高考物理一輪復(fù)習(xí)考點精講精練第21講　磁場的描述 磁場對電流的作用（原卷版）

第21講磁場的描述磁場對電流的作用1.知道磁感應(yīng)強度的概念及定義式，并能理解與應(yīng)用.2.會用安培定則判斷電流周圍的磁場方向.3.會用左手定則分析解決通電導(dǎo)體在磁場中的受力及平衡類問題．考點一磁感應(yīng)強度和電場強度的比較1．磁場(1)基本特性：磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有力的作用．(2)方向：小磁針的N極所受磁場力的方向，或自由小磁針靜止時N極的指向．2．磁感應(yīng)強度(1)定義式：B＝eq\f(F,IL)(通電導(dǎo)線垂直于磁場)．(2)方向：小磁針靜止時N極的指向．(3)磁感應(yīng)強度是反映磁場性質(zhì)的物理量，由磁場本身決定，是用比值法定義的．3．磁感應(yīng)強度B與電場強度E的比較對應(yīng)名稱比較項目磁感應(yīng)強度B電場強度E物理意義描述磁場的力的性質(zhì)的物理量描述電場的力的性質(zhì)的物理量定義式B＝eq\f(F,IL)，通電導(dǎo)線與B垂直E＝eq\f(F,q)大小決定由磁場決定，與檢驗電流無關(guān)由電場決定，與檢驗電荷無關(guān)方向矢量磁感線的切線方向，小磁針N極受力方向矢量電場線的切線方向，放入該點的正電荷受力方向場的疊加合磁感應(yīng)強度等于各磁場的磁感應(yīng)強度的矢量和合場強等于各個電場的電場強度的矢量和（2024?浙江模擬）某同學(xué)用電荷量計（能測出一段時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量）測量地磁場強度，完成了如下實驗：如圖，將面積為S、電阻為R的矩形導(dǎo)線框abcd沿圖示方位放置于地面上某處，將其從圖示位置繞東西軸轉(zhuǎn)180°，測得通過線框的電荷量為Q1；將其從圖示位置繞東西軸轉(zhuǎn)90°，測得通過線框的電荷量為Q2；該處地磁場的磁感應(yīng)強度大小為（）A．RSQ124C．RSQ12（2023?永州三模）如圖甲所示，為特高壓輸電線路上使用六分裂阻尼間隔棒的情景。其簡化如圖乙，間隔棒將6條輸電導(dǎo)線分別固定在一個正六邊形的頂點a、b、c、d、e、f上，O為正六邊形的中心，A點、B點分別為Oa、Od的中點。已知通電導(dǎo)線在周圍形成磁場的磁感應(yīng)強度與電流大小成正比，與到導(dǎo)線的距離成反比。6條輸電導(dǎo)線中通有垂直紙面向外，大小相等的電流，其中a導(dǎo)線中的電流對b導(dǎo)線中電流的安培力大小為F，則（）A．A點和B點的磁感應(yīng)強度相同 B．其中b導(dǎo)線所受安培力大小為F C．a(chǎn)、b、c、d、e五根導(dǎo)線在O點的磁感應(yīng)強度方向垂直于ed向下 D．a(chǎn)、b、c、d、e五根導(dǎo)線在O點的磁感應(yīng)強度方向垂直于ed向上（2024?包頭二模）如圖所示，四個電荷量均為+q的點電荷固定在一個正方形abcd的四個頂點上，用一小型金屬球殼將d點處正電荷封閉在球心位置，球殼半徑遠小于ab邊長。M、N分別為ab和bc的中點，則下列說法正確的是（）A．O點處的電場強度方向沿Od方向 B．M點處的電場強度大小為0 C．N點處的電場強度方向沿ON方向 D．若將金屬球殼接地，O點處的電場強度不變考點二安培定則的應(yīng)用和磁場的疊加1．電流的磁場直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場特點無磁極、非勻強，且距導(dǎo)線越遠處磁場越弱與條形磁鐵的磁場相似，管內(nèi)為勻強磁場且磁場最強，管外為非勻強磁場環(huán)形電流的兩側(cè)是N極和S極，且離圓環(huán)中心越遠，磁場越弱安培定則立體圖橫截面圖2.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．（2024?新鄭市校級三模）1917年斯泰瓦和托爾曼發(fā)現(xiàn)加速轉(zhuǎn)動的金屬環(huán)中產(chǎn)生了電流。正離子被金屬晶格束縛相對金屬環(huán)靜止，而電子由于慣性相對金屬環(huán)運動，正離子和電子的運動共同產(chǎn)生電流。