2018-2019學(xué)年高中物理 專題3.3 幾種常見的磁場試題 新人教版選修3-1.doc

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第3節(jié) 幾種常見的磁場 一、磁感線 1．定義：在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的 方向都跟這點(diǎn)的 的方向一致，這樣的曲線就叫做磁感線。 2．磁感線的疏密程度：描述磁場的 。 3．磁感線的方向：磁體外部從 極指向 極，內(nèi)部從 極指向 極，是閉合的曲線。 二、幾種常見的磁場 1．直線電流的磁場：右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與 方向一致，彎曲的四指所指的方向就是 環(huán)繞的方向，這個規(guī)律也叫右手螺旋定則。 2．環(huán)形電流的磁場：讓右手彎曲的四指與 的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線 磁感線的方向。 3．通電螺線管的磁場：右手握住螺線管，讓彎曲的四指跟 的方向一致，拇指所指的方向就是螺線管 磁感線的方向或拇指指向螺線管的磁場的北極。 三、磁感線的特點(diǎn) 1．條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場磁感線分布（如圖所示） 2．磁感線的特點(diǎn) （1）磁感線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場方向。 （2）磁感線的疏密定性地表示磁場的強(qiáng)弱，在磁感線較密的地方磁場較強(qiáng)；在磁感線較疏的地方磁場較弱。 （3）磁感線是閉合曲線，沒有起點(diǎn)和終點(diǎn)。在磁體外部，從N極指向S極；在磁體內(nèi)部，由S極指向N極。 （4）同一磁場的磁感線不中斷、不相交、不相切。 （5）磁感線是假想的曲線，客觀上不存在。 四、安培分子電流假說 什么是分子電流：在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部存在著一種 電流——分子電流。 五、勻強(qiáng)磁場 1．定義：強(qiáng)弱、方向處處 的磁場，稱為勻強(qiáng)磁場。 2．磁感線的分布：一簇間距 彼此 的磁感線。 3．勻強(qiáng)磁場的產(chǎn)生：正對且距離很小的異名磁極之間（除邊緣部分外）的磁場，均勻的通電螺線管 空間的磁場。 六、磁通量 1．定義：在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的 磁場中，有一個與磁場方向 的平面，面積為S，我們把B與S的乘積叫做穿過這個面積的磁通量。 2．公式：= ，單位 ，符號 。 3．磁通密度：磁感應(yīng)強(qiáng)度又叫 ，，等于垂直穿過 的磁通量。 切線 磁感應(yīng)強(qiáng)度 強(qiáng)弱 N S S N 電流 磁感線 環(huán)形電流 軸線上 電流 軸線上 環(huán)形 相同 相等 平行 內(nèi)部 勻強(qiáng) 垂直 BS 韋伯 Wb 磁通密度 單位面積 一、磁感線和電場線的比較 磁感線 電場線 相 似 點(diǎn) 意義 用來形象的描述磁場方向和強(qiáng)弱而假想的線 用來形象地表述電場力 方向 某點(diǎn)的切線方向為磁場方向，也是小磁針N極的受力方向 某點(diǎn)的切線方向為電場方向，也是正電荷受力的方向 疏密 表示磁場強(qiáng)弱 表示電場強(qiáng)弱 特點(diǎn) 在空間不相交 不 同 點(diǎn) 閉合曲線 始于正電荷或無窮遠(yuǎn)處，止于負(fù)電荷或無窮遠(yuǎn)處，不是閉合曲線 【例題1】關(guān)于電場線和磁感線，下列說法正確的是 A．電場線和磁感線都是空間實(shí)際存在的線 B．同一個磁場的磁感線（或者同一個電場的電場線）有時可以相交 C．磁感線從磁體的N極發(fā)出，終止于S極 D．電場線從正電荷或無限遠(yuǎn)出發(fā)，終止于無限遠(yuǎn)或負(fù)電荷 參考答案：D 二、磁場的疊加 磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，計算時與力的計算方法相同，利用平行四邊形定則或正交分解法進(jìn)行合成與分解。 特別提醒：兩個電流附近的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是由兩個電流分別獨(dú)立存在時產(chǎn)生的磁場在該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度疊加而成的。 【例題2】在一根直導(dǎo)線上通以穩(wěn)恒電流I，方向垂直指向紙外，且和勻強(qiáng)磁場B垂直，如圖所示，則在圖中圓周上，磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)值最大的點(diǎn)是 A．a(chǎn)點(diǎn) B．b點(diǎn) C．c點(diǎn) D．d點(diǎn) 參考答案：C 試題解析：用安培定則判斷通電直導(dǎo)線在a、b、c、d四個點(diǎn)上所產(chǎn)生的磁場方向，如圖所示，在c點(diǎn)，通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場與勻強(qiáng)磁場的方向相同，疊加后磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)值最大。故C正確；ABD錯誤。 1．關(guān)于磁感線，下列說法中正確的是 A．磁感線是實(shí)際存在于磁場中的線 B．磁感線是一條條不閉合的曲線 C．磁感線有可能出現(xiàn)相交的情況 D．