1、1选修 3-1第 5讲 磁场李仕才考试内容及要求知识内容学考要求2015.10考题2016.4考题2016.10考题2017.4考题2017.11考题2018.4考题2018.6考题磁现象和磁场 b 4 3磁感应强度 c几种常见的磁场 b 12 9通电导线在磁场中受到的力c 9 10 9 7 21运动电荷在磁场中受到的力c 9 8 18一、磁现象和磁场1磁现象(1)能够吸引铁质物体的性质叫做磁性(2)任何磁体都有两个磁极：南极(S 极)和北极(N 极)(3)同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引2磁场(1)磁体与磁体之间，磁体与通电导线之间，以及通电导线与通电导线之间的相互作用，是通过磁场发生的磁
2、场是物质存在的一种特殊形式(2)基本性质：对放入其中的磁体或通电导线产生力的作用(3)奥斯特发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系例 1 关于磁场，下列说法正确的是 ( )A磁场和电场一样，是客观存在的物质2B无论在何时，小磁针的指向就是磁场的方向C磁场是为了解释磁极间的相互作用而人为引入的D磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生答案 A解析 磁场和电场都是客观存在的物质，是物质的另外一种形态，所以选项 A正确，C 错误；自由小磁针静止时北极的指向才是磁场的方向，故选项 B错误；有磁体或电流存在，就有磁场产生，与是否发生作用无关，故选项 D错误二、磁感应强度1物理意义：描述磁场的
3、强弱和方向2大小： B (通电导线垂直于磁场方向)FIL3方向：自由小磁针静止时 N极的指向4单位：特斯拉(T)5对 B的理解(1)B 是磁感应强度的定义式，是比值法定义的物理量 B由磁场本身决定，与 F、 I、 LFIL无关(2)B是矢量，磁场的叠加遵循平行四边形定则例 2 (2017舟山中学期中 )根据关系式 B 得出的下列结论中，说法正确的是 ( )FILA B随 I的减小而增大 B B随 L的减小而增大C B随 F的增大而增大 D B与 I、 L、 F的变化无关答案 D解析 磁感应强度是由磁场本身决定的，与 I、 L及 F的变化无关，故只有 D正确三、几种常见的磁场1磁感线(1)特点磁
4、感线的疏密表示磁场的强弱磁场强的地方，磁感线较密；磁场弱的地方，磁感线较疏磁感线某点的切线方向表示该点磁感应强度的方向(2)条形磁铁和蹄形磁铁周围的磁感线分布(如图 1)3图 1(3)匀强磁场的磁感线匀强磁场：强弱、方向处处相同的磁场匀强磁场的磁感线是间隔相同的平行直线2电流的磁场、安培定则(1)电流周围的磁感线方向可根据安培定则判断(2)三种常用的电流的磁场安培定则 立体图 横截面图 纵截面图直线电流 以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱环形电流 内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏螺线管内部为匀强磁场且比外部强，方向由 S极指向 N极，外部由 N极指向 S极3
5、.磁通量(1)定义式： BS(S与 B垂直时)(2)S与 B平行时， 0； S与 B夹角为 时， BS BSsin .(3)磁通量的单位：韦伯，符号是 Wb.1 Wb1 Tm 2.(4)当平面内有相反方向的磁场时，磁通量会相互抵消一部分(5)对磁通量的理解磁通量虽然是标量，却有正、负之分，计算时取正负号代数运算，计算结果取绝对值磁通量与线圈的匝数无关例 3 如图所示，当开关 S闭合后，小磁针处在通电电流的磁场中的位置正确的是( )4答案 D解析 根据安培定则判断出电流的磁场方向，由于小磁针静止时 N极的指向为磁场方向，可知选项 D正确例 4 (2018浙江 4月学考 12)在城市建设施工中，经
6、常需要确定地下金属管线的位置，如图 2所示，有一种探测方法是，首先给金属长直管线上通上电流，再用可以测量磁场强弱、方向的仪器进行以下操作：用测量仪在金属管线附近的水平地面上找到磁场最强的某点，记为 a；在 a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 b、 c两点，测得 b、 c两点距离为 L，由此可确定金属管线( )图 2A平行于 EF，深度为 B平行于 EF，深度为 LL2C垂直于 EF，深度为 D垂直于 EF，深度为 LL2答案 A解析 由题意知， a点距管线最近， EF上的点均是距管线
