高考物理总复习 第35讲 磁场的基本概念讲义.docx
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高考物理总复习第35讲磁场的基本概念讲义
第35讲 磁场的基本概念
考情剖析
考查内容
考纲要求
考查年份
考查详情
能力要求
磁场 磁感应强度
磁感线 磁通量
Ⅰ
17年
T1—选择,考查对磁通量概念的理解
对物理概念的理解
弱项清单
对通电导线产生的磁场方向判断不准,对磁通量概念理解不深入.
知识整合
一、磁场 磁感应强度
1.磁场
(1)基本特性:
磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有________的作用.
(2)方向:
小磁针的________所受磁场力的方向或小磁针静止时________的指向.
2.磁感应强度
(1)物理意义:
描述磁场的____________.
(2)大小:
B=________(通电导线垂直于磁场).
(3)方向:
小磁针的________所受磁场力的方向或小磁针静止时________的指向.
二、磁感线及几种常见的磁场分布
1.磁感线
(1)定义:
在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一点的________方向都跟这点的磁感应强度的方向一致.
(2)特点:
磁感线的________表示磁场的强弱.
2.几种常见的磁场
(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图所示)
条形磁铁 蹄形磁铁
(2)几种电流周围的磁场分布
直线电流的磁场
环形电流的磁场
通电螺线管的磁场
特点
无磁极、非匀强且距导线越远处磁场________
环形电流的两侧是N极和S极且离圆环中心越远,磁场________
与条形磁铁的磁场相似,管内为匀强磁场且磁场________,管外为非匀强磁场
安培定则
立体图
横截面图
纵截面图
(3)匀强磁场
①定义:
磁感应强度的大小和方向________的磁场.
②特点:
磁感线为________的平行线,如图所示.
(4)地磁场
①地磁场的N极在地理________附近,S极在地理________附近,磁感线分布如图所示.
②特点:
在赤道平面上,距离地球表面高度相等的各点,磁感应强度________,且方向水平________.
③磁偏角:
地磁的北极在地理的南极附近,地磁的南极在地理的北极附近,但两者并不完全________,它们之间的夹角称为磁偏角.
三、磁通量
1.概念
在磁感应强度为B的匀强磁场中,与磁场方向垂直的面积S和B的乘积.
2.公式:
Φ=________.
3.单位:
1Wb=________.
方法技巧考点1 磁场 磁感应强度 磁感线
1.磁感应强度是用比值法定义的,其大小由磁场本身的性质决定,与放入的直导线的电流I的大小、导线长度L的大小无关.故不能根据B=
就说B与F成正比,与IL成反比.
2.由定义式B=
计算B时,通电导线必须垂直于磁场;若通电导线平行放入磁场,则不受安培力,但不能说该处磁感应强度为零.
3.磁感线和电场线有何异同点
磁感线
电场线
不同点
磁感线为闭合曲线,磁体外部的磁感线由N极指向S极,内部的磁感线由S极指向N极
电场线起始于正电荷或无穷远,终止于无穷远或负电荷
相
似
点
引入目的
都是为了形象地描述场而引入的假想曲线,实际不存在
疏密意义
都能定性地描述场的强弱
切线方向
都是表示该点场的方向
是否相交
不相交
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.
