三年高考真題（2022-2024）分類匯編 物理 專題21磁場描述和安培力 含解析

專題21磁場描述和安培力考點(diǎn)三年考情（2022-2024）命題趨勢(shì)考點(diǎn)1磁場的描述（5年2考）2022年全國理綜乙卷第18題：利用智能手機(jī)中的磁傳感器可以測量磁感應(yīng)強(qiáng)度B。2022年高考上海卷：四根電阻均勻分布的電阻絲連接成一個(gè)閉合的正方形線框，Q為正方形線框的中點(diǎn)。當(dāng)強(qiáng)度為I的電流從a點(diǎn)流入d點(diǎn)流出時(shí)，判斷正方形中心的磁場方向，計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度；2023新高考福建卷：奧斯特研究電流的磁效應(yīng)。2023高考福建卷：地磁場。1.磁場的描述高考考查的知識(shí)點(diǎn)主要有：磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁通量，地磁場，安培定則等；磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加是考查的熱點(diǎn)。2.安培力的考查主要集中在：①安培力大小計(jì)算和分析判斷；②磁動(dòng)力；③安培力相關(guān)的平衡；④與電磁感應(yīng)相關(guān)的安培力?？键c(diǎn)2安培力（5年4考）2022年高考湖北物理卷：通電導(dǎo)體棒在兩平行導(dǎo)軌上所受安培力；2022新高考江蘇卷：兩根固定的通電長直導(dǎo)線a、b相互垂直，判斷安培力方向；2024年高考福建卷：半徑為r的銅導(dǎo)線半圓環(huán)AB用兩根不可伸長的絕緣線a、b懸掛于天花板上，處在勻強(qiáng)磁場中，計(jì)算所受安培力。2022年1月浙江選考：探究勻強(qiáng)磁場中影響通電導(dǎo)線受力的因素實(shí)驗(yàn)；2022天津?qū)W業(yè)水平選擇性考試：直流電磁泵，利用安培力推動(dòng)導(dǎo)電液體運(yùn)動(dòng)的一種設(shè)備?？键c(diǎn)01磁場的描述1.（2022·全國理綜乙卷·18）安裝適當(dāng)?shù)能浖螅弥悄苁謾C(jī)中的磁傳感器可以測量磁感應(yīng)強(qiáng)度B。如圖，在手機(jī)上建立直角坐標(biāo)系，手機(jī)顯示屏所在平面為xOy面。某同學(xué)在某地對(duì)地磁場進(jìn)行了四次測量，每次測量時(shí)y軸指向不同方向而z軸正向保持豎直向上。根據(jù)表中測量結(jié)果可推知（）測量序號(hào)Bx/μTBy/μTBz/μT1021-4520-20-463210-454-210-45A.測量地點(diǎn)位于南半球B.當(dāng)?shù)氐牡卮艌龃笮〖s為50μTC第2次測量時(shí)y軸正向指向南方D.第3次測量時(shí)y軸正向指向東方【參考答案】BC【名師解析】地磁場如圖所示。地球可視為一個(gè)磁偶極，磁南極大致指向地理北極附近，磁北極大致指向地理南極附近。通過這兩個(gè)磁極的假想直線（磁軸）與地球的自轉(zhuǎn)軸大約成11.3度的傾斜。由表中z軸數(shù)據(jù)可看出z軸的磁場豎直向下，則測量地點(diǎn)應(yīng)位于北半球，A錯(cuò)誤；磁感應(yīng)強(qiáng)度為矢量，故由表格可看出此處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大致為計(jì)算得B≈50μT，B正確；由選項(xiàng)A可知測量地在北半球，而北半球地磁場指向北方斜向下，則第2次測量，測量，故y軸指向南方，第3次測量，故x軸指向北方而y軸則指向西方，C正確、D錯(cuò)誤。2.（2022年高考上海卷）四根電阻均勻分布的電阻絲連接成一個(gè)閉合的正方形線框，Q為正方形線框的中點(diǎn)。當(dāng)強(qiáng)度為I的電流從a點(diǎn)流入d點(diǎn)流出時(shí)，ad邊在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向?yàn)椋ㄟx填：“垂直于紙面向里”或“垂直于紙面向外”）。已知直導(dǎo)線在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場大小與流經(jīng)導(dǎo)線的電流大小成正比，若ad邊在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則整個(gè)線框在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為。