如圖所示，金屬環(huán)繞過圓心O且垂直于環(huán)平面的軸順時針轉(zhuǎn)動，則（）A．若勻速轉(zhuǎn)動，圓環(huán)中會產(chǎn)生恒定電流 B．若勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速越大圓環(huán)中電流越大 C．若加速轉(zhuǎn)動，圓環(huán)中有順時針方向電流 D．若加速轉(zhuǎn)動，O處的磁場方向垂直紙面向外（多選）（2023秋?黃埔區(qū)期末）我國特高壓技術(shù)一路領(lǐng)先全球，即便美國也無法超越，特高壓技術(shù)，指交流1000kV和直流±800kV電壓等級的輸電技術(shù)。該技術(shù)最大的特點是能夠?qū)崿F(xiàn)長途高效輸電，被稱為“電力系統(tǒng)高速鐵路”。如圖的高壓輸電線上使用“abcd正方形間隔棒”支撐導(dǎo)線L1、L2、L3、L4，目的是將導(dǎo)線間距固定為l，防止導(dǎo)線相碰，圖為其截面圖，abcd的幾何中心為O，當(dāng)四根導(dǎo)線通有等大同向電流時，不計地磁場的影響，則（）A．穿過abcd的磁通量為零 B．穿過abcd的磁通量不為零 C．O點的磁感應(yīng)強度為零 D．a(chǎn)d邊中點處的磁感應(yīng)強度不為零粗糙絕緣水平面上垂直穿過兩根長直導(dǎo)線，俯視圖如圖所示，兩根導(dǎo)線中通有相同的電流，電流方向垂直紙面向里．水平面上一帶電滑塊（電性未知）以某一初速v沿兩導(dǎo)線連線的中垂線入射，運動過程中滑塊始終未脫離水平面．下列說法正確的是（）A．滑塊可能做加速直線運動 B．滑塊可能做勻速直線運動 C．滑塊可能做曲線運動 D．滑塊一定做減速運動考點三導(dǎo)體運動趨勢的五種判定方法1．通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動或運動趨勢的判定步驟：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．應(yīng)用左手定則判定安培力方向時應(yīng)注意：磁感線方向不一定垂直于電流方向，但安培力方向一定（2024春?廬江縣期中）如圖所示，條形磁鐵放在水平桌面上，其正上方略偏右處固定一根直導(dǎo)線，導(dǎo)線和磁鐵垂直，并通以垂直紙面向外的電流，則（）A．磁鐵對桌面的壓力減小 B．磁鐵對桌面的壓力不變 C．桌面受向左的摩擦力 D．桌面受向右的摩擦力（多選）一直導(dǎo)線平行于通電螺線管的軸線（不計重力）放置在螺線管的上方，如圖所示，如果直導(dǎo)線可以自由地運動且通以方向為由a到b的電流，則導(dǎo)線ab受到安培力的作用后的運動情況為（）A．從上向下看逆時針轉(zhuǎn)動 B．從上向下看順時針轉(zhuǎn)動 C．靠近螺線管 D．遠離螺線管（多選）如圖所示，用細線將一條形磁體掛于天花板上，磁體處于水平靜止?fàn)顟B(tài)，條形磁體的正下方固定一直導(dǎo)線ab，現(xiàn)在直導(dǎo)線中通入由a指向b的電流，磁體在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動90°，在此過程中，下列說法正確的是（）A．條形磁體的S極向紙面內(nèi)偏轉(zhuǎn) B．條形磁體的S極向紙面外偏轉(zhuǎn) C．條形磁體受到繩的拉力小于其重力 D．條形磁體受到繩的拉力大于其重力考點四導(dǎo)體的平衡與加速1．導(dǎo)體的平衡問題與力學(xué)中的平衡問題分析方法相同，只不過多了安培力，解題的關(guān)鍵是畫出受力分析圖．2．導(dǎo)體的加速問題關(guān)鍵是做好受力分析，然后根據(jù)牛頓第二定律求出加速度．（多選）如圖所示，金屬棒MN兩端由等長的輕質(zhì)細線水平懸掛，處于豎直向上的勻強磁場中，棒中通以由M向N的電流，平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為θ，如果僅改變下列某一個條件，θ角的相應(yīng)變化情況是（）A．金屬棒質(zhì)量變大，θ角變小 B．磁感應(yīng)強度變大，θ角變大 C．棒中的電流變大，θ角變小 D．兩懸線等長變短，θ角變大如圖所示，光滑的金屬軌道分水平段和圓弧段兩部分，O點為圓弧的圓心．兩金屬軌道之間的寬度為0.5m，勻強磁場方向如圖，大小為0.5T。