学年高中物理 第5章 磁场与回旋加速器 2汇总Word文档格式.docx

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图1

2.环形电流的磁场：

让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向.

内部比外部强，磁感线越向外越疏.（如图2所示）

图2

3.通电螺线管的磁场：

用右手握住螺旋管，让弯曲的四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向就是螺旋管中心轴线上磁感线的方向.

内部为匀强磁场，且内部比外部强.内部磁感线方向由S极指向N极，外部由N极指向S极.（如图3所示）

图3

二、探究磁现象的本质

磁铁和电流都能产生磁场，而且通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场十分相似，它们的磁场有什么联系？

答案　它们的磁场都是由电荷的运动产生的.

1.安培分子电流假说

法国学者安培提出：

在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流——分子电流.每个物质微粒由于分子电流的存在都成为一个微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极.（如图4所示）.

图4

2.当铁棒中分子电流的取向大致相同时，铁棒对外显磁性（如图5甲所示）；

当铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章时，铁棒对外不显磁性（如图乙所示）.

图5

3.安培分子电流假说说明一切磁现象都是由电荷的运动产生的.

一、对安培定则的理解与应用

例1

　如图6所示，a是直线电流的磁场，b是环形电流的磁场，c是通电螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向.

图6

解析　根据安培定则，可以确定a中电流方向垂直纸面向里，b中电流方向为逆时针方向，c中螺线管内部磁感线方向向左（图略）.

答案　见解析

针对训练　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（　　）

答案　D

解析　依据安培定则，判断出电流的磁场方向；

再根据小磁针静止时N极的指向为磁场的方向，判知D正确.

二、磁感应强度矢量的叠加

例2

　如图7所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1T的匀强磁场中，以导线截面的中心为圆心，半径为r的圆周上有a、b、c、d四个点，已知a点的实际磁感应强度为零，则下列叙述正确的是（　　）

图7

A.直导线中的电流方向垂直纸面向外

B.b点的实际磁感应强度为

T，方向斜向上，与B的夹角为45°

C.c点的实际磁感应强度也为零

D.d点的实际磁感应强度跟b点的相同

解析　由a点合磁感应强度为零知，该电流在a点的磁感应强度方向向左，大小为1T，由安培定则知A项对，另由平行四边形定则知B项也正确.

答案　AB

三、对磁现象的本质的认识

例3

　关于磁现象的电本质，下列说法正确的是（　　）

A.除永久磁铁外，一切磁场都是由运动电荷或电流产生的

B.根据安培的分子电流假说，在外磁场作用下，物体内部分子电流取向变得大致相同时，物体就被磁化了，两端形成磁极

C.一切磁现象都起源于电流或运动电荷，一切磁作用都是电流或运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用

D.磁就是电，电就是磁；

有磁必有电，有电必有磁

解析　永久磁铁的磁场也是由运动的电荷产生的.故A错误.没有磁性的物体内部分子电流的取向是杂乱无章的，分子电流产生的磁场相互抵消，但当受到外界磁场的作用力时分子电流的取向变得大致相同时分子电流产生的磁场相互加强，物体就被磁化了，两端形成磁极.故B正确.由安培分子电流假说知C正确.磁和电是两种不同的物质，故磁是磁，电是电.有变化的电场或运动的电荷就能产生磁场，但静止的电荷不能产生磁场，恒定的电场不能产生磁场，同样恒定的磁场也不能产生电场，故D错误.

答案　BC

探究电流周围的磁场—

1.（安培定则的理解与应用）如图8所示为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是（　　）

图8

A.①③B.②③C.①④D.②④

答案　C

解析　由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场方向，①正确，②错误.③和④为环形电流，注意让弯曲的四指指向电流的方向，可判断出③错误，④正确.故正确选项为C.

2.（安培定则的理解与应用）如图9所示，a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧，当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向是（　　）

图9

A.a、b、c均向左B.a、b、c均向右

C.a向左，b向右，c向右D.a向右，b向左，c向右

解析　小磁针静止时N极的指向与该点磁感线方向相同，如果a、b、c三处磁感线方向确定，那么三枚小磁针静止时N极的指向也就确定.所以，只要画出通电螺线管的磁感线如图所示，即可知a磁针的N极在左边，b磁针的N极在右边，c磁针的N极在右边.