7、最近的点，管线在 EF的正下方，与 EF平行，根据安培定则作出管线产生磁场的截面图( EF未画出)，由几何关系可知， a到管线的距离为 .L2例 5 如图 3所示，半径为 R的圆形线圈共有 n匝，其中心位置处半径为 r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直于线圈平面若磁感应强度为 B，则穿过线圈的磁通量为( )5图 3A BR2 B Br2C n BR2 D n Br2答案 B解析 磁感线穿过的面积为 r2，而并非 R2，穿过线圈的磁通量与线圈匝数无关，因此磁通量 Br2.四、通电导线在磁场中受到的力1安培力及其方向(1)通电导线在磁场中受到的力(2)安培力方向可用左手定则判定：伸开左手，使拇指
8、与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时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2安培力的大小(1)垂直于磁场 B放置、长为 L的一段直导线，当通入的电流为 I时，它所受的安培力F BIL.弯曲导线的有效长度 L，等于连接两端点直线的长度(如图 4所示)；相应的电流沿L由始端流向末端图 4(2)磁场和电流平行时，安培力的大小 F0.例 6 (2018浙江名校联盟第一次考试 )下列图中的通电导线在磁场中受力分析正确的是 ( )6答案 C例 7 (2018浙江“五校联考 ”第一次考试)在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，紧贴边缘内壁放一
9、个圆环形电极，并把它们与电池的两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体，例如盐水如果把玻璃皿放在磁场中，如图 5所示，通过所学的知识可知，当接通电源后从上向下看( )图 5A液体将顺时针旋转B液体将逆时针旋转C若仅调换 N、S 极位置，液体旋转方向不变D若仅调换电源正、负极位置，液体旋转方向不变答案 B例 8 如图 6所示，一段导线 abcd位于磁感应强度大小为 B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直线段 ab、 bc和 cd的长度均为 L，且 abc bcd135.流经导线的电流为 I，方向如图中箭头所示导线 abcd所受到的磁场的作用力的合力( )图 6A方向沿纸面向上，大小为(
10、1) ILB2B方向沿纸面向上，大小为( 1) ILB2C方向沿纸面向下，大小为( 1) ILB2D方向沿纸面向下，大小为( 1) ILB2答案 A解析 将导线分为三段直导线，根据左手定则分别判断出各段所受安培力的方向，根据F ILB计算出各段所受安培力的大小，再求合力导线所受合力 F 合 ILB2 BILsin 45( 1) ILB，方向沿纸面向上27五、洛伦兹力1洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的力2洛伦兹力的方向方向判断用左手定则：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个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受
11、洛伦兹力的方向3洛伦兹力的大小当 v B时， F qvB；当 v B时， F0.4洛伦兹力的特点由于洛伦兹力的方向总垂直于速度方向，所以洛伦兹力总不做功例 9 (2017衢州学考模拟 )如图 7所示，在学校操场的上空停着一个热气球，从它底部脱落一个塑料小部件，下落过程中由于和空气摩擦而带负电，如果没有风，那么它的着地点会落在热气球正下方地面位置的( )图 7A偏东 B偏西C偏南 D偏北答案 B解析 地磁场在水平方向上的分量方向水平向北，塑料小部件带负电，根据左手定则可得塑料小部件受到向西的洛伦兹力，故向西偏转，B 正确例 10 (2018浙江 6月学考 18)质量 m110 3 kg、电荷量
