2018-2019版高中物理 第二章 磁場(chǎng)章末整合學(xué)案 新人教版選修1 -1.doc

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第二章 磁場(chǎng) 章末整合 磁場(chǎng) 一、對(duì)磁場(chǎng)的描述 1.磁場(chǎng)：磁場(chǎng)是存在于磁極周?chē)囊环N特殊物質(zhì)，磁體之間、磁體與電流之間以及電流與電流之間的作用都是通過(guò)這種特殊的物質(zhì)而發(fā)生的. 2.磁場(chǎng)的強(qiáng)弱用磁感應(yīng)強(qiáng)度來(lái)表示.磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小只取決于磁場(chǎng)本身的性質(zhì)，與F、I、L無(wú)關(guān). 3.磁感線的疏密程度反映磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，線上某點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同.磁感線是閉合的曲線，在磁體內(nèi)部磁感線從S極指向N極；在磁體外部磁感線從N極指向S極. 例1　關(guān)于磁場(chǎng)和磁感線，下列說(shuō)法正確的是(　　) A.磁場(chǎng)并不是真實(shí)存在的，而是人們假想出來(lái)的 B.磁鐵周?chē)鸥芯€的形狀，與鐵屑在它周?chē)帕械男螤钕嗤f(shuō)明磁場(chǎng)呈線條形狀，磁感線是磁場(chǎng)的客觀反映 C.磁感線可以用來(lái)表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向 D.磁感線類似電場(chǎng)線，它總是從磁體的N極出發(fā)，到S極終止 答案　C 解析　磁體和電流周?chē)目臻g均存在著磁場(chǎng)，磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣也是一種客觀存在的物質(zhì)，為了形象地描繪磁場(chǎng)，用磁感線將抽象的磁場(chǎng)描繪出來(lái)，磁感線是假想的曲線；鐵屑在磁場(chǎng)中被磁化為小磁針，在磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，最后規(guī)則地排列起來(lái)，顯示出磁感線的形狀，并非磁場(chǎng)的客觀反映；電流的磁場(chǎng)和磁體的磁場(chǎng)的磁感線都是閉合曲線，在磁體外從N極到S極，在磁體內(nèi)從S極到N極；而電場(chǎng)線從正電荷出發(fā)到負(fù)電荷終止，不閉合，磁感線的疏密程度表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，磁感線上任一點(diǎn)的切線方向，即小磁針N極在某點(diǎn)所受磁場(chǎng)力的方向，就是該點(diǎn)磁場(chǎng)方向，也就是磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向.因此正確選項(xiàng)為C. 變式訓(xùn)練1　如圖2－1所示為通電螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)，于a、b兩點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的描述，下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖2－1 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 答案　D 解析　因磁感線的疏密反映磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，磁感線的切線方向表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，故D對(duì)，A、B、C錯(cuò)誤. 二、安培定則與左手定則的應(yīng)用 1.安培定則用來(lái)判斷運(yùn)動(dòng)電荷、電流的磁場(chǎng)方向. 2.左手定則用來(lái)判斷通電導(dǎo)線所受的安培力的方向和運(yùn)動(dòng)電荷所受的洛倫茲力的方向. 3.當(dāng)判斷通電導(dǎo)線(或運(yùn)動(dòng)電荷)周?chē)膶?dǎo)線所受的安培力(或運(yùn)動(dòng)電荷所受的洛倫茲力)的方向時(shí)，首先要根據(jù)安培定則判斷出磁場(chǎng)方向，再根據(jù)左手定則判斷出安培力或洛倫茲力的方向. 例2　初速度為v0的電子，沿平行于通電長(zhǎng)直導(dǎo)線的方向射出，直導(dǎo)線中電流方向與電子的初速度方向如圖2－2所示，則(　　) 圖2－2 A.電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率不變 B.