2.2 安培力与磁感应强度
2.3 改写通信史的发明——电报和电话
1．(3分)关于磁感线的说法，下列正确的是( )
A．磁感线从磁体N极出发，终止于S极
B．磁感线可表示磁场的强弱和方向
C．磁感线就是磁场中碎铁屑排列成的曲线
D．沿磁感线方向，磁场逐渐减弱
【解析】 在磁体的外部磁感线是从N极出发，从S极进入，在内部是从S极到N极，磁感线是闭合曲线，是为了形象地描述磁场而引入的假想曲线，其疏密表示磁场的强弱，所以B选项正确．
【答案】 B
2．(3分)关于磁场下列说法正确的是( )
A．电流周围存在磁场
B．在磁场中无磁感线区域不存在磁场
C．任何物体周围都存在磁场
D．磁体的内部没有磁场
【解析】 由奥斯特实验可知A正确；磁场分布于磁体和电流周围的整个空间，所以B错误；只有磁体和电流的周围才存在磁场，因此C是错误的；磁体的外部、内部同样存在磁场，所以D错误．故选A.
【答案】 A
3．(4分)如图2 2 1所示，环形导线的A、B处另用导线与直导线ab相连，
(1)图中标出了环形电流磁场的方向，则C和D接电源正极的是__________；
(2)放在ab下方的小磁针的__________极转向纸外．
图2 2 1
【解析】 环形导线部分已知磁场方向，由安培定则可知环形导线中的电流方向为顺时针，因此C端接电源正极．由环形电流方向可知直导线ab中电流方向为b→a，由安培定则可知，ab下方小磁针处磁场方向垂直纸面向外，N极受力向外，因此N极转向纸外．
【答案】 (1)C (2)N
课标导思
1.知道什么是安培力，理解左手定则，会判断安培力的方向．(重点)2．知道影响安培力大小的因素．3．知道磁感应强度的定义及方向，会用磁感应强度描述磁场．(难点)4．知道磁感线的疏密与磁感应强度的关系，知道什么是匀强磁场．(重点)5．理解磁通量及其定义，掌握公式Φ＝BS.6．了解电报和电话的发明历程及意义.
一、什么叫安培力
1．电流间的作用：两根直导线之间的相互作用，是通过磁场发生的，即????
2．安培力：磁场对电流的作用力通常叫做安培力．
二、安培力的方向
1．方向特点：安培力的方向既跟磁场垂直，又跟电流方向垂直，它们三者之间的关系用左手定则判断．
2．左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿过手心，并使四指指向电流的方向，那么大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．
三、安培力的大小
实验表明：安培力的大小跟磁场强弱、电流大小和导线长度有关．当导线垂直磁场方向放置时，磁场越强，电流越大，在磁场中的导线越长，安培力越大．
四、磁感应强度
1．磁感应强度
(1)定义：描述磁场强弱和方向的物理量叫做磁感应强度，用B表示．
(2)大小：用垂直磁场放置的一小段通电导线所受的安培力来定义磁感应强度．
(3)定义式：B＝.
(4)单位：特斯拉(T)，1
T＝1
N/A·m.
(5)方向：磁感应强度的方向就是磁场的方向，也就是某处小磁针N极的受力方向．
2．磁感线与磁感应强度
(1)磁感线较密的地方，表示磁感应强度大；磁感线较疏的地方．表示磁感应强度小．
(2)磁感线各处的切线方向就是该处磁感应强度的方向．
3．匀强磁场
匀强磁场．磁感应强度的大小和方向处处相同的磁场叫匀强磁场，匀强磁场的磁感线可以用等间距分布的平行直线表示．
五、磁通量
1．定义：在匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的面．我们把磁感应强度B与面积S的乘积叫做穿过这个面的磁通量，简称磁通，用符号Φ表示．
2．表达式：Φ＝BS.
3．单位：韦伯简称韦，符号Wb,1
Wb＝1
T·m2.
4．意义：表示穿过磁场中某个平面(或曲面)磁感线的多少．
在利用磁场的各种设备中，匀强磁场占据着关键位置，你知道哪些磁场可近似看作匀强磁场吗？
提示：在通电螺线管内部或者两块靠近的异名磁极之间的磁场，其磁感线近似为平行线，可近似看作匀强磁场．
六、改写通信史的发明
1．电流磁效应的应用：制成电磁铁，它不仅在电磁起重机和自动控制的电磁继电器中得到应用，并且在电报机和电话中也起着很大的作用．
2．电报发明之旅
(1)1753年，英国的摩尔逊设计了静电电报机.19世纪后，英国戴维等人研制了电磁式电报机．英国的库克和惠斯通制成了五针式电报机．
(2)美国的莫尔斯发明了莫尔斯电码，实现了瞬时通讯．
3．电话的诞生
(1)1875年6月2日，第一部电话机在美国波士顿诞生，它的发明人是贝尔．
(2)爱迪生发明了炭精话筒，彻底改进了电话的传声功能.
一、安培力的大小的理解
1．安培力的大小除了与磁感应强度B通电导线的长度l，电流I三个因素有关以外，还与导线的放置方向有关．
2．当导线与磁感应强度垂直时安培力最大，平行时不受安培力．
3．当导线与磁感应强度垂直时我们定义B＝，此公式变形后可得F＝BIL，计算安培力的表达式．
【特别提醒】 磁感应强度虽然是通过通电导线在磁场中受力定义的，但磁场的强弱方向与通电导线无关.无论在磁场中是否放入通电导线或放入通电导线长短，电流大小，磁感应强度均不受影响.
二、关于B＝的理解
磁感应强度与电场强度的比较
电场强度(E)
磁感应强度(B)
定义式
E＝
B＝
物理意义
描述电场的强弱和方向
描述磁场的强弱和方向
定义的依据
1.电场对电荷q有作用力F2．对电场中的任一点F∝q，＝恒量3．对于不同点一般来说恒量的值不同
1.磁场对通电导线Il有作用力F2．磁场力F的大小与磁场强弱和放置情况有关，只考虑电流方向垂直磁场方向的情况F∝Il，＝恒量3．对于不同点一般来说恒量的值不同
方向
电场线的方向与正(负)电荷受力方向相同(反)
磁场方向与电流受力方向一定垂直
大小
E在数值上等于电场对单位电荷作用力的大小
B在数值上等于垂直于磁场方向长1
m，电流为1
A的导线所受磁场力的大小
单位
1
N/C＝1
V/m
1
T＝1
N/A·m
【深化探究】 如果通电导线在磁场中不受力，是否说明此处磁感应强度为0？
提示：如果导线中电流方向与磁场方向平行，则导线不受力，并不能说明此处无磁场，也就是此处磁感应强度并不为0.
三、对磁通量的理解
1．磁通量指穿过某一面积的磁感线条数，在匀强磁场中，穿过与磁场方向垂直、面积为S的平面的磁通量Φ＝BS，若磁感线与平面不垂直时，如图2 2 2所示，我们采用投影的方法，将平面向垂直于磁场的方向上投影，就可得到磁通量的一般的计算公式Φ＝BS′＝BS·cos
θ.