質(zhì)量為0.05kg、長為0.5m的金屬細桿置于金屬軌道上的M點。當(dāng)在金屬細桿內(nèi)通以電流強度為2A的恒定電流時，金屬細桿可以沿桿向右由靜止開始運動。已知N、P為導(dǎo)軌上的兩點，ON豎直、OP水平，且MN=OP=A．金屬細桿開始運動時的加速度大小為5m/s2 B．金屬細桿運動到P點時的速度大小為5m/s C．金屬細桿運動到P點時安培力的瞬時功率為5W D．金屬細桿運動到P點時對每一條軌道的作用力大小為0.75N如圖所示，PQ和MN為水平平行放置的金屬導(dǎo)軌，相距L＝1m。PM間接有一個電動勢為E＝6V，內(nèi)阻r＝1Ω的電源和一只滑動變阻器。導(dǎo)體棒ab跨放在導(dǎo)軌上，棒的質(zhì)量為m＝0.2kg，棒的中點用細繩經(jīng)定滑輪與物體相連，物體的質(zhì)量M＝0.3kg。棒與導(dǎo)軌的動摩擦因數(shù)為μ＝0.5（設(shè)最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等，導(dǎo)軌與棒的電阻不計，g取10m/s2），勻強磁場的磁感應(yīng)強度B＝2T，方向豎直向下，求為了使物體保持靜止，滑動變阻器連入電路的阻值范圍是多少。題型1安培定則的應(yīng)用（2023春?瓊海校級期末）如圖所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線圈用絕緣細線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心，且垂直于線圈平面，當(dāng)線圈中通入如圖方向的電流后，線圈的運動情況是（）A．線圈向左運動 B．線圈向右運動 C．從上往下看順時針轉(zhuǎn)動 D．從上往下看逆時針轉(zhuǎn)動（2024?浙江模擬）《大國重器》節(jié)目介紹的GIL輸電系統(tǒng)的三相共箱技術(shù)，如圖甲所示，管道內(nèi)部有三根絕緣超高壓輸電線纜平行且間距相等，截面圖如圖乙所示，上方兩根輸電線纜A、B連線水平，某時刻A、C中電流方向垂直于紙面向里，B中電流方向垂直于紙面向外，A、B、C中電流大小均為I，則（）A．正三角形中心O處的磁感應(yīng)強度為0 B．A、C連線中點處的磁感應(yīng)強度沿CA方向 C．A、C輸電線纜相互吸引 D．C輸電線纜受到的安培力方向是水平向右（2024?金華二模）如圖甲所示為我國GIL輸電系統(tǒng)的三相共箱技術(shù)。三根超高壓輸電線纜平行且間距相等，圖乙為其截面圖，截面圓心構(gòu)成正三角形，邊長為L，三邊中點分別記為D、E、F點，中點為O點。上方兩根輸電線纜AB圓心連線水平，某時刻A、C中電流方向垂直紙面向外，B中電流方向垂直紙面向里，電流大小均為I。已知距導(dǎo)線r處的磁感應(yīng)強度B=kIA．A輸電線纜所受安培力垂直AD斜向右上方 B．正三角形中心O處磁感應(yīng)強度為零 C．D、E、F三點中F點磁感應(yīng)強度最大 D．D點和E點磁感應(yīng)強度大小相等題型2磁場疊加問題（2023秋?大連期末）在赤道表面某位置小磁針靜止時N極指向北偏東30°，經(jīng)研究是因為小磁針正下方有一條通電直導(dǎo)線沿南北方向放置，已知該位置地磁場的磁感應(yīng)強度大小為B（不考慮地磁偏角的影響）則該通電直導(dǎo)線在小磁針處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度大小為（）A．3B B．2B C．33B（2023秋?道里區(qū)校級期末）哈三中小明同學(xué)通過調(diào)查資料，計劃利用智能手機中的磁傳感器測量哈爾濱的磁感應(yīng)強度B。在手機上建立直角坐標(biāo)系，手機顯示屏所在平面為xOy面。小明對地磁場進行了四次測量，每次測量時y軸指向不同方向而z軸正向保持豎直向下。根據(jù)表中測量結(jié)果可推知（）測量序號Bx/μTBy/μTBz/μT10274720﹣26483260484﹣26048A．哈爾濱本地的地磁場強度約為44μT B．第2次測量時，y軸指向東 C．第3次測量時，y軸指向東 D．第4次測量時，y軸指向東（2023秋?南山區(qū)校級期末）如圖所示，一根通電直導(dǎo)線垂直放在磁感應(yīng)強度為1T的勻強磁場中，在以導(dǎo)線截面的中心為圓心，半徑為r的圓周上有a、b、c、d四個點，已知a點的實際磁感應(yīng)強度為零，則下列敘述正確的是（）A．