2022年高考物理一輪-磁場對電流的作用學(xué)生版

第十章磁場

學(xué)物理觀念科學(xué)思維科學(xué)探究科學(xué)態(tài)度

科

與責(zé)任

素

磁場、磁感應(yīng)科學(xué)推理：推導(dǎo)帶電粒子調(diào)研電磁認識到磁

養(yǎng)

強度、磁感線、技術(shù)中關(guān)技術(shù)應(yīng)用

在勻強磁場中做勻速圓

安培力、洛倫于安培力對人類生

茲力周運動的半徑和周期公和洛倫茲活的影響，

力的應(yīng)用；能了解科

式，分析帶電粒子在磁場

獲取證據(jù)；學(xué)?技術(shù)?社

中的運動分析論證；會?環(huán)境的

合作交流關(guān)系

模型建構(gòu)：磁感線、勻強

磁場、帶電粒子做勻速圓

周運動

考情分析磁場是近幾年高考重點考查的內(nèi)容，特別是帶電粒子在磁場中的運動

問題，幾乎每年都會考查。

命題率較高的題型有：(1)導(dǎo)體棒在安培力作用下的平衡和加速問題；

(2)帶電粒子在有界勻強磁場中的運動；(3)帶電粒子在復(fù)合場中的運

動。

備考指導(dǎo)關(guān)注科技前沿的技術(shù)，托克馬克等磁場問題。帶電粒子在有界磁場和

復(fù)合場中的運動，依然是壓軸題。

10.1磁場對通電導(dǎo)線的作用力

必備知識清單

一、磁場、磁感應(yīng)強度

1.磁場的基本性質(zhì)

磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有—的作用.

2.磁感應(yīng)強度

(1)物理意義：描述磁場的強弱和—

(2)定義式："熱通電導(dǎo)線垂直于磁場).

(3)方向：小磁針靜止時N極的指向.

(4)單位：特斯拉，符號為T.

3.勻強磁場

(1)定義：磁感應(yīng)強度的大小處處相等、方向的磁場稱為勻強磁場.

(2)特點：磁感線是疏密程度相同、方向相同的平行直線.

4.地磁場

(1)地磁的N極在地理—附近，S極在地理—附近，磁感線分布如圖所示.

地磁S極地理北極

(2)在赤道平面上，距離地球表面高度相等的各點，磁感應(yīng)強度—,且方向水平.

5.磁場的疊加

磁感應(yīng)強度是矢量，計算時與力的計算方法相同，利用平行四邊形定則或正交分解法進行合

成與分解.

二、磁感線和電流周圍的磁場

1.磁感線的特點

(1)磁感線上某點的—方向就是該點的磁場方向.

(2)磁感線的疏密程度定性地表示磁場的—，在磁感線較密的地方磁場―；在磁感線較

疏的地方磁場?

①磁感線是閉合曲線，沒有起點和終點，在磁體外部，從—指向—；在磁體內(nèi)部，由S

極指向N極.

②同一磁場的磁感線不中斷、不—、不相切.

③磁感線是假想的曲線，客觀上并不存在.

2.幾種常見的磁場

(1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(如圖所示)

(2)電流的磁場

直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場

與條爰磁鐵的磁場相

環(huán)形電流的兩側(cè)是N極

無磁極、非勻強，且距似，管內(nèi)為勻強磁場且

特點和S極，且離圓環(huán)中心

導(dǎo)線越遠處磁場越11磁場最強,管外為非勻

越遠，磁場越弱

強磁場

B

安培定則爪N衍SS辱N

立體圖(1貯呼

I*-I

*AA"

橫截面圖?XXX.

1??

?vx

X

XSrF

縱截面圖X

?N：__S

X10000、ZV'X

?1X

X

三、安培力的大小和方向

1.大小

若/〃B,F=0；若/J_B,F=BIL.

2.方向

可以用左手定則來判定：伸開左手，使拇指與其余四個手指并且都與手掌在同一個平面

內(nèi)，讓磁感線從掌心進入，并使四指指向—的方向，這時拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在

磁場中所受安培力的方向.安培力方向總垂直于—所決定的平面，即一定垂直于B和I,

但B與/不一定垂直.

3.兩平行通電導(dǎo)線間的作用

同向電流相互吸引，反向電流相互排斥.

命題點精析（一）安培力和磁場的疊加

1.安培定則的應(yīng)用

在運用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場時應(yīng)分清“因”和“果”.

、因果

原因（電流方向）結(jié)果（磁場方向）

直線電流的磁場大拇指四指

環(huán)形電流的磁場四指大拇指

2.磁場疊加問題的解題思路

（1）確定磁場場源，如通電導(dǎo)線.

（2）定位空間中需求解磁場的點，利用安培定則判定各個場源在這一點上產(chǎn)生的磁場的大小

和方向.如圖所示為M、N在c點產(chǎn)生的磁場8M、BN.

