高考物理一輪復習 第9章 磁場 第1節(jié) 磁場的描述 磁場對電流的作用教案

第9章磁場

高考導航二

高考(江蘇卷)三年命題怙況對照分析

考點內(nèi)容

201720182019命題分析

磁場、磁感應強度、

磁感線

高考對本章的考查

通電導線及通電線命題頻率極高,常以

圖周圍的磁場選擇題和計算題兩

種形式出題,選擇題

磁場對通電導線的

T“：安培力作用下導體一般考查磁場的基

作用力T,:通電直導線的磁場

的運動本規(guī)律和應用。計

T”：質(zhì)譜儀T”：帶電粒子在磁場中

「5：帶電粒子在磁場中算題以考查安培力

磁場對運動電荷的運動

和帶電粒子在磁場

作用力運動

中運動以及帶電粒

帶電粒子在勻強磁子在復合場中運動.

場中運動難度較大,較多的是

高考的壓軸題.

質(zhì)譜儀和回旋加

速器

物理觀念：磁場、磁感應強度、磁感線、磁場力、左手定則。

科學思維：電流元法、比值定義法、圖象法、控制變量法、臨界法。

核心素養(yǎng)

科學探究：探究影響磁感應強度的因素。

科學態(tài)度與責任：高科技儀器的應用,

第1節(jié)磁場的描述磁場對電流的作用

夯實基礎(chǔ)知識必備知識全通關(guān)掃除雙基盲點

［必備知識填充1

一、磁場、磁感應強度

1.磁場

(1)基本性質(zhì)：磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有磁場力的作用。

(2)方向：小磁針的此極所受磁場力的方向。

2.磁感應強度

(1)物理意義：描述磁場的強弱和方向。

(2)大?。?=￡(通電導線垂直于磁場)。

(3)方向：小磁針靜止時N極的指向。

⑷單位：特斯拉(T)。

3.勻強磁場

(1)定義：磁感應強度的大小處處相等、方向處處相同的磁場稱為勻強磁場。

(2)特點：疏密程度相同、方向相同的平行直線.

4.地磁場

(1)地磁的N極在地理南板附近，S極在地理北極附近,磁感線分布如圖所示。

(2)在赤道平面上，距離地球表面高度相等的各點，磁感應強度粗箜，且方向水平向北。

5.磁場的疊加

磁感應強度是矢量，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、磁感線通電直導線和通電線圈周圍磁場的方向

1.磁感線及特點

(1)磁感線：在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點的切線方向都跟這點的磁感應強

度的方向一致。

⑵特點

①磁感線上某點的切線方向就是該點的磁場方向。

②磁感線的琉蜜定性地表示磁場的強弱。

③磁感線是閉合曲線，沒有起點和終點。

④磁感線是假想的曲線，客觀上不存在。

2.電流的磁場

三、安培力及其方向

1.安培力的大小

(1)磁場和電流垂直時：F=皿

(2)磁場和電流平行時：F=0?

2.安培力的方向

左手定則判斷：

(1)伸出左手，讓拇指與其余四指垂直,并且都在同一個平面內(nèi)。

（2）讓磁感線從掌心進入，并使四指指向電流方向。

（3）拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向。

［學情自測驗收口

1.思考辨析（正確的畫“，錯誤的畫“X”）

（1）磁場中某點磁感應強度的大小，跟放在該點的試探電流元的情況無關(guān)。

（√）

（2）小磁針N極所指的方向就是該處磁場的方向。（X）

（3）在同一幅圖中，磁感線越密，磁場越強。（J）

（4）將通電導線放入磁場中，若不受安培力，說明該處磁感應強度為零。（X）

（5）1820年，丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)電流可以使周圍的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，稱為電流的

