形的知识会使解题过程更简捷过程更简捷.方法概述方法概述解有关受安培力作用下导线的受力平衡问题的一般方法解有关受安培力作用下导线的受力平衡问题的一般方法是：是：(1)由左手定则判断导体棒所受安培力的方向；由左手定则判断导体棒所受安培力的方向；(2)作出侧视受力分析图；作出侧视受力分析图；(3)列出平衡方程求解列出平衡方程求解.三、安培力结合动量定理求电荷量的问题三、安培力结合动量定理求电荷量的问题例例3如如图图54-11所所示示，质质量量为为m的的铜铜棒棒ab放放在在U形形导导线线框框右右端端，棒棒长长和和框框宽宽均均为为L，整整个个装装置置放放在在磁磁感感应应强强度度为为B、方方向向竖竖直直向向下下的的匀匀强强磁磁场场中中.开开关关S闭闭合合后后，铜铜棒棒在在磁磁场场力力作作用用下下被被平平抛抛出出去去，下下落落高高度度h后后图图54-11的的水水平平位位移移为为s.求求闭闭合合开开关后通过铜棒的电荷量关后通过铜棒的电荷量Q.图图54-11【解析解析】设铜棒做平抛运动的初速度为设铜棒做平抛运动的初速度为v0 0，有：，有：对于铜棒受安培力的过程，设通过它的平均电流为对于铜棒受安培力的过程，设通过它的平均电流为 ，由动量定理得：由动量定理得：解得：通过铜棒的电荷量解得：通过铜棒的电荷量.【答案答案】【点评点评】本题涉及的模型属于这类题型中最简单、最基本题涉及的模型属于这类题型中最简单、最基本的模型，希望同学们能深刻理解并熟练掌握本的模型，希望同学们能深刻理解并熟练掌握.方法概述方法概述此此类类涉涉及及电电荷荷量量的的问问题题，其其过过程程短短暂暂，电电流流发发生生变变化化，解解决决的的方方法法一一般般是是：先先进进行行受受力力分分析析，看看所所对对应应的的状状态态过过程程是什么，对应的速度变化是怎样的，受力情况如何；然后应是什么，对应的速度变化是怎样的，受力情况如何；然后应用用动动量量定定理理（安安培培力力的的冲冲量量）求求电电荷荷量量.在在下下一一单单元元中中有有时时也也用此方法求感应电荷量用此方法求感应电荷量.体验成功体验成功1.(2009年重庆理综卷年重庆理综卷)在如图在如图54-12所示的电路中所示的电路中,电池均电池均相同相同,当开关当开关S分别置于分别置于a、b两处时两处时,导线导线MM 与与NN 之间的安之间的安培力的大小分别为、培力的大小分别为、,可判断这两段导线（）可判断这两段导线（）A.相互吸引相互吸引,B.相互排斥相互排斥,C.相互吸引相互吸引,D.相互排斥相互排斥,(I2-I4)0,已知距导线相同距离处的磁感应强度已知距导线相同距离处的磁感应强度B与电流与电流I成正比成正比.则正方形中心则正方形中心O处的磁感应强度可用图中的四条有向线段中处的磁感应强度可用图中的四条有向线段中的哪一条来表示（）的哪一条来表示（）A.B1B.B2C.B3D.B4 图图54-17【解解析析】先先考考虑虑I1、I3两两条条导导线线,它它们们在在正正方方形形中中心心O处处的的磁磁感感应应强强度度方方向向指指向向I4；再再考考虑虑I2、I4两两条条导导线线,它它们们在在正正方方形形中中心心O处处的的磁磁感感应应强强度度方方向向指指向向I3.所所以以合合磁磁感感应应强强度度方方向向指指向向I4与与I3之间之间,只有只有B4满足这一条件满足这一条件【答案答案】D金典金典预测演练预测演练经典创新展望高考经典创新展望高考1.如图所示，在平面如图所示，在平面M内放有一半径为内放有一半径为r的半圆形导线，的半圆形导线，导线中所通的电流为导线中所通的电流为I1，在半圆线圈圆心，在半圆线圈圆心O处垂直平面处垂直平面M放一放一长直导线，导线中通以向上的电流长直导线，导线中通以向上的电流I2.已知长直导线在半圆形已知长直导线在半圆形导线处产生的磁感应强度为导线处产生的磁感应强度为B，则半圆形导，则半圆形导线所受的安培力的大小是（）线所受的安培力的大小是（）A.2BI1r B.2BI1r C.BI1r D.0【解析解析】直线电流产生的磁场是一组同心圆，直线电流产生的磁场是一组同心圆，I1为半圆为半圆形电流，与磁场方向平行，所以半圆形导线不受安培力形电流，与磁场方向平行，所以半圆形导线不受安培力.