【典型例题1】 关于磁感应强度B,下列说法中正确的是( )
A.根据磁感应强度定义B=
,磁场中某点的磁感应强度B与F成正比,与I成反比
B.磁感应强度B是标量,没有方向
C.磁感应强度B是矢量,方向与F的方向相反
D.在确定的磁场中,同一点的磁感应强度B是确定的,不同点的磁感应强度B可能不同,磁感线密集的地方磁感应强度B大些,磁感线稀疏的地方磁感应强度B小些
【典型例题2】 如图所示,两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点,且与纸面垂直,导线中通有大小相等、方向相反的电流.a、O、b在M、N的连线上,O为MN的中点,c、d位于MN的中垂线上,且a、b、c、d到O点的距离均相等.关于以上几点处的磁场,下列说法中正确的是( )
A.O点处的磁感应强度为零
B.a、b两点处的磁感应强度大小相等,方向相反
C.c、d两点处的磁感应强度大小相等,方向相同
D.a、c两点处磁感应强度的方向不同
1.(多选)如图甲所示,一个条形磁铁P固定在水平桌面上,以P的右端点为原点,中轴线为x轴建立一维坐标系.一个灵敏的小磁针Q放置在x轴上不同位置,设Q与x轴之间的夹角为θ.实验测得sinθ与x之间的关系如图乙所示,已知该处地磁场方向水平,磁感应强度大小为B0.下列说法中正确的是( )
A.P的右端为S极
B.P的中轴线与地磁场方向平行
C.P在x0处产生的磁感应强度大小为B0
D.x0处合磁场的磁感应强度大小为2B0
考点2 磁通量
1.φ=BS⊥,S⊥=Scosθ其中S⊥为S在垂直于B方向上的分量,如图甲所示.
甲 乙
2.面积S的含义:
S不一定是某个线圈的真正面积,而是线圈在磁场范围内的面积.如图乙所示,S应为线圈面积的一半.
3.多匝线圈的磁通量:
多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关,因为不论线圈匝数多少,穿过线圈的磁感线条数相同.
4.磁通量求法:
磁通量是标量,若某个平面内有不同方向的磁场共同存在,当计算穿过这个面的磁通量时,先规定某个方向的磁通量为正,反方向的磁通量为负,平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的磁通量.
【典型例题3】 (17年江苏高考)如图所示,两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r,圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合,则穿过a、b两线圈的磁通量之比为( )
A.1∶1B.1∶2C.1∶4D.4∶1
【典型例题4】 (多选)如图所示,在正方形线圈内部有一条形磁铁,磁铁和线圈在同一纸面内,两者有共同中心轴线O1O2,关于线圈中磁通量的变化情况,下列说法中正确的是( )
A.当磁铁向纸面外平移时,线圈中磁通量不发生变化
B.当磁铁向上平移时,线圈中磁通量不发生变化
C.当磁铁向下平移时,线圈中磁通量发生变化
D.当磁铁N极向纸外、S极向纸内绕O1O2轴转动时,线圈中磁通量发生变化
2.(多选)如图所示是等腰直角三棱柱,其平面ABCD为正方形,边长为L,它们按图示方式放置于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B0,则下列说法中正确的是( )
A.穿过ABCD平面的磁通量大小为B0L2
B.穿过BCFE平面的磁通量大小为
B0L2
C.穿过ADFE平面的磁通量大小为零
D.穿过ABCD平面的磁通量大于穿过BCFE平面的磁通量
当堂检测 1.关于磁通量,下列叙述正确的是( )
A.在匀强磁场中,穿过一个面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积
B.在匀强磁场中,a线圈的面积比b线圈大,则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的磁通量大
C.把一个线圈放在M、N两处,若放在M处时穿过线圈的磁通量比放在N处时大,则M处的磁感应强度一定比N处大
