2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第10章 第1講 磁場(chǎng)及其對(duì)電流的作用

第

十

章磁場(chǎng)

的作用

對(duì)電流

場(chǎng)及其

講磁

第1

線

電直導(dǎo)

判斷通

場(chǎng)2會(huì)

述磁

線描

用磁感

，會(huì)

概念

度的

應(yīng)強(qiáng)

握磁感

場(chǎng)，掌

解磁

1.了

要求】

【目標(biāo)

在生

培力

解安

小.了

的大

培力

算安

會(huì)計(jì)

向，

力的方

斷安培

.能判

方向.3

的磁場(chǎng)

圈周圍

電線

和通

用.

的應(yīng)

活中

產(chǎn)生

疊加

場(chǎng)的

則磁

培定

一安

考點(diǎn)

回扣】

【基礎(chǔ)

強(qiáng)度

磁感應(yīng)

場(chǎng)、

1.磁

本性質(zhì)

場(chǎng)的基

(1)磁

用.

力的作

電荷有

和運(yùn)動(dòng)

、電流

磁體

中的

于其

對(duì)處

磁場(chǎng)

度

感應(yīng)強(qiáng)

(2)磁

向.

弱和方

場(chǎng)的強(qiáng)

描述磁

義：

理意

①物

場(chǎng)).

于磁

垂直

導(dǎo)線

)通電

：8=

義式

②定

.

方向

指的

極所

止時(shí)N

針靜

小磁

向：

③方

為T.

符號(hào)

拉，

特斯

位：

④單

強(qiáng)磁場(chǎng)

(3)勻

行

同的平

方向相

同、

度相

密程

是疏

感線

同,磁

向相

、方

相等

大小

度的

應(yīng)強(qiáng)

磁感

點(diǎn)的

中各

磁場(chǎng)

直線.

磁場(chǎng)

(4)地

示.

圖1所

布如

線分

,磁感

附近

北極

地理

極在

近,S

極附

理南

在地

N極

磁的

①地

極

理北

極地

地磁s

圖1

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

2.磁感線的特點(diǎn)

(1)磁感線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向.

(2)磁感線的疏密程度定性地表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱.

(3)磁感線是閉合曲線，沒有起點(diǎn)和終點(diǎn)，在磁體外部，從N極指向S極;在磁體內(nèi)部，由S

極指向N極.

(4)同一磁場(chǎng)的磁感線不中斷、不相交、不相切.

(5)磁感線是假想的曲線，客觀上并不存在.

3.幾種常見的磁場(chǎng)

(1)條形磁體和蹄形磁體的磁場(chǎng)(如圖2所示)

條形磁體蹄形磁體

圖2

(2)電流的磁場(chǎng)

【技巧點(diǎn)撥】

磁場(chǎng)疊加問(wèn)題的解題思路

(1)確定磁場(chǎng)場(chǎng)源，如通電導(dǎo)線.

(2)定位空間中需求解磁場(chǎng)的點(diǎn)，利用安培定則判定各個(gè)場(chǎng)源在這一點(diǎn)上產(chǎn)生的磁場(chǎng)的大小和

方向.如圖3所示為例、N在c點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)8.”、BN.

(3)應(yīng)用平行四邊形定則進(jìn)行合成，如圖中的B為合磁場(chǎng).

【例1J(2017?全國(guó)卷IH/8)如圖4,在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為氏的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩長(zhǎng)直導(dǎo)線P和。

垂直于紙面固定放置，兩者之間的距離為/.在兩導(dǎo)線中均通有方向垂直于紙面向里的電流/

時(shí)，紙面內(nèi)與兩導(dǎo)線距離均為/的。點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零.如果讓P中的電流反向、其他

條件不變，則。點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為()

a

只

/、

/\

//\I

tZ\X

!\

/\

尸的一一/一.-蒼Q

圖4

A.0B當(dāng)Bo

D.2Bo

答案C

解析如圖甲所示，P、Q中的電流在Q點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，設(shè)為8,由幾何關(guān)

系可知，8|=坐氏.如果讓P中的電流反向、其他條件不變，如圖乙所示，由矢量合成可知

=Bi,由幾何關(guān)系可知，a點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小8=函4而=￥氏，故選項(xiàng)C正

確，A、B、D錯(cuò)誤.

