2023年高考物理一輪系統(tǒng)復(fù)習(xí)學(xué)思用(考點(diǎn)分析)-第一節(jié) 磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用

【考點(diǎn)分析】第一節(jié)磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用

【考點(diǎn)一】安培定則與磁場(chǎng)的疊加

【典型例題1】（2022?重慶市高三（下）二模）如圖所示，A、B、C、D.E、F是正六邊

形的頂點(diǎn)，O為正六邊形的中心。兩根分別固定在C、尸兩點(diǎn)且均垂直于正六邊形所在平面

的長(zhǎng)直導(dǎo)線（圖中未畫出），通有大小相等、方向相反的恒定電流。則與A點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度相同

的點(diǎn)是（）

A.O點(diǎn)B.8點(diǎn)C.。點(diǎn)D.E點(diǎn)

【解析】如圖所示；假設(shè)F處導(dǎo)線電流垂直紙面向里，C處直導(dǎo)線電流垂直紙面向外,

則由安培定則及矢量合成法則，可得與4點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度相同的點(diǎn)是。點(diǎn)。故選C。

AB

【答案】C

【考點(diǎn)二】磁感線的分布及性質(zhì)

【典型例題2】如圖所示，帶負(fù)電的金屬環(huán)繞軸。0,以角速度。勻速旋轉(zhuǎn)，在環(huán)左側(cè)

軸線上的小磁針最后平衡時(shí)的位置是（）

A.N極豎直向上B.N極豎直向下

C.N極沿軸線向左D.N極沿軸線向右

【解析】負(fù)電荷勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)方向反向的環(huán)形電流，由安培定則知，在磁

針處磁場(chǎng)的方向沿軸O。'向左.由于磁針N極指向?yàn)榇艌?chǎng)方向，可知選項(xiàng)C正確.

【答案】C

【考點(diǎn)三】地磁場(chǎng)的特點(diǎn)

【典型例題3】中國宋代科學(xué)家沈括在《夢(mèng)溪筆談》中最早記載了地磁偏角：“以磁

石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也.”進(jìn)一步研究表明，地球周圍地磁場(chǎng)的磁感

線分布示意如圖.結(jié)合上述材料，下列說法不正確的是（）

地軸

A.地理南、北極與地磁場(chǎng)的南、北極不重合

B.地球內(nèi)部也存在磁場(chǎng)，地磁南極在地理北極附近

C.地球表面任意位置的地磁場(chǎng)方向都與地面平行

D.地磁場(chǎng)對(duì)射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用

【解析】由《夢(mèng)溪筆談》中的記載和題中磁感線分布示意圖可知，地球內(nèi)部也存在磁

場(chǎng)，地磁南極在地理北極附近，地理南、北極與地磁場(chǎng)的南、北極不重合，在兩極附近地球

表面的地磁場(chǎng)方向不與地面平行，C項(xiàng)錯(cuò)誤，A、B項(xiàng)正確；

射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子的運(yùn)動(dòng)方向與地磁場(chǎng)的磁感線不平行，故受洛倫茲力

的作用，D項(xiàng)正確.

【答案】C

【考點(diǎn)四】通電導(dǎo)線有效長(zhǎng)度問題

【典型例題4]（2022?廣東省湛江市高三（下）測(cè)試）如圖所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線框

ABCD,AOC邊的電阻與ABC邊的電阻不相等，將線框放在與線框平面垂直、磁感應(yīng)強(qiáng)度

大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。電流/從A點(diǎn)流入，從C點(diǎn)流出，。是線框的正中心，下列說法

正確的是（）

A.線框中的電流形成的磁場(chǎng)在。點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向一定垂直紙面向內(nèi)

B.線框中的電流形成的磁場(chǎng)在。點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向一定垂直紙面向外

C.整個(gè)線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受到的安培力大小為08〃

D.整個(gè)線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受到的安培力大小為48〃

【解析】AB.根據(jù)AOC邊的電阻與ABC邊的電阻不相等，可知線框上、下邊的電

流不相等，由電流形成的磁場(chǎng)在。點(diǎn)的方向可能為垂直紙面向內(nèi)或向外，選項(xiàng)AB均錯(cuò)誤;

CD.電流通過線框的等效長(zhǎng)度為庖，故整個(gè)線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受到的安培力大小為