3.（磁感应强度矢量的叠加）如图10所示，a、b两根垂直纸面的直导体通有大小相等的电流，两导线旁有一点P，P点到a、b距离相等，要使P点的磁场方向向右，则a、b中电流的方向为（　　）

图10

A.都垂直于纸面向纸里

B.都垂直于纸面向纸外

C.a中电流垂直于纸面向外，b中电流垂直于纸面向里

D.a中电流垂直于纸面向里，b中电流垂直于纸面向外

解析　根据矢量合成可知，a在P点的磁场方向沿aP连线的垂线向上，b在P点的磁场方向沿bP连线的垂线向下，再由安培定则判断得：

a中电流垂直于纸面向外，b中电流垂直于纸面向里，C正确.

4.（对磁现象的本质的认识）用安培提出的分子电流假说可以解释的现象是（　　）

A.永久磁铁的磁场B.直线电流的磁场

C.环形电流的磁场D.软铁棒被磁化的现象

答案　AD

解析　安培分子电流假说是安培为解释磁体的磁现象而提出来的，所以选项A、D是正确的；

而通电导线周围的磁场是由其内部自由电荷定向移动产生的宏观电流而产生的.分子电流和宏观电流虽然都是运动电荷引起的，但产生的原因是不同的，故正确答案为A、D.

题组一　对安培定则的理解与应用

1.如图1所示，小磁针正上方的直导线与小磁针平行，当导线中有电流时，小磁针会发生偏转.首先观察到这个实验现象的物理学家和观察到的现象是（　　）

A.物理学家伽利略，小磁针的N极垂直转向纸内

B.天文学家开普勒，小磁针的S极垂直转向纸内

C.物理学家牛顿，但小磁针静止不动

D.物理学家奥斯特，小磁针的N极垂直转向纸内

解析　发现电流的磁效应的科学家是奥斯特，根据右手螺旋定则和小磁针N极所指的方向为该点磁场方向可知D对.故选D.

2.下列各图中，已标出电流及电流磁场的方向，其中正确的是（　　）

解析　电流与电流磁场的分布，利用右手螺旋定则判断，大拇指指向直导线电流方向，四指指向磁感线方向，因此A、B错；

对于螺线管和环形电流，四指弯曲方向为电流方向，大拇指指向内部磁场方向，故选D.

3.如图2所示的通电螺线管内放置一小磁针，下列判断正确的是（　　）

A.电源A端为正极、B端为负极，线圈右端为S极，左端为N极

B.电源A端为负极、B端为正极，线圈右端为S极，左端为N极

C.电源A端为负极、B端为正极，线圈右端为N极，左端为S极

D.电源A端为正极、B端为负极，线圈右端为N极，左端为S极

答案　B

解析　由小磁针N极的指向确定通电螺线管内磁感线的方向为从右向左，再根据安培定则，确定在电源外部电流方向由B指向A，电源B端为正极，线圈左端为N极，故B正确.

4.如图3所示的螺线管正上方放置一小磁针，当闭合开关S后，小磁针的指向如图所示，其中黑色的那一端为小磁针的N极，下列判断正确的是（　　）

A.电源左端为正极、右端为负极，线圈左端为N极，右端为S极

B.电源左端为负极、右端为正极，线圈左端为N极，右端为S极

C.电源左端为负极、右端为正极，线圈左端为S极，右端为N极

D.电源左端为正极、右端为负极，线圈左端为S极，右端为N极

解析　小磁针所在处的磁场向右，由右手螺旋定则可知B正确.

5.当接通电源后，小磁针A按如图4所示方向运动，则（　　）

A.小磁针B的N极向纸外转

B.小磁针B的N极向纸里转

C.小磁针B不转动

D.因电流未标出，所以无法判断小磁针B如何转动

答案　A

解析　由小磁针A的N极运动方向知，螺线管的左侧为S极，右侧为N极，由右手螺旋定则判断小磁针B处的磁场方向向外，小磁针N极受力方向与该处磁场方向一致.故A正确.