（3）應(yīng)用平行四邊形定則進行合成，如圖中的合磁場A

表型例題

【例1如圖，兩根平行通電長直導(dǎo)線固定，左邊導(dǎo)線中通有垂直于紙面向外、大小

為的恒定電流，兩導(dǎo)線連線（水平）的中點處，一可自由轉(zhuǎn)動的小磁針靜止時N

極方向平行于紙面向下。忽略地磁場的影響。關(guān)于右邊導(dǎo)線中的電流上，下列判

斷正確的是（）

Ajsh

0A。

-N

1

A.h<Ii,方向垂直于紙面向外

B.h>h,方向垂直于紙面向外

C.h<h,方向垂直于紙面向里

D.h>h,方向垂直于紙面向里

【練11如圖,等邊三角形線框LMN由三根相同的導(dǎo)體棒連接而成，固定于勻強磁場中，線框

平面與磁感應(yīng)強度方向垂直，線框頂點M、N與直流電源兩端相接.已知導(dǎo)體棒MN受到的

安培力大小為凡則線框受到的安培力的大小為（）

XX

XX

XX

MN

XX

A.2FB.1.5尸C.0.5尸D.0

【練2】如圖所示，三根相互平行的固定長直導(dǎo)線L、心和乙3兩兩等距，通過乙1、乙2中的電

流相同，匕、乙2中的電流方向垂直紙面向里，心中的電流方向垂直紙面向外，在三根導(dǎo)線與

紙面的交點所構(gòu)成的等邊三角形的中心上放有一電流方向垂直紙面向外的通電長直導(dǎo)線，則

該導(dǎo)線受到的安培力的方向為（）

平

A

^--------兇4

A.指向心B.指向辦

C.指向工3D.背離心

命題點精析（二）安培力作用下導(dǎo)體運動情況的判定

1.判定導(dǎo)體運動情況的基本思路

判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動或運動趨勢，首先必須弄清楚導(dǎo)體所在位置

的磁場分布情況，然后利用左手定則準(zhǔn)確判定導(dǎo)體的受力情況，進而確定導(dǎo)體的

運動方向或運動趨勢的方向。

2.判定安培力作用下導(dǎo)體運動情況的常用方法

分割為電流元左王星則安培力方向一整段導(dǎo)體所受合力方向一

電流元法

運動方向

特殊

在特殊位置一安培力方向一一運動方向

位置法

等效法環(huán)形電流一小磁針條形磁鐵一一通電螺線管一多個環(huán)形電流

同向電流互相吸引，異向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互

結(jié)論法

作用時，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢

轉(zhuǎn)換研究先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確

對象法定磁體所受電流磁場的作用力，從而確定磁體所受合力及運動方向

【例2】如圖所示為研究平行通電直導(dǎo)線之間相互作用的實驗裝置.接通電路后發(fā)現(xiàn)兩根導(dǎo)線

均發(fā)生形變，此時通過導(dǎo)線M和N的電流大小分別為人和“，已知方向均向上.若

用丹和B分別表示導(dǎo)線M與N受到的磁場力，則下列說法正確的是（）

營里源

接電源

A.兩根導(dǎo)線相互排斥

B.為判斷B的方向，需要知道/i和6的合磁場方向

C.兩個力的大小關(guān)系為

D.僅增大電流“，尸1、尸2會同時增大

【練3】如圖所示，水平桌面上放一根條形磁鐵，磁鐵正中央上方吊著跟磁鐵垂直的

導(dǎo)線。當(dāng)導(dǎo)線中通入指向紙內(nèi)的電流時（）

IS

A.懸線上的拉力將變小B.懸線上的拉力將不變

C.懸線上的拉力將變大D.磁鐵對水平桌面的壓力將不變

【練4】將一個質(zhì)量很小的金屬圓環(huán)用細線吊起來，在其附近放一塊條形磁鐵，磁鐵的軸線與

圓環(huán)在同一個平面內(nèi)，且通過圓環(huán)中心，如圖12所示，當(dāng)圓環(huán)中通以順時針方向的電流時，

從上往下看（）

一1s|

圖12

A.圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，靠近磁鐵

B.圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，遠離磁鐵

C.圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動，靠近磁鐵

D.圓環(huán)逆時針轉(zhuǎn)動，遠離磁鐵

命題點精析（三）安培力作用下的平衡問題

1.安培力作用下導(dǎo)體的平衡問題模型中，常見的由傾斜導(dǎo)軌、導(dǎo)體棒、電源和

電阻等組成。這類題目的難點是題圖具有立體性，各力的方向不易確定。因此解

題時一定要先把立體圖轉(zhuǎn)化成平面圖，通過受力分析建立各力的平衡關(guān)系，如圖

所示。

立體圖平面圖

2.安培力做功的特點和實質(zhì)

（1）安培力做功與路徑有關(guān)，不像重力、電場力做功與路徑無關(guān)。

（2）安培力做功的實質(zhì)是能量轉(zhuǎn)化

①安培力做正功時將電源的能量轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的動能或其他形式的能。

②安培力做負功時將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后儲存起來或轉(zhuǎn)化為其他形式的