【答案答案】D2.通电矩形导线框通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线与无限长通电直导线MN在同一平在同一平面内，电流方向如图所示，面内，电流方向如图所示，ad边与边与MN平行平行.关于关于MN中电流产中电流产生的磁场对线框的作用，下列叙述中正确的是（）生的磁场对线框的作用，下列叙述中正确的是（）A线框有两条边所受到的安培力方向相同线框有两条边所受到的安培力方向相同B线框有两条边所受到的安培力大小相同线框有两条边所受到的安培力大小相同C整个线框有向里收缩的趋势整个线框有向里收缩的趋势D若导线若导线MN向左微移，各边受力将变小，但合力不变向左微移，各边受力将变小，但合力不变【解析解析】由直线电流产生磁场的特点可知，与导线距离由直线电流产生磁场的特点可知，与导线距离相等的位置磁感应强度大小相等相等的位置磁感应强度大小相等.因此因此ab与与cd边受到的安培力边受到的安培力大小相等，但大小相等，但ab受力方向向下，受力方向向下，cd受力方向向上，即两者的受力方向向上，即两者的方向相反方向相反.ad受力方向向左，受力方向向左，bc受力方向向右，但受力方向向右，但ad受到的力受到的力大于大于bc受到的力；若受到的力；若MN向左微移，则线框各边所在处磁场向左微移，则线框各边所在处磁场均减弱，故各边受力均变小，但均减弱，故各边受力均变小，但ad边所在处减弱更多，故线边所在处减弱更多，故线框所受向左的合力变小框所受向左的合力变小.【答案答案】B3.19世纪世纪20年代，以塞贝克为代表的科学家已经认识到：年代，以塞贝克为代表的科学家已经认识到：温度差会引起电流温度差会引起电流.安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差，从而提出面与背面的温度差，从而提出“地球磁场是绕地球的环行电流地球磁场是绕地球的环行电流引起的引起的”的假设的假设.已知磁子午线是地球磁场已知磁子午线是地球磁场N极与极与S极在地球表极在地球表面的连线，则该假设中的电流方向是面的连线，则该假设中的电流方向是()A.由西向东垂直磁子午线由西向东垂直磁子午线B.由东向西垂直磁子午线由东向西垂直磁子午线C.由南向北沿磁子午线由南向北沿磁子午线D.由赤道向两极沿磁子午线由赤道向两极沿磁子午线【解析解析】因为地磁场因为地磁场N极在地球南极附近，地磁场极在地球南极附近，地磁场S极在极在地球北极附近，故由安培定则可得题中假设的电流方向是由地球北极附近，故由安培定则可得题中假设的电流方向是由东向西垂直磁子午线东向西垂直磁子午线.【答案答案】B 4.在在xOy平面中有一通电直导线平面中有一通电直导线ab与与Ox、Oy轴相交，导轴相交，导线中的电流方向如图所示线中的电流方向如图所示.该区域有匀强磁场，通电直导线所该区域有匀强磁场，通电直导线所受磁场力的方向与受磁场力的方向与Oz轴的正方向相同，该磁场的磁感应强度轴的正方向相同，该磁场的磁感应强度的方向可能是（）的方向可能是（）A.沿沿x轴负方向轴负方向B.沿沿y轴负方向轴负方向C.沿沿z轴正方向轴正方向D.沿沿z轴负方向轴负方向【解析解析】当电流方向与磁场方向不垂直时，可以将磁感当电流方向与磁场方向不垂直时，可以将磁感应强度进行分解，分解为与电流方向垂直的分量和与电流方应强度进行分解，分解为与电流方向垂直的分量和与电流方向平行的分量向平行的分量.根据左手定则，手心应与磁感应强度垂直电流根据左手定则，手心应与磁感应强度垂直电流方向的分量垂直方向的分量垂直.当磁感应强度的方向为当磁感应强度的方向为x轴负方向或轴负方向或y轴负方轴负方向时，都有与电流垂直的分量，根据左手定则判定，受向时，都有与电流垂直的分量，根据左手定则判定，受甲甲力方向都沿力方向都沿z轴正方向轴正方向,如图乙所示如图乙所示.【答案答案】AB5.下列有关磁感线的说法中，正确的是（）下列有关磁感线的说法中，正确的是（）A.