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1、2021年高考物理一轮复习考点全攻关专题（62）磁场及其对电流的作用（解析版）双基过关：一、磁场、磁感应强度1磁场的基本性质磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用2磁感应强度(1)物理意义：描述磁场的强弱和方向(2)定义式：B(通电导线垂直于磁场)(3)方向：小磁针静止时N极的指向(4)单位：特斯拉，符号为T.3匀强磁场(1)定义：磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场(2)特点：磁感线是疏密程度相同、方向相同的平行直线4地磁场(1)地磁的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近，磁感线分布如图所示(2)在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感应强度相等，且方向水
2、平向北5磁场的叠加磁感应强度是矢量，计算时与力的计算方法相同，利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解【自测1】(多选) 如图所示是我国最早期的指南仪器司南，静止时它的长柄指向南方，是由于地球表面有地磁场下列与地磁场有关的说法，正确的是()A地磁场是一种物质，客观上存在B地球表面上任意位置的地磁场方向都与地面平行C通电导线在地磁场中可能不受安培力作用D运动电荷在地磁场中受到的洛伦兹力可以对运动电荷做正功【答案】AC【解析】地磁场是客观存在的一种物质，磁感线是人们为了研究方便而假想出来的，故A正确；磁感线是闭合的曲线，不是地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行，故B错误；当通电导线与地磁场
3、平行放置时，导线不受安培力，故C正确；由于洛伦兹力始终与速度方向垂直，所以运动电荷在地磁场中受到的洛伦兹力不做功，故D错误二、磁感线和电流周围的磁场1磁感线的特点(1)磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向(2)磁感线的疏密程度定性地表示磁场的强弱，在磁感线较密的地方磁场较强；在磁感线较疏的地方磁场较弱磁感线是闭合曲线，没有起点和终点，在磁体外部，从N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极同一磁场的磁感线不中断、不相交、不相切磁感线是假想的曲线，客观上并不存在2几种常见的磁场(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场如图所示(2)电流的磁场直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点无磁极、非匀强，
4、且距导线越远处磁场越弱与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场最强，管外为非匀强磁场环形电流的两 侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱安培定则立体图横截面图纵截面图【自测2】如图所示，甲、乙是直线电流的磁场，丙、丁是环形电流的磁场，戊、己是通电螺线管的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向图4【答案】 三、安培力的大小和方向1大小若IB，F0；若IB，FBIL.2方向可以用左手定则来判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时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安培力方向总垂直于B、I所决定的平
5、面，即一定垂直于B和I，但B与I不一定垂直3两平行通电导线间的作用同向电流相互吸引，反向电流相互排斥自测3以下说法中正确的是()A通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行B安培力的方向可以用右手定则来判定C磁感线可以形象地描述各点的磁场强弱和方向，磁感线上每一点的切线方向都和小磁针在该点静止时N极所指的方向一致D放置在磁场中1 m长的导线，通过1 A的电流，该处磁感应强度是1 T，则导线受到的安培力为1 N【答案】C命题热点一：安培力和磁场的叠加1安培定则的应用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
6、四指环形电流的磁场四指大拇指2.磁场叠加问题的解题思路(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5所示为M、N在c点产生的磁场BM、BN.(3)应用平行四边形定则进行合成，如图中的合磁场B.题型1安培力的大小和方向例1如图，等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点M、N与直流电源两端相接已知导体棒MN受到的安培力大小为F，则线框LMN受到的安培力的大小为()A2F B1.5F C0.5F D0【答案】B【解析】设三角形边长为l，通过导体棒MN的电流大小
7、为I，则根据并联电路的规律可知通过导体棒ML和LN的电流大小为，如图所示，依题意有FBlI，则导体棒ML和LN所受安培力的合力为F1BlIF，方向与F的方向相同，所以线框LMN受到的安培力大小为FF11.5F，选项B正确变式1如图所示，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距，通过L1、L2中的电流相同，L1、L2中的电流方向垂直纸面向里，L3中的电流方向垂直纸面向外，在三根导线与纸面的交点所构成的等边三角形的中心上放有一电流方向垂直纸面向外的通电长直导线，则该导线受到的安培力的方向为()A指向L1 B指向L2 C指向L3 D背离L3【答案】C【解析】因同向电流之间相互吸引，异向电流
