2022年高考物理一輪-磁場(chǎng)對(duì)電流的作用學(xué)生版

第十章磁場(chǎng)

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(chǎng)、磁感應(yīng)科學(xué)推理：推導(dǎo)帶電粒子調(diào)研電磁認(rèn)識(shí)到磁

養(yǎng)

強(qiáng)度、磁感線、技術(shù)中關(guān)技術(shù)應(yīng)用

在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓

安培力、洛倫于安培力對(duì)人類生

茲力周運(yùn)動(dòng)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(chǎng)

獲取證據(jù)；學(xué)?技術(shù)?社

中的運(yùn)動(dòng)分析論證；會(huì)?環(huán)境的

合作交流關(guān)系

模型建構(gòu)：磁感線、勻強(qiáng)

磁場(chǎng)、帶電粒子做勻速圓

周運(yùn)動(dòng)

考情分析磁場(chǎng)是近幾年高考重點(diǎn)考查的內(nèi)容，特別是帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

問(wèn)題，幾乎每年都會(huì)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(wèn)題；

(2)帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)；(3)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)

動(dòng)。

備考指導(dǎo)關(guān)注科技前沿的技術(shù)，托克馬克等磁場(chǎng)問(wèn)題。帶電粒子在有界磁場(chǎng)和

復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，依然是壓軸題。

10.1磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力

必備知識(shí)清單

一、磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度

1.磁場(chǎng)的基本性質(zhì)

磁場(chǎng)對(duì)處于其中的磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷有—的作用.

2.磁感應(yīng)強(qiáng)度

(1)物理意義：描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和—

(2)定義式："熱通電導(dǎo)線垂直于磁場(chǎng)).

(3)方向：小磁針靜止時(shí)N極的指向.

(4)單位：特斯拉，符號(hào)為T(mén).

3.勻強(qiáng)磁場(chǎng)

(1)定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小處處相等、方向的磁場(chǎng)稱為勻強(qiáng)磁場(chǎng).

(2)特點(diǎn)：磁感線是疏密程度相同、方向相同的平行直線.

4.地磁場(chǎng)

(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(diǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度—,且方向水平.

5.磁場(chǎng)的疊加

磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，計(jì)算時(shí)與力的計(jì)算方法相同，利用平行四邊形定則或正交分解法進(jìn)行合

成與分解.

二、磁感線和電流周?chē)拇艌?chǎng)

1.磁感線的特點(diǎn)

(1)磁感線上某點(diǎn)的—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—，在磁感線較密的地方磁場(chǎng)―；在磁感線較

疏的地方磁場(chǎng)?

①磁感線是閉合曲線，沒(méi)有起點(diǎn)和終點(diǎn)，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(chǎng)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(jiàn)的磁場(chǎng)

(1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(chǎng)(如圖所示)

(2)電流的磁場(chǎng)

直線電流的磁場(chǎng)通電螺線管的磁場(chǎng)環(huán)形電流的磁場(chǎng)

與條爰磁鐵的磁場(chǎng)相

環(huán)形電流的兩側(cè)是N極

無(wú)磁極、非勻強(qiáng)，且距似，管內(nèi)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)且

特點(diǎn)和S極，且離圓環(huán)中心

導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場(chǎng)越11磁場(chǎng)最強(qiáng),管外為非勻

越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)越弱

強(qiáng)磁場(chǎng)

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(lái)判定：伸開(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)手指并且都與手掌在同一個(gè)平面

內(nèi)，讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向—的方向，這時(shí)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.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(diǎn)精析（一）安培力和磁場(chǎng)的疊加

1.安培定則的應(yīng)用

在運(yùn)用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場(chǎng)時(shí)應(yīng)分清“因”和“果”.

、因果

原因（電流方向）結(jié)果（磁場(chǎng)方向）

直線電流的磁場(chǎng)大拇指四指

環(huán)形電流的磁場(chǎng)四指大拇指

2.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.如圖所示為M、N在c點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)8M、BN.