【例3】（多選）光滑斜面上放置一個通電導(dǎo)體棒，施加磁場后導(dǎo)體棒靜止在斜面上，則以下四

種情況中可能的是（）

【練5】如圖，力傳感器固定在天花板上，邊長為L的正方形勻質(zhì)導(dǎo)線框Med用不

可伸長的輕質(zhì)絕緣細線懸掛于力傳感器的測力端，導(dǎo)線框與磁感應(yīng)強度方向垂直,

線框的Ad部分處于勻強磁場中，。、d兩點位于勻強磁場的水平邊界線上。若

在導(dǎo)線框中通以大小為/、方向如圖所示的恒定電流，導(dǎo)線框處于靜止?fàn)顟B(tài)時，

力傳感器的示數(shù)為只改變電流方向，其他條件不變，力傳感器的示數(shù)為仍，

該勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為（）

FLFiFi—Fi

4/L4IL

爽(F2—Fi)啦—F2）

【練6】如圖所示，長為L的通電直導(dǎo)體棒放在光滑水平絕緣軌道上，勁度系數(shù)為k的水平輕

彈簧一端固定，另一端拴在棒的中點，且與棒垂直，整個裝置處于方向豎直向上、磁感應(yīng)強

度為8的勻強磁場中，彈簧伸長x,棒處于靜止?fàn)顟B(tài).貝1()

B.導(dǎo)體棒中的電流大小為市

DL

C.若只將磁場方向緩慢順時針轉(zhuǎn)過一小角度，尤變大

D.若只將磁場方向緩慢逆時針轉(zhuǎn)過一小角度，尤變大

命題點精析(四)安培力做功和動能定理的綜合應(yīng)用

安培力做功與動能定理結(jié)合，其解題步驟如下：

(1)選取研究對象，明確它的運動過程；

(2)分析研究對象的受力情況(若是立體圖就改畫成平面圖)和各個力的做功情況，特別是分析

安培力的大小和方向，看安培力做正功還是負功，然后求各力做功的代數(shù)和；

⑶明確初、末狀態(tài)的動能；

(4)列出動能定理的方程以及其他必要的解題方程進行求解.

【例4】如圖所示，水平桌面上固定兩條光滑平行導(dǎo)軌，導(dǎo)軌左端連接電源，整個裝置處于豎

直向下的勻強磁場中.現(xiàn)將兩根質(zhì)量相同的導(dǎo)體棒M、N依次靜置于導(dǎo)軌上的同一位置，接

通電源，導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌從桌面右側(cè)水平拋出，始終與地面平行，落地位置與導(dǎo)軌右端的水平

距離分別為S1和S2.不計電源和導(dǎo)軌電阻，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，則安培力對兩導(dǎo)

體棒做功之比為()

A.1：1B.sj:522

C.s\S2D.#i:

【練7】如圖所示，水平放置的光滑平行金屬導(dǎo)軌，左端通過開關(guān)S與內(nèi)阻不計、電動勢為E

的電源相連,右端與半徑為L=20cm的光滑圓弧導(dǎo)軌相接.導(dǎo)軌寬度為20cm,電阻不計.導(dǎo)

軌所在空間有豎直方向的勻強磁場，磁感應(yīng)強度

2=0.5T.一根導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置，質(zhì)量加=60g、電阻R—1Q,用兩根長也為20cm

的絕緣細線懸掛，導(dǎo)體棒恰好與導(dǎo)軌接觸.當(dāng)閉合開關(guān)S后，導(dǎo)體棒沿圓弧擺動，擺動過

程中導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌接觸良好且細線處于張緊狀態(tài).導(dǎo)體棒油速度最大時，細線與豎直

方向的夾角6>=53°(sm53°=0.8,cos53°=0.6,g=10m/s2),則()

b

A.磁場方向一定豎直向上

B.電源的電動勢E=8V

C.導(dǎo)體棒在擺動過程中所受安培力尸=8N

D.導(dǎo)體棒擺動過程中的最大動能為0.08J

【練8】如圖所示，邊長為/的等邊三角形導(dǎo)線框用絕緣細線懸掛于天花板，導(dǎo)線框

中通以恒定的逆時針方向的電流。圖中虛線過湖邊中點和ac邊中點，在虛線的

下方為垂直于導(dǎo)線框向里的有界矩形勻強磁場，其磁感應(yīng)強度大小為以此時導(dǎo)

線框處于靜止?fàn)顟B(tài)，細線中的拉力為Fi；現(xiàn)將虛線下方的磁場移至虛線上方且

磁感應(yīng)強度的大小改為原來的兩倍,保持其他條件不變，導(dǎo)線框仍處于靜止?fàn)顟B(tài),

此時細線中拉力為g。則導(dǎo)線框中的電流大小為()

核心素養(yǎng)大提升

安培力平衡中的極值問題

【例5].如圖所示，長為L、質(zhì)量為優(yōu)的導(dǎo)體棒ab,置于傾角為。的光滑斜面上.導(dǎo)體棒與

斜面的水平底邊始終平行.已知導(dǎo)體棒通以從6向。的電流，電流為