17【參考答案】.垂直紙面向外0【命題意圖】本題考查安培定則+并聯(lián)電路規(guī)律+直線電流的磁場+磁場疊加【名師解析】當(dāng)強(qiáng)度為I的電流從a點(diǎn)流入d點(diǎn)流出時(shí)，根據(jù)直線電流產(chǎn)生磁場判斷的安培定則，可知ad邊在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向?yàn)榇怪奔埫嫦蛲?。由于四根電阻絲電阻相等，設(shè)每根電阻絲的電阻為R，設(shè)ad邊中電流為I1，ab邊、bc邊、cd邊中電流為I2，根據(jù)并聯(lián)電路規(guī)律，I1R=I23R，解得另外三根電阻絲中電流為I2=I1/3。由于B正比于I，根據(jù)直線電流產(chǎn)生磁場判斷的安培定則，可知ab邊、bc邊、cd邊在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向都是垂直紙面向里，且產(chǎn)生的磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B/3，根據(jù)磁場疊加原理可知，整個(gè)線框在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B-3×B/3=0?！咎貏e提醒】四根電阻均勻分布的電阻絲，當(dāng)強(qiáng)度為I的電流從a點(diǎn)流入d點(diǎn)流出時(shí)，電流按照并聯(lián)電路規(guī)律分配。3.（2023新高考福建卷）奧斯特利用如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置研究電流的磁效應(yīng)。一個(gè)可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針放在白金絲導(dǎo)線正下方，導(dǎo)線兩端與一伏打電池相連。接通電源瞬間，小磁針發(fā)生了明顯偏轉(zhuǎn)。奧斯特采用控制變量法，繼續(xù)研究了導(dǎo)線直徑、導(dǎo)線材料、電池電動(dòng)勢(shì)以及小磁針位置等因素對(duì)小磁針偏轉(zhuǎn)情況的影響。他能得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有（）A.減小白金絲直徑，小磁針仍能偏轉(zhuǎn) B.用銅導(dǎo)線替換白金絲，小磁針仍能偏轉(zhuǎn)C.減小電源電動(dòng)勢(shì)，小磁針一定不能偏轉(zhuǎn) D.小磁針的偏轉(zhuǎn)情況與其放置位置無關(guān)【參考答案】AB【命題意圖】此題考查磁場、磁場疊加及其相關(guān)知識(shí)點(diǎn)?！久麕熃馕觥繙p小導(dǎo)線直徑，仍存在電流，其產(chǎn)生的磁場仍能使小磁針偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)A正確；白金導(dǎo)線換成銅導(dǎo)線，仍存在電流，產(chǎn)生的磁場仍能使小磁針偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)B正確；減小伏打電池電動(dòng)勢(shì)，只要導(dǎo)線中有電流，小磁場還是會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場與地磁場疊加后，其空間磁場方向與位置有關(guān)，當(dāng)小磁針在不同位置時(shí)其偏轉(zhuǎn)情況不同，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。4.（2023高考福建卷）地球本身是一個(gè)大磁體，其磁場分布示意圖如圖所示。學(xué)術(shù)界對(duì)于地磁場的形成機(jī)制尚無共識(shí)。一種理論認(rèn)為地磁場主要源于地表電荷隨地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的環(huán)形電流?；诖死碚?，下列判斷正確的是（）A.地表電荷為負(fù)電荷B.環(huán)形電流方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同C.若地表電荷的電量增加，則地磁場強(qiáng)度增大D.