磁感線上任意一點(diǎn)的切線方向，都跟該點(diǎn)的磁場方向一致 2．（2018黑龍江省齊齊哈爾市高三第三次模擬）如圖所示，半徑為R的圓形單匝線圈a內(nèi)有一單匝內(nèi)接三角形線圈b，兩線圈彼此絕緣，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場的邊緣與三角形線圈b重合，則穿過a、b兩線圈的磁通量之比為 A．1:1 B．1:2 C．4p:9 D．9:4p 3．（2018浙江省杭州市高考命題預(yù)測卷）如圖所示，兩根相互平行的長直導(dǎo)線過紙面上的M、N兩點(diǎn)，且與紙面垂直，導(dǎo)線中通有大小相等、方向相反的電流。O為MN的中點(diǎn)，P為MN連線的中垂線。一質(zhì)子此時恰好經(jīng)過P點(diǎn)，速度方向指向O點(diǎn)。下列說法正確的是 A．O點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 B．質(zhì)子將向右偏轉(zhuǎn) C．質(zhì)子將垂直于紙面向外偏轉(zhuǎn) D．質(zhì)子將做直線運(yùn)動 4．下列各圖中，已標(biāo)出電流及電流磁場的方向，其中正確的是 A． B． C． D． 5．（2018天津市寶坻區(qū)高二聯(lián)考）如圖所示是等腰直角三棱錐，其中側(cè)斜面abcd為邊長為L的正方形，abef和ade均為豎直面，dcfe為水平面。將次等腰直角三棱錐安圖示方式放置于豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，下面說法中正確的是 A．通過abcd面的磁通量大小為BL B．通過dcfe面的磁通量大小為BL C．通過ade的磁通量為零 D．通過abfe面的磁通量大小為BL 6．如圖所示，正方形線框abcd位于紙面內(nèi)，邊長為L，過ab中點(diǎn)和cd中點(diǎn)的連線OO′恰好位于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場的右邊界上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則穿過線圈的磁通量為 A．BL2 B．4BL C． D．2BL 7．（2018高三高考沖刺物理模擬）如圖所示，真空中兩個等量異種點(diǎn)電荷+q(q＞0)和–q以相同角速度繞O點(diǎn)在紙面中沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，O點(diǎn)離+q較近，則 A．O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向始終垂直紙面向外 B．O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向始終垂直紙面向里 C．O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向隨時間周期性變化 D．O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時間周期性變化 8．鐵環(huán)上繞有絕緣的通電導(dǎo)線，電流方向如圖所示，則鐵環(huán)中心O處的磁場方向為 A．向下 B．向上 C．垂直紙面向里 D．垂直紙面向外 9．（2018福建省福州市八縣一中聯(lián)考）將面積為的圓面放入水平向右的勻強(qiáng)磁場中，圓面與磁感線之間的夾角為30，如圖所示，若穿過該圓面的磁通量為，則此勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)等于 A． B． C． D． 10．通電螺線管內(nèi)有一在磁場力作用下處于靜止的小磁針，磁針指向如圖所示，則 A．螺線管的P端為N極，a接電源的正極 B．螺線管的P端為N極，a接電源的負(fù)極 C．螺線管的P端為S極，a接電源的正極 D．螺線管的P端為S極，a接電源的負(fù)極 11．（2018百校聯(lián)盟高考名師猜題保溫金卷）如圖所示，三根平行的足夠長的通電直導(dǎo)線A、B、C分別放置在一個等腰直角三角形的三個頂點(diǎn)上，其中AB邊水平，AC邊豎直。O點(diǎn)是斜邊BC的中點(diǎn)，每根導(dǎo)線在O點(diǎn)所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B0,則下列說法中正確的有() A．導(dǎo)線B、C在O點(diǎn)產(chǎn)生的總的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B0 B．導(dǎo)線A、B、C在O點(diǎn)產(chǎn)生的總的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0 C．導(dǎo)線B、C在A點(diǎn)產(chǎn)生的總的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向由A指向O D．導(dǎo)線A、B在O點(diǎn)產(chǎn)生的總的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平向右 12．如圖所示，E、F分別表示蓄電池兩極，P、Q分別表示螺線管兩端。當(dāng)閉合開關(guān)時，發(fā)現(xiàn)小磁針S極偏向螺線管Q端。下列判斷正確的是 A．螺線管P端為N極 B．流過電阻R的電流方向向下 C．F為蓄電池正極 D．管內(nèi)磁場方向由Q指向P 13．（2018廣西區(qū)高三年級考前模擬聯(lián)合）三根長直導(dǎo)線垂直于紙面放置，通以大小相同、方向如圖所示的電流，且ab=ad=ac，導(dǎo)線c在a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，則a點(diǎn)處的合磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 A．