2021年湖南省普通高中学业水平测试物理同步复习 选修1-1.2　磁　　场word版含答案

第二章 磁场
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考点1 指南针与远洋航海
考点2 电流的磁场
考点3 磁场对通电导线的作用
考点4 磁场对运动电荷的作用
考点5 磁性材料
一、磁场、地磁场
1.磁场和磁场方向:
(1)磁体在空间产生磁场,磁场使磁体间不用接触就可以相互作用。
(2)在磁场中的某一点,小磁针________的受磁场力方向,也就是小磁针静止时N极所指的方向,为该点磁场的方向。
2.磁感线:
(1)概念:在磁场中画出的一些有方向的曲线,并且曲线上每一点的________方向都与该点的磁场方向一致。
(2)磁感线的特点:
①磁感线实际不存在,只是一些假想的曲线。
②磁感线是________曲线。
③在磁场中,任意两条磁感线________、不中断。
④磁感线的________表示磁场的强弱,磁感线的切线方向表示磁场的方向。
3.地磁场:
(1)地球周围存在磁场,地磁场的N极在地理________附近,S极在地理________附近。
(2)地理两极与地磁两极并不________,磁针并非准确地指南或指北,其间的夹角简称磁偏角。
二、电流的磁场
电流磁场的方向:
电流 磁场 图示 说明
直线 电流
用右手握住导线,让伸直的________指向电流的方向,则弯曲的________所指的方向就是磁感线的环绕方向
环形 电流
用右手弯曲的四指指向________的方向,则伸直的大拇指指向环内________的方向
通电 螺线
管
用右手弯曲的四指指向________的方向,则伸直的大拇指指向________内磁感线的方向
三、磁场对通电导线的作用
1.安培力:计算公式F=______。
2.磁感应强度:
(1)定义式:B=______。
磁感应强度的定义式在通电导线与磁场方向垂直时才成立。
(2)方向:磁感应强度是________量,其方向为该点的磁场方向(小磁针静止时N极的指向或N极的受力方向)。
(3)单位: ________。简称特,符号T。1T=1。
3.安培力的方向——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平面内。让磁感线从________进入,并使四指指向________的方向,这时________所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
4.安培力的应用——电动机:电动机是应用________在磁场中受安培力作用而转动的原理制成的。
四、磁场对运动电荷的作用
1.洛伦兹力的概念: ________在磁场中所受的力。
2.洛伦兹力的方向——左手定则:
(1)伸开左手,使大拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内。让磁感线从掌心进入,并使四指指向正电荷________,这时________所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。
(2)负电荷受力的方向与正电荷受力的方向________。
3.洛伦兹力的应用——显像管:电视机显像管应用了电子束在________原理。
五、磁性材料
1.磁化与退磁:
(1)磁化:物体与磁铁接触后显示出磁性的现象。
(2)退磁:由于________或受到剧烈的震动使有磁性的物体失去磁性的现象。
2.磁性材料的发展:
(1)根据铁磁性材料被磁化后撤去外磁场时剩磁的强弱,把铁磁性材料分为________材料和软磁性材料。
(2)磁记录:银行卡、公交卡、饭卡、电话卡、磁带、磁盘(移动磁盘)等,都是磁记录。
(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)磁场是假想的,实际不存在。( )
(2)地磁场的北极(N极)在地理的南极附近。( )
(3)通电螺线管内部的磁场方向是从N极到S极。( )
(4)直线电流磁场的磁感线是以导线为圆心的一些同心圆。( )
(5)安培力的方向与磁感应强度的方向相同。( )
(6)由公式B=可知B与F成正比,与IL成反比。( )
(7)静止的电荷在磁场中可能受洛伦兹力。( )
(8)电视机显像管中电子束的偏转是利用了洛伦兹力。( )
