2025高考物理總復(fù)習(xí)磁場的描述　磁場對通電導(dǎo)線的作用力

第1講磁場的描述磁場對通電導(dǎo)線的作用力高考總復(fù)習(xí)2025考點一磁場的描述強基礎(chǔ)?固本增分磁場、磁感應(yīng)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

的作用。

(2)磁體周圍、電流周圍、運動電荷周圍存在磁場。(3)地磁場:地球是一個大磁體;地球的南極大致是地磁的N極。

注意磁偏角問題磁場力2.磁感應(yīng)強度(1)物理意義:描述磁場的強弱和方向。(2)大小定義:。

注意電流元運動方向一定垂直磁場方向(3)方向定義:小磁針的N極所受磁場力的方向,也就是小磁針

時N極的指向。

(4)單位:特斯拉(T)。3.勻強磁場(1)定義:磁感應(yīng)強度的大小處處相等、方向處處相同的磁場稱為勻強磁場。

理想化模型(2)特點:磁感線疏密程度相同、方向相同。

靜止4.磁感線及其特點(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

的方向一致。

(2)特點①磁感線上某點的

方向就是該點的磁場方向。

②磁感線的

定性地表示磁場的強弱。

③磁感線是

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。磁感應(yīng)強度切線疏密閉合5.電流的磁場

××√√提示

磁性材料被磁化時,內(nèi)部分子電流取向變得大致相同,對外顯示磁性;受到高溫或猛烈撞擊時,分子電流取向又變得雜亂無章,而失去磁性。研考點?精準突破1.安培定則的應(yīng)用

項目原因(電流方向)結(jié)果(磁場方向)說明直線電流的磁場拇指所指方向四指所指方向在運用安培定則時應(yīng)分清“因”和“果”,電流是“因”,磁場是“果”,既可以由“因”判斷“果”,也可以由“果”追溯“因”2.磁場的疊加(1)磁感應(yīng)強度是矢量,計算時與力的計算方法相同,遵守平行四邊形定則,可以用正交分解法進行合成與分解。(2)兩個電流附近的磁場的磁感應(yīng)強度是由兩個電流分別獨立存在時產(chǎn)生的磁場在該處的磁感應(yīng)強度疊加而成的?？枷蛞?/p>

安培定則的應(yīng)用典題1(2022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C解析

根據(jù)安培定則,可判斷出導(dǎo)線a左側(cè)部分的空間磁場方向斜向右上方,右側(cè)部分的磁場方向斜向右下方,根據(jù)左手定則可判斷出導(dǎo)線a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,故選C。考向二

勻強磁場和直線電流磁場的疊加典題2(2024云南保山模擬)在磁感應(yīng)強度為B0、方向豎直向上的勻強磁場中,水平放置一根通電長直導(dǎo)線,電流的方向垂直于紙面向里,如圖所示,a、b、c、d是以長直導(dǎo)線為圓心的同一圓周上的四點,在這四點中(

)A.b點的磁感應(yīng)強度最大B.c點的磁感應(yīng)強度最小C.b、d兩點的磁感應(yīng)強度相同D.a、c兩點的磁感應(yīng)強度大小相等B解析

設(shè)長直導(dǎo)線在圓周上產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B,a、b、c、d四點的實際磁感應(yīng)強度為勻強磁場和電流磁場的疊加,結(jié)合安培定則作出矢量合成圖,如圖所示,可知a點磁感應(yīng)強度大小為Ba=B0+B,b點和d點磁感應(yīng)強度大小為

,c點的磁感應(yīng)強度大小為Bc=B0-B,故a點的磁感應(yīng)強度最大,c點的磁感應(yīng)強度最小,A錯誤,B正確;b、d兩點的磁感應(yīng)強度大小相等,但方向不同,C錯誤;根據(jù)上述可知,a、c兩點的磁感應(yīng)強度大小不相等,D錯誤?？枷蛉?/p>

