2025年高二物理下學(xué)期磁場(chǎng)綜合測(cè)試一、磁場(chǎng)的基本性質(zhì)磁場(chǎng)是存在于磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷周?chē)奶厥馕镔|(zhì)，其基本性質(zhì)是對(duì)放入其中的磁極、電流及運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生力的作用。地球本身就是一個(gè)巨大的磁體，地磁南極位于地理北極附近，地磁北極位于地理南極附近，地磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)從地磁北極出發(fā)，回到地磁南極，這一特性使得指南針能夠指示方向。需要注意的是，靜止電荷周?chē)淮嬖诖艌?chǎng)，只有運(yùn)動(dòng)電荷才能激發(fā)磁場(chǎng)，這揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)——所有磁現(xiàn)象均可歸結(jié)為運(yùn)動(dòng)電荷之間通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的相互作用。磁場(chǎng)的方向規(guī)定為：小磁針在磁場(chǎng)中靜止時(shí)，北極所指的方向即為該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。例如，在條形磁鐵外部，磁感線(xiàn)從N極指向S極；在磁鐵內(nèi)部，則從S極指向N極，形成閉合曲線(xiàn)。二、磁感線(xiàn)與安培定則（一）磁感線(xiàn)的特點(diǎn)磁感線(xiàn)是為形象描述磁場(chǎng)而引入的假想曲線(xiàn)，其疏密程度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，切線(xiàn)方向表示磁場(chǎng)方向。磁感線(xiàn)具有以下特性：閉合性：磁感線(xiàn)是閉合曲線(xiàn)，磁體外部由N極到S極，內(nèi)部由S極到N極；不相交性：任意兩條磁感線(xiàn)不相交，否則交點(diǎn)處磁場(chǎng)方向?qū)⒉晃ㄒ唬环较蛐裕捍鸥芯€(xiàn)上某點(diǎn)的切線(xiàn)方向與該點(diǎn)磁場(chǎng)方向一致。（二）安培定則的應(yīng)用安培定則（右手螺旋定則）用于判斷電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向，具體分為三種情況：通電直導(dǎo)線(xiàn)：右手握住導(dǎo)線(xiàn)，大拇指指向電流方向，彎曲的四指所指方向即為磁感線(xiàn)的環(huán)繞方向（如圖1所示，磁感線(xiàn)為以導(dǎo)線(xiàn)為中心的同心圓）；環(huán)形電流：右手彎曲的四指與環(huán)形電流方向一致，大拇指指向環(huán)形導(dǎo)線(xiàn)中心軸線(xiàn)上的磁感線(xiàn)方向；通電螺線(xiàn)管：右手握住螺線(xiàn)管，四指指向電流方向，大拇指指向螺線(xiàn)管內(nèi)部磁感線(xiàn)方向（此時(shí)螺線(xiàn)管相當(dāng)于條形磁鐵，大拇指一端為N極）。例題1：如圖所示，兩根平行直導(dǎo)線(xiàn)通有方向相反的電流I1和I2，試判斷兩導(dǎo)線(xiàn)之間的相互作用力方向。解析：根據(jù)安培定則，I1在I2處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，由左手定則（見(jiàn)下文“安培力”部分）可知，I2所受安培力方向向左；同理，I1所受安培力方向向右，因此兩導(dǎo)線(xiàn)相互排斥。三、磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）是描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，其大小定義為：在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線(xiàn)所受安培力F與電流I、導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度L乘積的比值，即B=F/(IL)。單位為特斯拉（T），1T=1N/(A·m)。（一）矢量性磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與磁場(chǎng)方向一致，即小磁針北極的指向。在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，各點(diǎn)的B大小和方向均相同，磁感線(xiàn)表現(xiàn)為平行等距的直線(xiàn)（如通電螺線(xiàn)管內(nèi)部磁場(chǎng)）。（二）常見(jiàn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度地磁場(chǎng)：約5×10^-5T；永磁鐵附近：約0.1~1T；實(shí)驗(yàn)室電磁鐵：可達(dá)1~10T。例題2：一根長(zhǎng)0.2m的直導(dǎo)線(xiàn)垂直放入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，通有0.5A的電流時(shí)，受到的安培力為0.1N，求該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。解析：由B=F/(IL)得，B=0.1N/(0.5A×0.2m)=1T。四、安培力磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力稱(chēng)為安培力，其大小和方向遵循以下規(guī)律：（一）大小計(jì)算垂直情況：當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，安培力F=BIL；一般情況：當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)與磁場(chǎng)方向夾角為θ時(shí)，F(xiàn)=BILsinθ，其中θ為電流方向與磁場(chǎng)方向的夾角。