图2 2 2
图中的S′为面积为S的平面在垂直于磁感线方向上的投影面积．θ为平面与该平面沿垂直磁场方向的投影面之间的夹角．
磁通量是标量，只有大小，没有方向，但有正负．其正负仅表示磁感线的贯穿方向，一般来说，如果规定磁感线从线圈的正面穿过时，磁通量为正，那么磁感线从线圈反面穿过时磁通量就为负．磁感线从不同方向穿过同一面积时，磁通量是它们的代数和，即相互抵消后剩余的磁感线条数．
【特别提醒】 1.公式Φ＝BS中的B应是匀强磁场的磁感应强度，S是与磁场方向垂直的面积，因此可以理解为Φ＝BS⊥.
2.磁通量为标量，算“纯收入”.
一、对安培力的认识
下列说法正确的是( )
A．如果通电导线在某处不受安培力，则该处一定不存在磁场
B．即使通电导线在某处不受安培力作用，该处也可能存在磁场
C．通电导线在磁场中受安培力大的位置磁场一定强
D．磁场越强的位置，通电导线受到的安培力越大
【导析】 由于通电导线在磁场中所受安培力的大小除与磁感应强度、电流大小有关外，还与放置情况有关，由此可加以分析判断．
【解析】 当通电导线平行磁场放置时，不受安培力的作用，故B正确，A错误．安培力的大小与通电导线的长度、电流的大小、磁场的强弱，以及电流与磁场间的方向有关系，如果平行磁场放置，磁场再强也不受安培力，故C、D均错误．故选B.
【答案】 B
影响安培力的因素
处理安培力大小，磁感应强度大小的有关问题时，要切记安培力的大小不仅与磁感应强度大小，导线中电流大小，导线长度有关，还与导线在磁场中放置的位置有关．
1．(多选)图中2 2 3磁感应强度B，电流I和安培力F之间的方向关系错误的是( )
图2 2 3
【解析】 由左手定则不难判定A、B、C均正确，D选项中导线所受安培力方向应向左．故答案为D.
【答案】 D
二、安培力作用下物体的运动问题
电磁炮是利用磁场对电流的作用力，把电能转变成机械能，使炮弹发射出去的．如图2 2 4所示，把两根长为s，互相平行的铜制轨道放在磁场中，轨道之间放有质量为m的炮弹，炮弹架在长为l、质量为M的金属杆上，当有大的电流I1通过轨道和炮弹时，炮弹与金属架在磁场力的作用下，获得速度v1时刻的加速度为a，当有大的电流I2通过轨道和炮弹时，炮弹最终以最大速度v2脱离金属架并离开轨道，设炮弹运动过程中受到的阻力与速度的平方成正比，求垂直于轨道平面的磁感应强度多大？
图2 2 4
【导析】 “炮弹运动过程中受到的阻力与速度的平方成正比”→可以求得阻力与速度的关系，“炮弹最终以最大速度v2脱离金属架”→“炮弹最后做匀速直线运动，受力平衡”．
列式：阻力f＝kv2，加速运动时BI1l kv＝(M＋m)a，最大速度时BI2l＝kv
【解析】 设阻力f＝kv2，炮弹与金属架在安培力和阻力合力作用下加速，根据牛顿第二定律，获得v1速度时，
BI1l kv＝(M＋m)a①
当炮弹速度最大时，有BI2l＝kv②
解①②得垂直轨道的磁感应强度为B＝.
【答案】
安培力大小的分析
处理此类问题时的思路和力学问题完全相同，只是在受力分析中增加了安培力的分析．
2．一金属棒长L＝0.5
m，质量m＝0.01
kg，用细线悬在B＝0.4
T的匀强磁场中，如图2 2 5所示，欲使悬线的张力为零，试问金属导体棒中电流的大小与方向？(g取10
m/s2).
【导学号：22940016】
图2 2 5
【解析】 欲使悬线的张力为零，则必须使金属导体棒所受的安培力的方向竖直向上，且大小等于棒的重力，根据左手定则可以判定，棒中的电流方向为a→b.
由BIL＝mg
得I＝＝
A＝0.5
A
【答案】 0.5
A 方向为a→b
三、对磁通量的理解
如图2 2 6所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则穿过平面的磁通量为________．若使框架绕OO′转过60°角，则穿过框架平面的磁通量为________；若从初始位置转过90°角，则穿过框架平面的磁通量为________；若从初始位置转过180°角，则穿过框架平面的磁通量的变化量大小为________．
图2 2 6
【导析】 (1)磁通量的大小等于磁感应强度B与线圈在垂直于磁场方向上投影面积的乘积．
(2)计算磁通量变化时要注意磁通量的正、负．
【解析】 在题图所示位置时，磁感线与框架平面垂直，Φ1＝BS.当框架绕OO′轴转过60°时，如图所示，Φ2＝BS⊥＝BScos
60°＝BS.转过90°时，框架由与磁感线垂直变为平行，Φ3＝0.框架转过180°时，磁感线仍然垂直穿过框架，只不过穿过的方向变了，因而Φ1＝BS，Φ4＝－BS，ΔΦ＝|Φ4－Φ1|＝2BS.
【答案】 BS BS 0 2BS
1 投影法与分解法是计算磁通量的两种重要方法，实际计算时可任选一种；
2 穿过线圈的磁通量与线圈匝数无关；
3 要特别注意θ角的含义，不能死套公式，以免出错；
4 由ΔΦ＝Φt－Φ0计算时，要注意Φt和Φ0的正负.
3．下列说法中，正确的是( )
A．磁通量是描述磁场强弱的物理量
B．电场线与磁感线都是不封闭曲线
C．在匀强磁场中，a线圈面积比b线圈大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的大
D．磁感应强度是描述磁场强弱的物理量
【解析】 磁通量Φ＝BS·cos
θ，磁场强的地方，磁感应强度B一定大，但Φ不一定大；面积S大，Φ也不一定大；磁感线是封闭曲线，故A，B，C均不正确．
【答案】 D
1．关于磁感应强度，下列说法中正确的是( )
A．由B＝可知，B与F成正比，与Il成反比
B．由B＝知，一小段通电导线在某处不受磁场力，则说明该处一定无磁场
C．通电导线在磁场中受力越大，说明磁场越强
D．磁感应强度的方向就是静止的小磁针北极指向
【解析】 磁场中某点的磁感应强度B是客观存在的，与是否放通电导线及通电导线受力的大小无关，所以选项A，C均错，当电流方向与磁场方向平行时，磁场对电流无作用力，但磁场却存在，所以选项B错，磁感应强度的方向就是小磁针静止时N极的指向，而不是通电导线的受力方向．
【答案】 D
2．下列说法正确的是( )
A．莫尔斯发明了五针式电报机
B．贝尔发明的电话采用炭精话筒，传出的声音清晰、有力，而且通话距离达到数百公里
C．放置在磁场中1
m长的通电导线，通过1
A的电流，受到的磁场力为1
N，则该处的磁感应强度就是1
T
D．磁场中某处的磁感应强度B的方向跟电流在该处受到磁场力F的方向垂直
【解析】 英国的库克和惠斯通制成的五针式电报机，贝尔发明的电话传播距离声音质量不好，爱迪生进行了改进，采用了炭精话筒，声音清晰且传播距离达数百公里，故A、B错误．B与I垂直时才有B＝，故C错误，只有D正确．
【答案】 D
3．(多选)磁感线是用来形象地描述磁场的曲线，下图2 2 7分别描述的是条形磁铁、蹄形磁铁、通电直导线、环形电流的磁感线分布，其中正确的是( )
图2 2 7
【解析】 磁体的磁场磁感线的方向是：在磁体外部从N极指向S极，在磁体内部从S极指向N极，故A，B图均对．电流的磁场磁感线的分布可用安培定则判断，C错D对．
【答案】 ABD
4．(多选)下列关于磁感线的描述正确的是( )
A．沿磁感线方向磁场越来越强
B．磁感线是自由小磁针在磁场力作用下运动的轨迹
C．磁感线不是磁场中实际存在的线
D．磁感线的疏密反映磁场的强弱
【解析】 磁感线是为了形象描述磁场所引入的假想线，实际上并不存在．磁感线的疏密表示磁场的强弱．
【答案】 CD
5．面积为2.0×10－2
m2的矩形线圈放在磁感应强度为5.0×10－4
T的匀强磁场中，当线圈平面与磁场方向垂直时，求穿过线圈的磁通量．
【解析】 由磁通量的定义知：Φ＝BS＝5.0×10－4×2.0×10－2
Wb＝1.0×
10－5
Wb.