甲

IJ_跟進(jìn)訓(xùn)練

1.（根據(jù)小磁針（指南針）的偏轉(zhuǎn)推算電流）某同學(xué)在赤道附近做“探究通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁

場(chǎng)”實(shí)驗(yàn)時(shí)，先在水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)上放置一枚小磁針，發(fā)現(xiàn)小磁針N極指北，然后他把一直導(dǎo)線

沿南北方向置于小磁針正上方，當(dāng)通入恒定電流時(shí)，發(fā)現(xiàn)小磁針靜止時(shí)的N極指向?yàn)楸逼?/p>

60。，他通過(guò)查閱資料知當(dāng)?shù)氐牡卮艌?chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)在小磁針?biāo)?/p>

處的磁感應(yīng)強(qiáng)度和通入的電流方向?yàn)椋ǎ?/p>

A.2B,由南向北B.28,由北向南

C幣B,由南向北D.V3B,由北向南

答案C

解析發(fā)現(xiàn)小磁針的N極指向?yàn)楸逼?0°,則電流在小磁針處的磁場(chǎng)方向向西，大小是B1

=8tan60。=小B,由安培定則知，電流的方向由南向北，故選C.

考點(diǎn)二安培力的分析與計(jì)算

【基礎(chǔ)回扣】

1.安培力的大小

尸=〃Bsin仇其中8為B與/之間的夾角）

（1）磁場(chǎng)和電流垂直時(shí)：F=Bll.

（2）磁場(chǎng)和電流平行時(shí)：F=0.

2.安培力的方向

左手定則判斷：

（1）如圖5,伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi).

圖5

(2)讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入，并使四指指向電流的方向.

(3)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向.

【技巧點(diǎn)撥】

1.安培力的方向

安培力既垂直于8,也垂直于/,即垂直于5與1決定的平面.

2.安培力公式尸=8〃的應(yīng)用條件

(1)8與/垂直.

(2)/是有效長(zhǎng)度.

①?gòu)澢妼?dǎo)線的有效長(zhǎng)度/等于連接兩端點(diǎn)的直線的長(zhǎng)度，相應(yīng)的電流方向沿兩端點(diǎn)連線

由始端流向末端，如圖6所示.

圖6

②對(duì)于任意形狀的閉合線圈，其有效長(zhǎng)度均為零，所以通電后在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受到的安培力的

矢量和為零.

3.安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況判定的五種方法

電流分割為電流元與%U安培力方向一整段導(dǎo)體所受合力方

元法向f運(yùn)動(dòng)方向

特殊

在特殊位置f安培力方向f運(yùn)動(dòng)方向

位置法

環(huán)形電流言小磁針

等效法

條形磁體e通電螺線管e多個(gè)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

結(jié)論法

流相互作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢(shì)

轉(zhuǎn)換研究先分析電流所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體

對(duì)象法所受電流磁場(chǎng)的作用力

匚|考向1通電導(dǎo)線有效長(zhǎng)度問(wèn)題

【例2】(2019?安徽蚌埠市第三次質(zhì)量檢測(cè))一段導(dǎo)線abcde位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁

場(chǎng)中，且與磁場(chǎng)方向(垂直于紙面向里)垂直.線段m、be、cd和de的長(zhǎng)度均為L(zhǎng),且

=Zcde=120°,流經(jīng)導(dǎo)線的電流為/,方向如圖7中箭頭所示.導(dǎo)線段"cde所受到的磁場(chǎng)

的作用力的合力大小為（）

XXXXX

a

xxuxMxx

圖7

A.2B1LB.3B1L

C.（小+2）8〃D.4BIL

答案B

解析因?yàn)?abc=Ncde=120。，根據(jù)幾何關(guān)系可知/次力=60。，故。與”之間的直線距離

也為"則導(dǎo)線abode的有效長(zhǎng)度為3L,故所受安培力的大小為：F=3BIL,故A、C、D錯(cuò)

誤，B正確.

匚考向2安培力的疊加

【例3】（2019?全國(guó)卷1/7）如圖8,等邊三角形線框ZJWN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（）

圖8

A.2FB.1.5尸C.0.5尸D.0

答案B

解析設(shè)三角形邊長(zhǎng)為/,通過(guò)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(guò)

導(dǎo)體棒MZ,和LN的電流大小為3，如圖所示，依題意有尸=B〃，則導(dǎo)體棒ML和LN所受安

培力的合力大小為尸i=；8〃=；尸，方向與尸的方向相同，所以線框ZJWV受到的安培力大小

為尸+Fi=1.5F,選項(xiàng)B正確.