12、q110 6 C的带电小球，以速度 v在某一区域内做匀速直线运动该区域内既有水平向东的匀强电场(电场强度E1.7310 4 N/C)，又有匀强磁场 B.则 v、 B的方向可能是( )A v与 E成 30、 B水平向北B v与 E成 60、 B水平向北C v与 E成 53、 B水平向南D v与 E成 45、 B水平向南答案 B解析 带电小球做匀速直线运动，8速度方向沿图中虚线方向，根据左手定则可知，磁场方向水平向北qE110 6 1.73104 N1.7310 2 Nmg110 3 10 N110 2 Ntan mgqE 33故 30， v的方向与 E的夹角 903060，选项 B正确.1下列四
13、幅图表示的工具或装置，利用地磁场工作的是( )答案 B2(2017慈溪中学期中)下列说法中正确的是( )A磁感应强度是矢量，它的方向与通电导线在磁场中的受力方向相同B磁感应强度的单位是特斯拉，1 T1 NAmC穿过线圈的磁通量为零的地方，磁感应强度一定为零D磁通量的单位是韦伯，1 Wb1 T/m 2答案 B解析 磁感应强度是矢量，根据左手定则可知，它的方向与通电导线在磁场中的受力方向垂直，故 A错误；磁感应强度的单位是特斯拉(T)，1 T1 ，故 B正确；穿过线圈的磁通NAm量为零的地方，磁感应强度不一定为零，可能是磁场与线圈平行，故 C错误；磁通量是标量，其单位是韦伯(Wb)，1 Wb1 T
14、m 2，故 D错误3(2018浙江 6月学考9)如图 8所示，小磁针 a、 b、 c、 d放在通电螺线管产生的磁场中，稳定后指向正确的是( )9图 8A磁针 a B磁针 bC磁针 c D磁针 d答案 D解析 根据安培定则可知，通电螺线管左侧为 N极，右侧为 S极，小磁针静止时 N极代表该处磁场方向，因此选项 D正确4(2018浙江 4月学考7)处于磁场 B中的矩形金属线框可绕轴 OO转动，当线框中通过电流 I时，如图 9所示，此时线框左右两边受安培力 F的方向正确的是( )图 9答案 D解析 利用左手定则，四指指向电流方向，磁感线穿过掌心，大姆指所指的方向就是受力方向，因此选 D.5(2018
15、金华、丽水、衢州十二校第二次联考)如图 10是电子射线管示意图，接通电源后，电子射线由阴极沿 x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是( )图 10A加一磁场，磁场方向沿 z轴负方向10B加一磁场，磁场方向沿 y轴正方向C加一电场，电场方向沿 z轴负方向D加一电场，电场方向沿 y轴正方向答案 B解析 要使荧光屏上的亮线向下( z轴负方向)偏转，则电子受力向下，加磁场时，根据左手定则可知磁场方向应沿 y轴正方向，故 A错误，B 正确；加电场时电子受力方向与电场方向相反，电场方向应沿 z轴正方向，故 C、D 错误6(2018浙江 6月学
16、考21)如图 11所示，金属细杆 MN水平悬挂在间距为 L的竖直平行金属导线下方，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，定值电阻阻值为 R，其余电阻均可不计则：图 11(1)闭合开关时，细杆向左偏还是向右偏？(2)闭合开关瞬间，电路中电流 I多大？(3)闭合开关瞬间，细杆 MN所受安培力 F多大？答案 见解析解析 (1)电流从 M到 N，根据左手定则可知，细杆受力向右，即细杆向右偏(2)根据闭合电路欧姆定律可得： I .ER r(3)F BIL .BELR r一、选择题1(2017浙江 4月学考3)下列描述正确的是( )A开普勒提出所有行星绕太阳运动的轨
17、道都是椭圆B牛顿通过实验测出了万有引力常数C库仑通过扭秤实验测定了电子的电荷量D法拉第发现了电流的磁效应答案 A解析 开普勒提出了行星三定律，指出所有太阳系中的行星的轨道形状都是椭圆，选项 A正11确；卡文迪许通过扭秤实验测出了万有引力常数，选项 B错误；密立根通过油滴实验测定了电子的电荷量，选项 C错误；奥斯特发现了电流的磁效应，选项 D错误2.(2017温州市“十校联合体”期末)目前许多国家都在研制磁悬浮列车，我国拥有全部自主知识产权的第一条磁悬浮列车试验线已建成通车(如图 1)一种磁悬浮列车的车厢和铁轨上分别放有磁体，车厢用的磁体大多是通强大电流的电磁铁，下列说法正确的组合是( )图 1
18、磁悬浮列车利用了磁极间的相互作用磁悬浮列车利用了异名磁极互相排斥磁悬浮列车消除了车体与轨道之间的摩擦磁悬浮列车增大了车体与轨道之间的摩擦A BC D答案 A解析 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，磁悬浮列车利用了磁极间的相互作用，使列车车体与轨道分离，这样它在前进过程不再受到车体与轨道之间的摩擦阻力，故组合正确，故选 A.3.如图 2所示，将蹄形磁铁的两极置于阴极射线管的两侧，管中的阴极射线(高速运动的电子流)发生了偏转，其原因是运动的电子受到了( )图 2A重力B摩擦力C电场力D洛伦兹力答案 D4.小刘同学用铁钉与漆包线绕成电磁铁，当接通电路后，放在其上方的小磁针 N极立即转向左侧，如图