【答案】 1.0×10－5
Wb
学业达标测评(六)
(建议用时：45分钟)
1．如图2 2 8所示，用一块蹄形磁铁靠近发光的白炽灯，灯丝会持续颤抖，产生上述现象的原因主要是灯丝受到了( )
图2 2 8
A．重力
B．电场力
C．恒定的安培力
D．变化的安培力
【解析】 白炽灯灯丝中通有电流，在外加磁场中受到变化的安培力作用而颤抖．
【答案】 D
2．各地地磁场磁感应强度(水平分量)Bx有所不同，可以在相关手册上查到．下表给出我国几个城市的Bx值．
地名
北京
广州
上海
武汉
Bx/10－4
T
0.289
0.375
0.333
0.343
现将同一根通电直导线分别在以上四地竖直放置，则使导线受磁场力最大的是( )
A．北京
B．广州
C．上海
D．武汉
【解析】 由安培力公式F＝BIL可知同一根通电直导线竖直放置时，地磁场磁感应强度水平分量Bx越大，导线所受安培力越大，故导线在广州所受磁场力最大，B正确．
【答案】 B
3．关于对通电直导线所受安培力F、磁感应强度B和电流I三者方向之间的关系，下列说法正确的是( )
A．F、B、I三者必定均保持垂直
B．F必定垂直于B、I，但B不一定垂直于I
C．B必定垂直于F、I，但F不一定垂直于I
D．I必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B
【解析】 由左手定则可知力F垂直平面BI，但B和I不一定垂直，故选项B正确．
【答案】 B
4．如图2 2 9所示，虚线框内有匀强磁场，1和2为垂直磁场方向放置的两个圆环，分别用Φ1和Φ2表示穿过两环的磁通量，则有( )
图2 2 9
A．Φ1>Φ2
B．Φ1＝Φ2
C．Φ1<Φ2
D．无法判断
【解析】 磁通量定义式中的S应理解为处于磁场中的有效面积，由于环1和环2处在磁场中的面积相同，所以穿过这两个圆环的磁通量是相等的，即Φ1＝Φ2，故B选项正确．
【答案】 B
5．(多选)在一根长为0.2
m的直导线中通入2
A的电流，将导线放在磁感应强度为0.5
T的匀强磁场中，则导线受到的安培力的大小可能是
( )
【导学号：22940017】
A．0.4
N
B．0.2
N
C．0.1
N
D．0
【解析】 当导线与磁场方向垂直时，有效长度l最大，安培力最大，Fmax＝BIl＝0.5×2×0.2
N＝0.2
N；当导线与磁场方向平行时，有效长度l＝0，此时安培力最小，Fmin＝0；所以安培力大小的范围是0≤F≤0.2
N，故B，C，D均正确．
【答案】 BCD
6．一根容易形变的弹性导线，两端固定，导线中通有电流，方向如图2 2 10中箭头所示．当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述线状态的四个图示中正确的是( )
图2 2 10
【解析】 根据左手定则可得只有D正确．
【答案】 D
7．如图2 2 11所示，质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的导轨上，导轨宽为d，杆ab与导轨间的摩擦因数为μ，有电流时，ab恰好在导轨上静止，下图是它的四个侧视图，标出四种可能的匀强磁场方向，其中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是( )
图2 2 11
【解析】 因杆ab静止在导轨上，所受合力为零，若杆ab的支持力和磁场对ab的安培力的合力可能为零，则ab杆与导轨之间的摩擦力就可能为零，对A、B、C、D四个图中杆ab进行受力分析知，选项A、B图中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零．
【答案】 AB
8．如图2 2 12所示，矩形线框abcd放置在水平面内，磁场方向与水平方向成α角，已知sin
α＝，回路面积为S，磁感应强度为B，则通过线框的磁通量为________．
图2 2 12
【解析】 由于Φ＝BS中S为垂直于磁场方向的面积，因此Φ＝BSsin
α＝BS.
【答案】 BS
9．如图2 2 13所示，在同一水平面的两导轨相互平行，处在竖直向上的磁场中，一根质量为3.6
kg、有效长度为2
m的金属棒放在导轨上，当金属棒中的电流为5
A时，金属棒做匀速运动；当金属棒中的电流增大到8
A时，金属棒能获得2
m/s2的加速度．则磁场的磁感应强度为多少？
图2 2 13
【解析】 对金属棒进行受力分析，利用牛顿第二定律可得：
当金属棒中的电流为5
A时，BI1L－F阻＝0
当金属棒中的电流为8
A时，BI2L－F阻＝ma
由以上两式得B＝＝
T＝1.2
T.
【答案】 1.2
T
磁悬浮列车
磁悬浮列车分为常导型和超导型两大类．
常导型也称常导磁吸型，以德国高速常导磁悬浮列车transrapid为代表，它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起，悬浮的气隙较小，一般为10毫米左右．列车速度可达每小时400～500千米，适合于城市间的长距离快速运输．
超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型，以日本MAGLEV为代表．它是利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生电动斥力将列车悬起，悬浮气隙较大，一般为100毫米左右，速度可达每小时500千米以上．2.1 揭示电磁联系的第一个实验
1．(3分)如图2 1 1所示，两根完全相同的绝缘细线，把两个质量相等的小球悬挂在同一点O上，甲球的电荷量大于乙球的电荷量，则( )
图2 1 1
A．甲、乙两球都带正电
B．甲、乙两球都带负电
C．甲球受到的静电力大于乙球受到的静电力
D．甲、乙两球受到的静电力大小相等
【解析】 从两球互相远离的现象来看，两球应该带的是同种电荷，但不能肯定小球究竟带的是哪种电荷；由于甲和乙之间的作用力属于作用力和反作用力，故这两个力一定大小相等、方向相反，故D正确．
【答案】 D
2．(3分)下列说法中错误的是( )
A．磁场是一种看不见、摸不着的物质
B．磁极间的相互作用是通过磁场进行的
C．磁铁吸引铁钉、铁屑的作用是通过磁场进行的
D．磁场只存在于磁铁内部
【解析】 磁场是磁体周围存在的一种物质．磁极间相互作用就是通过磁场进行的，A、B、C均正确，磁场在磁铁内外部都存在．D错误．故选D.
