2019年高考物理大一轮复习 第09章 磁场 第1讲 磁场的描述 磁场对电流的作用学案(新人教版)

1、第一讲磁场的描述磁场对电流的作用考点内容要求高考命题统计命题规律201520162017卷卷卷卷卷卷卷卷磁场、磁感应强度、磁感线T186分高考对本章内容考查命题频率极高，常以选择题和计算题两种形式出题，选择题一般考查磁场的基础知识和基础规律，一般难度不大；计算题主要是考查安培力、带电粒子在磁场中的运动与力学、电学、能量知识的综合应用，难度较大，较多是高考的压轴题预计2019年的命题趋势(1)磁场的基础知识及规律的考查(2)安培力、洛伦兹力的考查(3)带电粒子在有界磁场中的临界问题，在组合场、复合场中的运动问题(4)磁场与现代科学知识的综合应用通电直导线和通电线圈周围磁场的方向安培力、安培力的方

2、向T196分匀强磁场中的安培力T2412分T216分洛伦兹力、洛伦兹力的方向洛伦兹力公式带电粒子在匀强磁场中的运动T146分T196分T186分T186分T166分T186分质谱仪和回旋加速器T156分一对磁场的理解1.2有人认为：“因B，所以B与F成正比、与IL成反比”这种说法正确吗？提示：不正确因B与F、IL均无关3一小段通电导体放在磁场A处，受到的磁场力比B处的大，能否说明A处的磁感应强度一定比B处的磁感应强度大？提示：不能通电导体在磁场中的受力大小跟磁感应强度的大小及导线放置的位置有关.二安培定则的应用及磁场的叠加1.安培定则的应用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

3、、非匀强，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2.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3如图，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流a、o、b在M、N的连线上，o为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到o点的距离均相等试画图分析：o点的磁感应强度为零吗？a点和b点、c点和d点的磁感应强度相同吗？a、c两点的磁感应强度方向相同吗？提示：如图由

4、图可知：o点的磁感应强度不为零，a点和b点、c点和d点的磁感应强度相同，a、c两点的磁感应强度方向相同三安培力1.安培力的方向(1)左手定则：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(2)注意问题：磁感线方向不一定垂直于电流方向，但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直，即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面2安培力的大小当磁感应强度B的方向与导线方向成角时，FILBsin_.(1)当磁场与电流垂直时，安培力最大，FmaxILB(2)当磁场与电流平行时，安培力等于零

5、3(1)一段通电直导线，长度为l，电流为I，放在同一个匀强磁场中，导线和磁场的相对位置有如图所示的四种情况，判断通电导线所受到的安培力的方向提示：甲中垂直导线向上、乙中不受安培力，丙中垂直导线向上，丁中垂直导线向里(2)在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示，判断过c点的导线所受安培力的方向，你有几种方法？提示：方法一：根据同向电流相互吸引导线c所受安培力的合力方向垂直ab边向左方法二：导线a、b在c点产生的合磁场方向竖直向下，由左手定则可知c所受安培力的方向垂直ab向左1判断正误(1)磁场中某点磁感应强度的大小，跟放在该点

6、的试探电流元的情况无关()(2)磁场中某点磁感应强度的方向，跟放在该点的试探电流元所受磁场力的方向一致()(3)垂直磁场放置的线圈面积减小时，穿过线圈的磁通量可能增大()(4)小磁针N极所指的方向就是该处磁场的方向()(5)将通电导线放入磁场中，若不受安培力，说明该处磁感应强度为零()(6)安培力可能做正功，也可能做负功()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2(多选)如图为通电螺线管A为螺线管外一点，B、C两点在螺线管的垂直平分线上，则下列说法正确的是()A磁感线最密处为A处，最疏处为B处B磁感线最密处为B处，最疏处为C处C小磁针在B处和A处N极都指向左方D小磁针在B处和C处N极都指向