B B．B C．B D．2B 14．三個相同的矩形線圈置于水平向右的勻強(qiáng)磁場中，線圈Ⅰ平面與磁場方向垂直，線圈Ⅱ、Ⅲ平面與線圈Ⅰ平面的夾角分別為30和45，如圖所示。穿過線圈Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的磁通量分別為ΦⅠ、ΦⅡ、ΦⅢ。下列判斷正確的是 A．ΦⅠ=ΦⅡ B．ΦⅡ=ΦⅢ C．ΦⅠ>ΦⅡ D．ΦⅢ>ΦⅡ 15．（2018新課標(biāo)全國II卷）如圖，紙面內(nèi)有兩條互相垂直的長直絕緣導(dǎo)線L1、L2，L1中的電流方向向左，L2中的電流方向向上；L1的正上方有a、b兩點(diǎn)，它們相對于L2對稱。整個系統(tǒng)處于勻強(qiáng)外磁場中，外磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0，方向垂直于紙面向外。已知a、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為和，方向也垂直于紙面向外。則 A．流經(jīng)L1的電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B．流經(jīng)L1的電流在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 C．流經(jīng)L2的電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 D．流經(jīng)L2的電流在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 16．（2017新課標(biāo)全國Ⅲ卷）如圖，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場中，兩長直導(dǎo)線P和Q垂直于紙面固定放置，兩者之間的距離為l。在兩導(dǎo)線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時，紙面內(nèi)與兩導(dǎo)線距離均為l的a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。如果讓P中的電流反向、其他條件不變，則a點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為 A．0 B． C． D．2B0 17．（2017新課標(biāo)全國Ⅰ卷）如圖，三根相互平行的固定長直導(dǎo)線L1、L2和L3兩兩等距，均通有電流I，L1中電流方向與L2中的相同，與L3中的相反，下列說法正確的是 A．L1所受磁場作用力的方向與L2、L3所在平面垂直 B．L3所受磁場作用力的方向與L1、L2所在平面垂直 C．L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為 D．L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為 18．（2017江蘇卷）如圖所示，兩個單匝線圈a、b的半徑分別為r和2r。圓形勻強(qiáng)磁場B的邊緣恰好與a 線圈重合，則穿過a、b兩線圈的磁通量之比為 A．1:1 B．1:2 C．1:4 D．4:1 19．（2016上海卷）如圖，一束電子沿z軸正向流動，則在圖中y軸上A點(diǎn)的磁場方向是 A．+x方向 B．–x方向 C．+y方向 D．–y方向 2．A【解析】磁通量其中要求S為穿過磁場的有效面積，從題中可以看出兩個圖形的有效面積是相 等的，所以穿過a、b兩線圈的磁通量之比為1:1，故A正確。 3．D【解析】根據(jù)右手螺旋定則，M處導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向豎直向下，N處導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向豎直向下，合成后磁感應(yīng)強(qiáng)度不等于0，故A錯誤；M在P處產(chǎn)生的磁場方向垂直于PM偏下，N在P處產(chǎn)生的磁場方向垂直于PN偏下，根據(jù)平行四邊形定則，知P處的磁場方向豎直向下，根據(jù)左手定則，質(zhì)子不受到的洛倫茲力作用，將做直線運(yùn)動，故BC錯誤，D正確。 4．D【解析】利用右手螺旋定則，已知電流的方向，可以判定通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場方向；已知電流的方向、線圈的繞法，可以判定通電螺線管的N、S極；根據(jù)右手定則可知D圖已標(biāo)出電流及電流磁場的方向是一致的，故D正確，ABC錯誤。 【名師點(diǎn)睛】在勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)線圈與磁場垂直時，穿過線圈的磁通量為Φ=BS，圖中S為有磁感線穿過的線圈的面積，即為有效面積。 7．A【解析】點(diǎn)電荷+q繞O點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于逆時針方向的環(huán)形電流，由安培定則可知，在O點(diǎn)產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外；點(diǎn)電荷－q繞O點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于順時針方向的環(huán)形電流，由安培定則可知，在O點(diǎn)產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里。