高考物理一轮复习资料、强化训练、复习补习资料-高三物理专题复习09 磁场基础知识

【基础知识梳理】一、磁场、磁感应强度1．磁场(1) 基本性质：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用。

(2) 方向：小磁针的N极所受磁场力的方向。

2．磁感应强度3．磁感应强度与电场强度的区别二、磁感线1．磁感线(1)定义：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致。

(2)磁感线的特点①磁感线是为了形象地描述磁场而人为假设的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线。

②磁感线在磁体(螺线管)外部由N极到S极，内部由S极到N极，是闭合曲线。

③磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线较密的地方磁场较强，磁感线较疏的地方磁场较弱。

④磁感线上任何一点的切线方向，都跟该点的磁场(磁感应强度)方向一致。

⑤磁感线不能相交，也不能相切。

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)(2)常见电流的磁场安培3.磁场的叠加：磁感应强度为矢量，合成与分解遵循平行四边形定则。

4．地磁场的特点(1)磁感线由地理南极发出指向地理北极(地球内部相反)。

(2)地磁场的水平分量总是由地理南极指向地理北极。

(3)北半球具有竖直向下的磁场分量，南半球具有竖直向上的磁场分量。

(4)赤道平面距地面相等高度的各点，磁场强弱相同，方向水平向北。

三、磁场对电流的作用力—安培力1．安培力的方向(1)左手定则：伸出左手，让拇指与其余四指垂直，并且都在同一个平面内。

让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流方向，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)两平行的通电直导线间的安培力：同向电流互相吸引，异向电流互相排斥。

2．安培力的大小(1)当B⊥L时，安培力最大，F＝BIL。

(2)当B∥L时，安培力等于零。

注意：F＝BIL中的L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度。

如图甲所示，直角形折线abc中通入电流I，ab＝bc＝L，折线所在平面与匀强磁场磁感应强度B垂直，abc受安培力等效于ac(通有a→c的电流I)所受的安培力，即F＝BI·2L，方向为在纸面内垂直于ac斜向上。

同理推知：①半圆形通电导线受安培力如图乙所示，F＝BI·2R；②如图丙所示闭合的通电导线框所受安培力F＝0。

四、磁场对运动电荷的作用力—洛伦兹力1．洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力叫洛伦兹力。

2．洛伦兹力的方向(1)判定方法：左手定则：掌心——磁感线垂直穿入掌心；四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向；拇指——指向洛伦兹力的方向。

(2)方向特点：F⊥B，F⊥v，即F垂直于B和v决定的平面。

3．洛伦兹力的大小(1)v∥B时，洛伦兹力F＝0。

(θ＝0°或180°)(2)v⊥B时，洛伦兹力F＝qvB。

(θ＝90°)(3)v ＝0时，洛伦兹力F ＝0。

4．洛伦兹力的特点(1)洛伦兹力始终与速度方向垂直。

(2)洛伦兹力不做功，只改变速度方向。

五、 带电粒子在匀强磁场中的运动（不计粒子的重力） 1. 若v ∥B ，带电粒子做平行于磁感线的匀速直线运动。

2. 若v ⊥B ，带电粒子在垂直于磁场方向的平面内以入射速度v 做匀速圆周运动。

洛伦兹力提供带电粒子做圆周运动所需的向心力，由牛顿第二定律Rv m qvB 2= 得带电粒子运动的轨道半径R =qB mv ，运动的周期T=qBm π2。

六、 在科学实验或科学技术中的应用 1. 速度选择器正交的匀强电场与匀强磁场组成速度选择器，带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）进入才能匀速通过速度选择器，否则将发生偏转，这个速度的大小可由洛伦兹力和电场力的平衡求得，qvB =qE ，所以BEv =，在图中，速度方向必须向右。

（1）这个结论与粒子带何种电荷及所带电荷的多少没有关系。

（2）若速度小于这一速度，电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大，粒子的轨迹既不是抛物线，也不是圆，而是一条复杂的曲线；若大于这一速度，将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹也是一条复杂的曲线。

即若v ＜E/B ，电场力大，粒子向电场力方向偏，电场力做正功，动能增加。

若v ＞E/B ，洛伦兹力大，粒子向磁场力方向偏，电场力做负功，动能减少。

2. 质谱仪（1）构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。

（2）原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式qU ＝12mv 2。

粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式qvB ＝m v 2r。

由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷。

r ＝1B2mUq ，m ＝qr 2B 22U ，q m ＝2U B 2r2. （3）作用：主要用于测量粒子的质量、比荷、研究同位素。

3. 磁流体发电机由燃烧室燃烧电离成的正、负离子（等离子体）以高速喷入偏转磁场中，在洛伦兹力作用下，正、负离子分别向上、下极板偏转、积累，从而在板间形成一个向下的电场，两板间形成一定的电势差。