磁效應。（J）

（6）安培力可能做正功，也可能做負功。（J）

2.（粵教版選修3—1P√L）把一小段通電直導線放入磁場中，導線受到安培力的作用。

關(guān)于安培力的方向，下列說法中正確的是（）

A.安培力的方向一定跟磁感應強度的方向相同

B.安培力的方向一定跟磁感應強度的方向垂直，但不一定跟電流方向垂直

C.安培力的方向一定跟電流方向垂直，但不一定跟磁感應強度方向垂直

D.安培力的方向一定跟電流方向垂直，也一定跟磁感應強度方向垂直

D［根據(jù)左手定則可知，安培力的方向一定跟電流方向垂直，也一定跟磁感應強度方向

垂直，故D正確。］

3.（教科版選修3—1PKIT0（多選）如圖為通電螺線管。/為螺線管外一點，B、C兩點在

螺線管的垂直平分線上，則下列說法正確的是（）

?C

——1|--------

?.磁感線最密處為/處，最疏處為8處

B.磁感線最密處為3處，最疏處為C處

C.小磁針在8處和/處N極都指向左方

D.小磁針在8處和C處N極都指向右方

BC［根據(jù)安培定則可知，4、8兩處磁場方向向左，。處磁場方向向右；根據(jù)通電螺線

管周圍的磁感線分布情況可知，8處磁感線最密，C處磁感線最疏。］

4.（人教版選修3—1P83“演示”實驗改編）如圖是“探究影響通電導體在磁場中受力的

因素”的實驗示意圖。三塊相同的蹄形磁鐵并列放置在水平桌面上，導體棒用圖中1、2、3、

4輕而柔軟的細導線懸掛起來，它們之中的任意兩根與導體棒和電源構(gòu)成回路。認為導體棒

所在位置附近為勻強磁場，最初導線1、4接在直流電源上，電源沒有在圖中畫出。關(guān)于接

通電源時可能出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象，下列敘述正確的是（）

?.改變電流方向同時改變磁場方向，導體棒擺動方向?qū)淖?/p>

B.僅改變電流方向或者僅改變磁場方向，導體棒擺動方向一定改變

C?增大電流同時改變接入導體棒上的細導線，接通電源時，導體棒擺動幅度一定增大

D.僅拿掉中間的磁鐵，導體棒擺動幅度不變

［答案］B

總結(jié)常考考點關(guān)鍵能力全突破破解高考疑難

考點1安培定則的應用和磁場的疊加［依題組訓練］

1.（多選）下列說法正確的是（）

A.磁場中某點的磁感應強度可以這樣測定：把一小段通電導線放在該點時，受到的磁

場力/與該導線的長度￡、通過的電流/的乘積的比值回￡,即磁場中某點的磁感應強度

B.通電導線在某點不受磁場力的作用，則該點的磁感應強度一定為零

C.磁感應強度AS只是定義式，它的大小取決于場源及磁場中的位置，與F、I、L

以及通電導線在磁場中的方向無關(guān)

D.磁場是客觀存在的

CD［A項考查的是磁感應強度的定義，只有當通電導線與磁場方向垂直時才有6=勺，

A錯誤；B項中，當通電導線與磁場平行時，不受磁場力，此時，磁感應強度不為零，B錯

誤；C選項中，8=6是定義式，磁場強弱取決于場源及磁場中的位置，C正確；磁場與電場

一樣，都是客觀存在的，D正確。］

2.關(guān)于磁感線的描述，下列說法中正確的是（）

A.磁感線可以形象地描述各點磁場的強弱和方向，它每一點的切線方向都和小磁針放

在該點靜止時北極所指的方向一致

B.磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的

C.兩條磁感線的空隙處一定不存在磁場

D.兩個磁場疊加的區(qū)域，磁感線就可能相交

A［磁感線上每一點的切線方向表示該點的磁場方向，即小磁針靜止時北極所指的方

向，A正確；磁感線是為了形象地描述磁場而假想的一簇有方向的閉合曲線，實際上并不存

在，細鐵屑可以顯示出其形狀，但那并不是磁感線，B錯誤；磁感線的疏密反映磁場的強弱,

磁感線是假想的、人為畫出的曲線，兩條磁感線的空隙處也存在磁場，C錯誤；在磁鐵外部

磁感線從N極到S極，在內(nèi)部從S極到N極，磁感線不相交，所以D錯誤。］

3.如圖所示，圓環(huán)上帶有大量的負電荷，當圓環(huán)沿順時針方向轉(zhuǎn)動時，a、6、C三枚小

磁針都要發(fā)生轉(zhuǎn)動，以下說法正確的是（）

B.6的N極向紙外轉(zhuǎn)，而a、C的N極向紙里轉(zhuǎn)

C.b、C的N極都向紙里轉(zhuǎn)，而a的N極向紙外轉(zhuǎn)

D.6的N極向紙里轉(zhuǎn)，而a、C的N極向紙外轉(zhuǎn)