1.洛伦兹力方向的判断:判断洛伦兹力方向的依据是左手定则,其中特别注意的是四指要指向正电荷的运动方向,当电荷带负电时,四指的指向与负电荷的运动方向相反。
2.对磁感应强度的理解:磁感应强度是反映磁场强弱的物理量,是矢量,其大小可以由B=计算,也可以通过磁感线的疏密来定性反映磁感应强度的大小;其方向就是磁场的方向,即小磁针N极的受力方向。
热点一洛伦兹力的判断
【例1】(2019·湖南学业水平考试真题)关于电荷在电场中和磁场中的受力情况,下列说法正确的是( )
A.电荷在电场中一定受到电场力的作用
B.电荷在磁场中一定受到洛伦兹力的作用
C.电荷在电场中所受电场力的方向一定与电场强度方向相同
D.电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向一定与磁感应强度方向相同
【例2】(2020·湖南合格考)如图所示,匀强磁场的方向垂直纸面向里,一个带正电的粒子某时刻速度v的方向水平向右,此时粒子所受洛伦兹力的方向正确的是________。
A.图示①的方向 B.图示②的方向
C.图示③的方向 D.图示④的方向
热点二安培力大小的计算
【例3】(2018·湖南学业水平考试真题)如图所示,赤道上的地磁场可视为由南向北的水平匀强磁场,磁感应强度B=0.50×10-4T。赤道上有一根沿东西方向放置的直导线,长L=2.0m,通有方向由东向西、大小I=10A的电流。
(1)判断导线所受安培力方向是竖直向上还是竖直向下。
(2)求导线所受安培力F的大小。
(3)如果将上述通电导线沿南北方向放置,则导线所受安培力大小为多少?
判断通电导体在磁场中是否受安培力的方法
(1)若电流的方向与磁场的方向平行,则导体一定不受安培力的作用。
(2)若电流的方向与磁场的方向不平行,则导体一定受安培力的作用。
一、选择题
1.(2020·衡阳学业水平模拟)首先发现电流磁效应的科学家是( )
A.安培 B.奥斯特
C.库仑 D.麦克斯韦
2.如图所示为条形磁铁周围的磁场,关于M、E两点的磁感应强度,下列说法正确的是( )
A.大小相等,方向相同 B.大小相等,方向不同
C.大小不等,方向相同 D.大小不等,方向不同
3.下列四幅图所描述的磁场中,磁感应强度不变的是( )
4.如图所示,A、B是环形通电导线内、外两侧的点,这两点磁感应强度的方向是
( )
A.A点垂直纸面向外,B点垂直纸面向里
B.A点垂直纸面向里,B点垂直纸面向外
C.均垂直纸面向外
D.均垂直纸面向里
5.如图,垂直纸面向里的匀强磁场中放置一长方形导线框abcd,并通以逆时针方向的电流。导线框中所受安培力方向向左的一段导线是( )
A.ab B.bc C.cd D.da
6.在如图所示的匀强磁场中,已经标出了电流I和磁场B以及磁场对电流作用力F三者的方向,其中错误的是( )
7.如图所示,一带负电的离子束沿图中箭头方向通过两磁极间时,它受的洛伦兹力方向( )
A.向下 B.向上
C.指向S极 D.指向N极
8.在阴极射线管中电子流方向由左向右,其上方放置一根通有如图所示方向电流的直导线,导线与阴极射线管平行,则阴极射线将会( )
A.向上偏转 B.向下偏转
C.向纸内偏转 D.向纸外偏转
9.(2020·长沙学业水平模拟)下面四幅图表示了磁感应强度B、电荷速度v和洛伦兹力F三者方向之间的关系,其中正确的是( )
10.一块磁铁从高处掉到地上,虽然没有断,但磁性变弱了,这是因为( )
A.磁铁被磁化了
B.磁铁因剧烈震动而退磁了
C.磁铁是非磁性物质
D.磁铁是软磁性材料
二、非选择题
11.磁场对运动电荷有力的作用,这个力叫________(选填“安培力”或“洛伦兹力”);电流周围的磁场方向可用________(选填“左手定则”或“安培定则”)来判断。
12.(2020·郴州学业水平模拟)一束等离子体(含有大量带正电和负电的微粒,都不考虑重力),沿图中箭头所示的方向垂直于磁场方向进入一匀强磁场,磁场方向垂直纸面,微粒运动的轨迹如图中a、b所示。则a是带________ (选填“正”或“负”)电的微粒的运动轨迹,b是带________(选填“正”或“负”)电的微粒的运动轨迹。
13.如图所示,一根长为L=0.2m的直导线放在水平方向的匀强磁场中,导线水平且与磁场方向垂直,导线中通有向右的电流。
(1)请判断导线所受安培力的方向是竖直向上还是竖直向下。
(2)若匀强磁场的磁感应强度大小B=0.5T,导线中电流I=0.5A,试计算导线所受安培力的大小。
(3)将该通电导线旋转到与磁感线平行的位置,此时导线是否受安培力?