19、3所示则此时( )12图 3A导线 A端接电池正极B铁钉左端为电磁铁的 N极C铁钉内磁场方向向右D漆包线内电流由 A流向 B答案 C解析 小磁针静止时 N极指向为该处磁场方向，根据通电螺线管磁场分布知，铁钉右端为电磁铁的 N极，铁钉的左端为电磁铁的 S极，铁钉内磁场方向向右，再根据安培定则知，导线A端接电源负极，漆包线内电流由 B流向 A，故选 C.5(2017浙江 4月学考9)如图 4所示，两平行直导线 cd和 ef竖直放置，通以方向相反大小相等的电流， a、 b两点位于两导线所在的平面内则( )图 4A b点的磁感应强度为零B ef导线在 a点产生的磁场方向垂直纸面向里C cd导线受到的安
20、培力方向向右D同时改变两导线的电流方向， cd导线受到的安培力方向不变答案 D解析 根据安培定则可知 b点的两分磁场方向均为垂直纸面向外，选项 A错误； ef导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向外，选项 B错误；根据左手定则可判断，方向相反的两个电流之间互相排斥，选项 C错误；不管电流方向如何，只要电流方向相反，就互相排斥，选项D正确6.(2018浙江“七彩阳光”联盟期中)如图 5所示，在“探究影响通电导线受力的因素”实验中，要使导体棒摆动时细线偏离竖直方向的角度增大，以下操作中可行的是( )13图 5A用更短的细线悬挂导体棒B改变导体棒中的电流方向C增大导体棒中的电流D使 3块磁铁的 S、N
21、极都反向答案 C解析 要使导体棒摆动时细线偏离竖直方向的角度增大，应增大导体棒受到的安培力，而安培力 F BIL，故 C正确7(2016浙江 4月学考9)法拉第电动机原理如图 6所示，条形磁铁竖直固定在圆形水银槽中心，N 极向上，一根金属杆斜插在水银中，杆的上端与固定在水银槽圆心正上方的铰链相连电源负极与金属杆上端相连，与电源正极连接的导线插入水银中从上往下看，金属杆( )图 6A向左摆动 B向右摆动C顺时针转动 D逆时针转动答案 D8.(2016浙江 10月学考10)如图 7所示，把一根通电的硬直导线 ab用轻绳悬挂在通电螺线管正上方，直导线中的电流方向由 a向 b.闭合开关 S瞬间，导线
22、a端所受安培力的方向是( )图 7A向上B向下C垂直纸面向外14D垂直纸面向里答案 D解析 根据安培定则可知，开关闭合后，螺线管右端为 N极，根据左手定则可知，导线 a端受垂直纸面向里的安培力，选项 D正确9(2017温州市九校期末)如图 8所示，用两个一样的弹簧测力计悬挂一根铜棒，铜棒所在虚线范围内有垂直于纸面的匀强磁场，棒中通以自左向右的电流，当棒静止时，弹簧测力计的读数为 F1；若将棒中的电流方向反向，当棒再次静止时，弹簧测力计的示数为 F2，且F2 F1，根据以上信息，不能确定的是( )图 8A磁场的方向 B安培力的大小C磁感应强度的大小 D铜棒的重力答案 C解析 改变棒中的电流方向，
23、弹簧测力计的示数变大( F2 F1)，所以改变电流方向前铜棒受到向上的安培力，由左手定则可以确定磁场的方向；由 F2 mg F 安 和 F1 mg F 安 可得安培力 F 安 的大小及铜棒的重力 mg； F 安 BIL，但因铜棒长度和电流大小未知，故无法求出磁感应强度的大小，故不能确定的选项是 C.10(2018湖州、衢州、丽水三地期末联考)某长柱体霍尔元件如图 9所示，由负电荷定向移动形成的电流从元件左侧流入，右侧流出在竖直向下的匀强磁场作用下，下列说法正确的是( )图 9A负电荷受到竖直方向的洛伦兹力B负电荷在移动中仅受洛伦兹力C上下两侧面有电势差D前后两侧面有电势差答案 D11(2017
24、衢州学考模拟)如图 10所示，电磁炮由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成当电源接通后，磁场对流过炮弹的电流产生力的作用，使炮弹获得极大的发射速度下列各俯视图中正确表示磁场 B方向的是( )15图 10答案 B解析 根据电源的极性可知，电流方向由正极经炮弹流向负极，炮弹受到的安培力方向应水平向右，才能发射炮弹，由左手定则判断可知选项 B正确12.(2017浙江 11月学考8)如图 11所示，在两水平金属板构成的器件中，存在着匀强电场与匀强磁场，电场强度 E和磁感应强度 B相互垂直以某一水平速度进入的不计重力的带电粒子恰好能沿直线运动，下列说法正确的是( )图 11A粒子一定带负电B粒子的速度大小