B［由于圓環(huán)帶負電荷，故當圓環(huán)沿順時針方向轉(zhuǎn)動時，等效電流的方向為逆時針，由

安培定則可判斷環(huán)內(nèi)磁場方向垂直紙面向外，環(huán)外磁場方向垂直紙面向內(nèi)，磁場中某點的磁

場方向即是放在該點的小磁針靜止時N極的指向，所以小磁針6的N極向紙外轉(zhuǎn)，a、。的N

極向紙里轉(zhuǎn)，故B正確。］

4.（多選）（2018?全國卷∏）如圖所示，紙面內(nèi)有兩條互相垂直的長直絕緣導線4、L1,

乙中的電流方向向左，心中的電流方向向上；4的正上方有a、6兩點，它們相對于人對稱。

整個系統(tǒng)處于勻強外磁場中，外磁場的磁感應強度大小為風方向垂直于紙面向外。已知a、

6兩點的磁感應強度大小分別為J?和Ja,方向也垂直于紙面向外。貝M）

L2

ba

廠……1

7

A.流經(jīng)乙的電流在6點產(chǎn)生的磁感應強度大小為訪民

B.流經(jīng)A的電流在a點產(chǎn)生的磁感應強度大小為今反

C.流經(jīng)乙的電流在b點產(chǎn)生的磁感應強度大小為?慶

7

D.流經(jīng)心的電流在a點產(chǎn)生的磁感應強度大小為訪慶

AC［由對稱性可知，流經(jīng)心的電流在a、6兩點產(chǎn)生的磁感應強度大小相等且方向相

同，設(shè)為5,流經(jīng)Z2的電流在a、方兩點產(chǎn)生的磁感應強度大小相等但方向相反，設(shè)其大小

1171

為民，由磁場疊加原理有氐一合一8=鼻&,+聯(lián)立解得8=RA,民=石A,

O乙?/J.乙

所以A、C正確。］

廠........Jffl律總結(jié)........--λ

1.安培定則的應用

在運用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流及通電螺線管的磁場時應分清“因”和

“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)形電流及通電螺線管的磁場四指大拇指

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。如圖所示為風N在。點產(chǎn)生的磁場氏、B、。

(3)應用平行四邊形定則進行合成，如圖中的合磁場所

考點2安培力大小和方向［講典例示法］

1.安培力大?。篎=ILBsinθ

（1）當/J_6時，F(xiàn)=BIL.