14.(2020·长沙学业水平模拟)如图所示,棒MN的质量m=0.5kg,放置在宽度L=0.1m的平行光滑金属导轨上,已知电流强度I=1A,磁场垂直导轨所在平面向下,磁感应强度大小B=2T,试求:
(1)MN所受安培力的方向;
(2)MN所受安培力的大小;
(3)MN运动的加速度大小。
15.如图所示,一导体棒垂直放置在处于匀强磁场中的两条水平平行金属导轨上,并与金属导轨组成闭合回路。已知匀强磁场的磁感应强度B=2T,方向为竖直向上,两条平行金属导轨间距L=0.1m。当回路中通有I=10A,方向如图所示的电流时,导体棒仍然处于静止状态,求:
(1)导体棒所受安培力F的大小和方向;
(2)导体棒所受静摩擦力f的大小和方向。
16.如图所示,水平导体棒AB被两根竖直细线悬挂,置于垂直纸面向里的匀强磁场中,已知磁场的磁感应强度B=0.5T,导体棒长L=1m,质量m=0.5kg,重力加速度g取10m/s2。当导体棒中通以从A到B的电流时:
(1)判断导体棒所受安培力的方向;当电流I=2A时,求导体棒所受安培力的大小F。
(2)导体棒中通过的电流I'为多大时,细线中拉力刚好为0?
如图所示,金属细杆垂直放置于间距为L的水平平行金属导轨上,并处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。已知电源电动势为E、内阻为r,金属细杆连入电路的电阻阻值为R,其他电阻均不计。则闭合开关瞬间,问:
(1)电路中电流I多大?
(2)细杆所受安培力F多大?方向如何?
核心速填·必考点夯基
一、1.(2)N极
2.(1)切线　(2)②闭合　③不相交
　④疏密
3.(1)南极　北极　(2)重合
二、大拇指　四指　环形电流　磁感线
环形电流　螺线管
三、1.BIL　2.(1)
　(2)矢　(3)特斯拉
3.掌心　电流　拇指　4.通电线圈
四、1.运动电荷
2.(1)运动的方向　拇指　(2)相反
3.磁场中的偏转
五、1.(2)高温　2.(1)硬磁性
【秒判正误】
　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×
(6)×　(7)×　(8)√
典例突破·热考点精练
【例1】A　电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用,电荷在电场中一定受到电场力的作用,故A正确;电荷平行进入磁场时,不受洛伦兹力的作用,故B错误;正电荷受到的电场力与电场强度方向相同,负电荷受到的电场力与电场强度方向相反,故C错误;根据左手定则可知,洛伦兹力的方向总是与磁感应强度的方向垂直,故D错误。
【例2】D　由左手定则可知A、B、C错误,D正确。
【例3】【解析】(1)根据左手定则可判断导线受到的安培力竖直向下
(2)导线所受安培力大小为:F=BIL=0.50×10-4×10×2.0 N=1.0×10-3 N
(3)当导线南北方向放置时,导线与磁场方向平行,所以此时导线所受安培力大小为0
答案:(1)竖直向下
(2)1.0×10-3 N　(3)0
达标训练·合格考通关
1.B　　2.D　
3.A　磁感应强度是矢量,既有大小、又有方向,而磁感线可以形象而直观地描述磁感应强度的大小和方向,磁感线的疏密表示磁感应强度的大小,磁感线的切线方向表示该点磁感应强度的方向。选项A中磁感线的疏密程度和方向均不变,所以磁感应强度不变,A正确;选项B、C中磁感线的疏密程度和方向均变化,所以磁感应强度变化,B、C均错误;选项D中磁感线的疏密程度变化但方向不变,则磁感应强度的大小变化、方向不变,所以磁感应强度是变化的,D错误。