考向3判斷安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)情況

r例4】一個(gè)可以沿過(guò)圓心的水平軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈小和一個(gè)固定的線圈心互相絕緣垂直放

置，且兩個(gè)線圈的圓心重合，如圖9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)

答案B

解析方法一（電流元法）把線圈L沿水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸分成上、下兩部分，每一部分又可以看成

無(wú)數(shù)段直線電流元，電流元處在上產(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Li將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).

方法二（等效法）把線圈心等效為小磁針，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)形電流上的磁場(chǎng)方向，由安培定則知/2產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向在其中心處豎直向

上，而心等效成小磁針后，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，線圈必將順時(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，線圈匕將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).

IJ_跟進(jìn)訓(xùn)I練

2.（通電導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度）如圖10所示，邊長(zhǎng)為/、質(zhì)量為m的等邊三角形導(dǎo)線框用絕緣細(xì)線

懸掛于天花板，導(dǎo)線框中通一逆時(shí)針方向的電流，圖中虛線過(guò)外邊中點(diǎn)和"邊中點(diǎn)，在虛

線的下方有一垂直于導(dǎo)線框平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,此時(shí)導(dǎo)線框處于靜止

狀態(tài)，細(xì)線中的拉力為自；保持其他條件不變，現(xiàn)將虛線下方的磁場(chǎng)移至虛線上方，此時(shí)細(xì)

線中拉力為6.導(dǎo)線框中的電流大小為（）

圖10

此一FiFi-F\

A，Bl氏2B1

r2（F2-Fi）n2（F2-Fi）

Bl3BI

答案A

解析當(dāng)磁場(chǎng)在虛線下方時(shí)，通電導(dǎo)線的等效長(zhǎng)度為5，受到的安培力方向豎直向上，故B

+^BH=mg,當(dāng)磁場(chǎng)在虛線上方時(shí)，通電導(dǎo)線的等效長(zhǎng)度為夕，受到的安培力方向豎直向下，

|尸2-F1

故尸2=/〃+”@聯(lián)立可得/=一7/一,A正確.

3.（安培力的疊加）（多選）（2017?全國(guó)卷IJ9）如圖11,三根相互平行的固定長(zhǎng)直導(dǎo)線Li，Li

和小兩兩等距，均通有電流/,心中電流方向與心中的相同，與心中的相反.下列說(shuō)法正

確的是（）

/泌

//、\

//、、

//、、

----

II

圖11

A.心所受磁場(chǎng)作用力的方向與乙2、上所在平面垂直

B.乙3所受磁場(chǎng)作用力的方向與心、工2所在平面垂直

C.L、工2和乙3單位長(zhǎng)度所受的磁場(chǎng)作用力大小之比為1：1：小

D.3、七和乙3單位長(zhǎng)度所受的磁場(chǎng)作用力大小之比為?。盒。?

答案BC

解析同向電流相互吸引，反向電流相互排斥.對(duì)L受力分析，如圖甲所示，可知L所受

磁場(chǎng)作用力的方向與心2、心3所在的平面平行，故A錯(cuò)誤；對(duì)乙3受力分析，如圖乙所示，可

知心所受磁場(chǎng)作用力的方向與心、心所在的平面垂直，故B正確；設(shè)三根導(dǎo)線間兩兩之間

的相互作用力的大小為F,則L、上受到的磁場(chǎng)作用力的合力大小均等于￡上受到的磁場(chǎng)

作用力的合力大小為小居即上、心單位長(zhǎng)度所受的磁場(chǎng)作用力大小之比為1：1：小,

故C正確，D錯(cuò)誤.

考點(diǎn)三與安培力有關(guān)的綜合問(wèn)題

解題思路：

⑴選定研究對(duì)象.

(2)受力分析時(shí)，變立體圖為平面圖，如側(cè)視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫出平面受力分析圖,

安培力的方向/安，8、F安如圖12所示：

考向1安培力作用下的平衡問(wèn)題

1例5］如圖13所示，在傾角為。=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Ro=2.O。、長(zhǎng)為1.0m的金屬棒“6,它與導(dǎo)

軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為〃=05整個(gè)裝置處于方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=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=1.0C,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:

圖13

(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.

8

答案(1)HNWFW8N(2)0WRW30Q

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],

則有

垂