8、之间相互排斥，可知L3对等边三角形的中心上的导线是吸引力，方向指向L3；而导线L1和L2对等边三角形的中心上的导线都是斥力，因大小相等且互成120角，则其合力方向指向L3，则三条导线对等边三角形的中心上的导线的安培力的合力方向指向L3，故选C.题型2磁场的叠加例2 有两条长直导线垂直水平纸面放置，交纸面于a、b两点，通有大小相等的恒定电流，方向如图.a、b的连线水平，c是ab的中点，d点与c点关于b点对称已知c点的磁感应强度为B1，d点的磁感应强度为B2，则关于a处导线在d点产生磁场的磁感应强度的大小及方向，下列说法中正确的是()AB1B2，方向竖直向下 BB1B2，方向竖直向上C.B2，方向
9、竖直向上 D.B2，方向竖直向下【答案】D【解析】根据安培定则，a、b导线在c点的磁场方向都向下，因a、b导线通有大小相等的恒定电流，故b导线在c点的磁场为，由于b距离c点和d点一样，所以b导线在d点的磁场大小为，方向向上；根据安培定则，a导线在d点的磁场方向向下，则其大小为B2.变式2 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，两者之间的距离为l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里且大小相等的电流时，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()A2B0 B.B0 C.B0 DB0【答案】B【解析】在
10、两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离为l的a点处的磁感应强度为0，由此可知，外加的磁场方向与PQ平行，且由Q指向P，即B1B0；依据几何关系有：BPcos 30B0，解得通电导线P或Q在a处的磁场大小均为BPB0；当P中的电流反向，其他条件不变，再依据几何关系及三角知识，则有：B2BPB0，方向垂直于PQ向上，由矢量的合成法则，那么a点处磁感应强度的大小为B B0，故B正确，A、C、D错误命题热点二：安培力作用下导体运动情况的判断1问题特点安培力作用下导体的运动问题与力学中的运动问题一样，同样遵从力学基本规律，只是研究对象所受的力中多分析安培力而已2规律分析判定通电导
11、体在安培力作用下的运动方向或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁感线分布情况，再弄清楚导体中电流的方向，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势3判定方法电流元法分割为电流元安培力方向整段导体所受合力方向运动方向特殊位置法在特殊位置安培力方向运动方向等效法环形电流小磁针条形磁铁通电螺线管多个环形电流结论法同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确
12、定磁体所受合力及运动方向例3如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)()A顺时针方向转动，同时下降 B顺时针方向转动，同时上升C逆时针方向转动，同时下降 D逆时针方向转动，同时上升【答案】A【解析】如图甲所示，把直线电流等效为无数小段，中间的点为O点，选择在O点左侧S极右上方的一小段为研究对象，该处的磁场方向指向左下方，由左手定则判断，该小段受到的安培力的方向垂直纸面向里，在O点左侧的各段电流元都受到垂直纸面向里的安培力，把各段电流元受到的力合成，则O点左侧导线受到垂直纸面向里的安培力；同理判断
13、出O点右侧的导线受到垂直纸面向外的安培力因此，由上向下看，导线沿顺时针方向转动分析导线转过90时的情形：如图乙所示，导线中的电流垂直纸面向外，由左手定则可知，导线受到向下的安培力由以上分析可知，导线在顺时针转动的同时向下运动选项A正确变式3 如图所示为研究平行通电直导线之间相互作用的实验装置接通电路后发现两根导线均发生形变，此时通过导线M和N的电流大小分别为I1和I2，已知I1I2，方向均向上若用F1和F2分别表示导线M与N受到的磁场力，则下列说法正确的是()A两根导线相互排斥 B为判断F1的方向，需要知道I1和I2的合磁场方向C两个力的大小关系为F1F2 D仅增大电流I2，F1、F2会同时增
14、大【答案】D【解析】同向电流相互吸引，故A错误；为判断F1的方向，需要知道I2在I1处产生的磁场方向，故B错误；F1和F2是作用力和反作用力，大小相等，方向相反，故C错误；增大电流I2，F1、F2同时增大，故D正确变式4 将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来，在其附近放一块条形磁铁，磁铁的轴线与圆环在同一个平面内，且通过圆环中心，如图所示，当圆环中通以顺时针方向的电流时，从上往下看()A圆环顺时针转动，靠近磁铁 B圆环顺时针转动，远离磁铁C圆环逆时针转动，靠近磁铁 D圆环逆时针转动，远离磁铁【答案】C【解析】该通电圆环相当于一个垂直于纸面的小磁针，N极在内，S极在外，根据同极相斥、异极相吸，C正确命题热点三：安培力作用下的平衡问题通电导体棒在磁场中的平衡问题是一种常见的力电综合模型，该模型一般由倾斜导轨、导体棒、电源和电阻等组成这类题目的难点是题图具有立体性，各力的方向不易确定因此解题时一定要先把立体图转化为平面图，通过受力分析建立各力的平衡关系，如图所示例4 如图所示，金属杆MN用两根绝缘细线悬于天花板的O、O点，杆中通