⑵當/〃8時，F(xiàn)=O。

注意：①當導線彎曲時，Z是導線兩端的有效直線長度（如圖所示）。

②對于任意形狀的閉合線圈，其有效長度均為零，所以通電后在勻強磁場中受到的安培

力的矢量和為零。

2.安培力方向：用左手定則判斷，注意安培力既垂直于B,也垂直于I,即垂直于B

與/決定的平面。

［典例示法］（一題多變）（多選）如圖所示，空間中有一斜向右下方、與水平方向成θ

角的勻強磁場，磁感應強度為8,一絕緣豎直擋板4C垂直于紙面所在的平面豎直放置，一

根通有垂直紙面向外的電流的水平金屬桿，緊貼擋板上的。點處于靜止狀態(tài)。下列說法正確

的是（）

Λ.若擋板4C表面光滑，略減小桿中電流，桿可能仍然靜止于。點

B.若擋板AC表面光滑，略增大桿中電流，要使桿仍然靜止，可將擋板繞過。點垂直紙

面的軸逆時針轉(zhuǎn)動一定角度

C.若擋板/JC表面粗糙，略增大桿中電流，桿可能仍然靜止，且桿所受的靜摩擦力一定

增大

D.若擋板ZIC表面粗糙，略減小桿中電流，桿可能仍然靜止，且桿所受的靜摩擦力方向

可能豎直向上

BD［若擋板/C表面光滑，則桿受重力C、支持力N和安培力廠的作用而靜止，如圖甲

所示，根據(jù)平衡條件有∕?osΘ-G,而F=BI1,得87ZCOSO=G,當略減小桿中電流/

時，有BILCoS0<G,則桿將向下做加速運動，選項A錯誤；若擋板〃'表面光滑，則桿受

重力G、支持力N和安培力尸三個力的作用而靜止，三力平衡時，三個力可以構(gòu)成首尾相連

的矢量三角形，如圖乙所示，略增大桿中電流/,則安培力皿方向不變）略增大，要使桿重

新平衡，支持力N必須逆時針轉(zhuǎn)動一定角度，即將擋板繞過。點垂直紙面的軸逆時針轉(zhuǎn)動

一定角度，選項B正確；若擋板力。表面粗糙，則桿可能受重力、支持力、靜摩擦力和安培

力的作用而靜止，其中靜摩擦力的方向可能豎直向上，也可能豎直向下，靜摩擦力還可能為

零，略增大桿中電流/,安培力廠增大，桿可能仍然靜止，若原靜摩擦力方向豎直向上，根

據(jù)佗OSe+f=mg祗靜摩擦力f可能減少，選項C錯誤；若擋板/C表面粗糙，略減小

桿中電流I,安培力尸減小，桿可能仍然靜止，若原靜摩擦力f方向豎直向上，根據(jù)AOSθ

+F=必g知，靜摩擦力/"增加且方向仍豎直向上，選項D正確。］

［拓展1］若GBILCOS。，桿是否受靜摩擦力方向如何？略增大/時，f如何變

化？

提示：受靜摩擦力，豎直向上，/增大時，f減小，可減為零。

［拓展2］若G=BlLCoSθ,桿是否受靜摩擦力/?略增大或減少/時，F(xiàn)如何變化？

提示：不受靜摩擦力，/增大時，F(xiàn)豎直向下增大，/減小時，『豎直向上增大。

［拓展3］若僅BlLCOS桿是否受靜摩擦力方向如何？若減小/時，f如何變

化？

提示：受靜摩擦力，豎直向下，/減小時，f減小，可減為零。

［拓展4］若金屬桿隨粗糙擋板一起水平向左做勻加速直線運動，擋板保持豎直，其他

條件均不變，則與擋板靜止時相比較，桿受的安培力、支持力、摩擦力如何變化？

提示：安培力不變，支持力變大，摩擦力不變。

1.......法技I5^.....................—`

(1)安培力作用下的平衡問題與力學中的平衡問題分析方法是相同的，只不過多了安培

力，解題的關(guān)鍵仍是受力分析。

(2)視圖轉(zhuǎn)換(降維法)：對于安培力作用下的力學問題，線框的受力邊及金屬棒的受力往

往分布在三維空間的不同方向上，這時應利用俯視圖、剖面圖或側(cè)視圖等，變立體圖為二維

平面圖。

(3)在剖面圖中，線框的受力邊及金屬棒可用小圓圈代替，垂直剖面方向的電流可用

“靖’或"0”表示，垂直剖面方向的磁場可用“X”或“?”表示，但垂直剖面方向的力

不能用“X”或“?”表示。

tJ

［跟進訓練］

＞考向1安培力的疊加

1.如圖所示，一個邊長為￡的正方形金屬框豎直放置，各邊電阻相同，金屬框放置在磁

感應強度大小為反方向垂直金屬框平面向里的勻強磁場中。若力、8兩端與導線相連，由/

到6通以如圖所示方向的電流（由/點流入，從少點流出），流過相邊的電流為/,則金屬

框受到的安培力大小和方向分別為（）

×D××C×

×××X

××××

a?-------1口

A.2SILf豎直向下

B.^BIL,豎直向上

C.BIL,豎直向上

3

D.-BIL,豎直向下

B［由題圖可知，電流由/點流入，從8點流出，則有和/f0?>jb的電流，而

/f——6的電流產(chǎn)生的安培力可等效成〃。邊受到的安培力，由于流過46邊電流為/,根

14

據(jù)電路并聯(lián)特點，流過，C邊的電流為鼻/,因此金屬框受到的合安培力為1根據(jù)左手定

OJ

則，方向豎直向上，故B正確，A、C、D錯誤。］

2.（2019?江蘇泰州中學高三期末）如圖所示，在磁感應強度大小為笈的勻強磁場中，

兩長直導線尸和0垂直于紙面固定放置，兩者之間的距離為在兩導線中均通有方向垂直

于紙面向里大小相等的電流時，紙面內(nèi)與兩導線距離為l的a點處的磁感應強度為零。若僅

讓產(chǎn)中的電流反向，則a點處磁感應強度的大小為（）

P^-................飛Q

A.2氐B.

