高中物理高考 考点45 磁场性质和安培力-备战2022年高考物理考点一遍过

内容 要求 要点解读 磁场、磁感应强度、磁感线 Ⅰ 新课标卷高考近几年未直接考查，而是结合安培力、洛伦兹力、电磁感应等内容间接考查。高考要求知道其内容及含义，并能在有关问题中识别和直接使用。 通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 Ⅰ 常考点，多以选择题考查安培定则的应用，要求考生会分项多条通电导线周围磁场的叠加。 安培力、安培力的方向 Ⅰ 常考点，往往结合平衡条件、牛顿运动定律和电磁感应问题综合考查。 匀强磁场中的安培力 Ⅱ 常考点，选择题或计算题均有可能，特别是安培力作用下的平衡或运动问题，并且常结合电磁感应问题综合考查。 一、磁场 1．力的角度——磁感应强度：把一段检验电流放在磁场中时，用它受到的最大安培力与其电流强度和长度的乘积之比来描述该点的磁感应强度大小，即。 2．“形”的角度——磁感线：磁感线的疏密反映磁场的强弱（磁感应强度的大小），切线方向是磁场方向。 3．磁场的叠加：由于磁感应强度是矢量，故磁场叠加时合磁场的磁感应强度可以由平行四边形定则计算。 二、安培定则和左手定则 使用手 使用范围 安培定则 右手 环形电流→磁场、直线电流→环形磁场 左手定则 左手 电（流）+磁→（安培）力 判断通电导线在磁场中的运动方向： 1．把弯曲导线分成很多直线电流元，先用左手定则判断各电流元受力方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线的运动方向。 2．环形通电导线等效为小磁针，根据小磁针受到的磁力方向判断导线的受力和运动方向。 3．两平行直线电流间，同向电流互相吸引，反向电流相互排斥。 三、安培力 1．公式：FA=BILsin θ，安培力的大小取决于磁感应强度B、电流强度I、导体长度L及直导体与磁场方向间的夹角θ，该公式一般只适用于匀强电场。 2．涉及安培力的力学综合问题，一般采取以下步骤解题： （1）选择适当的视角，将电流方向或磁场方向用“●”或“×”表示，使立体图转化为平面图； （2）进行受力分析，特别要根据磁场特定分析好安培力； （3）根据平衡条件、牛顿第二定律或功能关系列方程解答。 磁场叠加问题的一般解题思路： （1）确定磁场场源，如通电导线。 （2）定位空间中需求解磁场的点，利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁场的大小和方向．如图所示为M、N在c点产生的磁场． （3）应用平行四边形定则进行合成，如图中的合磁场． 【2019·山东省潍坊市高三模拟训练】如图所示，在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，二者之间的距离为l。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里，大小相等的电流时，纸面内与两导线距离为l的a点处的磁感应强度为零。若仅让P中的电流反向，则a点处磁感应强度的大小为 A．2B0 B． C． D．B0 【参考答案】B 【详细解析】如图所示。 设P和Q在a点的磁感应强度大小为B，当P和Q的电流都垂直纸面向里时，根据右手螺旋定则可知，P在a点的磁感应强度方向为水平向右偏下30°，Q点在a点的磁感应强度方向为水平向右偏上30°，两者在a点的合磁感应强度为，方向水平向右，因a点的磁感应强度为零，故。B0的方向水平向左。当P中电流方向反向时，磁场如图所示。 如图所示当P的电流反向后，P在a点的磁感应强度方向为水平向左偏上30°，P和Q在a点的合磁感应强度为B，方向竖直向上，则a点的磁感应强度为，故B正确。 1．三根完全相同的长直导线互相平行，通以大小和方向都相同的电流。它们的截面处于一个正方形abcd的三个顶点a、b、c处，如图所示。已知每根通电长直导线在其周围产生的磁感应强度与该导线的距离成反比，通电导线b在a处产生的磁场磁感应强度大小为B，则d处的磁感应强度大小为 A．