直導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向外 B．b點的實際磁感應(yīng)強度為2T，方向斜向右上方C．c點的實際磁感應(yīng)強度為零 D．d點的實際磁感應(yīng)強度跟b點的相同題型3安培力的大小計算、安培力的方向判斷（2024?山東模擬）如圖，正六邊形線框ABCDEF由6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A、B與直流電源兩端相連，已知導(dǎo)體棒BC受到的安培力大小為F0，則正六邊形線框受到的安培力的大小為（）A．6F0 B．5F0 C．2F0 D．6（2023秋?大連期末）如圖（a）所示直導(dǎo)線MN被兩等長且平行的絕緣輕繩懸掛于水平軸OO′上，其所在區(qū)域存在方向垂直指向OO′的磁場，與OO′距離相等位置的磁感應(yīng)強度大小相等且不隨時間變化，其截面圖如圖（b）所示。導(dǎo)線通以電流I，靜止后，懸線偏離豎直方向的夾角為θ。下列說法正確的是（）A．如圖（b）所示磁場區(qū)域，越靠近水平軸OO′，磁場越弱 B．當(dāng)導(dǎo)線靜止在圖（a）右側(cè)位置時，導(dǎo)線中電流方向由N指向M C．電流I增大，靜止后，導(dǎo)線對懸線的拉力增大 D．sinθ與電流I成正比（2024?鄭州二模）如圖所示，兩根長直導(dǎo)線α、b垂直放置，彼此絕緣，分別通有大小相同電流I0。固定的剛性正方形線圈MNPQ通有電流I，MN到a的距離與MQ到b的距離相等，線圈與導(dǎo)線位于同一平面內(nèi)。已知通電長直導(dǎo)線在其周圍某點所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小，與該點到長直導(dǎo)線的距離成反比；線圈所受安培力的大小為F。若移走導(dǎo)線α，則此時線圈所受的安培力大小為（）A．22F，方向向左 B．22C．12F，方向向左 D．1題型4通電導(dǎo)線在磁場中的平衡問題（多選）（2024?武侯區(qū)校級模擬）如圖所示，水平桌面上固定放置一個絕緣光滑圓弧槽，長直導(dǎo)線MN平行于圓弧槽底邊放在圓弧槽上，導(dǎo)線中通有M→N的電流I，整個空間區(qū)域存在豎直向上的勻強磁場（圖中未畫出），MN靜止時，MO連線與豎直方向的夾角θ為30°，圓弧槽對導(dǎo)線MN的支持力為FN，PP'與圓心O等高。下列說法正確的是（）A．僅將磁場方向順時針緩慢旋轉(zhuǎn)45°，此過程中FN一直增大 B．僅將磁場方向逆時針緩慢旋轉(zhuǎn)45°，此過程中MO連線與豎直方向夾角的最大正切值為2C．磁場的大小和方向可以改變，為使導(dǎo)線MN仍能在圖示位置處靜止，所需的最小磁感應(yīng)強度的值為原來的22倍D．僅將磁感應(yīng)強度大小緩慢增大，導(dǎo)線MN有可能沿圓弧槽緩慢運動到PP'上方（2024?深圳校級模擬）如圖所示，金屬棒ab的質(zhì)量為m，通過的電流為I，處在磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中，磁場方向先是與導(dǎo)軌平面夾角為θ(πA．磁場方向改變前，金屬棒受到的安培力大小為BILsinθ B．磁場方向改變前后金屬棒受到的摩擦力方向發(fā)生了改變 C．磁場方向改變前后金屬棒受到的摩擦力大小發(fā)生了改變 D．磁場方向改變后，金屬棒對導(dǎo)軌的壓力將減小（2024?遼寧二模）如圖所示，絕緣水平面上，虛線MN左側(cè)有垂直于水平面向上的勻強磁場、右側(cè)有垂直于水平面向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小均為B，A、C、D為絕緣水平面上的三個固定點，A點在虛線上，C、D兩點在左右兩磁場中，兩根直的硬導(dǎo)線連接A、D和C、D間，軟導(dǎo)線連接在A、C間，C、D連線與MN垂直，C、D到MN的距離均為L，∠D＝53°，AC、CD、DA三段導(dǎo)線電阻相等，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6。通過C、D兩點給線框通入大小為I的恒定電流，待A、C間軟導(dǎo)線形狀穩(wěn)定后線框受到的安