题组二　对磁现象的本质的认识

6.磁铁在高温下或者受到敲击时会失去磁性，根据安培的分子电流假说，其原因是（　　）

A.分子电流消失

B.分子电流的取向变得大致相同

C.分子电流的取向变得杂乱

D.分子电流的强度减弱

解析　由于高温或猛烈的敲击，会使原来取向一致的分子电流变得杂乱，从而失去磁性，故C选项正确.

7.为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：

地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的.在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是（　　）

解析　地磁场是从地球的南极附近出来，进入地球的北极附近，除两极外地表上空的磁场都具有向北的磁场分量，由安培定则，环形电流外部磁场方向向北，可知，B正确.A图地表上空磁场方向向南，A错误.C、D在地表上空产生的磁场方向是东西方向，C、D错误.故选B.

题组三　磁感应强度矢量的叠加

8.指南针静止时，其位置如图5中虚线所示.若在其上方放置一水平方向的导线，并通以恒定电流，则指南针转向图中实线所示位置.据此可能是（　　）

A.导线南北放置，通有向北的电流

B.导线南北放置，通有向南的电流

C.导线东西放置，通有向西的电流

D.导线东西放置，通有向东的电流

解析　若导线南北放置，通有向北的电流，根据安培定则可知，小磁针N极将向西偏转，与图中实线所示位置相反.故A错误；

导线南北放置，通有向南的电流时，根据安培定则可知，小磁针N极将向东偏转，可转向图中实线所示位置.故B正确；

导线东西放置，通有向西的电流，根据安培定则可知，小磁针N极将向南偏转.故C错误；

导线东西放置，通有向东的电流，根据安培定则可知，小磁针N极不偏转.故D错误.

9.取两个完全相同的长导线，用其中一根绕成如图6甲所示的螺线管，当该螺线管中通以电流强度为I的电流时，测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B，若将另一根长导线对折后绕成如图乙所示的螺旋管，并通以电流强度也为I的电流时，则在螺线管内中部的磁感应强度大小为（　　）

A.0B.0.5B

C.BD.2B

解析　用双线绕成的螺丝管，双线中的电流刚好相反，其在周围空间产生的磁场相互抵消，所以螺线管内中部磁感应强度为零.

10.在磁感应强度为B0、方向向上的匀强磁场中，水平放置一根长通电直导线，电流的方向垂直于纸面向里.如图7所示，a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，在这四点中（　　）

A.b、d两点的磁感应强度相等

B.a、b两点的磁感应强度相等

C.c点的磁感应强度的值最小

D.b点的磁感应强度的值最大

解析　如图所示，由矢量叠加原理可求出各点的合磁场的磁感应强度，可见b、d两点的磁感应强度大小相等，但方向不同，A项错误.a点的磁感应强度最大，c点的磁感应强度最小，B、D项错误，C项正确.

11.如图8所示，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流.a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等.关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是（　　）

A.O点处的磁感应强度为零

B.a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反

C.c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同

D.a、c两点处磁感应强度的方向不同

解析　根据安培定则判断磁场方向，再结合矢量的合成知识求解.根据安培定则判断：

两直导线电流在O点产生的磁场方向均垂直于MN向下，O点的磁感应强度不为零，故A选项错误；

a、b两点的磁感应强度大小相等，方向相同，故B选项错误；

根据对称性，c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，故C选项正确；

a、c两点的磁感应强度方向相同，故D选项错误.

12.在纸面上有一个等边三角形ABC，在B、C顶点处是通有相同电流的两根长直导线，导线垂直于纸面放置，电流方向如图9所示，每根通电导线在三角形的A点产生的磁感应强度大小为B，则三角形A点的磁感应强度大小为，方向为.若C点处的电流方向反向，则A点处的磁感应强度大小为，方向为.

答案　

B　水平向右　B　竖直向下

解析　如图甲所示，由安培定则知B处导线在A点的磁感应强度方向水平偏下30°

，C处导线在A点的磁感应强度方向水平偏上30°

，由平行四边形定则可以求得合磁感应强度方向水平向右，大小为B1＝2Bcos30°

＝

B.

甲

当C处的电流方向反向时，如图乙所示.

乙

由平行四边形定则可知合磁感应强度B2的方向竖直向下，大小等于B.