電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率改變 C.電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率不變 D.電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率改變 答案　A 解析　由于電子運(yùn)動(dòng)方向向上，處于垂直紙面向里的磁場(chǎng)中，根據(jù)左手定則，洛倫茲力方向向右，電子將向右偏轉(zhuǎn).洛倫茲力方向時(shí)刻與速度方向垂直，因而不做功，速率不變.綜上所述，選A. 變式訓(xùn)練2　如圖2－3所示，兩根可自由移動(dòng)的靠得很近的平行長(zhǎng)直導(dǎo)線，通以相反方向的電流，且I1＞I2，則兩導(dǎo)線所受的安培力F1和F2的大小關(guān)系及其運(yùn)動(dòng)方向?yàn)?　　) 圖2－3 A.F1＞F2，且相互靠近 B.F1＜F2，且相互遠(yuǎn)離 C.F1＝F2，且相互靠近 D.F1＝F2，且相互遠(yuǎn)離 答案　D 解析　通電導(dǎo)線在其周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到安培力作用，兩導(dǎo)線所受安培力是作用力與反作用力，它們大小相等，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；由安培定則可知，I1在I2處產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直紙面向里，由左手定則可知，I2所受安培力向右；由安培定則可知，I2在I1處產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直紙面向里，由左手定則可知，I1所受安培力向左，則兩導(dǎo)線相互遠(yuǎn)離，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確. 三、安培力作用下的平衡問(wèn)題 1.解決通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受重力、彈力、摩擦力、安培力等力的作用下的平衡問(wèn)題，關(guān)鍵是受力分析. 2.由于安培力F的方向、電流I的方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向三者之間涉及三維空間，所以在分析和計(jì)算安培力的大小時(shí)，要善于把立體圖形改畫(huà)成平面圖形，以便受力分析. 3.畫(huà)好輔助圖(如斜面)，標(biāo)明輔助方向(如B的方向、I的方向等)也是畫(huà)好受力分析圖的關(guān)鍵. 例3　質(zhì)量為m的通電導(dǎo)體棒ab置于傾角為θ的金屬導(dǎo)軌上，如圖2－4所示.已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，在下列各圖所加各種磁場(chǎng)中，導(dǎo)體均靜止，則導(dǎo)體與導(dǎo)軌間摩擦力為零的可能情況是(　　) 圖2－4 答案　AB 解析　要使靜摩擦力為零，如果FN＝0，必有Ff＝0.B選項(xiàng)中安培力的方向豎直向上與重力的方向相反，可能使FN＝0，B項(xiàng)是正確的；如果FN≠0，則導(dǎo)體棒除受靜摩擦力Ff以外的其他力的合力只要為零，那么Ff＝0.在A選項(xiàng)中，導(dǎo)體棒所受到的重力G、支持力FN及安培力F安三力合力可能為零，則導(dǎo)體棒所受靜摩擦力可能為零；C、D選項(xiàng)中，從導(dǎo)體棒所受到的重力G、支持力FN及安培力F安三力的方向分析，合力不可能為零，所以導(dǎo)體所受靜摩擦力不可能為零.故正確的選項(xiàng)應(yīng)為A、B項(xiàng). 變式訓(xùn)練3　電流天平的原理圖如圖2－5 所示，矩形線圈abcd的bc邊懸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.當(dāng)給矩形線圈通入如圖所示的電流I時(shí)，調(diào)節(jié)兩盤(pán)中的砝碼，使天平平衡.然后使電流I反向，這時(shí)要在天平的左盤(pán)上加質(zhì)量為m的砝碼，才能使天平重新平衡.則此時(shí)磁場(chǎng)對(duì)bc邊作用力的大小為(　　) 圖2－5 A. mg B. mg C. mg D. mg 答案　C 解析　初狀態(tài)天平平衡時(shí)，由左手定則可知，在磁場(chǎng)中的導(dǎo)線bc受到的安培力方向豎直向上，大小設(shè)為F，左、右兩盤(pán)的砝碼質(zhì)量分別設(shè)為m1和m2.由平衡條件得：m1g＝m2g－F.電流I反向后，導(dǎo)線bc受到的安培力方向豎直向下，大小仍為F，這時(shí)要在天平的左盤(pán)上加質(zhì)量為m的砝碼，才能使天平重新平衡.由平衡條件得：m1g＋mg＝m2g＋F.