B［在兩導線中均通有方向垂直于紙面向里的電流/時，紙面內(nèi)與兩導線距離為1的a

點處的磁感應強度為反，如圖所示：由此可知，外加的磁場方向與做平行，且由0指向只

即區(qū)=為依據(jù)幾何關(guān)系，及三角知識，則有：B,cos30o=∣β,解得戶或。通電導線在a

處的磁感應強度大小為Bp=;當。中的電流反向，其他條件不變,

P?'?Q

再依據(jù)幾何關(guān)系，及三角知識，則有：Bz=因外加的磁場方向與切平行，且由

。指向P,磁場大小為反;最后由矢量的合成法則，知a點處磁感應強度的大小為B=

故B正確，A、C、D錯誤。］

Pd-…j——（g）Q

考向2安培力作用下的平衡問題

3.（多選）（2019?江蘇高考）如圖所示，在光滑的水平桌面上，a和6是兩條固定的平行

長直導線，通過的電流強度相等。矩形線框位于兩條導線的正中間，通有順時針方向的電流,

在a、6產(chǎn)生的磁場作用下靜止。則a、6的電流方向可能是（）

A.均向左

B.均向右

C.a的向左，6的向右

D.a的向右，6的向左

CD［由右手螺旋定則可知，若a、6兩導線的電流方向相同，在矩形線框上、下邊處產(chǎn)

生的磁場方向相反，由于矩形線框上、下邊的電流方向也相反，則矩形線框上、下邊所受的

安培力方向相同，所以不可以平衡，則要使矩形線框靜止，a、b兩導線的電流方向相反，

故C、D正確。］

4.如圖所示，U形平行金屬導軌與水平面成37°角，金屬桿劭橫跨放在導軌上，其有

效長度為0.5m,質(zhì)量為0.2kg,與導軌間的動摩擦因數(shù)為0.1?？臻g存在豎直向上的磁感

應強度為2T的勻強磁場。要使a6桿在導軌上保持靜止,則a6中的電流大小應在什么范圍？

（設(shè)最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等，g取10m∕s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8）

［解析］先畫出金屬桿受力的側(cè)面圖，由于安培力的大小與電流有關(guān)，因此改變電流的

大小，可以改變安培力的大小，也可以使導線所受的摩擦力方向發(fā)生變化。由平衡條件可知,

當電流較小時;導線所受的摩擦力方向沿斜面向上，如圖甲所示。

則磔Sinθ—μ(∕∏gcosθ+∕?i∏+∕?os9

_πιg(sin0—μcos0

又F=BIL得/尸盤-S<?+〃Sin9Rl.21?

當電流較大時，導線所受的摩擦力方向沿斜面向下，如圖乙所示。

則儂Sin夕+〃(儂CoS9+∕?in=Ztos夕

Sin。+〃cos0

QL84A

?…is…

所以1.21A≤∕≤1.84Ao

［答案］1.21Λ≤∕≤1.84A

考點3安培力作用下導體運動情況的判斷方法［講典例示法］

1.判定導體運動情況的基本思路

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

線分布情況，然后利用左手定則準確判定導體的受力情況，進而確定導體的運動方向或運動

趨勢的方向。

2.五種常用判定方法

左手定則

電流元法

分割為電流元------?安培力方向一整段導體所受合力方向一運動方向

特殊位置法在特殊位置f安培力方向一運動方向

等效法環(huán)形電流一小磁針，通電螺線管一條形磁鐵

結(jié)論法同向電流互相吸引，異向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用

時，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢

定性分析磁體在電流磁場作用下如何運動或運動趨勢的問題，可先分析

轉(zhuǎn)換研究

電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，確定磁體所受

對象法

電流磁場的作用力，從而確定磁體所受合力及運動方向

［典例示法］（一題多法）一個可以自由運動的線圈4和一個固定的線圈A互相絕緣垂

直放置，且兩個線圈的圓心重合，如圖所示。當兩線圈中通以圖示方向的電流時，從左向右

看，線圈〃將（）

A.不動

B.順時針轉(zhuǎn)動

C.逆時針轉(zhuǎn)動

D.在紙面內(nèi)平動

［解析］方法一（電流元法）把線圈心沿水平轉(zhuǎn)動軸分成上下兩部分，每一部分又可

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

處的磁場方向向上，由左手定則可得，上半部分電流元所受安培力均指向紙外，下半部分電

流元所受安培力均指向紙內(nèi)，因此從左向右看線圈匕將順時針轉(zhuǎn)動。

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

磁針的N極應指向該點環(huán)形電流T2