直線電流磁場的疊加典題3(多選)兩根通電細長直導(dǎo)線緊靠著同樣長的塑料圓柱體,圖甲是圓柱體和導(dǎo)線1的截面,導(dǎo)線2固定不動(圖中未畫出)。導(dǎo)線1繞圓柱體在平面內(nèi)第一與第二象限從θ=0緩慢移動到π,測量圓柱體中心O處磁感應(yīng)強度,獲得沿x方向的磁感應(yīng)強度Bx隨θ變化的圖像(如圖乙所示)和沿y方向的磁感應(yīng)強度By隨θ變化的圖像(如圖丙所示)。下列說法正確的是(

)甲乙丙A.導(dǎo)線1電流方向垂直紙面向外B.導(dǎo)線2在第三象限角平分線位置C.隨著θ的增大,中心O處的磁感應(yīng)強度先變大后變小D.當(dāng)θ=0.25π時,中心O處的磁感應(yīng)強度方向沿第四象限角平分線答案

AC

解析

根據(jù)安培定則判斷通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場方向可知,導(dǎo)線2在y軸方向上沒有分量,在水平方向有沿x軸正方向的分量,則導(dǎo)線1在初始狀態(tài)產(chǎn)生的磁場沿y軸負方向,導(dǎo)線1電流方向垂直紙面向外,A正確;根據(jù)安培定則可知,導(dǎo)線2在y軸正方向處有垂直紙面向外的電流或者在y軸負方向處有垂直紙面向里的電流,B錯誤;磁感應(yīng)強度為矢量,根據(jù)三角形法則可知中心O處的磁感應(yīng)強度先變大后變小,在θ=0.5π時,兩導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度方向一致,合磁感應(yīng)強度值最大,C正確;θ=0.25π時,導(dǎo)線1產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度方向沿第四象限角平分線向外,但導(dǎo)線2產(chǎn)生的磁場沿x軸正方向,故中心O處的磁感應(yīng)強度方向在x軸與第四象限角平分線之間,D錯誤。方法技巧

磁場疊加問題的分析思路(1)確定磁場場源,如通電導(dǎo)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)生的磁場的磁感應(yīng)強度。(3)應(yīng)用平行四邊形定則進行合成?？键c二磁場對通電導(dǎo)線的作用力強基礎(chǔ)?固本增分安培力1.安培力的大小(1)磁場和電流垂直時:F=

。

(2)磁場和電流平行時:F=0。2.安培力的方向

垂直于電流與磁場方向決定的平面左手定則判斷:(1)伸出左手,讓拇指與其余四指

,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

的方向;(3)

所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。

BIL垂直電流拇指×√提示

安培在電磁學(xué)領(lǐng)域的貢獻是多方面的,而且是奠基性的,因為牛頓被稱為“經(jīng)典力學(xué)的奠基人”,故麥克斯韋把安培稱為“電學(xué)中的牛頓”,這一說法便傳承下來。研考點?精準突破一、安培力的計算1.安培力公式F=BIlsinθ(其中θ為B與I之間的夾角),應(yīng)用時要注意:(1)B與I垂直時,F=BIl。(2)B與I平行時,F=0。(3)l是有效長度。彎曲導(dǎo)線的有效長度l,等于連接兩端點線段的長度(如圖所示);相應(yīng)的電流沿直線由始端流向末端。2.方向:根據(jù)左手定則判斷。

二、安培力作用下導(dǎo)體運動的判斷1.判定導(dǎo)體運動情況的基本思路判定通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動或運動趨勢,首先必須弄清楚導(dǎo)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(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.安培力下導(dǎo)體運動情況判斷的常用方法

三、安培力作用下的平衡問題求解安培力作用下通電導(dǎo)體的平衡問題,關(guān)鍵是將三維圖轉(zhuǎn)化為二維平面圖,即通過畫俯視圖、剖面圖、側(cè)視圖等,將立體圖轉(zhuǎn)換為平面受力圖。四、安培力作用下的力電綜合問題安培力和重力、彈力、摩擦力一樣,會使通電導(dǎo)體在磁場中處于平衡、轉(zhuǎn)動、加速狀態(tài),有時也會涉及做功問題。解答時一般要用到牛頓運動定律、動能定理、能量守恒定律等。考向一