4.A　根据安培定则(或右手螺旋定则)可知,B点的磁感应强度方向垂直于纸面向里,A点磁感应强度的方向垂直于纸面向外,A正确;B、C、D均错误。
5.C　根据左手定则知,ab段安培力方向向右,bc段安培力方向向上,cd段安培力方向向左,da段安培力方向向下,故C正确。
6.C　根据左手定则可知A、B、D三图中电流、磁场、安培力方向均和左手定则中要求方向一致,A、B、D均正确;C图中电流和磁场方向相同,不受安培力的作用,C错误。本题选错误的,故选C。
7.A　蹄形磁铁两磁极间的磁感线由N极指向S极,根据左手定则,伸开左手,左手掌心朝向N极,四指指向带负电离子束运动的反方向,则大拇指指向下方,所以这一带负电的离子束受的洛伦兹力方向向下,A正确,B、C、D错误。故选A。
8.B　由题意可知,直线电流的方向由左向右,根据安培定则,可判定直导线下方的磁场方向为垂直纸面向里,而阴极射线管中电子运动方向由左向右,由左手定则知(电子带负电,四指要指向其运动方向的反方向),阴极射线将向下偏转,故B选项正确。
9.B　磁感应强度B、电荷速度v和洛伦兹力F三者方向之间的关系满足左手定则,即伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内,让磁感线从掌心进入,并使四指指向正电荷运动的方向(或负电荷运动的反方向),这时拇指所指的方向就是运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向,A、C、D均不满足左手定则,只有选项B满足左手定则。
10.B　磁铁是硬磁性材料,磁性变弱是因为震动而退磁,B对。
11.【解析】磁场对电流的作用力叫安培力,磁场对运动电荷的力叫洛伦兹力;电流周围的磁场方向与电流方向间的关系可用安培定则(右手螺旋定则)来判断,电流所受的安培力方向与电流方向、磁场方向间的关系可用左手定则来判断。
答案:洛伦兹力　安培定则
12.【解析】带电微粒受洛伦兹力的方向与磁场方向、运动方向间的关系满足左手定则,由题图和曲线运动的知识可知,轨迹a中所受洛伦兹力的方向是垂直于v的方向向上的,根据左手定则可知微粒带正电;轨迹b中所受洛伦兹力的方向是垂直于v的方向向下的,根据左手定则可知微粒带负电。
答案:正　负
13.【解析】(1)由左手定则可判断导线受到的安培力竖直向上。
(2)F=BIL=0.5×0.5×0.2 N=0.05 N
(3)通电导线与磁感线平行后,导线不再受安培力。
答案:(1)安培力方向竖直向上
(2)0.05 N　(3)导线不受安培力
14.【解析】(1)由题图可知棒MN中电流方向是M→N,根据左手定则可知,棒MN所受安培力的方向是水平向左的;
(2)F=BIL=2×1×0.1 N=0.2 N;
(3)由F=ma得
a== m/s2=0.4 m/s2。
答案:(1)水平向左　(2)0.2 N
(3)0.4 m/s2
15.【解析】(1)安培力的大小F=BIL=2×10×0.1 N=2 N,根据左手定则可判断出安培力的方向水平向右。
(2)导体棒处于静止状态,则静摩擦力与安培力二力平衡,即f=F=2 N,方向水平向左。
答案:(1)2 N,水平向右
(2)2 N,水平向左
16.【解析】(1)根据左手定则,导体棒所受安培力的方向竖直向上;当电流I=2 A时,F=BIL=0.5×2×1 N=1 N。
(2)导体棒受到合力为0时,细线中拉力刚好为0
BI'L=mg
0.5×I'×1 N=0.5×10 N
I'=10 A
答案:(1)竖直向上　1 N　(2)10 A
【新思维·新考向】
【解析】(1)根据闭合电路欧姆定律得:
I=
(2)由安培力计算公式F=BIL,
得F=
由左手定则可知,安培力的方向水平向右。
答案:(1)　(2),水平向右