高考物理考点——磁场性质和安培力

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考点解读

一、磁场

1力的角度——磁感应强度:

把一段检验电流放在磁场中时,用它受到的最大安培力与其电流强度和长度的乘积之比来描述该点的磁感应强度大小,即[来源:ZXXK]

2“形”的角度——磁感线:

磁感线的疏密反映磁场的强弱(磁感应强度的大小),切线方向是磁场方向。

3.磁场的叠加

由于磁感应强度是矢量,故磁场叠加时合磁场的磁感应强度可以由平行四边形定则计算。

 

二、安培定则和左 手定则

使用手

使用范围

安培定则

右手

环形电流→磁场、直线电流→环形磁场

左手定则[来源:*网]

左手

电(流)+磁→(安培)力

判断通电导线在磁场中的运动方向:

1.把弯曲导线分成很多直线电流元,先用左手定则判断各电流元受力方向,然后判断整段导线所受合力的方向,从而确定导线的运动方向。

2.环形通电导线等效为小磁针,根据小磁针受到的磁力方向判断导线的受力和运动方向。

3.两平行直线电流间,同向电流互相吸引,反向电流相互排斥。

 

三、安培力

1.公式:FA=BILsin θ,安培力的大小取决于磁感应强度B、电流强度I、导体长度L及直导体与磁场方向间的夹角θ,该公式一般只适用于匀强电场。

2.涉及安培力的力学综合问题,一般采取以下步骤解题:

1)选择适当的视角,将电流方向或磁场方向用“●”或“×”表示,使立体图转化为平面图;

2)进行受力分析,特别要根据磁场特定分析好安培力;

3)根据平衡条件、牛顿第二定律或功能关系列方程解答。

 

重点考向

考向一 磁感应强度的合成

典例引领

三根完全相同的长直导线互相平行,通以大小和方向都相同的电流。它们的截面处于一个正方形abcd的三个顶点abc处,如图所示。已知每根通电长直导线在其周围产生的磁感应强度与该导线的距离成反比,通电导线ba处产生的磁场磁感应强度大小为B,则d处的磁感应强度大小为

 

变式拓展

 

考向二 安培定则和左手定则

典例引领

如图所示,均匀绕制的螺线管水平放置,在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线AA与螺线管垂直,A导线中的电流方向垂直纸面向里。开关S闭合,A受到通电螺线管磁场的作用力方向是

A.水平向左              B.水平向右

C.竖直向上               D.竖直向下

 

【参考答案】C

【详细解析】首先根据安培定则判断通电螺线管中心产生的磁场方向向右,所以在A处产生的磁场方向水平向左,根据左手定则判断可知,A受到的安培力方向竖直向上,故选C。

【易错警示】注意使用安培定则和左手定则时不要用错手,明确定则涉及的物理量的因果关系。

 

变式拓展

1.2018·河北省张家口市第四中学高二期末)如图所示,abcd是两根在同一竖直平面内的直导线,在两导线中央悬挂一个小磁针,静止时在同一竖直平面内。当两导线中通以大小相等的电流时,小磁针N极向纸面内转动,则两导线中的电流方向

 

A.一定都是向上

B.一定都是向下

C.ab中电流向上,cd中电流向下

D.ab中电流向下,cd中电流向上

 

【答案】C

【解析】若两导线中的电流方向均向上,根据安培定则判断可知,小磁针N极静止不动,与题意不符,故A错误。若两导线中的电流方向均向下,根据安培定则判断可知,小磁针N极向纸外面转动,与题意不符。故B错误。若ab中电流向上,cd中电流向下,根据安培定则判断可知,小磁针N极向纸里面转动,与题意相符。故C正确。若ab中电流向下,cd中电流向上,根据安培定则判断可知,小磁针N极向纸外面转动,与题意不符。故D错误。

【点睛】由题,小磁针N极向纸面里转动,小磁针S极向纸面外转动,则小磁针N极所在磁场方向向里,小磁针S极所在磁场方向向外,根据安培定则判断。

 

考向三 安培力

典例引领

2018·山东省藁城市第一中学高三冲刺卷)如图,ABCD是两根长度均为L=4.0 m,质量分别为m1=0.6 kg和m2=0.2 kg的金属棒,两根等长的细金属杆将两节干电池与两个金属棒串联成闭合回路,整个回路用绝缘细线悬挂在天花板上,保证金属棒水平。整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=1.0 T,电路中的电流I=0.5 A,待系统稳定之后(金属棒、细金属杆在力的作用下不会发生变形,取g=10 m/s2),则

 

A.绝缘细线与竖直方向的夹角0º

B.绝缘细线与竖直方向的夹角45º

C.细金属杆与竖直方向的夹角45º

D.细金属杆与竖直方向的夹角90º

变式拓展

1.2018·浙江新高考选考科目)在城市建设施工中,经常需要确定地下金属管线的位置,如图所示,有一种探测方法是,首先给金属长直管线上同上电流,再用可以测量磁场强弱、方向的仪器进行一下操作:用测量仪在金属管线附近的水平地面上找到磁场的最强的某点,记为aa点附近的地面上,找到与a点磁感应强度相同的若干点,将这些点连成直线EF在地面上过a点垂直于EF的直线上,找到磁场方向与地面夹角为45°的bc两点,测得bc两点距离为L,由此可确定金属管线

 

2.如图,两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电源E,导轨平面与水平面间的夹角θ=30°,金属杆ab垂直导轨放置,导轨与金属杆接触良好,整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中。当磁场方向垂直导轨平面向上时,金属杆ab刚好处于静止状态。要使金属杆能沿导轨向上运动,可以采取的措施是

 

练习精选

 

考点闯关

1.弹簧测力计下挂一条形磁铁,其N极一端位于一通电螺线管的正上方,如图所示,下列说法正确的是

 

A.若将a接电源正极,b接电源负极,弹簧测力计示数不变

B.若将a接电源正极,b接电源负极,弹簧测力计示数将增大

C.若将b接电源正极,a接电源负极,弹簧测力计示数将减小

D.若将b接电源正极,a接电源负极、弹簧测力计示数将增大

 

体验高考

12.2017·新课标全国卷)某同学自制的简易电动机示意图如图所示。矩形线圈由一根漆包线绕制而成,漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出,并作为线圈的转轴。将线圈架在两个金属支架之间,线圈平面位于竖直面内,永磁铁置于线圈下方。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来,该同学应将

A.左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉

B.左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉

C.左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉

D.左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉

13.2017·江苏卷)如图所示,两个单匝线圈ab的半径分别为r2r。圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合,则穿过ab两线圈的磁通量之比为

A.1:1              B.1:2

C.1:4                 D.4:1

14.2016·海南卷)如图(a)所示,扬声器中有一线圈处于磁场中,当音频电流信号通过线圈时,线圈带动纸盆振动,发出声音。俯视图(b)表示处于辐射状磁场中的线圈(线圈平面即纸面),磁场方向如图中箭头所示。在图(b)中

 

A当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里

B.当电流沿顺时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外

C.当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里

D.当电流沿逆时针方向时,线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外

 

15.2015·江苏卷)如图所示,用天平测量匀强磁场的磁感应强度,下列各选项所示的载流线圈匝数相同,边长MN相等,将它们分别挂在天平的右臂下方,线圈中通有大小相同的电流,天平处于平衡状态,若磁场发生微小变化,天平最容易失去平衡的是

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