安培力的計算典題4(2024七省適應(yīng)性測試江西物理)為縮短固定翼飛行器著陸后的滑行距離,有人構(gòu)想在機身和跑道上安裝設(shè)備,使飛行器在安培力作用下短距著陸。如圖所示,在機身上安裝長為10m、匝數(shù)為60的矩形線圈,線圈通以100A的電流,跑道上有磁感應(yīng)強度大小為0.2T的磁場,通過傳感器控制磁場區(qū)域隨飛機移動,使矩形線圈始終處于圖示磁場中。忽略電磁感應(yīng)的影響,線圈所受安培力的大小和方向是(

)A.24000N,向左

B.24000N,向右C.12000N,向左

D.12000N,向右A解析

由左手定則可知,各處的安培力方向如圖所示,所以線圈所受安培力的大小為F安=F1+F2=2nBIL=2×60×0.2×100×10

N=24

000

N,由左手定則可知,線圈所受安培力的方向為水平向左,故選A。考向二

安培力作用下導(dǎo)體運動的判斷典題5(★一題多解)一個可以自由運動的線圈L1和一個固定的線圈L2互相絕緣垂直放置,且兩個線圈的圓心重合,如圖所示。當(dāng)兩線圈中通以圖示方向的電流時,從左向右看,線圈L1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B解析

方法一(電流元法):把線圈L1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L2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,由左手定則可知,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L1將順時針轉(zhuǎn)動。方法二(等效法):把線圈L1等效為小磁針,該小磁針剛好處于環(huán)形電流I2的中心,小磁針的N極應(yīng)指向該點環(huán)形電流I2的磁場方向,由安培定則知I2產(chǎn)生的磁場方向在其中心處豎直向上,而L1等效成小磁針后,轉(zhuǎn)動前,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L1將順時針轉(zhuǎn)動。方法三(結(jié)論法):環(huán)形電流I1、I2不平行,則一定有相對轉(zhuǎn)動,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L1將順時針轉(zhuǎn)動。典題6(多選)如圖所示,臺秤上放一上表面光滑的平板,其左邊固定一擋板,一輕質(zhì)彈簧將擋板和一條形磁體連接起來,此時臺秤讀數(shù)為F1。在條形磁體上方中心偏左位置固定一通電導(dǎo)線,電流方向垂直紙面向里,當(dāng)通上電流后,臺秤讀數(shù)為F2,則下列說法正確的是(

)A.彈簧長度將變長

B.彈簧長度將變短C.F1>F2

D.F1<F2BC解析

選通電導(dǎo)線為研究對象,根據(jù)左手定則判斷可知,通電導(dǎo)線所受安培力方向為斜向右下方,根據(jù)牛頓第三定律分析可知,條形磁體受到的安培力方向斜向左上方,則條形磁體將向左運動,彈簧被壓縮,所以長度將變短,故A錯誤,B正確;由于條形磁體受到的安培力方向斜向左上方,對臺秤的壓力減小,則F1>F2,故C正確,D錯誤?？枷蛉?/p>

安培力作用下的平衡問題典題7(2022湖南卷)如圖甲所示,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,其截面圖如圖乙所示。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.當(dāng)導(dǎo)線靜止在圖甲右側(cè)位置時,導(dǎo)線中電流方向由N指向MB.電流I增大,靜止后,導(dǎo)線對懸線的拉力不變C.tanθ與電流I成正比D.sinθ與電流I成正比D解析

當(dāng)導(dǎo)線靜止在題圖甲右側(cè)位置時,對直導(dǎo)線MN進行受力分析,如圖所示,由左手定則知,導(dǎo)線中電流方向由M指向N,故A錯誤;由于與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,因此F安=Gsin

θ,FT=Gcos

θ,F安=BIl,可得sin

θ與I成正比,當(dāng)I增大時,θ增大,cos

θ減小,靜止后,導(dǎo)線對懸線的拉力FT減小,故B、C錯誤,D正確?？枷蛩?/p>

安培力作