在磁场中存在着一条一条的磁感线在磁场中存在着一条一条的磁感线B.磁感线是起源于磁感线是起源于N极，终止于极，终止于S极极C.磁感线越密集处磁场越强磁感线越密集处磁场越强D.两条磁感线之间的区域不存在磁场两条磁感线之间的区域不存在磁场乙乙【解析解析】磁感线在磁场中实际不存在，是人们为了研究磁感线在磁场中实际不存在，是人们为了研究问题方便而引入的假想线，选项问题方便而引入的假想线，选项A错误错误.在磁体外部的磁感线在磁体外部的磁感线从从N极出发，止于极出发，止于S极；在磁体内部的磁感线从极；在磁体内部的磁感线从S极出发，止极出发，止于于N极，选项极，选项B错误错误.磁感线的疏密程度可以反映磁场强弱，磁感线的疏密程度可以反映磁场强弱，选项选项C正确正确.磁场存在于磁体周围的整个空间中，选项磁场存在于磁体周围的整个空间中，选项D错误错误.【答案答案】C6.图示的装置中，劲度系数较小的金属轻弹簧下端恰好图示的装置中，劲度系数较小的金属轻弹簧下端恰好浸到水银面，电源电动势足够大浸到水银面，电源电动势足够大.当闭合开关当闭合开关S后，弹簧将后，弹簧将()A.保持静止保持静止B.收缩收缩C.变长变长D.不断上下振动不断上下振动【解析解析】在开关闭合的瞬间，有电流流过弹簧，弹簧可在开关闭合的瞬间，有电流流过弹簧，弹簧可以看成由很多匝环形电流组成，每一匝环形电流相当于一个以看成由很多匝环形电流组成，每一匝环形电流相当于一个小的条形磁铁，由右手螺旋定则可以判断出各匝相互吸引小的条形磁铁，由右手螺旋定则可以判断出各匝相互吸引.弹弹簧收缩后脱离水银，弹簧中无电流，各匝不再相互吸引，弹簧收缩后脱离水银，弹簧中无电流，各匝不再相互吸引，弹簧恢复原长，又与水银接触；接触，通电，再又重复上述过簧恢复原长，又与水银接触；接触，通电，再又重复上述过程程.故弹簧不断上下振动故弹簧不断上下振动.【答案答案】D7.如图甲所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其左上方如图甲所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其左上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向里的电流，用向里的电流，用FN表示磁铁对桌面的压力，表示磁铁对桌面的压力，f 表示桌面对磁表示桌面对磁铁的摩擦力，则导线通电后与通电前相比铁的摩擦力，则导线通电后与通电前相比()A.FN 减小，减小，f=0B.FN 减小减小,f0、方向向左、方向向左C.FN 增大，增大，f=0D.FN 增大，增大，f0、方向向左、方向向左【解析解析】解法一画出条形磁铁周围的磁感线，由左手解法一画出条形磁铁周围的磁感线，由左手定则可知长直导线的受力方向为左上方向；由牛顿第三定律定则可知长直导线的受力方向为左上方向；由牛顿第三定律可知条形磁铁的受力方向为右下方向，如图乙所示可知条形磁铁的受力方向为右下方向，如图乙所示.故选项故选项D甲甲正确正确.解法二画出条形磁铁的等效环形电流，如图乙所示解法二画出条形磁铁的等效环形电流，如图乙所示.由由电流之间安培力方向特点很容易判定这些环形电流受直导线电流之间安培力方向特点很容易判定这些环形电流受直导线的安培力的合力应向右下方向，选项的安培力的合力应向右下方向，选项D正确正确.【答案答案】D8.在在赤赤道道上上竖竖立立一一避避雷雷针针.当当一一团团带带负负电电的的乌乌云云经经过过其其正正上方时，避雷针发生放电，则地磁场对避雷针的作用力（）上方时，避雷针发生放电，则地磁场对避雷针的作用力（）乙乙A.向东向东B.向西向西C.向南向南D.向北向北【解析解析】作出如图所示的方位图，带负电的云层放电，作出如图所示的方位图，带负电的云层放电，则避雷针中的电流方向竖直向上，由左手定则判断，地磁场则避雷针中的电流方向竖直向上，由左手定则判断，地磁场对避雷针的作用力向西对避雷针的作用力向西.【答案答案】B9.