以上兩式相減可得：mg＝2F，所以：F＝. 章末檢測(cè)(二) 一、單項(xiàng)選擇題 1.關(guān)于磁場(chǎng)和磁感線的描述，下列哪些是正確的(　　) A.磁感線從磁體的N極出發(fā)到磁體的S極終止 B.自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針?lè)旁谕娐菥€管內(nèi)部，其N極指向螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)方向 C.磁感線的方向就是磁場(chǎng)方向 D.兩條磁感線的空隙處不存在磁場(chǎng) 答案　B 解析　磁感線是一條閉合曲線，在磁體的外部由N極到S極，而在磁體的內(nèi)部則由S極到N極，A不正確.通電螺線管內(nèi)部的磁感線由S極到N極，所以放置其中的小磁針N極必然是指向螺線管的北極，B正確.只有磁感線是直線時(shí)，磁感線的方向才與磁場(chǎng)方向一致；如果磁感線是曲線，某點(diǎn)的磁場(chǎng)方向用該點(diǎn)的切線方向來(lái)表示，C不正確.磁感線是假想的曲線，只要有磁場(chǎng)的地方就有磁感線，D不正確. 2.下圖是通電直導(dǎo)線周?chē)鸥芯€分布情況示意圖，各圖的中央表示垂直于紙面的通電直導(dǎo)線及其中電流的方向，其他的均為磁感線，其方向由箭頭指向表示，這四個(gè)圖中正確的是(　　) 答案　C 解析　A、C、D圖均表示電流方向垂直紙面向里，B圖電流方向向外，由安培定則知磁感線方向A、C、D正確；離導(dǎo)線越近，磁場(chǎng)越強(qiáng)，磁感線越密，故C對(duì). 3.如圖2－6所示，環(huán)中電流方向由左向右，且I1＝I2，則圓環(huán)中心O處的磁場(chǎng)是(　　) 圖2－6 A.最大，穿出紙面 B.最大，垂直穿入紙面 C.為零 D.無(wú)法確定 答案　C 解析　根據(jù)安培定則，上半圓環(huán)中電流I1在環(huán)內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)垂直紙面向里，下半圓環(huán)中電流I2在環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直紙面向外，由于O對(duì)于I1和I2對(duì)稱(距離相等)，故I1和I2在O處產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小相等、方向相反，在O處相互抵消. 4.一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定，導(dǎo)線中通有電流，方向如下圖中箭頭所示.當(dāng)沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)線呈直線狀態(tài)；當(dāng)分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個(gè)圖示中正確的是(　　) 答案　D 解析　A圖中導(dǎo)線不受力，故它不會(huì)彎曲，A錯(cuò)誤；B圖中導(dǎo)線受到垂直紙面向里的安培力，它不會(huì)向右彎曲，B錯(cuò)誤；C中導(dǎo)線受到水平向右的安培力，導(dǎo)線不會(huì)向左彎曲，C錯(cuò)誤；D中導(dǎo)線受到水平向右的安培力，故它向右彎曲，D正確. 5.如圖2－7所示是電子射線管示意圖，接通電源后，電子射線由陰極沿x軸正方向射出，在熒光屏上會(huì)看到一條亮線.要使熒光屏上的亮線向下(z軸負(fù)方向)偏轉(zhuǎn)，在下列措施中可采用的是(　　) 圖2－7 A.加一磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向沿z軸負(fù)方向 B.加一磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向沿y軸正方向 C.加一電場(chǎng)，電場(chǎng)方向沿z軸負(fù)方向 D.加一電場(chǎng)，電場(chǎng)方向沿y軸正方向 答案　B 解析　此題考查演示實(shí)驗(yàn)“電子束在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)”.要使熒光屏上亮線向下偏轉(zhuǎn)，即使電子所受的洛倫茲力方向向下，電子運(yùn)動(dòng)方向沿x軸正方向，由左手定則可知，磁場(chǎng)方向應(yīng)沿y軸正方向，所以A錯(cuò)，B對(duì)；若加一電場(chǎng)電子應(yīng)受到向下的電場(chǎng)力作用，故電場(chǎng)方向沿z軸正方向，C、D均錯(cuò). 6.某電磁軌道炮工作原理如圖2－8所示，待發(fā)射彈體可在兩水平的平行光滑軌道之間自由移動(dòng)，并與軌道保持良好接觸.電流I從一條軌道流入，通過(guò)導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回.軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(chǎng)(可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng))，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與I成正比(即B＝kI).通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出，現(xiàn)欲使彈體的出射速度增加到原來(lái)的2倍，理論上可采用的辦法是(　　) 圖2－8 A.只將軌道長(zhǎng)度L變?yōu)樵瓉?lái)的2倍 B.只將電流I增加至原來(lái)的2倍 C.只將彈體質(zhì)量減至原來(lái)的一半 D.將彈體質(zhì)量減至原來(lái)的一半，同時(shí)將電流I增加至原來(lái)的2倍 答案　B 解析　設(shè)導(dǎo)軌寬度為d，則安培力大小F＝BId＝kI2d，由牛頓第二定律得：kI2d＝ma，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v2＝2ax得：v2＝2L，則v＝I，所以只有B項(xiàng)正確，A、C、D均不正確. 二、多項(xiàng)選擇題 7.下列說(shuō)法正確的是(　　) A.任何磁體都具有N極和S極兩個(gè)磁極 B.奧斯特實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了電流周?chē)嬖谥艌?chǎng) C.通電導(dǎo)體之間也存在著相互作用，它們是通過(guò)電場(chǎng)發(fā)生作用的 D.地磁場(chǎng)的N極與地理的南極重合，地磁場(chǎng)的S極與地理的北極重合 答案　AB 解析　任何磁體都有N極、S極，所有磁現(xiàn)象都是通過(guò)磁場(chǎng)而發(fā)生作用的.磁體與電流的周?chē)即嬖诖艌?chǎng).地球的地理兩極與地磁兩極并不重合.故選項(xiàng)A、B正確，C、D錯(cuò)誤. 8.磁場(chǎng)中一段2 cm長(zhǎng)的直導(dǎo)線，通過(guò)2.5 A的電流時(shí)，受到的安培力為0.1 N，則通電直導(dǎo)線處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B可能是(　　) A.2 T B.小于2 T C.大于2 T D.零 答案　AC 解析　當(dāng)導(dǎo)線方向垂直于磁場(chǎng)時(shí)，該導(dǎo)線受到的安培力最大，由磁感應(yīng)強(qiáng)度定義得B＝＝ T＝2 T，可知A正確；當(dāng)導(dǎo)線方向不垂直于磁場(chǎng)時(shí)導(dǎo)線受到的安培力為0.1 N，則當(dāng)導(dǎo)線方向垂直于磁場(chǎng)時(shí)導(dǎo)線受到的安培力大于0.1 N，由磁感應(yīng)強(qiáng)度定義知C選項(xiàng)正確. 9.某電器元件不小心被外磁場(chǎng)磁化了，為了使該元件退磁，下列方法有效可行的有(　　) A.把該元件高溫處理 B.把該元件通入強(qiáng)電流 C.把該元件放在逐漸減弱的交變磁場(chǎng)中 D.把該元件放入強(qiáng)磁場(chǎng)中 答案　AC 解析　當(dāng)磁體被高溫加熱、劇烈撞擊或者逐漸減弱的交變磁場(chǎng)的作用時(shí)，分子電流取向變得雜亂無(wú)章，對(duì)外就不再顯示磁性. 10.電子以初速度v0垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則(　　) A.磁場(chǎng)對(duì)電子的作用力始終不變 B.磁場(chǎng)對(duì)電子的作用力始終不做功 C.電子的速度始終不變 D.電子的動(dòng)能始終不變 答案　BD 解析　洛倫茲力的方向由左手定則可判定，始終垂直于速度方向，所以洛倫茲力不改變速度大小，只改變速度方向，因此磁場(chǎng)對(duì)電子的作用力始終不做功，即電子的動(dòng)能始終不變. 三、填空和實(shí)驗(yàn)題 11.在如圖2－9所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，垂直磁場(chǎng)方向放有一段長(zhǎng)0.04 m的通電直導(dǎo)線，當(dāng)通以水平向右的電流時(shí)，受到的安培力方向是__________，若電流的大小是0.8 A，受到的安培力大小為0.048 N，則該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝____________T. 圖2－9 答案　豎直向下　1.5 解析　根據(jù)左手定則知，導(dǎo)線所受的安培力方向豎直向下.根據(jù)F＝BIL得，B＝＝ T＝1.5 T. 12.