若地球自轉(zhuǎn)角速度減小，則地磁場強(qiáng)度增大【參考答案】AC【名師解析】根據(jù)安培定則可知，地表電荷為負(fù)電荷，故A正確；由于表電荷為負(fù)電荷，則環(huán)形電流方向與地球自轉(zhuǎn)方向相反，故B錯(cuò)誤；若地表電荷的電量增加，則等效電流越大，地磁場強(qiáng)度增大，故C正確；若地球自轉(zhuǎn)角速度減小，則等效電流越小，地磁場強(qiáng)度減小，故D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)02安培力1.（2022年高考湖北物理卷）如圖所示，兩平行導(dǎo)軌在同一水平面內(nèi)。一導(dǎo)體棒垂直放在導(dǎo)軌上，棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)恒定。整個(gè)裝置置于勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒定，方向與金屬棒垂直、與水平向右方向的夾角θ可調(diào)。導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)給導(dǎo)體棒通以圖示方向的恒定電流，適當(dāng)調(diào)整磁場方向，可以使導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌做勻加速運(yùn)動(dòng)或勻減速運(yùn)動(dòng)。已知導(dǎo)體棒加速時(shí)，加速度的最大值為g；減速時(shí)，加速度的最大值為g，其中g(shù)為重力加速度大小。下列說法正確的是（）A.棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為B.棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為C.加速階段加速度大小最大時(shí)，磁場方向斜向下，θ=60°D.減速階段加速度大小最大時(shí)，磁場方向斜向上，θ=150°【參考答案】BC【命題意圖】本題考查安培力，摩擦力、牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其相關(guān)知識(shí)點(diǎn)?！窘忸}思路】設(shè)磁場方向與水平方向夾角為θ1，θ1<90°;當(dāng)導(dǎo)體棒加速且加速度最大時(shí)，合力向右最大，根據(jù)左手定則和受力分析可知安培力應(yīng)該斜向右上方，磁場方向斜向右下方，此時(shí)有令，根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可得則有同理磁場方向與水平方向夾角為θ2，θ2<90°，當(dāng)導(dǎo)體棒減速，且加速度最大時(shí)，合力向左最大，根據(jù)左手定則和受力分析可知安培力應(yīng)該斜向左下方，磁場方向斜向左上方，此時(shí)有有所以有當(dāng)加速或減速加速度分別最大時(shí)，不等式均取等于，聯(lián)立可得代入，可得α=30°，此時(shí)加速階段加速度大小最大時(shí)，磁場方向斜向右下方，有減速階段加速度大小最大時(shí)，磁場方向斜向左上方，有。故BC正確，AD錯(cuò)誤。2.（2022新高考江蘇卷）如圖所示，兩根固定的通電長直導(dǎo)線a、b相互垂直，a平行于紙面，電流方向向右，b垂直于紙面，電流方向向里，則導(dǎo)線a所受安培力方向（）A.平行于紙面向上B.平行于紙面向下C.左半部分垂直紙面向外，右半部分垂直紙面向里D.左半部分垂直紙面向里，右半部分垂直紙面向外【參考答案】C【命題意圖】本題考查安培定則、左手定則、安培力及其相關(guān)知識(shí)點(diǎn)?！窘忸}思路】根據(jù)安培定則，可判斷出導(dǎo)線a左側(cè)部分所在的空間磁場方向斜向右上，右側(cè)部分所在的空間磁場方向斜向下方，根據(jù)左手定則可判斷出左半部分所受安培力方向垂直紙面向外，右半部分所受安培力方向垂直紙面向里。選項(xiàng)C正確。3.（2024高考湖南卷）如圖，有一硬質(zhì)導(dǎo)線Oabc，其中是半徑為R的半圓弧，b為圓弧的中點(diǎn)，直線段Oa長為R且垂直于直徑ac。該導(dǎo)線在紙面內(nèi)繞O點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)線始終在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中。則O、a、b、c各點(diǎn)電勢(shì)關(guān)系為（）A. B.C. D.【答案】C【解析】如圖，相當(dāng)于Oa、Ob、Oc導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線，根據(jù)右手定則可知O點(diǎn)電勢(shì)最高；根據(jù)同時(shí)有可得得故選C。