2B B．B C．3B D．B 【答案】B 【解析】设正方形的边长为L，通电导线b在a处产生的磁场磁感应强度大小为B，根据通电导线在其周围产生的磁场的磁感应强度大小与距该导线的距离成反比，及几何关系可得，a与c在d处产生的磁场的磁感应强度大小为B，b在d处产生的磁场的磁感应强度大小为B，方向如图所示，则d点的磁感应强度大小为，选B。 【名师点睛】根据安培定则确定磁场方向，结合几何关系由平行四边形定则合成磁感应强度。 2．如图所示，A、B、C是正三角形的三个顶点，O是AB的中点，两根互相平行的通电长直导线垂直纸面固定在A、B两处，导线中通入的电流大小相等、方向相反。已知通电长直导线产生磁场的磁感应强度，I为通电长直导线的电流大小，r为距通电长直导线的垂直距离，k为常量，O点处的磁感应强度大小为B0，则C点处的磁感应强度大小为 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】设A、B处的电流在O点产生的磁感应强度大小为B1，方向如图所示，有，即，由及可知，A、B处的电流在C点产生的磁感应强度大小为，方向如图所示，由平行四边形定则及顶角C为120°可知合磁感应强度大小为，C正确。 下列关于小磁针在磁场中静止时的指向，正确的是(　　) 【参考答案】C 【详细解析】根据在磁体外部同名磁极相互排斥可知选项A错误；应用安培定则可知环形电流中心线上的磁场方向由右向左，小磁针N极受到的磁场力向左，选项B错误；根据安培定则可知通电螺线管内部磁场方向向右，内部小磁针N极受到的磁场力向右，选项C正确；根据安培定则可知通电直导线右边磁场方向向里，小磁针N极应向里，选项D错误． 【名师点睛】牢记判断电流的磁场的方法→安培定则，并能熟练应用，建立磁场的立体分布模型。 在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清“因”和“果”． 　　　　　因果 磁场　　　　　 原因(电流方向) 结果(磁场方向) 直线电流的磁场 大拇指 四指 环形电流的磁场 四指 大拇指 1．如图所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A，A与螺线管垂直，A导线中的电流方向垂直纸面向里。开关S闭合，A受到通电螺线管磁场的作用力方向是 A．水平向左 B．水平向右 C．竖直向上 D．竖直向下 【答案】C 【解析】首先根据安培定则判断通电螺线管中心产生的磁场方向向右，所以在A处产生的磁场方向水平向左，根据左手定则判断可知，A受到的安培力方向竖直向上，故选C。 【易错警示】注意使用安培定则和左手定则时不要用错手，明确定则涉及的物理量的因果关系。 2．如图所示，ab、cd是两根在同一竖直平面内的直导线，在两导线中央悬挂一个小磁针，静止时在同一竖直平面内。当两导线中通以大小相等的电流时，小磁针N极向纸面内转动，则两导线中的电流方向 A．一定都是向上 B．一定都是向下 C．ab中电流向上，cd中电流向下 D．ab中电流向下，cd中电流向上 【答案】C 【解析】若两导线中的电流方向均向上，根据安培定则判断可知，小磁针N极静止不动，与题意不符，故A错误。若两导线中的电流方向均向下，根据安培定则判断可知，小磁针N极向纸外面转动，与题意不符。故B错误。若ab中电流向上，cd中电流向下，根据安培定则判断可知，小磁针N极向纸里面转动，与题意相符。故C正确。若ab中电流向下，cd中电流向上，根据安培定则判断可知，小磁针N极向纸外面转动，与题意不符。故D错误。 【点睛】由题，小磁针N极向纸面里转动，小磁针S极向纸面外转动，则小磁针N极所在磁场方向向里，小磁针S极所在磁场方向向外，根据安培定则判断。 1．安培力的大小 （1）磁场和电流垂直时：F＝BIL. （2）磁场和电流平行时：F＝0. 2．安培力的方向（左手定则判断） 如图所示，伸开左手，让拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流方向；拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。 