【答案】 D
3．(4分)在地球表面某处存在一竖直方向的电场，一带电荷量为－q、质量为m的粒子在此电场中恰好能悬浮于空中，电场强度的方向是________，由此可知该处地球表面带________电荷(填“正”或“负”)．
【解析】 带负电的粒子受重力和电场力平衡，所以电场力应向上，场强向下，地球表面带负电．
【答案】 向下 负
课标导思
1.了解前人对磁的探究过程，了解奥斯特实验，知道几种典型磁场的特点．2．知道安培定则，能用安培定则判定电流周围磁场的磁感线分布．(重点＋难点)
一、吉尔伯特的断言
1．吉尔伯特于1600年出版的巨著《论磁》是物理学史上第一部系统阐述磁现象的科学著作．
2．吉尔伯特的认识误区：他认为电与磁是两种截然无关的现象，并得到库仑的认可．早期电磁学领域中两位杰出的先驱者的观点深深影响着科学家的思想，以至在很长一段时间内，人们都将电和磁作为孤立的问题加以研究．
二、奥斯特的探索
1．18世纪中叶陆续发现的现象
(1)1713年，一名英国商人发现，雷电过后，他的新刀叉竟带上磁性．
(2)1751年，富兰克林发现，莱顿瓶放电后，缝纫针被磁化了．
2．奥斯特的探索
(1)奥斯特的观念：信奉自然力是统一的，可以相互转化，物理学不再是关于运动、热、光、空气、电磁以及我们所知道的任何其他现象的零散罗列，我们将把整个宇宙容纳在一个体系中．
(2)丹麦物理学家奥斯特通过多年的探索，在1820年通过实验的方法发现通电导线可以使小磁针偏转，从而证明了电流的磁效应．
(3)奥斯特的发现终于使分离了千百年的电与磁，被小磁针的偏转联系在一起了．
3．小磁针“偏转”的实质
通电导线跟磁体一样，能产生磁场，它就是依靠磁场这种物质对磁针发生作用的．
即
三、安培的贡献
1．安培根据通电直导线对不同位置处的磁针的作用总结出判断电流磁场方向的右手螺旋法则(即安培定则)．
2．安培定则
(1)通电直导线磁场：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致．弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向．
(2)通电螺线管磁场：用右手握住螺线管．让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向．也就是说，大拇指指向通电螺线管的北(N)极．
四、奥斯特实验的意义
奥斯特的发现为电磁学的研究开辟了一个崭新的领域，它对人们认识事物本质特征和研究事物间的联系都有很大的推动作用．根据奥斯特实验所揭示的电流磁效应，很快研制出了电磁铁，在生产实践中体现了它的价值.
一、对磁场的理解
磁场与电场一样，都是物质．磁场是磁体周围存在的一种特殊物质，说它“特殊”是因为它和我们常见的以分子、原子、离子组成的物质不同，它不是以微粒组成的物质的形式存在，而是以一种“场”的形式存在；说它是“物质”是因为它和我们常见的实物一样，能对放入其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用．因此我们说磁场和我们常见的桌子、房屋、水和空气一样，是一种客观存在的物质．磁体间的相互作用是通过磁场来产生的．
【特别提醒】 磁场力是非接触力，磁场是一种客观存在的物质，具有力的性质也具有能的性质.磁体之间的磁场力通过磁场而发生.
二、电流周围的磁场
直线电流的磁场
通电螺线管的磁场
环形电流的磁场
特点
无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越小
与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场，管外为非匀强磁场
环形电流的两侧，是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越小
安培定则
立体图
横截面图
纵截面图
【深化探究】 我们利用电场线和磁感线分别形象地描述电场和磁场，那么磁感线与电场线有什么不同之处？
提示：磁感线是闭合曲线，电场线起于正电荷 或无穷远处 ，止于负电荷 或无穷远处 .
一、对奥斯特实验应用的探究
在做“奥斯特实验”时，下列操作现象最明显的是( )
A．沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的延长线上
B．沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的正下方
C．通电导线沿南北方向放置在磁针的正上方
D．通电导线沿东西方向放置在磁针的正上方
【导析】 认真阅读教材中奥斯特发现电流磁场的史实，体验科学探索的艰苦与偶然性．
【解析】 把导线沿南北方向放置在静止于地磁场中的磁针的正上方，通电时磁针发生明显的偏转．故选C.
【答案】 C
奥斯特的实验
本题通过奥斯特实验考查小磁针在电流产生的磁场中的偏转．但要注意，电流产生的磁场与地磁场对磁针的影响．
1.如图2 1 2所示，a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧，当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向是( )
【导学号：22940014】
图2 1 2
A．a、b、c均向左
B．a、b、c均向右
C．a向左，b向右，c向右
D．a向右，b向左，c向右
【解析】 小磁针静止时N极的指向与该点磁感线方向相同，如果a、b、c三处磁感线方向确定，那么三枚磁针静止时N极的指向也就确定．所以，只要画出通电螺线管的磁感线如图所示，即可知a磁针的N极在左边，b磁针的N极在右边，c磁针的N极在右边．
【答案】 C
二、安培定则的应用
在图2 1 3中，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针N极的指向或磁感线方向．请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向．
图2 1 3
【导析】 灵活利用安培定则，根据磁场对小磁针的作用特点加以分析判断．
【解析】 根据安培定则，可以确定：
【答案】 如图所示．
应用安培定则注意的问题
应用安培定则时，要注意直线电流和环形电流的区别，同时要看清所给图示是立体图、横截面图还是纵截面图．
2．(多选)如图2 1 4所示是云层之间闪电的模拟图，图中A、B是位于南、北方向带有电荷的两块阴雨云，在放电的过程中，在两云的尖端之间形成了一个放电通道，发现位于通道正上方的小磁针N极转向纸里，S极转向纸外，则关于A、B的带电情况，下列说法中正确的是( )
图2 1 4
A．带同种电荷
B．带异种电荷
C．B带正电
D．A带正电
【解析】 两云之间放电，说明它们带有异种电荷，故A选项错误，B选项正确；小磁针N极向里，说明电流上方磁感线(磁场)方向向里，由安培定则可判定电流由A向B，故A带正电，B带负电，所以C选项错误，D选项正确．
【答案】 BD
1．人们早在公元前6、7世纪就发现了磁石吸铁、磁石指南等现象，如图2 1 5所示是最早的指南仪器——司南，形似勺子、勺柄是其南极，则司南静止时，勺柄所指的方向是( )
图2 1 5
A．东方
B．北方
C．西方
D．南方
【解析】 地球磁场的地磁北极在地理南极附近，地磁南极在地理北极附近．由于司南勺柄是其南极，静止时应指向地磁北极，即指向地理南极．
【答案】 D