因+q離O點(diǎn)近，+q在O點(diǎn)激發(fā)的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度較強(qiáng)，故合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外，選項A正確，BC錯誤；由于+q和－q離O點(diǎn)的距離始終保持不變，則等效電流在該點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不變，合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小保持不變，選項D錯誤。 8．A【解析】由安培定則可判斷出左、右兩線圈的上端都是N極，下端都是S極，故O點(diǎn)處的磁場方向向下，故A正確。 9．D【解析】根據(jù)磁通量，則有：，故D正確，ABC錯誤。 【名師點(diǎn)睛】線圈放在勻強(qiáng)磁場中，與磁場方向不垂直，將圓面投影到與磁場垂直的方向，投影面積和磁感應(yīng)強(qiáng)度的乘積等于磁通量，再求出磁感應(yīng)強(qiáng)度。求解磁通量時，往往根據(jù)兩種特殊情況運(yùn)用投影的方法求解。在勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)線圈與磁場方向平行時，磁能量；當(dāng)線圈與磁場方向垂直時，磁能量。 10．B【解析】由題意可知，小磁針靜止時N極指向向左，則通電螺線管內(nèi)部磁場方向向左，P端為N極。根據(jù)安培定則判斷出電流的方向：從b端流進(jìn)，從a端流出，b接電源的正極，a接電源的負(fù)極，故B正確。 11．ACD【解析】導(dǎo)線B、C在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向相同，磁感應(yīng)強(qiáng)度疊加后大小為2B0，選項A正確；由題意可知，三根平行的通電直導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，，選項B錯誤；導(dǎo)線B、C在A點(diǎn)產(chǎn)生的總的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是兩個磁場疊加后的方向，方向由A指向O，選項C正確；根據(jù)安培定則和矢量的疊加原理，導(dǎo)線A、B在O點(diǎn)產(chǎn)生的總的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向水平向右，選項D正確。 12．B【解析】閉合開關(guān)后，小磁針S極偏向螺線管Q端，說明螺線管的左端為S極，右端為N極。用右手握住螺線管，使大拇指指向螺線管的N極，四指環(huán)繞的方向就是電流的方向，由此可知，電流從左端流入、右端流出，因此，電源的極E為正極，F(xiàn)端為負(fù)極，流過電阻R的電流方向向下，故AC錯誤，B正確；螺線管的左端P為S極，右端Q為N極，所以螺線管內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向由P指向Q，故D錯誤。 【名師點(diǎn)睛】理解磁通量的物理意義：穿過磁場中某一面積的磁感線的條數(shù)；對于勻強(qiáng)磁場，可以根據(jù)公式Φ=BScos θ判斷磁通量如何變化。 15．AC【解析】先利用右手定則判斷通電導(dǎo)線各自產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度，然后在利用矢量疊加的方式求解各個導(dǎo)體棒產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度。L1在ab兩點(diǎn)產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度大小相等設(shè)為B1，方向都垂直于紙面向里，而L2在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度設(shè)為B2，方向向里，在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度也為B2，方向向外，規(guī)定向外為正，根據(jù)矢量疊加原理可知，，可解得：；，故AC正確。 【名師點(diǎn)睛】磁場強(qiáng)度是矢量，對于此題來說ab兩點(diǎn)的磁場強(qiáng)度是由三個磁場的疊加形成，先根據(jù)右手定則判斷導(dǎo)線在ab兩點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向，在利用矢量疊加來求解即可。 16．C【解析】如圖1所示，P、Q中電流在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，設(shè)為B1，由幾何關(guān)系有， 如果讓P中的電流反向、其他條件不變，如圖2所示，由幾何關(guān)系可知，a點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為，故選C。 17．BC【解析】同向電流相互吸引，反向電流相互排斥。對L1受力分析，如圖所示，可知L1所受磁場力的方向與L2、L3所在的平面平行，故A錯誤；對L3受力分析，如圖所示，可知L3所受磁場力的方向與L1、L2所在的平面垂直，故B正確；設(shè)三根導(dǎo)線兩兩之間的相互作用力為F，則L1、L2受到的磁場力的合力等于F，L3受的磁場力的合力為，即L1、L2、L3單位長度受到的磁場力之比為，故C正確，D錯誤。 【名師點(diǎn)睛】先根據(jù)安培定則判斷磁場的方向，再根據(jù)磁場的疊加得出直線電流處磁場的方向，再由左手定則判斷安培力的方向，本題重點(diǎn)是對磁場方向的判斷、大小的比較。