2026版创新设计高考总复习物理(人教基础版)学生用-第1讲 磁场及其对电流的作用

第1讲磁场及其对电流的作用学习目标1.理解磁场的性质及磁感应强度的概念,会用磁感线描述磁场。2.会用安培定则判断电流周围的磁场,并且会计算磁场的叠加。3.会计算安培力的大小及判断安培力的方向,会分析安培力作用下的平衡问题和加速问题。考点一安培定则、磁场叠加1.磁场(1)基本性质:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有的作用。

(2)方向:小磁针的N极所受磁场力的方向。2.磁感应强度(1)物理意义:描述磁场强弱和方向。(2)定义式:B=FIl(通电导线垂直于磁场)(3)方向:可自由转动的小磁针静止时的指向。

(4)单位:,符号T。

3.磁感线(1)定义:在磁场中画出一些有方向的曲线,使曲线上每一点的方向都跟这点的磁场方向一致。

(2)磁感线的特点①磁感线上某点的方向就是该点的磁场方向。

②磁感线的疏密程度表示磁场。

③磁感线是曲线,没有起点和终点。在磁体外部,从N极指向S极,在磁体内部,从S极指向N极。

④磁感线是假想的曲线,不、不、不相切。

4.地磁场(1)地磁的N极在地理附近,S极在地理附近,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,磁感应强度的大小,且方向水平。

(3)地磁场在南半球有竖直向上的分量,在北半球有竖直向下的分量。5.电流的磁场、安培定则的应用项目安培定则立体图特点直线电流的磁场无N极、S极距离直导线越远,磁场越弱通电螺线管的磁场与条形磁铁的磁场相似,管内可近似认为是匀强磁场环形电流的磁场两侧分别是N极和S极;距离中心越远,磁场越弱判断正误(1)磁场是客观存在的一种物质,磁感线也是真实存在的。()(2)由定义式B=FIl可知,电流I越大,导线l越长,某点的磁感应强度B就越小。((3)用安培定则判断通电直导线周围和环形电流周围的磁场时,大拇指都指向磁场的方向。()(4)通电直导线周围的磁场是均匀的,用磁感线描述磁场分布情况时,磁感线间隔均匀。()(5)若空间同时存在通电直导线和环形电流,某点的磁感应强度可用平行四边形定则求解。()角度安培定则的应用例1如图所示,直导线AB、螺线管E、电磁铁D三者相距较远,其磁场互不影响,当开关S闭合后,则小磁针北极N(黑色一端)指示磁场方向正确的是()A.a B.b C.c D.d听课笔记

角度磁场的叠加例2(多选)(2025·东北三省一模联考)如图所示,四根相同长直导线处于正方形的四个顶点上,O为正方形的中心,导线中均通有方向垂直纸面向里、大小相同的电流。若将其中一根导线中的电流反向,中心O处的磁感应强度大小为B0;若将其中两根导线中的电流反向,中心O处的磁感应强度大小可能为()A.12B0 B.0 C.2B0 D.32听课笔记

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磁感应强度大小和方向。如图所示,BM、BN为M、N在c点产生的磁场的磁感应强度。(3)应用平行四边形定则进行合成,如图中的合磁感应强度B。针对训练1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B=kIr,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。已知C点处的磁感应强度大小为B0,则关于O点处的磁感应强度说法正确的是(A.大小为B0,方向垂直AB连线向下B.大小为2B0,方向垂直AB连线向上C.大小为3B0,方向垂直AB连线向上D.大小为4B0,方向垂直AB连线向下考点二安培力的分析与计算1.安培力的大小F=,(其中θ为B与I之间的夹角)

(1)磁场和电流垂直时:F=。

(2)磁场和电流平行时:F=。

(3)l是指有效长度。如图所示,弯曲通电导线的有效长度l等于连接导线两端点的直线的长度,相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端。2.安培力的方向——应用左手定则判断(1)伸开左手,使拇指与其余四个手指,并且都与手掌在同一个平面内。