如图甲所示，把一通电导线如图甲所示，把一通电导线AB放在蹄形磁铁磁极的正放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动上方，导线可以自由移动.当导线当导线AB中通有图示方向的甲电中通有图示方向的甲电流流I时，从上往下看，导线的运动情况是（时，从上往下看，导线的运动情况是（）A.按顺时针方向转动，同时下降按顺时针方向转动，同时下降B.按顺时针方向转动，同时上升按顺时针方向转动，同时上升C.按逆时针方向转动，同时下降按逆时针方向转动，同时下降甲甲D.按逆时针方向转动，同时上升按逆时针方向转动，同时上升【解析解析】先采取电流元受力分析法，把直线电流等效为先采取电流元受力分析法，把直线电流等效为OA、OB两段电流元，如图乙所示两段电流元，如图乙所示.根据左手定则可知，两段根据左手定则可知，两段电流元所受安培力方向相反（电流元所受安培力方向相反（OA电流元受力指向纸面外，电流元受力指向纸面外，OB电流元受力指向纸面里）电流元受力指向纸面里）.可见，从上往下看时，导线将可见，从上往下看时，导线将逆时针转动逆时针转动.再采取特殊位置分析法，取导线逆时针转过再采取特殊位置分析法，取导线逆时针转过 90的特殊的特殊位置来分析，如图丙所示位置来分析，如图丙所示.根据左手定则判断出安培力的方向根据左手定则判断出安培力的方向向下，故导线在逆时针转动的同时，向下运动，所以正确向下，故导线在逆时针转动的同时，向下运动，所以正确乙乙丙丙答案为答案为C.【答案答案】C10.如图甲所示，用粗细均匀的电阻丝折成平面三角形框如图甲所示，用粗细均匀的电阻丝折成平面三角形框架置于光滑水平面上，架置于光滑水平面上，三边的长度分别为三边的长度分别为3L、4L和和5L，长度，长度为为L的电阻丝的电阻为的电阻丝的电阻为r，框架与一电动势为，框架与一电动势为E、内阻不计的、内阻不计的电源相连接，整个系统处于方向垂直于框架平面、磁感应强电源相连接，整个系统处于方向垂直于框架平面、磁感应强度为度为B的匀强磁场，则甲框架受到的安培力的合力为（的匀强磁场，则甲框架受到的安培力的合力为（）A.0B.，方向，方向bdC.，方向，方向dbD.，方向，方向bd甲甲【解析解析】由题意知，通过由题意知，通过ac边的电流为：边的电流为：由由abc的电流的电流故框架的受力情况如图乙所示故框架的受力情况如图乙所示.则：则：，方向，方向bd，方向，方向bc，方向，方向ba由平行四边形定则知，由平行四边形定则知，Fab、Fbc的合力与的合力与Fac同向，大同向，大小为，如图丙所示小为，如图丙所示.故框架受到的安培力的合力为：故框架受到的安培力的合力为：，方向，方向bd.【答案答案】D乙乙丙丙11.图示为等臂电流天平，可以用来测量匀强图示为等臂电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度磁场的磁感应强度.它的右臂挂着匝数它的右臂挂着匝数n=9的矩形的矩形线圈，线圈的水平边长为线圈，线圈的水平边长为l，处于匀强磁场内，磁，处于匀强磁场内，磁感应强度的大小为感应强度的大小为B、方向与线圈平面垂直、方向与线圈平面垂直.当线当线圈中通过电流圈中通过电流I时，调节砝码使两臂达到平衡时，调节砝码使两臂达到平衡.然然后使电流反向、大小不变，这时需要在左盘中后使电流反向、大小不变，这时需要在左盘中增加质量为增加质量为m的砝码，才能使两臂再次达到新的平衡的砝码，才能使两臂再次达到新的平衡.（1）导出用已知量和可测量量）导出用已知量和可测量量n、m、l、I表达表达B的计算的计算式式.（2）当）当l=10.0 cm、I=0.10 A、m=7.2 g时，磁感应强度时，磁感应强度B是多大？（取重力加速度是多大？（取重力加速度g=10 m/s2）甲甲【解析解析】（1）设电流方向未改变时，等臂天平的左盘内）设电流方向未改变时，等臂天平的左盘内砝码的质量为砝码的质量为m1，右盘内砝码的质量为，右盘内砝码的质量为m2，由平衡条件有，由平衡条件有：m1g=m2g-nBIl电流方向改变之后有：电流方向改变之后有：(m1+m)g=m2g+nBIl联立两式可得：联立两式可得：.