F=6BIL,選項(xiàng)C正確、D錯(cuò)誤。故選C。

【答案】c

【考點(diǎn)五】安培力的疊加

【典型例題5】如圖所示，等邊三角形線框LMN由三根相同的導(dǎo)體棒連接而成，固

定于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，線框頂點(diǎn)M、N與直流電源兩端相接.已

知導(dǎo)體棒受到的安培力大小為凡則線框受到的安培力的大小為（）

【解析】設(shè)三角形邊長(zhǎng)為/,通過導(dǎo)體棒的電流大小為/,則根據(jù)并聯(lián)電路的規(guī)

律可知通過導(dǎo)體棒ML和LV的電流大小為（，如圖所示，依題意有尸=8〃，則導(dǎo)體棒ML

和AN所受安培力的合力大小為Q=/〃=%,方向與F的方向相同，所以線框LMN受到

的安培力大小為F+Fi=1.5F,選項(xiàng)B正確.

【答案】B

【考點(diǎn)六】判斷安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)情況

【典型例題6]一個(gè)可以沿過圓心的水平軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈心和一個(gè)固定的線圈L2

互相絕緣垂直放置，且兩個(gè)線圈的圓心重合，如圖所示.當(dāng)兩線圈中通以圖示方向的電流時(shí),

從左向右看，線圈小將（）

A.不動(dòng)B.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

C.逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D.在紙面內(nèi)平動(dòng)

【解析】方法一（電流元法）：把線圈心沿水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸分成上、卜兩部分，每一部分又

可以看成無數(shù)段直線電流元，電流元處在〃產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，根據(jù)安培定則可知各電流元所

在處的磁場(chǎng)方向向上，由左手定則可得，上半部分電流元所受安培力方向均指向紙外，下半

部分電流元所受安培力方向均指向紙內(nèi)，因此從左向右看線圈A將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).

方法二（等效法）：把線圈L等效為小磁針，該小磁針剛好處于環(huán)形電流/2的中心，小

磁針的N極應(yīng)指向該點(diǎn)環(huán)形電流/2的磁場(chǎng)方向，由安培定則知產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向在其中心

處豎直向上，而乙等效成小磁針后，轉(zhuǎn)動(dòng)前，N極指向紙內(nèi)，因此小磁針的N極應(yīng)由指向

紙內(nèi)轉(zhuǎn)為向上，所以從左向右看，線圈心將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).

方法三（結(jié)論法）：環(huán)形電流/|、/2不平行，則一定有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到兩環(huán)形電流同向平

行為止.據(jù)此可得，從左向右看，線圈心將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).

【答案】B

【考點(diǎn)七】導(dǎo)體與磁體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的分析

【典型例題7】如圖所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸

線穿過線圈的圓心且垂直線圈平面.當(dāng)線圈內(nèi)通以圖中方向的電流后，線圈的運(yùn)動(dòng)情況是

)

ISINl

A.線圈向左運(yùn)動(dòng)

B.線圈向右運(yùn)動(dòng)

C.從上往下看順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

D.從上往下看逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

【解析】法-：電流元法：首先將圓形線圈分成很多小段，每一段可看做一直線電流

元，取其中上、下兩小段分析，其截面圖和受安培力情況如圖甲所示.根據(jù)對(duì)稱性可知，線

圈所受安培力的合力水平向左，故線圈向左運(yùn)動(dòng).只有選項(xiàng)A正確.

法二：等效法：將環(huán)形電流等效成小磁針，如圖乙所示，根據(jù)異名磁極相吸引知，線圈

將向左運(yùn)動(dòng)，選A.也可將左側(cè)條形磁鐵等效成環(huán)形電流，根據(jù)結(jié)論“同向電流相吸引，異向

電流相排斥“，也可判斷出線圈向左運(yùn)動(dòng)，選A.

【答案】A

【考點(diǎn)八】安培力作用下的平衡問題

【典型例題8】如圖所示，在傾角為9=37。的斜面上，固定一寬為L(zhǎng)=1.0m的平行

金屬導(dǎo)軌.現(xiàn)在導(dǎo)軌上垂直導(dǎo)軌放置一質(zhì)量，"=0.4kg、電阻R)=2.0C、長(zhǎng)為1.0m的金屬

棒而，它與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為"=0.5.整個(gè)裝置處于方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為

8=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.導(dǎo)軌所接電源的電動(dòng)勢(shì)為E=12V,內(nèi)阻r=1.0。，若最大靜摩擦力

等于滑動(dòng)摩擦力，滑動(dòng)變阻器的阻值符合要求，其他電阻不計(jì)，取g=10m/s2,sin37°=0.6,

cos37。=0.8.現(xiàn)要保持金屬棒在導(dǎo)軌上靜止不動(dòng)，求：

(1)金屬棒所受安培力大小的取值范圍;

(2)滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值范圍.