7、右方答案：BC3(多选)一小段长为L的通电直导线放在磁感应强度为B的磁场中，当通过它的电流为I时，所受安培力为E.以下关于磁感应强度B的说法正确的是()A磁感应强度B一定等于B磁感应强度B可能大于或等于C磁场中通电直导线受力大的地方，磁感应强度一定大D在磁场中通电直导线也可以不受力答案：BD4.如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是()答案：A考点一对磁场的理解1.磁感应强度是矢量，其方向与导线所受力的方向垂直2电流元必须垂直于磁场方

8、向放置，公式B才成立3磁场中某点的磁感应强度是由磁场本身决定的，与通电导线受力的大小及方向都无关1(2015全国卷)(多选)指南针是我国古代四大发明之一关于指南针，下列说法正确的是()A指南针可以仅具有一个磁极B指南针能够指向南北，说明地球具有磁场C指南针的指向会受到附近铁块的干扰D在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线，导线通电时指南针不偏转解析：选BC指南针有N、S两个磁极，受到地磁场的作用静止时S极指向南方，选项A错误，B正确指南针有磁性，可以与铁块相互吸引，选项C正确由奥斯特实验可知，小磁针在通电导线放置位置合适的情况下，会发生偏转，选项D错误2(2016北京卷)中国宋代科学家沈括在

9、梦溪笔谈中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图结合上述材料，下列说法不正确的是()A地理南、北极与地磁场的南、北极不重合B地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近C地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行D地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用解析：选C地球为一巨大的磁体，地磁场的南、北极在地理上的北极和南极附近，两极并不重合；且地球内部也存在磁场，只有赤道上空磁场的方向才与地面平行；对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子的速度方向与地磁场方向不会平行，一定受到地磁场力的作用，故C项说法不正确3如图所示，一

10、长直导线沿南北方向水平放置，在导线的下方有一静止的小磁针现在导线中通以恒定电流，测得小磁针偏离南北方向的角度与小磁针和导线的距离x之间的关系如图所示，若该处地磁场的水平分量为B0，则下列判断正确的是()A通电后，小磁针的N极向纸外偏转B通电后，小磁针静止时N极所指方向即为电流在小磁针处产生的磁场方向C电流在x5 cm处产生的磁场的磁感应强度大小为B0Dx5 cm处合磁场的磁感应强度为2B0解析：选C由安培定则知，电流在小磁针处产生的磁场方向垂直纸面向里，故小磁针的N极向纸内偏转，A错误；通电后小磁针所指方向为电流的磁场与地磁场水平分量的合磁场方向，B错误；由矢量合成电流在x5 cm处产生的磁场

11、磁感应强度大小BB0tan B0，C正确；x5 cm处的合磁场的磁感应强度B合B0，D错误.考点二安培定则的应用及磁场的叠加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 (2017全国卷)(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，均通有电流I，L1中电流方向与L2中的相同，与L3中的相反，下列说法正确的是()AL1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直BL3所受磁场作用力的方向与L1、L

12、2所在平面垂直CL1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为11DL1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1解析：选BC如图，由磁场的叠加知，L2与L3中的电流在L1处产生的合磁场的方向在L2、L3连线的中垂线上，由左手定则知，L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面平行选项A错误L1与L2中的电流在L3处产生的合磁场的方向与L1、L2的连线平行，由左手定则知，L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直选项B正确由几何关系知，设电流在另外导线处产生磁场的磁感应强度为B，而L1、L2所在处两个磁场方向的夹角均为120，则B合B，而L3所在处两个磁场方向的夹角为60，则B

13、合B，由FILB知，L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为11.选项C正确，选项D错误磁场的矢量性及合成(1)根据安培定则确定通电导线周围磁场的方向(2)磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向(3)磁感应强度是矢量，多个通电导体产生的磁场叠加时，合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和 (2017吉林白山期末)如图所示，三根长为L的直导线的某一竖直截面在空间构成等边三角形，导线中通有垂直于纸面向外的电流，电流大小均为I，其中导线A、B中通过的电流在导线C处产生的磁感应强度的大小均为B0，导线C在水平面上处于静止状态导线C受到的静摩擦力()A大小为B