2．磁场中任意一点的磁场方向规定为，小磁针在磁场中( )
A．受磁场力的方向
B．北极所受磁场力的方向
C．南极所受磁场力的方向
D．受磁场力作用转动的方向
【解析】 物理学规定磁场中任意一点的磁场方向为小磁针北极所受磁场力的方向，或静止时小磁针北极的指向．
【答案】 B
3．(多选)下列哪些物体周围一定存在着磁场( )
A．地球
B．通电导线
C．电子束
D．静止的带电金属球
【解析】 磁体及运动电荷周围存在磁场，所以静止的带电金属球周围不存在磁场，A、B、C正确．
【答案】 ABC
4．下列各图为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是( )
A．①③
B．②③
C．①④
D．②④
【解析】 根据安培安则可知，①④正确．
【答案】 C
5．图2 1 6中电磁铁的N、S极标的正确的是( )
图2 1 6
【解析】 根据电池的接法和导线的绕向以及安培定则可判断选项B正确．
【答案】 B
学业达标测评(五)
(建议用时：45分钟)
1．若地磁场是由地球表面带电产生的，则地球表面带电情况为( )
A．正电
B．负电
C．南半球为正电，北半球为负电
D．无法确定
【解析】 假定地磁场是由环形电流形成的，由于地磁场的N板在地理南极附近，则由安培定则可知，环形电流的方向为东向西．但由于地球的自转方向为自西向东，所以要想形成由东向西的环形电流，则地球表面必须带负电．
【答案】 B
2.如图2 1 7所示为磁场、磁场作用力演示仪中的亥姆霍兹线圈，在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当亥姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时，则( )
图2 1 7
A．小磁针N极向里转
B．小磁针N极向外转
C．小磁针在纸面内向左摆动
D．小磁针在纸面内向右摆动
【解析】 由安培定则可知，螺线管内部的磁感线向里，小磁针N极的受力方向即为该处的磁场方向．
【答案】 A
3．关于磁感线，下列说法中正确的是( )
A．两条磁感线的空隙处一定不存在磁场
B．磁感线总是从N极到S极
C．磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致
D．两个磁场叠加的区域，磁感线就可能相交
【解析】 磁感线是为了形象描绘磁场而假设的一组有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向表示磁场方向，曲线疏密表示磁场强弱，所以C正确，A错误；在磁体外部，磁感线从N极到S极，内部从S极到N极，磁感线不相交，所以B、D错误．
【答案】 C
4．实验表明，磁体能吸引一元硬币，对这种现象解释正确的是( )
A．硬币一定是铁做的，因为磁体能吸引铁
B．硬币一定是铝做的，因为磁体能吸引铝
C．磁体的磁性越强，能吸引的物质种类越多
D．硬币中含有磁性材料，磁化后能被吸引
【解析】 磁体能吸引硬币，只能说明硬币中含有磁性材料，但不一定含有铁．硬币在磁场中被磁化而带磁性，所以才被磁铁吸引．故选D项正确．
【答案】 D
5．正在通电的条形电磁铁的铁芯突然断成两截，则两截铁心将
( )
【导学号：22940015】
A．互相吸引
B．互相排斥
C．不发生相互作用
D．无法判断
【解析】 磁体断开后就成为两个磁体，靠近的磁极相反，相互吸引．
【答案】 A
6．如图2 1 8所示，已标出电流I和该电流产生的磁感线的方向，其中符合安培定则的是( )
图2 1 8
【解析】 根据安培定则可知选项C正确．
【答案】 C
7．超导是当今高科技的热点之一，当一块磁体靠近超导体时，超导体中会产生强大的电流，对磁体有排斥作用．这种排斥力可使磁体悬浮在空中，磁悬浮列车就采用了这项技术，磁体悬浮的原理是( )
①超导体电流的磁场方向与磁体的磁场方向相同
②超导体电流的磁场方向与磁体的磁场方向相反
③超导体使磁体处于失重状态 ④超导体对磁体的磁力与磁体的重力相平衡
A．①③
B．①④
C．②③
D．②④
【解析】 由于超导体无电阻，当磁铁靠近时会产生强大电流，当使磁体悬浮在空中时，说明磁体的磁场与超导体的磁场方向相反，由此知D正确．
【答案】 D
8．如图2 1 9所示，带负电的金属环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的N极的指向为________．
图2 1 9
【解析】 沿OO′方向看，金属环顺时针转动，因带负电，负电荷顺时针转动，等效电流的方向为逆时针，由安培定则知过圆心的磁感线从O′指向O，所以小磁针最后N极向左．
【答案】 沿轴线向左
9．利用电流的磁效应，可以用小磁针和一些导线做成一种简便的灵敏电表(如图2 1 10所示)，用它可以检查电路或电器是否有断路的地方．使用的时候，先转动底板，使磁针静止的方向跟它上方的导线方向平行，然后用两支表笔去接触要检查的电路的两端，从磁针是否偏转就能知道电路中是否有断路的地方．试说明这种电表的原理．
图2 1 10
【解析】 我们知道直线电流产生的磁场的磁感线是一系列以导线上各点为圆心的同心圆，放在导线上面的磁针将受到磁场力的作用，方向与导线垂直．因此，为了检测导线中是否有电流，使用前需要把磁针调整到与导线平行的位置，如果两表笔接触电路时，磁针偏转，说明导线中有电流通过，电路导通；如果两表笔接触电路，磁针不偏转，则电路中存在断路．
【答案】 见解析
鸽子回家和海龟回游
许多人都知道，家里养的鸽子可以从离家几十、几百甚至上千公里的地方飞回家里；燕子、大雁等候鸟每年都在春秋两季分别从南方飞回北方，又从北方飞到南方；一些海龟从栖息的海湾游出几百、几千公里后又能回到原来的栖息处．它们是如何辨别方向的？尤其是在茫茫的海洋上．难道它们也像人类航海时一样使用指南针吗？大量和长期的观察研究表明，这些生物从原居处远行后再回到原居处，的确是与地球磁场有关的．我们来看看一些观察研究的情况．
首先关于鸽子的观察研究．曾将两组鸽子分别绑上强磁性的永磁铁块和弱磁性的铜块，在远离鸽巢放飞后，绑有铜块的鸽子全部都飞回鸽巢，但大部分绑有永磁铁块的鸽子却迷失方向而未返回鸽巢．这表明永磁铁块的磁场干扰，使鸽子不能识别地球磁场．
其次关于海龟回游的观察研究．对出生在美国东南海岸的一种海龟游动进行的观察发现，幼海龟在大西洋中沿着顺时针路线出游，经过若干年后又能回到出生地产卵．这些海龟是依靠什么导航呢？有的观察研究者认为同地球磁场有关，并进行了这样的实验研究．在装有海水并加上人造磁场的大容器中放入海龟，其沿某一方向游行．当人造磁场反向时，海龟的游动也反向．这表明磁场是影响海龟的游行的．2.4 电子束偏转的奥秘
1．(2分)如图2 4 1所示，两个同心放置的同平面金属圆环，条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直，则通过两圆环的磁通量Φa、Φb之间的关系是( )
图2 4 1
A．Φa＞Φb
B．Φa＜Φb
C．Φa＝Φb
D．不能确定
【解析】 通过圆环的磁通量为穿过圆环的磁感线的净条数，首先明确条形磁铁的磁感线分布情况，另外要注意磁感线是闭合的曲线．
条形磁铁的磁感线在磁铁的内部是从S极到N极，在磁铁的外部是从N极到S极，内部有多少根磁感线，外部的整个空间就有多少根磁感线同内部磁感线构成闭合曲线．对两个圆环，磁铁内部的磁感线全部穿过圆环，外部的磁感线穿过多少，磁通量就抵消多少，所以面积越大，磁通量反而越小，故选A.