【解析】(1)當(dāng)金屬棒剛好達(dá)到向上運(yùn)動(dòng)的臨界狀態(tài)時(shí)，金屬棒受到的摩擦力為最大

靜摩擦力，方向平行斜面向下，對(duì)金屬棒受力分析，如圖甲所示，此時(shí)金屬棒所受安培力最

大,設(shè)為尸I，則有

垂直斜面方向：FN—^isinO+m^cos0

沿斜面方向：Ficos0=zngsin0+1ax，又乃iw=7五

以上三式聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)可得Q=8N

當(dāng)金屬棒剛好達(dá)到向下運(yùn)動(dòng)的臨界狀態(tài)時(shí)，金屬棒受到的摩擦力為最大靜摩擦力，方向

平行斜面向上，其受力分析如圖乙所示，此時(shí)金屬棒所受安培力最小，設(shè)為尸2,則有

FN'=Bsin0+mgcos0,Bcos0+埒皿'=，"gsin0,埒皿'=〃FN'

以上三式聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)可得尸2=：N

所以金屬棒受到的安培力的取值范圍為,N<F<8N.

(2)因磁場(chǎng)與金屬棒垂直，所以金屬棒受到的安培力為F=B〃，因此有/=看,

由安培力的取值范圍可知電流的取值范圍為言A</<4A

4

設(shè)電流為/1=77A時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值為R”

由閉合電路歐姆定律，有E—/ir=/i(Ro+/?i),代入數(shù)據(jù)可得R1=30。

設(shè)電流為上=4A時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值為R2,

由閉合電路歐姆定律，有E一句?=/2(&)+&)，代入數(shù)據(jù)可得幻=0

所以滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值范圍為0</?<30C

［答案］（*N<F<8N（2）0</?<30C

【考點(diǎn)九】安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)問題

【典型例題9】（2022?河南開封市高三（下）二模）如圖所示，一根長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬細(xì)桿通

有電流/時(shí)，水平靜止在傾角為。的光滑絕緣固定斜面上，空間存在方向豎直向上、磁感應(yīng)

強(qiáng)度大小為8的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。若電流和磁場(chǎng)的方向均不變，僅將磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變?yōu)?B,重

力加速度為g,貝ij此時(shí)（）

A.金屬細(xì)桿中的電流方向垂直于紙面向外

B.金屬細(xì)桿受到的安培力大小為4B/LsinO

C.金屬細(xì)桿對(duì)斜面的壓力大小變?yōu)樵瓉淼?倍

D.金屬細(xì)桿將沿斜面加速向上運(yùn)動(dòng)，加速度大小為3gsin。

【解析】A.直導(dǎo)線受到重力、導(dǎo)軌的支持力和安培力而平衡，安培力垂直于B,只

能水平向右，由左手定則知，電流方向應(yīng)垂直紙面向里，故A錯(cuò)誤；

B.根據(jù)安培力公式可得受到的安培力大小為七=43〃，故B錯(cuò)誤；

CD.金屬細(xì)桿水平靜止斜面上時(shí)，根據(jù)平衡條件可得取=儂（:056+8〃5抽6,

BILcos0=mgsin0,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小改變時(shí)，根據(jù)受力分析和牛頓第二定律可得

八4n〃?八（l4BILcos0-mgsin0_.八小…古心、1、口

4=mgcos^+4B/Lsin^<4/^,a=------------------------------=3gsin6,力口速度力向沿

m

斜面加速向上，故C錯(cuò)誤，D正確。故選D。

【答案】D

【考點(diǎn)十】安培力作用下導(dǎo)體的功能關(guān)系問題

【典型例題10］光滑的金屬軌道分水平段和圓弧段兩部分，O點(diǎn)為圓弧的圓心.兩

金屬軌道之間的寬度為0.5m,勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向如圖所示，大小為0.5T.質(zhì)量為0.05kg、長(zhǎng)

為0.5m的金屬細(xì)桿置于金屬水平軌道上的M點(diǎn).當(dāng)在金屬細(xì)桿內(nèi)通以電流強(qiáng)度為2A的

恒定電流時(shí)，金屬細(xì)桿可以沿軌道向右由靜止開始運(yùn)動(dòng).已知MN=0P=lm,則下列說法

中正確的是()

B

1

A.金屬細(xì)桿開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小為5m