14、0IL，方向水平向左B大小为B0IL，方向水平向右C大小为B0IL，方向水平向右D大小为B0IL，方向水平向左解析：选CA、B两电流在C处产生的合磁感应强度方向竖直向上，大小为B，BB0cos 302B0，由左手定则可知C受到的安培力水平向左，大小为FBILB0IL，由共点力平衡可知：导线受到的静摩擦力大小fB0IL，方向水平向右，C正确4(2018四川成都一诊)(多选)有两根长直导线a、b互相平行放置，如图所示为垂直于导线的截面图在如图所示的平面内，O点为两根导线连线的中点，M、N为两导线连线的中垂线上两点，与O点的距离相等，aM与MN夹角为.若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流I，单

15、根导线中的电流在M处产生的磁感应强度为B0，则关于线段MN上各点的磁感应强度，下列说法中正确的是()AM点和N点的磁感应强度方向一定相反BM点和N点的磁感应强度大小均为2B0 cos CM点和N点的磁感应强度大小均为2B0 sin D在线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零解析：选AB根据安培定则判断得知，两根通电导线产生的磁场方向均沿逆时针方向，由于对称，两根通电导线在M、N两点产生的磁感应强度大小相等，根据平行四边形定则进行合成得到M点和N点的磁感应强度大小相等，M点磁场向下，N点磁场向上，方向相反，故A正确两根导线在M点产生的磁感应强度的方向如图所示，根据平行四边形定则进行合成，得到M点

16、的磁感应强度大小为2B0 cos .同理，N点的磁感应强度大小也为2B0 cos ，故B正确，C错误只有当两根通电导线在同一点产生的磁感应强度大小相等、方向相反时，合磁感应强度才为零，则知O点的磁感应强度为零，故D错误5.(2018湖北七市州联考)(多选)圆心为O、半径为R的半圆的直径两端，各固定有一根垂直圆平面的长直导线a、b，两导线中通有大小分别为2I0和I0且方向相同的电流已知长直导线在某点产生的磁场的磁感应强度Bk，其中k为常数，I为导线中的电流，r为该点到导线的距离则下列说法中正确的是()A圆心O点处的磁感应强度的方向由a指向bB在直径ab上，磁感应强度为零的点与b点距离为C在半圆上

17、一定存在“磁感应强度方向平行于直径ab”的位置D在半圆上一定存在“磁感应强度方向沿半圆切线方向”的位置解析：选BD长直导线a、b中通有大小分别为2I0和I0且方向相同的电流，则它们在O处产生的合磁感应强度方向垂直于ab向下，选项A错误；两根导线在直径ab上磁感应强度为零的点产生的磁感应强度大小相等，方向相反，设此点到b的距离为x，则有kk，代入解得xR，选项B正确；将a、b所在点与圆周上任意一点c相连，则a在c点产生的磁场方向沿cb方向，b在c点产生的磁场方向沿ac方向，且这两个方向垂直(圆的直径对应的圆周角为90)，根据几何关系可知该点处合磁感应强度方向是不可能与直径ab平行的，选项C错误，

18、选项D正确.考点三导体运动趋势的判断判断导体运动趋势常用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，从而确定磁体所受合力及运动方向 一个可以自由运动的线圈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

19、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在纸面内平动解析：选B方法一电流元分析法把线圈L1沿水平转动轴分成上下两部分，每一部分又可以看成无数段直线电流元，电流元处在L2产生的磁场中，根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上，由左手定则可得，上半部分电流元所受安培力均指向纸外，下半部分电流元所受安培力均指向纸内，因此从左向右看线圈L1将顺时针转动方法二等效分析法把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的中心，小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向，由安培定则和I2产生的磁场方向在其中心处竖直向上，而L1等效成小磁针后，转动前，N极指向

