高中物理选修1磁场知识点及习题

一、一、 磁场磁场 知识要点知识要点 1.磁场的产生 ⑴磁极周围有磁场。 ⑵电流周围有磁场（奥斯特） 。 安培提出分子电流假说（又叫磁性起源假说） ，认为磁极的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产生的。 （不等于说所 有磁场都是由运动电荷产生的。 ） ⑶变化的电场在周围空间产生磁场（麦克斯韦） 。 2.磁场的基本性质 … 磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用 (对磁极一定有力的作用； 对电流只是可能有力的作用， 当电流和磁感线平 行时不受磁场力作用 )。这一点应该跟电场的基本性质相比较。 3.磁感应强度 B F （条件是匀强磁场中，或ΔL 很小，并且 L⊥B ） 。 IL m)=1kg/(As2)磁感应强度是矢量。单位是特斯拉，符号为 T，1T=1N/(A 4.磁感线 ⑴用来形象地描述磁场中各点的磁场方向和强弱的曲线。磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向，也就是在该 点小磁针静止时N 极的指向。磁感线的疏密表示磁场的强弱。 ⑵磁感线是封闭曲线（和静电场的电场线不同） 。⑶要熟记常见的几种磁场的磁感线： ⑷安培定则（右手螺旋定则） ：对直导线，四指指磁感线方向；对环行电流，大拇指指中心轴线上的磁感线方向；对长直 螺线管大拇指指螺线管内部的磁感线方向。 5.磁通量 如果在磁感应强度为 B 的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，其面积为 S，则定义 B 与 S 的乘积为穿过这个面 的磁通量， 用Φ表示。Φ是标量， 但是有方向 （进该面或出该面） 。 单位为韦伯， 符号为 Wb。 1Wb=1T （ m2=1Vs=1kgm2/(As2)。 可以认为磁通量就是穿过某个面的磁感线条数。 在匀强磁场磁感线垂直于平面的情况下，B=Φ/S，所以磁感应强度又叫磁通密度。在匀强磁场中，当 B 与 S 的夹角为α时， 有Φ=BSsinα。 地球磁场通电直导线周围磁场通电环行导线周围磁 场 二、安培力（磁场对电流的作用力）二、安培力（磁场对电流的作用力） 知识要点知识要点 1.安培力方向的判定 ⑴用左手定则。 ⑵用“同性相斥，异性相吸” （只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部时） 。 ⑶用“同向电流相吸，反向电流相斥” （反映了磁现象的电本质） 。可以把条形磁铁等效为长直螺线管（不要把长直螺线管 等效为条形磁铁） 。 、 只要两导线不是互相垂直的，都可以用“同向电流相吸，反向电流相斥”判定相互作用的磁场力的方向；当两导线互相垂 直时，用左手定则判定。 2.安培力大小的计算：F=BLIsinα（α为 B、L 间的夹角）高中只要求会计算α=0（不受安培力）和α=90°两种情况。 例题分析例题分析 例例 1 1：：如图所示，可以自由移动的竖直导线中通有向下的电流，不 仅在磁场力作用下，导线将如何移动 — I S 计通电导线的重力， N 解：先画出导线所在处的磁感线，上下两部分导线所受安培力的方向相反，使导线从左向右看顺时针转动；同时又受到竖 直向上的磁场的作用而向右移动（不要说成先转 90°后平移） 。分析的关键是画出相关的磁感线。 例例 2 2：： 条形磁铁放在粗糙水平面上， 正中的正上方有一导线， 流后，磁铁对水平面的压力将会＿＿(增大、减小还是不变)。水 力大小为＿＿。 } 通有图示方向的电 F F / FS F 平面对磁铁的摩擦 解：本题有多种分析方法。⑴画出通电导线中电流的磁场中通过两极的那条磁 向上。 