如圖2－10所示，同一平面內(nèi)有兩根互相平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線1和2，通有大小相等、方向相反的電流，a、b兩點(diǎn)與兩導(dǎo)線共面，a點(diǎn)在兩導(dǎo)線的中間與兩導(dǎo)線的距離均為r，b點(diǎn)在導(dǎo)線2右側(cè)，與導(dǎo)線2的距離也為r.現(xiàn)測(cè)得a點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，則去掉導(dǎo)線1后，b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為_(kāi)___________，方向____________. 圖2－10 答案　　垂直紙面向外 解析　根據(jù)安培定則可知兩導(dǎo)線在a點(diǎn)形成的磁場(chǎng)方向相同，由于兩導(dǎo)線電流大小相等，a點(diǎn)與兩導(dǎo)線的距離也相等，故單根導(dǎo)線在a點(diǎn)形成的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，由于a和b與導(dǎo)線2的距離相等，故撤掉導(dǎo)線1后，b點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，根據(jù)安培定則可知，b點(diǎn)磁場(chǎng)方向垂直紙面向外. 四 計(jì)算題 13.勻強(qiáng)磁場(chǎng)中長(zhǎng)2 cm的通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)方向放置，當(dāng)通過(guò)導(dǎo)線的電流為2 A時(shí)，它受到的磁場(chǎng)力大小為410－3 N，問(wèn)：該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是多大？若磁場(chǎng)、電流不變，導(dǎo)線長(zhǎng)度減小到1 cm，該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B又是多大？ 答案　0.1 T　0.1 T 解析　由磁感應(yīng)強(qiáng)度的表達(dá)式B＝，得到B＝0.1 T，磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身來(lái)決定，與導(dǎo)線長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，故導(dǎo)線長(zhǎng)度減小到1 cm時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度仍是0.1 T. 14.地球是個(gè)大磁體，在赤道上，地磁場(chǎng)可以看成是沿南北方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(如圖2－11所示).如果赤道某處地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.510－4 T，在赤道上有一根東西方向的直導(dǎo)線，長(zhǎng)為20 m，載有從東往西的電流30 A，則地磁場(chǎng)對(duì)這根導(dǎo)線的作用力有多大？方向如何？ 圖2－11 答案　3.010－2 N　方向豎直向下 15.如圖2－12所示，一根輕彈簧將質(zhì)量為m，長(zhǎng)度為L(zhǎng)的絕緣直導(dǎo)線懸掛在豎直平面內(nèi)，直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中處于水平靜止?fàn)顟B(tài).勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直于紙面向里，大小為B，當(dāng)導(dǎo)線中通有如圖所示的恒定電流I時(shí)，穩(wěn)定后彈簧處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)彈簧對(duì)直導(dǎo)線施加的拉力大小為多少？ 圖2－12 答案　BIL＋mg 解析　導(dǎo)線所受安培力大小F＝BIL，方向豎直向下，導(dǎo)線受力如圖所示，故彈簧拉力大小為FT＝F＋mg＝BIL＋mg. 16.在傾角為30的光滑斜面上垂直紙面放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒，一勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于斜面向上，如圖2－13所示.當(dāng)導(dǎo)體棒內(nèi)通有垂直于紙面向里的電流I時(shí)，導(dǎo)體棒恰好靜止在斜面上，求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為多少？ 圖2－13 答案　 解析　解決此題關(guān)鍵是確定安培力的方向，由受力分析及平衡不難解決. 受力分析如圖 由平衡條件得：F＝mgsin θ 安培力：F＝BIL， 所以B＝＝.