20、纸内，因此小磁针的N极应由指向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈L1将顺时针转动方法三利用结论法环形电流I1、I2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可得，从左向右看，线圈L1将顺时针转动 如图所示，O为圆心，和是半径分别为ON、OM的同心圆弧，在O处垂直纸面有一载流直导线，电流方向垂直纸面向外，用一根导线围成如图KLMN所示的回路，当回路中通入沿图示方向的电流时(电源未在图中画出)，此时回路()A将向左平动B将向右平动C将在纸面内绕通过O点并垂直纸面的轴转动DKL边将向纸面外运动，MN边将向纸面内运动解析：选D因为载流直导线的磁感线是以O为圆心的一组同心圆，方向沿逆时

21、针方向，KN、LM两边与磁感线平行，所以KN、LM两边均不受安培力根据左手定则可知，KL边受到的安培力垂直纸面向外，MN边受到的安培力垂直纸面向里，故选项D正确6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，同时上升解析：选A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

22、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7(2018江西上饶模拟)如图所示，在固定位置的条形磁铁S极附近悬挂一个金属线圈，线圈与水平磁铁位于同一竖直平面内，当在线圈中通入沿图示方向流动的电流时，将会看到()A线圈向左平移B线圈向右平移C从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁D从上往下看，线圈

23、逆时针转动，同时靠近磁铁解析：选C把通电线圈等效成条形磁铁，等效磁铁的N极垂直于纸面向外，根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引可知：从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁，C正确.考点四安培力作用力下导体的平衡或加速问题1.安培力公式FBIL中安培力、磁感应强度和电流两两垂直，且L是通电导线的有效长度2通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路(1)选定研究对象；(2)变三维为二维，如侧视图、剖面图或俯视图等，并画出平面受力分析图，其中安培力的方向要注意F安B、F安I；如下图所示(3)列平衡方程或牛顿第二定律方程进行求解 (2018河北衡水中学七调)(多选)在倾角30的绝缘斜面上，固定一光

24、滑金属框，宽l0.5 m，接入电动势E6 V、内阻r0.5 的电池，垂直框面放置一根质量m0.2 kg的金属棒ab，金属棒接入电路的电阻R0的阻值为0.2 ，整个装置放在磁感应强度B1.0 T、方向垂直于框面向上的匀强磁场中，调节滑动变阻器R的阻值使金属棒静止在框架上，如图所示则下列说法正确的是(框架的电阻与摩擦不计，框架与金属棒接触良好，g取10 m/s2)()A金属棒受到的安培力的大小为1 NB通过金属棒的电流强度I的大小为2 AC滑动变阻器R接入电路的阻值为R3 D电源的输出功率为P10 W解析：选ABD对金属棒受力分析如图，Fmg sin 301 N，A正确；FBIl，得电路中电流I2

25、 A，B正确；由闭合电路欧姆定律得I，解得R2.3 ，C错误；电源的输出功率P输出EII2r10 W，D正确解决安培力作用下导体平衡的思维流程 (2018济南联考)如图所示，长度L25 cm、电阻R13 的金属滑杆ab的中点连着一劲度系数k50 N/m的轻质弹簧(弹簧另一端固定，与滑杆垂直且在同一水平面内)，垂直地放置在两根电阻不计、互相平行、宽度为25 cm的光滑导轨上，有一匀强磁场垂直导轨平面，磁场方向如图所示，电源的电动势E12 V，内阻r1 ，定值电阻R22 ，闭合开关S，稳定后弹簧伸长x4 cm，求：(1)稳定后滑杆ab所受安培力的大小F；(2)匀强磁场的磁感应强度的大小B解析：(1)稳定时弹簧弹力大小为F弹kx，由平衡条件有FF弹，解得F2 N.(2)由闭合电路欧姆定律有I A2 A，又FBIL，解得B T