【2019·河南高三开学考试】如图所示，三根通电长直导线a、b、c平行水平放置，其横截面恰好位于等边三角形的三个顶点，导线a、b固定在同一竖直面内，导线a中的电流方向垂直纸面向里，导线b中的电流方向垂直纸面向外，已知导线a、b中的电流在导线c处产生的磁场的磁感应强度大小均为；导线c中的电流方向垂直纸面向里，电流大小为I，长度为L，质量为m，在粗糙水平面上处于静止状态，重力加速度为g，下列说法正确的是 A．导线c所受安培力的大小为 B．导线c受到的静摩擦力方向向右 C．导线c对水平面的压力大小为 D．若仅将导线b中的电流反向，则导线c所受安培力的大小为 【参考答案】C 【详细解析】由右手螺旋定则可知导线a、b分别在导线c处产生的磁场方向的夹角为120°，根据平行四边形定则可知合磁场的磁感应强度大小为，方向水平向左，由左手定则可知导线c受到的安培力方向竖直向上，大小为，根据平衡条件可知水平方向不受静摩擦力，竖直方向上导线c对水平面的压力大小为，故选项A、B错误，C正确；当导线b中的电流反向时，导线b在导线c处产生的磁场方向反向，合磁场方向竖直向下，大小为，则导线c受到的安培力大小为，故选项D错误。 1．【2019·福建省厦门第二中学高二期中】如图，长为2L的直导线折成边长相等的直角形状，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，当在该导线中通以电流I时，该直角形通电导线受到的安培力大小为（ ） A．0 B．BIL C． D．2BIL 【答案】C 【解析】安培力中通电导线的长度为电流的有效长度，本题中为通电导线从初指向末的长度，为，因此安培力，C正确。 2．（多选）如图，两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电源E，导轨平面与水平面间的夹角θ=30°，金属杆ab垂直导轨放置，导轨与金属杆接触良好，整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中。当磁场方向垂直导轨平面向上时，金属杆ab刚好处于静止状态。要使金属杆能沿导轨向上运动，可以采取的措施是 A．增大磁感应强度B B．调节滑动变阻器使电流增大 C．增大导轨平面与水平面间的夹角θ D．将电源正负极对调使金属杆中的电流方向改变 【答案】AB 【解析】根据初始条件受力分析可知，因此增大磁感应强度B，安培力增大，金属杆能沿斜面向上运动，A正确；若增大电流，则安培力将增大，金属杆将向上运动，B正确；增大倾角θ，重力沿导轨向下的分力，金属杆将向下运动，C错误；将电源正负极对调使金属杆中的电流方向改变，安培力将沿斜面向下，金属杆将向下运动，D错误。 1．【2019·福建省龙岩市第一中学高二期中】在赤道上方沿东西水平放置一根直导线并通以自东向西方向的电流，那么该处地磁场的方向及该导线所受地磁场作用力的方向为　　 A．地磁场向南，磁场作用力向上 B．地磁场向南，磁场作用力向下 C．地磁场向北，磁场作用力向上 D．地磁场向北，磁场作用力向下 2．【2019·广西南宁三中高三月考】（多选）如图，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距，垂直纸面放置，均通有大小相等的电流I，L1、L2中电流方向垂直纸面向里，L3中电流方向垂直纸面外．下列说法错误的是 A．L1、L2在L3处产生的合磁感应强度方向与L1、L2连线垂直 B．L2、L3在L1处产生的合磁感应强度方向与L2、L3连线垂直 C．L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为 D．L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为 3．如图所示，AC是四分之一圆弧，O为圆心，D为弧AC中点，A、D、C处各有一垂直纸面的通电直导线，电流大小相等，A、C两处电流垂直纸面