（1） 磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能。

（2） 根据左手定则，如图8中的B 是发电机正极。

（3） 磁流体发电机两极板间的距离为L ，等离子体速度为v ，磁场的磁感应强度为B ，则由qE ＝q UL＝qvB 得两极板间能达到的最大电势差U ＝BLv 。

4. 电磁流量计电磁流量计工作原理：如图所示，圆形导管直径为d ，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子)，在洛伦兹力的作用下横向偏转，a 、b 间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a 、b 间的电势差就保持稳定，即：qvB ＝qE ＝q Ud ，所以v ＝U Bd，因此液体流量Q ＝Sv ＝πd 24·U Bd ＝πdU 4B。

5. 霍尔效应:在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体,当磁场方向与电流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差,这个现象称为霍尔效应。

所产生的电势差称为霍尔电势差,其原理如图所示。

q ＝qvB 所以U ＝vBd6. 回旋加速器（1）构造：如图所示，D 1、D 2是半圆形金属盒，D 形盒的缝隙处接交流电源，D 形盒处于匀强磁场中。

（2）原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速。

由qvB ＝mv 2r ，得 E km＝q 2B 2r 22m，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B 和D 形盒半径r 决定，与加速电压无关。

（3）作用：电场用来对粒子（质子、氛核，a 粒子等）加速，磁场用来使粒子回旋从而能反复加速。

高能粒子是研究微观物理的重要手段。

（4）关于回旋加速器的几个问题：（1）D 形盒作用：静电屏蔽，使带电粒子在圆周运动过程中只处在磁场中而不受电场的干扰，以保证粒子做匀速圆周运动。

（2）所加交变电压的频率f 等于带电粒子做匀速圆周运动的频率：f = =（3）最后使粒子得到的能量，E km ＝ q 2B 2r 22m，在粒子电量、质量m 和磁感应强度B 一定的情况下，回旋加速器的半径R 越大，粒子的能量就越大。

【考点精析精练】一、 对磁场、磁感应强度的理解 电荷在电场和磁场中的对比：(1)某点电场强度的方向与电荷在该点的受力方向相同或相反；而某点磁感应强度方向与电流元在该点所受磁场力的方向垂直。

(2)电荷在电场中一定会受到电场力的作用；如果通电导体的电流方向与磁场方向平行，则通电导体在磁场中受到的磁场力为零。

【典例】(多选)下列说法中正确的是( ) A ．电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场强度为零B．一小段通电导线在某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零C．表征电场中某点电场的强弱，是把一个检验电荷放在该点时受到的电场力与检验电荷本身电荷量的比值D．表征磁场中某点磁场的强弱，是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导线长度和电流乘积的比值【答案】AC二、安培定则应用磁场的叠加和安培定则应用时应注意的“三点”(1)根据安培定则确定通电导线周围磁场的方向。

(2)磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向。

(3)会使用平行四边形定则。

【典例】(多选)(2018·海南卷·8)如图，两根平行长直导线相距2L，通有大小相等、方向相同的恒定电流，a、b、c是导线所在平面内的三点，左侧导线与它们的距离分别为l2、l和3l。

关于这三点处的磁感应强度，下列判断正确的是( )A．a处的磁感应强度大小比c处的大B．b、c两处的磁感应强度大小相等C．a、c两处的磁感应强度方向相同D．b处的磁感应强度为零【答案】AD三、安培力作用下导体的平衡问题通电导体棒在磁场中的平衡问题是一种常见的力学综合模型，该模型一般由倾斜导轨、导体棒、电源和电阻等组成。

这类题目的难点是题图具有立体性，各力的方向不易确定。

因此解题时一定要先把立体图转化成平面图，通过受力分析建立各力的平衡关系，如图所示。

求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路【典例】如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ。

如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是( )A．棒中的电流变大，θ角变大B．两悬线等长变短，θ角变小C．金属棒质量变大，θ角变大D．磁感应强度变大，θ角变小【答案】 A四、安培力作用下导体运动情况的判断方法1．判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势的思路(1)首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况。

(2)然后利用左手定则准确判定导体的受力情况。

(3)进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。

2．常用判断方法分割为电流元安培力方向整段导体合力方向运动方向在特殊位置安培力方向运动方向环形电流小磁针条形磁铁通电螺线管多个环形电流【典例】如图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直线圈平面。

当线圈内通以图中方向的电流后，线圈的运动情况是( )A．线圈向左运动B．线圈向右运动C．从上往下看顺时针转动D．从上往下看逆时针转动【答案】 A【解析】方法一：等效法把环形电流等效为一个小磁针，如图所示，磁体和线圈相互吸引，线圈将向左运动。

还可以将条形磁体等效为环形电流，根据安培定则可知等效电流方向如图所示。

由同向平行电流相互吸引可知，磁体和线圈相互吸引，线圈将向左运动。

五、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动问题解决带电粒子在匀强磁场中的圆周运动这类问题既要用到高中物理的洛伦兹力、圆周运动的知识，又要用到数学上的几何知识。