（2）将）将n=9，l=10 cm，I=0.1 A，m=7.2 g代入代入中得：中得：B=0.4 T.【答案答案】（1）（）（2）0.4 T12.如图甲所示，电源的电动势如图甲所示，电源的电动势E=2 V，内阻，内阻r=0.5，两，两竖直导轨间的距离竖直导轨间的距离L=0.2 m，竖直导轨的电阻可以忽略不计，竖直导轨的电阻可以忽略不计.金属棒的质量金属棒的质量m=0.1 kg，电阻，电阻R=0.5，它与导轨间的动摩擦，它与导轨间的动摩擦因数因数=0.4，在纸外一侧垂直靠在两导轨上，在纸外一侧垂直靠在两导轨上.为使金属棒不下为使金属棒不下滑，施一与纸面成滑，施一与纸面成30夹角、与导线垂直且斜向纸里的磁场，夹角、与导线垂直且斜向纸里的磁场，则磁感应强度的大小应满足什么条件？（设最大静摩擦力等则磁感应强度的大小应满足什么条件？（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取于滑动摩擦力，取g=10 m/s2）甲甲【解析解析】对金属棒进行受力分析，乙设磁感应强度为对金属棒进行受力分析，乙设磁感应强度为B1时，金属棒恰好不下滑，此时它的受力情况如图乙所示，有：时，金属棒恰好不下滑，此时它的受力情况如图乙所示，有：Fcos 30=FNFsin 30+f=mgf=FNF=B1IL丙丙解得：解得：B1=3.0 T设磁感应强度为设磁感应强度为B2时，金属棒恰好不上滑，此时它的受时，金属棒恰好不上滑，此时它的受力情况如图丙所示力情况如图丙所示.同理有：同理有：B2ILsin 30=B2ILcos 30+mg解得：解得：B2=16.3 T乙乙丙丙故磁感应强度故磁感应强度B的大小应满足：的大小应满足：3.0 TB16.3 T.【答案答案】3.0 TB16.3 T13.图示为导轨式电磁炮实验装置示意图图示为导轨式电磁炮实验装置示意图.两根平行长直两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，其间安放有一金属滑块（即实验金属导轨沿水平方向固定，其间安放有一金属滑块（即实验用弹丸）用弹丸）.滑块可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好滑块可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触接触.电源提供的强大电流从一根导轨流入，经过滑块，再从电源提供的强大电流从一根导轨流入，经过滑块，再从另一导轨流回电源另一导轨流回电源.滑块被导轨中的电流形成的磁场推动而发滑块被导轨中的电流形成的磁场推动而发射射.在发射过程中，该磁场在滑块所在位置始终可以简化为匀在发射过程中，该磁场在滑块所在位置始终可以简化为匀强磁场，方向垂直于纸面，其强度与电流的关系为强磁场，方向垂直于纸面，其强度与电流的关系为B=kI，比，比例常量例常量.已知两导轨内侧间距已知两导轨内侧间距l=1.5 cm，滑块的质量，滑块的质量m=30 g，滑，滑块沿导轨滑行块沿导轨滑行5 m后获得的发射速度后获得的发射速度v=3.0 km/s（此过程视为（此过程视为匀加速运动）匀加速运动）.（1）求发射过程中电源提供的电流）求发射过程中电源提供的电流.（2）若电源输出的能量有）若电源输出的能量有4%转换为滑块的动能，则发转换为滑块的动能，则发射过程中电源的输出功率和输出电压各是多大？射过程中电源的输出功率和输出电压各是多大？【解析解析】（1）由匀加速直线运动公式得：）由匀加速直线运动公式得：由安培力公式和牛顿第二定律，有由安培力公式和牛顿第二定律，有:因此因此 .（2）滑块获得的动能是电源输出能量的）滑块获得的动能是电源输出能量的4%，即，即:发射过程中电源供电时间为：发射过程中电源供电时间为：所需的电源输出功率为所需的电源输出功率为:由功率由功率P=IU，解得输出电压为：，解得输出电压为：.【答案答案】(1)8.5105 A(2)1.0109 W1.2103