磁铁对水平面感线（如图中粗虚线所示） ，可看出两极受的磁场力的合力竖直 的压力减小，但不受摩擦力。⑵画出条形磁铁的磁感线中通过通电导线的那一条（如图中细虚线所示） ，可看出导线受到的安 培力竖直向下，因此条形磁铁受的反作用力竖直向上。⑶把条形磁铁等效为通电螺线管，上方的电流是向里的，与通电导线中 的电流是同向电流，所以互相吸引。 例例 3 3：：如图在条形磁铁 N 极附近悬挂一个线圈，当线圈中通有逆时针方向 哪个方向偏转 解：用“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”最简单：条形磁铁的等 面是向下的，与线圈中的电流方向相反，互相排斥，而左边的线圈匝数多所以 例例 4 4：：电视机显象管的偏转线圈示意图如右，即时电流方向如图所示。该时刻由里 将向哪个方向偏转 的电流时，线圈将向 效螺线管的电流在正 线圈向右偏转。 （本题 S N 如果用“同名磁极相斥，异名磁极相吸”将出现判断错误，因为那只适用于线圈位于磁铁外部的情况。 ） 向外射出的电子流 解：画出偏转线圈内侧的电流，是左半线圈靠电子流的一侧为向里，右半线圈靠 i 电子流的一侧为向 可判定电子流向左外。电子流的等效电流方向是向里的，根据“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥” ， 偏转。 （本题用其它方法判断也行，但不如这个方法简洁） 。 例例 5 5：：如图所示，光滑导轨与水平面成α角，导轨宽L。匀强磁场磁感应 长也为 L ，质量为m，水平放在导轨上。当回路总电流为I1时，金属杆正好 至少多大这时 B 的方向如何⑵若保持 B 的大小不变而将 B 的方向改为竖直向 流 I2调到多大才能使金属杆保持静止 解：画出金属杆的截面图。由三角形定则可知，只有当安培力方向沿导 力才最小，B 也最小。根据左手定则，这时 B 应垂直于导轨平面向上，大小 B=mgsinα/I1L。 当 B 的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，沿导轨 矢量方向间的关系） 。 0） 簧上端为 s0处静止释放，滑块在运动过程中电量保持不变，设滑块与 有机械能损失，弹簧始终处在弹性限度内，重力加速度大小为 g。 （1）求滑块从静止释放到与弹簧上端接触瞬间所经历的时间 t1 （2）若滑块在沿斜面向下运动的整个过程中最大速度大小为 释放到速度大小为 vm过程中弹簧的弹力所做的功 W； （3）从滑块静止释放瞬间开始计时，请在乙图中画出滑块在沿 整个过程中速度与时间关系 v-t 图象。图中横坐标轴上的 t1、t2及 t3分 次与弹簧上端接触、第一次速度达到最大值及第一次速度减为零的时 v1为滑块在 t1时刻的速度大小，vm是题中所指的物理量。 （本小题不要求写出计算过程） ．．．．．．．．．．．． 答案（1）t1 vm，求滑块从静止 斜面向下运动的 别表示滑块第一 刻， 纵坐标轴上的  2ms 0 qE  mgsin ; （2）W  1mgsin qE ; 2 mv m (mgsin qE)•(s 0 ) 2k (3) 【解析】本题考查的是电场中斜面上的弹簧类问题。涉及到匀变速直线运动、运用动能定理处理变力功问题、最大速度问题和 运动过程分析。 （1）滑块从静止释放到与弹簧刚接触的过程中作初速度为零的匀加速直线运动，设加速度大小为 a，则有 qE+mgsin=ma① ) s 0  1 2 at 1 ② 2 联立①②可得 t 1  2ms 0 qE  mgsin ③ （2）滑块速度最大时受力平衡，设此时弹簧压缩量为 x 0，则有 mgsin qE  kx0 ④ 从静止释放到速度达到最大的过程中，由动能定理得 (mgsin qE)•(x m  x 0 )W  1 2 mv m 0 ⑤ 2 联立④⑤可得 W  1mgsin qE 2 mv m