4.（2024年高考福建卷）將半徑為r銅導(dǎo)線半圓環(huán)AB用兩根不可伸長的絕緣線a、b懸掛于天花板上，AB置于垂直紙面向外的大小為B的磁場中，現(xiàn)給導(dǎo)線通以自A到B大小為I的電流，則（）A.通電后兩繩拉力變小 B.通電后兩繩拉力變大C.安培力為 D.安培力為【參考答案】【名師解析】現(xiàn)給導(dǎo)線通以自A到B大小為I的電流，由左手定則，可知導(dǎo)線所受安培力向下，安培力大小為2BIr，所以通電后兩繩拉力變大，BD正確。5.（2022·全國理綜乙卷·24）如圖，一不可伸長的細(xì)繩的上端固定，下端系在邊長為的正方形金屬框的一個(gè)頂點(diǎn)上。金屬框的一條對(duì)角線水平，其下方有方向垂直于金屬框所在平面的勻強(qiáng)磁場。已知構(gòu)成金屬框的導(dǎo)線單位長度的阻值為；在到時(shí)間內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間t的變化關(guān)系為。求:（1）時(shí)金屬框所受安培力的大??；（2）在到時(shí)間內(nèi)金屬框產(chǎn)生的焦耳熱。【參考答案】（1）；（2）0.016J【名師解析】（1）金屬框的總電阻為金屬框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為金屬框中的電流為t=2.0s時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度金屬框處于磁場中的有效長度為

此時(shí)金屬框所受安培力大小為（2）內(nèi)金屬框產(chǎn)生的焦耳熱為6.（2022年1月浙江選考）如圖所示，水平放置的電子秤上有一磁性玩具，玩具由啞鈴狀物件P和左端有玻璃擋板的凹形底座Q構(gòu)成，其重量分別為和。用手使P的左端與玻璃擋板靠近時(shí)，感受到P對(duì)手有靠向玻璃擋板的力，P與擋板接觸后放開手，P處于“磁懸浮”狀態(tài)（即P和Q的其余部分均不接觸），P與Q間的磁力大小為F。下列說法正確的是（）A.Q對(duì)P磁力大小等于B.P對(duì)Q的磁力方向豎直向下C.Q對(duì)電子秤的壓力大小等于＋FD.電子秤對(duì)Q的支持力大小等于＋【參考答案】D【名師解析】由題意可知，因手使P的左端與玻璃擋板靠近時(shí)，感受到P對(duì)手有靠向玻璃擋板的力，即Q對(duì)P有水平向左的磁力；P與擋板接觸后放開手，P處于“磁懸浮”狀態(tài)，則說明Q對(duì)P有豎直向上的磁力，則Q對(duì)P的磁力方向斜向左上方向，其磁力F大小大于，選項(xiàng)AB錯(cuò)誤；對(duì)PQ的整體受力分析，豎直方向電子秤對(duì)Q的支持力大小等于＋，即Q對(duì)電子秤的壓力大小等于＋，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。7.（2022年1月浙江選考）利用如圖所示裝置探究勻強(qiáng)磁場中影響通電導(dǎo)線受力的因素，導(dǎo)線垂直勻強(qiáng)磁場方向放置。先保持導(dǎo)線通電部分的長度L不變，改變電流I的大小，然后保持電流I不變，改變導(dǎo)線通電部分的長度L，得到導(dǎo)線受到的力F分別與I和L的關(guān)系圖像，則正確的是（）A. B.C. D.【參考答案】B【名師解析】根據(jù)安培力公式F=BIL，可知先保持導(dǎo)線通電部分的長度L不變，改變電流I的大小，則F-I圖像是過原點(diǎn)的直線，圖像B正確，圖像A錯(cuò)誤；若保持電流I不變，改變導(dǎo)線通電部分的長度L，則F-L是過原點(diǎn)的直線，則CD均錯(cuò)誤。故選B。 8.（2021重慶高考）某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種天平，其裝置如題圖所示。兩相同的同軸圓線圈M、N水平固定，圓線圈P與MN共軸且平行等距。初始時(shí)，線圈M、N通以等大反向的電流后，在線圈P處產(chǎn)生沿半徑方向的磁場，線圈P內(nèi)無電流且天平平衡。設(shè)從上往下看順時(shí)針方向?yàn)檎?。?dāng)左托盤放入重物后，要使線圈P仍在原位置且天平平衡，可能的辦法是A.若P處磁場方向沿半徑向外，則在P中通入正向電流B.若P處磁場方向沿半徑向外，則在P中通入負(fù)向電流C.若P處磁場方向沿半徑向內(nèi)，則在P中通入正向電流D.