D.同一线圈放在磁感应强度大处,穿过线圈的磁通量不一定大
2.在xOy坐标系的原点处放置一根与坐标平面垂直的通电直导线,电流方向指向纸内,此坐标范围内还存在一个平行于xOy平面的匀强磁场.已知在以直导线为圆心的圆周上的a、b、c、d四点中,a点的磁感应强度最大,则此匀强磁场的方向( )
第2题图
A.沿x轴正方向B.沿x轴负方向
C.沿y轴正方向D.沿y轴负方向
3.(多选)如图所示,一垂直纸面水平放置的直导线右下方放着一条形磁铁,磁铁放在水平地面上,导线与磁铁相垂直,且导线中未通电流.现给导线通以图示电流,条形磁铁相对地面一直保持静止,对于地面给磁铁的作用力,下列说法正确的是( )
第3题图
A.地面给磁铁的支持力将增大
B.地面给磁铁的支持力将减小
C.地面不给磁铁摩擦力
D.地面给磁铁摩擦力,方向向左
4.如图所示,现有四条完全相同的垂直于纸面放置的长直导线,横截面分别位于一正方形abcd的四个顶点上,直导线分别通有方向垂直于纸面向里、大小分别为Ia=I,Ib=2I,Ic=3I,Id=4I的恒定电流.已知通电长直导线周围距离为r处磁场的磁感应强度大小为B=k
,式中常量k>0,I为电流强度,忽略电流间的相互作用,若电流Ia在正方形的几何中心O点处产生的磁感应强度大小为B,则O点处实际的磁感应强度的大小及方向为( )
第4题图
A.2
B,方向由O点指向ad中点
B.2
B,方向由O点指向ab中点
C.10B,方向垂直于纸面向里
D.10B,方向垂直于纸面向外
5.如图所示,有一个垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B=0.8T,磁场有明显的圆形边界,圆心为O,半径为10cm.现于纸面内先后放上a、b两个圆形单匝线圈,圆心均在O处,a线圈半径为10cm,b线圈半径为15cm,问:
(1)在B减为0.4T的过程中,a和b中磁通量分别改变多少?
(2)磁感应强度B大小不变,方向绕直径转过30°过程中,a线圈中磁通量改变多少?
(3)磁感应强度B大小、方向均不变,线圈a绕直径转过180°过程中,a线圈中磁通量改变多少?
第5题图
第三章 磁场第35讲 磁场的基本概念知识整合
基础自测
一、1.
(1)磁场力
(2)N极 N极
2.
(1)强弱和方向
(2)
(3)N极 N极
二、1.
(1)切线
(2)疏密程度
2.
(2)越弱 越弱 最强
(3)①处处相同 ②同向等密
(4)①南极 北极 ②相等 向北 ③重合
三、2.BS 3.1T·m2
方法技巧
·典型例题1·D 【解析】 磁感应强度是磁场本身的性质,与放入磁场中的导体的电流或受力大小F无关,A错误;磁感应强度B是矢量,其方向与F总是垂直的,电流方向与F也总是垂直的,B、C错误;在确定的磁场中,同一点的磁感应强度B是确定的,由磁场本身决定,与其他外来的一切因素无关,用磁感线的疏密程度表示磁场的强弱,D正确.
·典型例题2·C 【解析】 根据右手螺旋定则,M处导线在O点产生的磁场方向竖直向下,N处导线在O点产生的磁场方向竖直向下,合成后磁感应强度不等于0.故A错误.M在a处产生的磁场方向竖直向下,在b处产生的磁场方向竖直向下,N在a处产生的磁场方向竖直向下,b处产生的磁场方向竖直向下,根据场强的叠加知,a、b两点处磁感应强度大小相等,方向相同.故B错误.M在c处产生的磁场方向垂直于cM偏下,在d处产生的磁场方向垂直dM偏下,N在c处产生的磁场方向垂直于cN偏下,在d处产生的磁场方向垂直于dN偏下,根据平行四边形定则,知c处的磁场方向竖直向下,d处的磁场方向竖直向下,且合场强大小相等.故C正确.a、c两点的磁场方向都是竖直向下.故D错误.故选C.
·变式训练1·C 【解析】 由图可知开始时N离O点,所以O处的磁极是N极,A错误;P的中轴线沿东南方向,与地磁场垂直,B错误;在x0处,sinθ=
,θ=45°,tanθ=
,C正确;x0处合磁场的磁感应强度大小为B=
=
B0,D错误.
·典型例题3·A 【解析】 因为φ=BS⊥,S不一定是某个线圈的真正面积,而是线圈在磁场范围内的面积.所以A正确,其他选项错误.