【答案】 A
2．(2分)如图2 4 2所示，两个完全相同的线圈套在一水平光滑的绝缘圆柱上，线圈能自由移动，若两线圈内通有大小不等的同向电流，则它们的运动情况是( )
图2 4 2
A．都绕圆柱转动
B．以不等的加速度相向运动
C．以相等的加速度相向运动
D．以相等的加速度相背运动
【解析】 同向环形电流可分成很多小段直线电流元，则不难发现相对应的直线电流元方向总是相同的，方向相同的直线电流元是相互吸引的；也可以把环形电流等效成小条形磁铁，异名磁极相互吸引，虽然两电流大小不等，根据牛顿第三定律知两线圈间的相互作用力大小相等，所以选C项．
【答案】 C
3.
(3分)如图2 4 3所示，长为l的通电直导体棒ab放在光滑水平绝缘轨道上，劲度系数为k的水平轻弹簧一端固定，另一端拴在棒的中点，且与棒垂直，整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中，弹簧伸长x，棒处于静止状态．则( )
图2 4 3
A．导体棒中的电流方向从b流向a
B．导体棒中的电流大小为
C．若只将磁场方向顺时针缓慢转过一小角度，则x变大
D．若只将磁场方向逆时针缓慢转过一小角度，则x变大
【解析】 由于弹簧伸长，根据左手定则知导体棒中的电流方向从a流向b，所以A错误；由力的平衡条件知kx＝BIl，所以B正确；如果磁场方向转过一小角度，安培力水平方向的分量均要减小，所以x变小，故C、D错误．
【答案】 B
4．(3分)关于对磁通量的描述，下列说法正确的是( )
A．位于磁场中的一个平面垂直磁场方向时，穿过该平面的磁通量最大
B．穿过平面的磁通量最大时，该处的磁感应强度一定最大
C．如果穿过某平面的磁通量为零，则该处的磁感应强度一定为零
D．将一平面置于匀强磁场中的任何位置，穿过该平面的磁通量总是相等
【解析】 由磁通量Φ＝BS·cos
θ可知，磁通量不但与B、S有关，还与平面与该平面沿垂直磁场方向的投影面之间的夹角有关．Φ＝0，B不一定为零，Φ最大，B也不一定大．故选项A正确．
【答案】 A
课标导思
1.知道什么是洛伦兹力．2．会用左手定则判断洛伦兹力的方向，知道洛伦兹力方向的特点．(重点)3．了解电子束的偏转在技术上的应用．(难点)
一、奥斯特的发现与电视机
电视机显像管发射出的高速电子流受到一组通电线圈磁场控制，打到荧光屏的各个部位产生精彩纷呈的图像．奥斯特的电流磁效应竟能被应用的如此出神入化．
二、洛伦兹力
1．首先对磁场中运动电荷做深入研究的是荷兰物理学家洛伦兹．
2．磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力．
三、洛伦兹力的方向
1．判定：由于电荷的运动相当于电流，因此，洛伦兹力的方向同样可以用左手定则来判断．
2．特点：洛伦兹力的方向处处垂直于运动电荷的速度．
3．作用：洛伦兹力只改变运动电荷的速度方向，不改变运动电荷的速度大小，因而垂直磁场射入的电子在洛伦兹力作用下做圆周运动．
四、磁偏转的应用
1．分离放射线：放射性物质衰变时，会从原子核内发射出三种射线：α射线由带正电的氦原子核组成，β射线是带负电的高速电子流，γ射线是不带电的光子流，利用洛伦兹力可以把它们分离开来．
2．质谱仪：质谱仪是科学研究中用来分析同位素和测量带电粒子质量的精密仪器．当电量相同、质量不同的带电粒子进入磁场后将沿不同半径做圆周运动，在显示屏上出现按质量大小排列的若干谱线．
3．回旋加速器：回旋加速器是一种能产生大量高能量粒子的装置．
一、洛伦兹力与安培力有何异同？
1．在导体静止不动时，安培力是洛伦兹力的合力，所以洛伦兹力的方向与安培力的方向是一样，可由左手定则来判定．判断洛伦兹力的方向时一定要注意F垂直于v与B所决定的平面．
2．当运动电荷的速度v的方向与磁感应强度的方向平行时，运动电荷不受洛伦兹力作用，仍以初速度做匀速直线运动．而磁场中静止的电荷也不受洛伦兹力的作用．导体平行磁场方向放置时，定向运动的电荷不受洛伦兹力，所以导体也不受安培力．
3．洛伦兹力对运动电荷永不做功，而安培力对运动导体却可以做功．由于洛伦兹力F始终垂直于电荷的运动速度v的方向，不论电荷做什么性质的运动，也不论电荷是什么样的运动轨迹，F只改变v的方向，并不改变v的大小，所以洛伦兹力对运动电荷不做功．通电导体在磁场中运动后，电荷相对磁场的运动方向并不沿导体方向，所受洛伦兹力的方向也不垂直于导体，洛伦兹力垂直于导体方向的分力做正功，而沿导体方向的分力做负功，总功仍为0.导体中所有运动电荷受到的洛伦兹力，在垂直于导体方向的分力的合力就是安培力，所以安培力对运动导体可以做功．
安培力与洛伦兹力的比较如下表所示
安培力
洛伦兹力
作用对象
静止或运动的电荷
运动的电荷
力的大小
F＝qE与v无关
F＝qvBsin
α，与v有关，当B与v平行时，F＝0
力的方向
平行于电场方向
同时垂直于速度方向和磁场方向
对运动电荷的作用效果
改变速度大小、方向，对运动电荷做功(除初、末状态位于同一等势面)
只改变运动电荷的速度方向，对运动电荷不做功
二、洛伦兹力作用下电荷的运动分三种情况
1．运动电荷的速度v与磁场B平行时，磁场对运动电荷无作用力，做匀速直线运动．
2．运动电荷的速度v与磁场B垂直时，由于洛伦兹力总垂直于电荷的运动方向，所以只改变速度的方向，不改变速度的大小，所以将在磁场做匀速圆周运动．
3．运动电荷的速度v与磁场B方向夹角为θ时，把速度分解在垂直于磁场和平行于磁场的两个方向上，由上述1、2可知，在这两个方向上分别做匀速圆周运动和匀速直线运动，其合运动为等速螺线运动．
【特别提醒】 在处理洛伦兹力的有关问题时，要切记以下几点：
(1)洛伦兹力方向一定与电荷的运动方向垂直，它只改变速度的方向，不改变速度的大小．
(2)在判断洛伦兹力方向时把运动电荷看作电流，因此伸直的四指指向正电荷的运动方向(或负电荷的反方向)．
三、带电粒子在磁场中的偏转及应用
1．分离放射线
放射性物质衰变时，会从原子核内发射出三种射线：一种叫α射线，由带正电的氦原子核(He)组成；一种叫β射线，是带负电的高速电子流；还有一种叫γ射线，是不带电的光子流．利用洛伦兹力，就可以把它们分离开来．(如图2 4 4所示)
图2 4 4
2．显像管的工作原理
(1)构造如图2 4 5所示．
图2 4 5
(2)原理：阴极发射电子，经过偏转线圈，偏转线圈产生的磁场和电子运动方向垂直，电子受洛伦兹力作用发生偏转，偏转后的电子打在荧光屏上，使荧光屏发光．
(3)扫描：偏转区的水平方向和竖直方向都加有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，因此电子束打在荧光屏上的光点不断移动，这种现象称为扫描．偏转磁场的变化随图像信号的变化而变化，电子束打在荧光屏上就会产生精彩纷呈的图像．
3．回旋加速器
(1)主要由粒子源、两个D形金属盒、匀强磁场、粒子引出装置等组成，回旋加速器一般放在真空容器中．(如图2 4 6所示)