若P處磁場方向沿半徑向內(nèi)，則在P中通入負(fù)向電流【參考答案】BC【名師解析】當(dāng)左托盤放入重物后，要使線圈P仍在原位置且天平平衡，則需要線圈P需要受到豎直向下的安培力。若P處磁場方向沿半徑向外，由左手定則可知，可在P中通入負(fù)向電流，選項(xiàng)A錯(cuò)誤B正確；若P處磁場方向沿半徑向內(nèi)，由左手定則可知，可在P中通入正向電流，選項(xiàng)C正確D錯(cuò)誤。10.（2023高考江蘇學(xué)業(yè)水平選擇性考試）如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B．L形導(dǎo)線通以恒定電流I，放置在磁場中．已知ab邊長為2l，與磁場方向垂直，bc邊長為l，與磁場方向平行．該導(dǎo)線受到的安培力為（）A.0 B.BIl C.2BIl D.【參考答案】C【名師解析】因bc段與磁場方向平行，則不受安培力；ab段與磁場方向垂直，則受安培力Fab=BI?2l=2BIl則該導(dǎo)線受到的安培力為2BIl。11.（2023高考選擇性考試遼寧卷）安培通過實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)了電流之間相互作用力的規(guī)律。若兩段長度分別為和、電流大小分別為I1和I2的平行直導(dǎo)線間距為r時(shí)，相互作用力的大小可以表示為。比例系數(shù)k的單位是（）A.kg·m/（s2·A） B.kg·m/（s2·A2） C.kg·m2/（s3·A） D.kg·m2/（s3·A3）【參考答案】B【名師解析】根據(jù)題干公式整理可得代入相應(yīng)物理量單位可得比例系數(shù)k單位為B正確。12.（2022天津?qū)W業(yè)水平選擇性考試）直流電磁泵是利用安培力推動(dòng)導(dǎo)電液體運(yùn)動(dòng)的一種設(shè)備，可用圖1所示的模型討論其原理，圖2為圖1的正視圖。將兩塊相同的矩形導(dǎo)電平板豎直正對(duì)固定在長方體絕緣容器中，平板與容器等寬，兩板間距為，容器中裝有導(dǎo)電液體，平板底端與容器底部留有高度可忽略的空隙，導(dǎo)電液體僅能從空隙進(jìn)入兩板間。初始時(shí)兩板間接有直流電源，電源極性如圖所示。若想實(shí)現(xiàn)兩板間液面上升，可在兩板間加垂直于面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為，兩板間液面上升時(shí)兩板外的液面高度變化可忽略不計(jì)。已知導(dǎo)電液體的密度為、電阻率為，重力加速度為。（1）試判斷所加磁場的方向；（2）求兩板間液面穩(wěn)定在初始液面高度2倍時(shí)的電壓；（3）假定平板與容器足夠高，求電壓滿足什么條件時(shí)兩板間液面能夠持續(xù)上升?！緟⒖即鸢浮浚?）沿軸負(fù)方向；（2）；（3）【命題意圖】本題以直流電磁泵切入，考查電阻定律、歐姆定律、安培力及其相關(guān)知識(shí)點(diǎn)?！久麕熃馕觥浚?）想實(shí)現(xiàn)兩板間液面上升，導(dǎo)電液體需要受到向上的安培力，由圖可知電流方向沿軸正方向，根據(jù)左手定則可知，所加磁場的方向沿軸負(fù)方向。（2）設(shè)平板寬度為，兩板間初始液面高度為，當(dāng)液面穩(wěn)定在高度時(shí)，兩板間液體的電阻為，則有當(dāng)兩板間所加電壓為時(shí)，設(shè)流過導(dǎo)電液體的電流為，由歐姆定律可得外加磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為時(shí)，設(shè)液體所受安培力的大小為，則有兩板間液面穩(wěn)定在高度時(shí)，設(shè)兩板間高出板外液面的液體質(zhì)量為，則有兩板間液體受到的安培力與兩板間高出板外液面的液體重力平衡，則有聯(lián)立以上式子解得（3）設(shè)兩板間液面穩(wěn)定時(shí)高度為nh，則兩板間比容器中液面高出的部分液體的高度為(n－1)h，與（2）同理可得整理上式，得平板與容器足夠高，若使兩板間液面能夠持續(xù)上升，則n趨近無窮大，即無限趨近于1，可得13．（2023年6月高考浙江選考科目）如圖所示，質(zhì)量為M、電阻為R、長為L的導(dǎo)體棒，通過兩根長均為l、質(zhì)量不計(jì)的導(dǎo)電細(xì)桿連在等高的兩固定點(diǎn)上，固定點(diǎn)間距也為L。細(xì)桿通過開關(guān)S可與直流電源E0或理想二極管串接。在導(dǎo)體棒所在空間存在磁感應(yīng)強(qiáng)度方向豎直向上、大小為B的勻強(qiáng)磁場，不計(jì)空氣阻力和其它電阻。開關(guān)S接1，當(dāng)導(dǎo)體棒靜止時(shí)，細(xì)