(2)让磁感线从掌心垂直进入,并使四指指向的方向。

(3)拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受的方向。

3.同向电流相互,反向电流相互。

判断正误(1)在磁场中同一位置,电流元的电流越大,所受安培力也一定越大。()(2)安培力的方向既跟磁感应强度方向垂直,又跟电流方向垂直。()(3)通电导线与磁场不垂直,有一定夹角时,左手定则就不适用了。()(4)当通电导线与磁场平行放置时,导线所受安培力为零。()(5)当通电导线弯折成闭合线圈时,导线在匀强磁场中所受安培力为零。()角度通电导线有效长度问题例3(多选)(2024·福建卷,6)将半径为r的铜导线半圆环AB用两根不可伸长的绝缘绳a、b悬挂于天花板上,AB置于垂直纸面向外的大小为B的磁场中,现给导线通以自A向B大小为I的电流,则()A.通电后两绳拉力变小 B.通电后两绳拉力变大C.安培力为πBIr D.安培力为2BIr听课笔记

鲁科版教材选择性必修第二册P6迁移该高考试题在计算通电导线所受安培力的大小的时候,用到了导线的有效长度,鲁科版教材选择性必修二P6“迁移”栏目对有效长度的计算建立了教学内容,在理解有效长度的基础上,根据安培力公式进行正确的计算,并且考题对力的平衡知识点也有考查。如图所示,一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直。线段ab、bc和cd的长度均为l,且∠abc=∠bcd=135°。流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示。求导线abcd所受到的磁场作用力的合力。针对训练2如图,用材料相同、粗细均匀的电阻丝折成正方形金属框架ABCD,边长为L,每边电阻为r,框架与一电动势为E,内阻也为r的电源相接,垂直于框架平面有磁感应强度为B的匀强磁场,则开关闭合电路稳定后,框架受到安培力大小为()A.BEL2 B.2BELr C.2角度安培力作用下导体运动情况的分析例4一个可以沿过圆心的水平轴自由转动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置,且两个线圈的圆心重合,如图所示。当两线圈中通以图示方向的电流时,从左向右看,线圈L1将()A.不动 B.顺时针转动 C.逆时针转动 D.在纸面内平动听课笔记

总结提升安培力作用下导体运动的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通电螺线管多个环形电流条形磁体结论法同向电流互相吸引,反向电流互相排斥;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先分析电流所受的安培力,然后由牛顿第三定律,确定磁体所受电流磁场的作用力针对训练3磁体在弹簧的作用下静止于粗糙的斜面上,如图所示在磁体的中垂线上某位置放置一根通电直导线,电流方向垂直于纸面向外,此时弹簧处于拉伸状态。已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则()A.通电直导线对磁体的作用力垂直于斜面向下B.磁体受到的摩擦力沿斜面向上C.若通电直导线的电流方向反向,磁体仍保持静止D.若增大通电直导线的电流,则磁体受到的摩擦力增大考点三安培力作用下的平衡与加速问题1.求解安培力作用下导体的平衡或加速问题的关键画受力图→三维图二维平面图,即通过画俯视图、剖面图、侧视图等,将立体图转换为平面受力图。2.求解安培力作用下导体平衡或加速问题的基本思路(1)选定研究对象。(2)画出平面受力分析图,其中安培力的方向满足F⊥B、F⊥I。(3)应用共点力的平衡条件或牛顿第二定律或动能定理列方程解题。角度安培力作用下导体的平衡问题例5(2025·山东青岛期末)如图所示,质量为m、长为l的直导线AB用两绝缘细线悬挂于O、O',并处于与OO'垂直斜向下的匀强磁场中,磁场与竖直方向成30°角。当导线中通以由B到A方向的电流I,且导线保持静止时,悬线与竖直方向夹角为θ=30°,重力加速度为g,则磁感应强度大小为()A.mgIl B.3mgIl听课笔记

角度安培力作用下的加速问题例6(2025·江西九校月考)电磁炮通过给导轨回路通以很大的电流,使抛射体在导轨电流产生的磁场的安培力作用下沿导轨加速运动,最终将抛射体以很高的速度发射出去。电磁炮的原理示意图如图所示,图中电源可提供恒定的电流,抛射体处于垂直导轨向下的匀强磁场中,磁感应强度与回路中的电流成正比,要使抛射体离开轨道时的速度增大一倍,下列措施可行的()A.仅