图2 4 6
(2)回旋加速器原理：如图2 4 7所示，设粒子源中放出的是带正电的粒子，以一定初速度v0进入下方D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，运行到半周后回到窄缝边缘，这时在A1、A1′间加一向上的电场，粒子将在电场作用下被加速，速率由v0变为v1，然后粒子在上方的D形盒的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期后到达窄缝边缘，这时在A2、A2′间加一向下的电场，使粒子又一次得到加速，速率变为v2，这样使粒子每次经过窄缝时被加速，又通过D形盒内的磁场回旋到窄缝，通过反复加速使粒子达到很高的能量．
图2 4 7
【深化探究】 从回旋加速器的原理可知，带电粒子进入两D型盒狭缝时电场就对其加速，那么狭缝所加电场应该怎样变化？
提示：因为带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，它的周期确定，这样，狭缝所加电场的方向每经过带电粒子在磁场中运动半个周期便改变，也就是狭缝间加一交变电流.周期与带电粒子的运动周期相同，则带电粒子就会每经过狭缝总是被加速.
4．质谱仪
(1)用途：质谱仪是一种测量微小带电粒子质量和分离同位素的仪器．
(2)原理：如图2 4 8粒子源S产生质量为m、电荷量为q的正粒子(所受重力不计)．粒子无初速度的经过电压为U的电场加速后，进入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动．经过半个周期后到达记录它的照相底片P上，测得P点位置到入口处的距离为L，即可求得带电粒子的质量和比荷．
图2 4 8
一、左手定则的应用
在下列选项所示的四幅图中，正确标明了在磁场中带正电的粒子所受洛伦兹力f方向的是( )
【解析】 由左手定则可知，洛伦兹力的方向一定与速度和磁场垂直，故C、D均错误；考虑到带电粒子带正电，可确定选项A正确．
【答案】 A
在判断运动电荷所受洛伦兹力方向时，要注意区分电荷的电性，若为正电荷，四指指向正电荷的运动方向，若为负电荷，则四指指向负电荷运动的反方向.
1．(多选)如图2 4 9所示是表示从粒子源S以相同速度射出的三种粒子A、B、C在匀强磁场中运动的轨迹，由此可判定( )
【导学号：22940019】
图2 4 9
A．带正电的是C粒子
B．带正电的是A粒子
C．不带电的是B粒子
D．带负电的是A粒子
【解析】 →
→
→
【答案】 BC
二、带电粒子的磁偏转及其应用的探究
显像管原理的示意图如图2 4 10所示，当没有磁场时，电子束将打在荧光屏正中央的O点，安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转．设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，若使高速电子流打在荧光屏上的位置由a点逐渐移动到b点，下列磁场的变化能够使电子发生上述偏转的是( )
图2 4 10
【导析】 (1)判断电子所受洛伦兹力的方向时注意其电性．
(2)要使电子流到达光屏的位置由a点逐渐移动到b点，磁场的方向必须是改变的．
【解析】 电子偏转到a点时，根据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向外，对应的B t图的图线就在t轴下方；电子偏转到b点时，根据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里，对应的B t图的图线应在t轴上方，A正确．
【答案】 A
2．如图2 4 11所示，宇宙射线中存在高能带电粒子，假如大气层被破坏，这些粒子就会到达地球，从而给地球上的生命带来危害，根据地磁场的分布特点，判断下列说法中正确的是( )
图2 4 11
A．地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在南北两极最强，赤道附近最弱
B．地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强，两极最弱
C．地磁场对宇宙射线的阻挡作用在地球周围各处相同
D．地磁场对宇宙射线无阻挡作用
【解析】 当带电粒子的运动方向与磁感线的方向在一条直线上时，磁场对它没有作用力，当带电粒子的运动方向与磁感线的方向垂直时，磁场对它的作用力最大，根据地磁场的方向和宇宙射线的入射方向不难判定，选项B正确．
【答案】 B
1．如图2 4 12所示，能正确表示运动电荷在磁场中受力方向的关系的是
( )
图2 4 12
【解析】 洛伦兹力f方向既垂直于速度v，也垂直于磁感应强度B，若v与B平行或反平行，则f洛＝0，由左手定则逐一判断可知，选项A正确．
【答案】 A
2．如图2 4 13所示，一细线悬吊小球，在垂直于匀强磁场方向的竖直平面内摆动，C点为小球运动的最低位置，则( )
图2 4 13
A．小球从等高的A点、B点分别摆至C点时速度大小相等
B．小球从等高的A点、B点分别摆至C点时，小球从A点至C点时的速度大
C．如果小球带正电，则小球从A点摆至C点的速度比从B点摆至C点时大
D．如果小球带负电，则小球从A点摆至C点的速度比从B点摆至C点时大
【解析】 由于洛伦兹力对运动小球不做功，所以不论是正电荷还是负电荷，不论是从A点摆至C点，还是从B点摆至C点，机械能均守恒，所以B，C，D错，A对．
【答案】 A
3．下列说法正确的是( )
A．洛伦兹力的方向一定既平行于磁场方向又平行于电荷的运动方向
B．洛伦兹力的方向一定既垂直于磁场方向又垂直于电荷的运动方向
C．洛伦兹力的方向垂直于磁场的方向，平行于电荷运动的方向
D．洛伦兹力对运动电荷做正功
【解析】 洛伦兹力的方向一定既垂直于磁场方向又垂直于电荷的运动方向，洛伦兹力不做功．
【答案】 B
4．一个长螺线管中通有电流，把一个带电粒子沿中轴线方向射入(若不计重力影响)，粒子将在管中( )
A．做圆周运动
B．沿轴线来回运动
C．做匀加速直线运动
D．做匀速直线运动
【解析】 由安培定则可知长螺线管中轴线上的磁场方向与中轴线平行，故粒子沿中轴线方向射入，则不受洛伦兹力作用，故粒子将在管中做匀速直线运动，D项正确．
【答案】 D
学业达标测评(七)
(建议用时：45分钟)
1．下列说法正确的是( )
A．运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力的作用
B．运动电荷在某处不受洛伦兹力的作用，则该处的磁感应强度一定为零
C．洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的速度
D．洛伦兹力对带电粒子不做功