（二）方向判斷——左手定則伸開(kāi)左手，使大拇指與其余四指垂直且共面，讓磁感線(xiàn)垂直穿過(guò)手心，四指指向電流方向，則大拇指所指方向即為安培力方向。需注意，安培力方向始終垂直于電流與磁場(chǎng)決定的平面。（三）應(yīng)用：電流間的相互作用同向電流：兩平行導(dǎo)線(xiàn)通同向電流時(shí)，相互吸引；異向電流：通異向電流時(shí)，相互排斥。例題3：如圖所示，在傾角為30°的光滑斜面上，有一根長(zhǎng)0.5m、質(zhì)量0.1kg的通電直導(dǎo)線(xiàn)，電流方向垂直紙面向外，整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4T。為使導(dǎo)線(xiàn)靜止在斜面上，求電流I的大小。（g=10m/s2）解析：導(dǎo)線(xiàn)受力分析：重力mg（豎直向下）、安培力F（水平向右，由左手定則判斷）、支持力N。由平衡條件得：Fcos30°=mgsin30°，F(xiàn)=BIL，聯(lián)立解得I=(mgsin30°)/(BLcos30°)=(0.1×10×0.5)/(0.4×0.5×√3/2)≈2.89A。五、洛倫茲力磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力稱(chēng)為洛倫茲力，其與安培力的關(guān)系為：安培力是大量運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。（一）大小與方向大?。寒?dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，洛倫茲力f=qvB；當(dāng)夾角為θ時(shí)，f=qvBsinθ。方向：左手定則（適用于正電荷）：磁感線(xiàn)垂直穿過(guò)手心，四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)方向，大拇指指向洛倫茲力方向；若為負(fù)電荷，四指需指向運(yùn)動(dòng)的反方向。（二）特性不做功性：洛倫茲力始終與速度方向垂直，因此不改變速度大小，只改變速度方向，電荷動(dòng)能保持不變。圓周運(yùn)動(dòng)：當(dāng)帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，洛倫茲力提供向心力，粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其半徑r=mv/(qB)，周期T=2πm/(qB)（與速度無(wú)關(guān)）。例題4：一帶電粒子（質(zhì)量m=2×10^-10kg，電荷量q=1×10^-4C）以v=3×10^5m/s的速度垂直進(jìn)入B=0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，求粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑和周期。解析：由r=mv/(qB)得，r=(2×10^-10kg×3×10^5m/s)/(1×10^-4C×0.2T)=3m；周期T=2πm/(qB)=2×3.14×2×10^-10/(1×10^-4×0.2)=6.28×10^-5s。六、實(shí)際應(yīng)用與綜合拓展（一）磁性材料根據(jù)磁化后去磁的難易程度，磁性材料分為軟磁材料和硬磁材料：軟磁材料（如硅鋼、軟鐵）：磁化后容易去磁，適用于制造電磁鐵、變壓器鐵芯；硬磁材料（如碳鋼、鎢鋼）：磁化后不易去磁，可用于制作永久磁鐵。（二）現(xiàn)代科技中的磁場(chǎng)應(yīng)用回旋加速器：利用磁場(chǎng)使帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)，通過(guò)交變電場(chǎng)加速，最終獲得高能粒子；磁懸浮列車(chē)：利用磁極間的排斥力實(shí)現(xiàn)懸浮，減小摩擦，提高速度；電磁流量計(jì)：基于法拉第電磁感應(yīng)原理，通過(guò)測(cè)量導(dǎo)電液體在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)計(jì)算流量。（三）綜合例題分析例題5：如圖所示，在xOy平面內(nèi)，第一象限存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T，一帶正電粒子（q=2×10^-6C，m=1×10^-12kg）從原點(diǎn)O以v=2×10^6m/s的速度沿與x軸成30°角射入磁場(chǎng)，求粒子離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的位置坐標(biāo)。解析：粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力：qvB=mv2/r，解得r=mv/(qB)=(1×10^-12kg×2×10^6m/s)/(2×10^-6C×0.5T)=2m。由幾何關(guān)系知，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角θ=60°（入射方向與x軸成30°，出射方向與x軸成30°，軌跡所對(duì)圓心角為60°），則離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的坐標(biāo)為：x=r+rcos60°=2m+2×0.5m=3m，y=rsin60°=2×(√3/2)m=√3m≈1.73m，故位置坐標(biāo)為（3m，1.73m）。七、易錯(cuò)點(diǎn)與解題技巧安培定則與左手定則的區(qū)別：安培定則用于判斷電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向，左手定則用于判斷安培力或洛倫茲力的方向，二者不可混淆。洛倫茲力與電場(chǎng)力的對(duì)比：洛倫茲力始終垂直于速度方向，不做功；電場(chǎng)力與速度方向可成任意角，做功與路徑無(wú)關(guān)。臨界問(wèn)題分析：在帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中，常