25、vBEC若粒子速度大小改变，粒子将做曲线运动D若粒子速度大小改变，电场对粒子的作用力会发生变化答案 C解析 粒子做直线运动，说明竖直方向受力平衡，即 qvB qE，可得 v ，选项 B错误；当EBv 时，无论粒子带正电还是负电，在竖直方向均受力平衡，选项 A错误；如果粒子速度大EB小改变，就会导致洛伦兹力变化，因此粒子将做曲线运动，选项 C正确；不管粒子速度怎么变，在匀强电场中，粒子所受电场力不变，选项 D错误13(2015浙江 10月学考9)小张在探究磁场对电流作用的实验中，将直导线换作导体板，如图 12所示，发现在 a、 b两点之间存在电压 Uab.进一步实验结果如下表：16图 12电流
26、磁感应强度 电压 UabI B UI 2B 2UI 3B 3U2I B 2U3I B 3U由表中结果可知电压 Uab( )A与电流无关B与磁感应强度无关C与电流可能成正比D与磁感应强度可能成反比答案 C解析 由第 1、2、3 组数据可知，电流保持不变时，磁感应强度增大多少倍，电压 Uab也增大多少倍，可推知电压 Uab可能与磁感应强度成正比，B、D 错误；由第 1、4、5 组数据可知，磁感应强度保持不变时，电流增大多少倍，电压 Uab也增大多少倍，可推知电压 Uab可能与电流成正比，A 错误，C 正确14.(2017宁波市学考模拟)如图 13所示为电流天平，可用来测定磁感应强度天平的右臂上挂有
27、一匝数为 N的矩形线圈，线圈下端悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，当线圈中通有电流 I(方向如图所示)时，发现天平的右端低于左端，下列调节方案可以使天平平衡的是( )图 13A保持其他条件不变，仅适当减小线圈的宽度B保持其他条件不变，仅适当减少线圈的匝数17C保持其他条件不变，仅适当增大电流大小D保持其他条件不变，改变电流的方向后适当增大电流大小答案 C解析 天平的右端低于左端说明天平右臂受到的拉力较大，由左手定则知线圈在磁场中受向上的安培力，因此要使天平平衡，可增大线圈所受的安培力，由 F NBIL知，在其他条件不变的情况下，可适当增大线圈的宽度，增加线圈的匝数，或增大电流大小，选项 A
28、、B、D 错误，C 正确二、非选择题15.带电油滴以水平速度 v0垂直进入磁场，恰做匀速直线运动，如图 14所示，若油滴质量为 m，电荷量为 q，加速度为 g，求：图 14(1)油滴的带电性质；(2)磁感应强度的大小答案 (1)正电 (2)mgqv0解析 (1)油滴做匀速直线运动，受到的洛伦兹力与重力平衡，即洛伦兹力方向竖直向上，由左手定则判断油滴带正电(2)由 qv0B mg得： Bmgqv016如图 15所示，一根质量为 m、长度为 L的金属细杆 MN置于绝缘水平桌面上，并处在与其垂直的水平匀强磁场中当给细杆通以大小为 I的电流时，杆所受的支持力恰好为零并处于静止状态重力加速度为 g，求：
29、图 15(1)金属细杆受到的安培力的方向；(2)金属细杆中电流的方向；(3)磁感应强度 B的大小答案 (1)竖直向上 (2)由 M指向 N (3)mgIL18解析 (1)由金属细杆受重力和安培力平衡可得，安培力方向竖直向上(2)由左手定则判断可知电流方向由 M指向 N.(3)由平衡条件得： mg BIL，解得 B .mgIL17(2017金华市模拟)如图 16所示，倾角为 30、阻值不计的光滑导轨 AB，上端接入一电动势 E3 V、内阻不计的电源，导轨间距为 L10 cm，将一个质量为 m30 g、电阻 R0.5 的金属棒水平放置在导轨上，若整个空间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场，当闭合开关 S后，金属棒刚好静止在导轨上求磁场方向和磁感应强度的大小？图 16答案 垂直于导轨平面向下 0.25 T解析 闭合开关 S后金属棒上有电流流过，由欧姆定律得 I A6 A金属棒静止ER 30.5在导轨上，它受到重力 mg和支持力 FN的作用，因导轨光滑，金属棒不可能仅在这两个力的作用下平衡，它必须受到安培力作用才能平衡，根据题意和左手定则判断出，磁场方向垂直导轨平面向下，金属棒受到的安培力沿导轨向上，如图所示金属棒受力平衡，则它受到的安培力 F应与重力沿导轨向下的分力 mgsin 大小相等，方向相反，即 F mgsin ，又因为 F BIL，解得 B0.25 T.