【解析】 运动电荷受到洛伦兹力不仅跟磁场有关，还跟电荷的速度方向有关，在磁感应强度不为零的地方，当速度方向与磁场方向平行时，不受洛伦兹力作用．反之，洛伦兹力为零时，可能是因为运动电荷的速度方向与磁场方向平行，而不一定是磁感应强度为零，故选项A，B都错误；洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直，洛伦兹力只改变带电粒子的速度方向，不改变带电粒子的速度大小，因此带电粒子的动能保持不变；速度是矢量，速度的大小不变，但速度的方向是改变的，因此选项C错误，选项D是正确的．
【答案】 D
2．有关洛伦兹力和安培力的描述，正确的是( )
A．通电直导线处于匀强磁场中一定受到安培力的作用
B．安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现
C．带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛伦兹力对带电粒子做正功
D．通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行
【解析】 通电直导线与磁场平行，不受安培力，选项A错误，安培力方向与磁场方向垂直，选项D错误．洛伦兹力对带电粒子不做功，选项C错误，安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现，选项B正确．
【答案】 B
3．(多选)在只受洛伦兹力的条件下，关于带电粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确的有( )
A．只要粒子的速度大小相同，带电量相同，粒子所受洛伦兹力大小就相同
B．洛伦兹力只改变带电粒子的运动轨迹
C．洛伦兹力始终与速度垂直，所以洛伦兹力不做功
D．洛伦兹力始终与速度垂直，所以粒子在运动过程中的动能、速度保持不变
【解析】 洛伦兹力的大小与电荷进入磁场的速度方向有关系，但洛伦兹力永远垂直速度方向，不做功．不改变速度大小，但可以改变速度的方向．
带电粒子在匀强磁场中所受的洛伦兹力的大小不但与速度的大小有关，而且与速度的方向有关，当带电粒子的速度方向与磁场方向垂直时，粒子所受的洛伦兹力最大；当粒子的速度方向与磁场方向平行时，带电粒子不受洛伦兹力的作用．速度大小相同的粒子，沿不同方向进入磁场时所受的洛伦兹力的大小不同，所以选项A不正确．由于洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直，所以洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，动能保持不变，洛伦兹力不做功；但在洛伦兹力的作用下，粒子的运动方向要发生变化，速度就要发生变化，所以本题的正确选项应为B、C.
【答案】 BC
4．如图2 4 14所示，是表示磁场B、正电荷运动方向v和磁场对电荷作用力F的相互关系图，其中正确的是(B、F、v两两垂直)( )
图2 4 14
【解析】 带电粒子所受洛伦兹力垂直于B和v决定的平面，用左手定则分析，让B的方向垂直手心，四指指向正电荷运动方向，大拇指所指即为洛伦兹力方向．
【答案】 D
5．在学校操场的上空中停着一个热气球，从它底部脱落一个塑料小部件，下落过程中由于和空气的摩擦而带负电，如果没有风，那么它的着地点会落在气球正下方地面位置的( )
A．偏东
B．偏西
C．偏南
D．偏北
【解析】 地磁场在水平方向上的分量方向是水平向北，小部件带负电，根据左手定则可得气球受到向西的洛伦兹力，故向西偏转，B正确．
【答案】 B
6．如图2 4 15所示，一带负电的物体从光滑斜面顶端滑到底端时的速度为v，若加上一垂直纸面向外的磁场，在滑到底端时( )
图2 4 15
A．v变大
B．v变小
C．v不变
D．无法确定
【解析】 洛伦兹力对电荷不做功，故只有重力做功，v不变．
【答案】 C
7．(多选)1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图2 4 16所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是( )
【导学号：22940020】
图2 4 16
A．离子由加速器的中心附近进入加速器
B．离子由加速器的边缘进入加速器
C．离子从磁场中获得能量
D．离子从电场中获得能量
【解析】 离子由加速器的中心附近进入加速器，从电场中获取能量，最后从加速器边缘离开加速器，选项A、D正确．
【答案】 AD
8．图2 4 17中各图已标出磁场方向、电荷运动方向、电荷所受洛伦兹力方向三者中的两个，试标出第三个的方向
图2 4 17
【解析】 用左手定则判断，对－q，四指应指向其运动方向的反方向．分别可得，图(1)中＋q受洛伦兹力方向垂直于v斜向左；图(2)中－q受洛伦兹力方向垂直于v向左；图(3)中－q运动方向平行于斜面向下；图(4)中匀强磁场方向垂直纸面指向读者．
【答案】 (1)受力方向垂直于v斜向上 (2)受力方向垂直于v向左 (3)运动方向平行于斜面向下 (4)磁场方向垂直纸面指向读者
9．三个粒子a、b、c(不计重力)以相同的速度射入匀强磁场中，运动轨迹如图2 4 18所示，其中b粒子做匀速直线运动，则a粒子带________电，c粒子带________电．
图2 4 18
【解析】 三粒子垂直于磁场方向射入，其中b的运动方向不变，说明b不带电，伸出左手，让磁感线垂直穿过手心，四指向下，则拇指指向右，即c粒子带正电，a带负电．
【答案】 负 正
极光现象
太阳的外层大气称为日冕，日冕具有百万度以上的高温，在这样的高温下，气体处于高度的电离状态，成为等离子体．日冕的一部分气体克服太阳的引力向太空膨胀，形成等离子体稳定地向外辐射，这就是太阳风．太阳风把地磁场压缩成为一个很有限的区域，形成地球磁层，地球磁层起着保护地球的作用，它能使宇宙中那些高速冲向地球的带电粒子偏转方向．一些闯入地球磁层的太阳风粒子在地磁场的作用下向两个地磁极运动，与那里高层大气作用时，引起气体辉光放电．美丽的极光就是围绕着地球南北两极的一种大规模气体放电过程的表现形式．
地球像一个巨大的磁铁，也有两个磁极．地磁极与地理极并不重合，它们之间夹一个约为11.5°的角．极光集中在地磁极周围．来自太阳风的带电微粒流，有一部分沿着漏斗状的地球极区磁感线进入高层大气，与那里的稀薄气体发生碰撞，使大气中的原子和分子电离，这些受到电离的气体吸收了部分能量后被激发到高能态，随后又立即将这额外的能量以辐射光子的形式释放，并回到原来的状态．在这种过程中扰动的气体发出了明亮的光线——极光．
如果将一只玻璃管内的空气基本上抽空，然后使电流在这些稀薄气体中通过，管内部气体导电，发出美丽的辉光，这就是放电管．在地球高空所看到的极光与放电管相同，都是带电粒子通过稀薄气体发生辉光放电形成的．