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

表型例題

【例1如圖，兩根平行通電長(zhǎng)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(diǎn)處，一可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針靜止時(shí)N

極方向平行于紙面向下。忽略地磁場(chǎng)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(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(zhǎng)直導(dǎo)線L、心和乙3兩兩等距，通過(guò)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(diǎn)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(zhǎng)直導(dǎo)線，則

該導(dǎo)線受到的安培力的方向?yàn)椋ǎ?/p>

平

A

^--------兇4

A.指向心B.指向辦

C.指向工3D.背離心

命題點(diǎn)精析（二）安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的判定

1.判定導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的基本思路

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

的磁場(chǎng)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(jìn)而確定導(dǎo)體的

運(yùn)動(dòng)方向或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向。

2.判定安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)方向

特殊

在特殊位置一安培力方向一一運(yùn)動(dòng)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(gè)環(huán)形電流

同向電流互相吸引，異向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互

結(jié)論法

作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢(shì)

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

對(duì)象法定磁體所受電流磁場(chǎng)的作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)裝置.接通電路后發(fā)現(xiàn)兩根導(dǎo)線

均發(fā)生形變，此時(shí)通過(guò)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(chǎng)力，則下列說(shuō)法正確的是（）

營(yíng)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(chǎng)方向

C.兩個(gè)力的大小關(guān)系為

D.僅增大電流“，尸1、尸2會(huì)同時(shí)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(shí)（）

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(duì)水平桌面的壓力將不變

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

圓環(huán)在同一個(gè)平面內(nèi)，且通過(guò)圓環(huán)中心，如圖12所示，當(dāng)圓環(huán)中通以順時(shí)針?lè)较虻碾娏鲿r(shí)，

從上往下看（）

一1s|

圖12

A.圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，靠近磁鐵

B.圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)離磁鐵

C.圓環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，靠近磁鐵

D.圓環(huán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，遠(yuǎn)離磁鐵

命題點(diǎn)精析（三）安培力作用下的平衡問(wèn)題

1.安培力作用下導(dǎo)體的平衡問(wèn)題模型中，常見(jiàn)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(diǎn)是題圖具有立體性，各力的方向不易確定。因此解

題時(shí)一定要先把立體圖轉(zhuǎn)化成平面圖，通過(guò)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(diǎn)和實(shí)質(zhì)

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

（2）安培力做功的實(shí)質(zhì)是能量轉(zhuǎn)化

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

②安培力做負(fù)功時(shí)將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能后儲(chǔ)存起來(lái)或轉(zhuǎn)化為其他形式的

【例3】（多選）光滑斜面上放置一個(gè)通電導(dǎo)體棒，施加磁場(chǎng)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(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形勻質(zhì)導(dǎo)線框Med用不

可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)絕緣細(xì)線懸掛于力傳感器的測(cè)力端，導(dǎo)線框與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直,

線框的Ad部分處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，。、d兩點(diǎn)位于勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(shí)，

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(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為（）

FLFiFi—Fi

4/L4IL

爽(F2—Fi)啦—F2）

【練6】如圖所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)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(diǎn)，且與棒垂直，整個(gè)裝置處于方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)

度為8的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，彈簧伸長(zhǎng)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(chǎng)方向緩慢順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一小角度，尤變大

D.若只將磁場(chǎng)方向緩慢逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一小角度，尤變大

命題點(diǎn)精析(四)安培力做功和動(dòng)能定理的綜合應(yīng)用

安培力做功與動(dòng)能定理結(jié)合，其解題步驟如下：

(1)選取研究對(duì)象，明確它的運(yùn)動(dòng)過(guò)程；

(2)分析研究對(duì)象的受力情況(若是立體圖就改畫(huà)成平面圖)和各個(gè)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(fù)功，然后求各力做功的代數(shù)和；

⑶明確初、末狀態(tài)的動(dòng)能；

(4)列出動(dòng)能定理的方程以及其他必要的解題方程進(jìn)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(gè)裝置處于豎

直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(jì)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(duì)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(guò)開(kāi)關(guān)S與內(nèi)阻不計(jì)、電動(dòng)勢(shì)為E

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

軌所在空間有豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)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(zhǎng)也為20cm

的絕緣細(xì)線懸掛，導(dǎo)體棒恰好與導(dǎo)軌接觸.當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)S后，導(dǎo)體棒沿圓弧擺動(dòng)，擺動(dòng)過(guò)

程中導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌接觸良好且細(xì)線處于張緊狀態(tài).導(dǎo)體棒油速度最大時(shí)，細(xì)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(chǎng)方向一定豎直向上

B.電源的電動(dòng)勢(shì)E=8V

C.導(dǎo)體棒在擺動(dòng)過(guò)程中所受安培力尸=8N

D.導(dǎo)體棒擺動(dòng)過(guò)程中的最大動(dòng)能為0.08J

【練8】如圖所示，邊長(zhǎng)為/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

中通以恒定的逆時(shí)針?lè)较虻碾娏鳌D中虛線過(guò)湖邊中點(diǎn)和ac邊中點(diǎn)，在虛線的

下方為垂直于導(dǎo)線框向里的有界矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為以此時(shí)導(dǎo)

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

磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小改為原來(lái)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(shí)細(xì)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(wèn)題

【例5].如圖所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)、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