·典型例题4·ABD 【解析】 图示位置,线圈与磁感线平行,向纸面外平移时,由于磁场所具有的对称性,磁通量仍为0,保持不变,选项A正确.上下平移时磁通量也不变,选项B正确,C错误.磁铁转动时,磁感线从平行转为不平行,磁通量增大,选项D正确.
·变式训练2·BC 【解析】 根据Φ=BS⊥,因此通过ABCD平面的磁通量Φ=
B0L2cos45°=
B0L2,A错误;平面BCFE⊥B0,而BC=L,CF=Lcos45°=
L,所以平面BCFE的面积S=BC·CF=
L2,因而Φ′=B0S=
B0L2,B正确,D错误;平面ADFE在与B0的垂直方向上的投影面积为零,所以穿过的磁通量为零,C正确.
当堂检测
1.D 【解析】 匀强磁场中,磁通量的计算公式Φ=BS⊥=BSsinθ(θ是磁场与面积的夹角),只有磁场和面积垂直时,磁通量才等于磁感应强度与该面面积的乘积,选项A错误;根据磁通量的计算公式Φ=BS⊥=BSsinθ可知,虽然Sa>Sb,但当两线圈平面与磁场的夹角不同时,穿过两线圈的磁通量大小关系也无法确定,选项B错误;磁通量不仅仅与磁感应强度有关,还与线圈的面积、线圈与磁场方向间的夹角有关,选项C错误;当线圈与磁场方向平行放置时,即使磁感应强度很大,磁通量仍然为零,选项D正确.
2.D 【解析】 用右手螺旋定则判断通电直导线在a、b、c、d四个点上所产生的磁场方向,a点有电流产生的竖直向下的磁场,若还有竖直向下的匀强磁场,则电流产生的磁感应强度和匀强磁场的磁感应强度方向相同,叠加合磁场最大.
3.BD 【解析】 根据安培定则,可以判断电流在条形磁铁处产生磁场方向斜向右下方,条形磁铁S极靠近通电导线,电流产生磁场对其占主导,根据磁场对磁铁S极作用于磁感线方向相反可得电流磁场对S极整体作用力偏向右上方,根据平衡条件再对比通电前不难得答案BD.
4.A 【解析】 假设Ia=Ic=Id=Ib,则根据矢量的合成法则,可知,四导线在O点产生的磁场为零,而如今,Ia=I,Ib=2I,Ic=3I,Id=4I的恒定电流,且电流Ia在正方形的几何中心O点处产生的磁感应强度大小为B,则由a、c两棒产生的磁场方向,由右手螺旋定则可知,O指向d;b、d两棒产生的磁场方向:
O指向a;可知,a、b、c、d长直通电导线在O点产生合磁场的方向:
由O点指向ad中点,根据磁感应强度大小为B=k
,a、c两导线产生的磁场大小为2B,同理b、d两导线产生的磁场也为2B,则合磁场大小为B=
=2
B,故A正确,BCD错误.
5.
(1)1.256×10-2Wb 1.256×10-2Wb
(2)3.4×10-3Wb (3)5.0×10-2Wb
【解析】
(1)a线圈面积正好与圆形磁场区域重合,Φ1=Bπr2,Φ2=B1πr2ΔΦ=|Φ2-Φ1|=|(B1-B)πr2|=1.256×10-2Wb
b线圈面积大于圆形磁场面积,即线圈的一部分面积在磁场区域外,有磁感线穿过的面积与a线圈相同,故磁通量的变化量与a线圈相同.
(2)磁场转过30°,a线圈面积在垂直磁场方向的投影面积为πr2cos30°,则Φ3=Bπr2cos30°
ΔΦ′=|Φ3-Φ1|=Bπr2(1-cos30°)≈3.4×10-3Wb.
(3)以线圈a正对读者的一面为观察对象,初状态磁感线从该面穿入,线圈转180°过后,磁感线从该面穿出,故ΔΦ″=BS-(-BS)=2BS=5.0×10-2Wb.
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