2025高考物理总复习磁场的描述　磁场对通电导线的作用力

第1讲磁场的描述磁场对通电导线的作用力高考总复习2025考点一磁场的描述强基础•固本增分磁场、磁感应强度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)磁体周围、电流周围、运动电荷周围存在磁场。(3)地磁场:地球是一个大磁体;地球的南极大致是地磁的N极。

注意磁偏角问题磁场力2.磁感应强度(1)物理意义:描述磁场的强弱和方向。(2)大小定义:。

注意电流元运动方向一定垂直磁场方向(3)方向定义:小磁针的N极所受磁场力的方向,也就是小磁针

时N极的指向。

(4)单位:特斯拉(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。

理想化模型(2)特点:磁感线疏密程度相同、方向相同。

静止4.磁感线及其特点(1)磁感线:在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点的

的方向一致。

(2)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

定性地表示磁场的强弱。

③磁感线是

曲线,没有起点和终点。

④磁感线是假想的曲线,客观上不存在。磁感应强度切线疏密闭合5.电流的磁场

××√√提示

磁性材料被磁化时,内部分子电流取向变得大致相同,对外显示磁性;受到高温或猛烈撞击时,分子电流取向又变得杂乱无章,而失去磁性。研考点•精准突破1.安培定则的应用

项目原因(电流方向)结果(磁场方向)说明直线电流的磁场拇指所指方向四指所指方向在运用安培定则时应分清“因”和“果”,电流是“因”,磁场是“果”,既可以由“因”判断“果”,也可以由“果”追溯“因”2.磁场的叠加(1)磁感应强度是矢量,计算时与力的计算方法相同,遵守平行四边形定则,可以用正交分解法进行合成与分解。(2)两个电流附近的磁场的磁感应强度是由两个电流分别独立存在时产生的磁场在该处的磁感应强度叠加而成的。考向一

安培定则的应用典题1(2022江苏卷)如图所示,两根固定的通电长直导线a、b相互垂直,a平行于纸面,电流方向向右,b垂直于纸面,电流方向向里,则导线a所受安培力方向(

)A.平行于纸面向上B.平行于纸面向下C.左半部分垂直纸面向外,右半部分垂直纸面向里D.左半部分垂直纸面向里,右半部分垂直纸面向外C解析

根据安培定则,可判断出导线a左侧部分的空间磁场方向斜向右上方,右侧部分的磁场方向斜向右下方,根据左手定则可判断出导线a左半部分所受安培力方向垂直纸面向外,右半部分所受安培力方向垂直纸面向里,故选C。考向二

匀强磁场和直线电流磁场的叠加典题2(2024云南保山模拟)在磁感应强度为B0、方向竖直向上的匀强磁场中,水平放置一根通电长直导线,电流的方向垂直于纸面向里,如图所示,a、b、c、d是以长直导线为圆心的同一圆周上的四点,在这四点中(

)A.b点的磁感应强度最大B.c点的磁感应强度最小C.b、d两点的磁感应强度相同D.a、c两点的磁感应强度大小相等B解析

设长直导线在圆周上产生的磁感应强度大小为B,a、b、c、d四点的实际磁感应强度为匀强磁场和电流磁场的叠加,结合安培定则作出矢量合成图,如图所示,可知a点磁感应强度大小为Ba=B0+B,b点和d点磁感应强度大小为

,c点的磁感应强度大小为Bc=B0-B,故a点的磁感应强度最大,c点的磁感应强度最小,A错误,B正确;b、d两点的磁感应强度大小相等,但方向不同,C错误;根据上述可知,a、c两点的磁感应强度大小不相等,D错误。考向三

直线电流磁场的叠加典题3(多选)两根通电细长直导线紧靠着同样长的塑料圆柱体,图甲是圆柱体和导线1的截面,导线2固定不动(图中未画出)。导线1绕圆柱体在平面内第一与第二象限从θ=0缓慢移动到π,测量圆柱体中心O处磁感应强度,获得沿x方向的磁感应强度Bx随θ变化的图像(如图乙所示)和沿y方向的磁感应强度By随θ变化的图像(如图丙所示)。下列说法正确的是(

)甲乙丙A.导线1电流方向垂直纸面向外B.导线2在第三象限角平分线位置C.随着θ的增大,中心O处的磁感应强度先变大后变小D.当θ=0.25π时,中心O处的磁感应强度方向沿第四象限角平分线答案

AC

解析

根据安培定则判断通电直导线产生的磁场方向可知,导线2在y轴方向上没有分量,在水平方向有沿x轴正方向的分量,则导线1在初始状态产生的磁场沿y轴负方向,导线1电流方向垂直纸面向外,A正确;根据安培定则可知,导线2在y轴正方向处有垂直纸面向外的电流或者在y轴负方向处有垂直纸面向里的电流,B错误;磁感应强度为矢量,根据三角形法则可知中心O处的磁感应强度先变大后变小,在θ=0.5π时,两导线产生的磁感应强度方向一致,合磁感应强度值最大,C正确;θ=0.25π时,导线1产生的磁感应强度方向沿第四象限角平分线向外,但导线2产生的磁场沿x轴正方向,故中心O处的磁感应强度方向在x轴与第四象限角平分线之间,D错误。方法技巧

磁场叠加问题的分析思路(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。(3)应用平行四边形定则进行合成。考点二磁场对通电导线的作用力强基础•固本增分安培力1.安培力的大小(1)磁场和电流垂直时:F=

。

(2)磁场和电流平行时:F=0。2.安培力的方向

垂直于电流与磁场方向决定的平面左手定则判断:(1)伸出左手,让拇指与其余四指

,并且都在同一个平面内;(2)让磁感线从掌心进入,并使四指指向

的方向;(3)

所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。

BIL垂直电流拇指×√提示

安培在电磁学领域的贡献是多方面的,而且是奠基性的,因为牛顿被称为“经典力学的奠基人”,故麦克斯韦把安培称为“电学中的牛顿”,这一说法便传承下来。研考点•精准突破一、安培力的计算1.安培力公式F=BIlsinθ(其中θ为B与I之间的夹角),应用时要注意:(1)B与I垂直时,F=BIl。(2)B与I平行时,F=0。(3)l是有效长度。弯曲导线的有效长度l,等于连接两端点线段的长度(如图所示);相应的电流沿直线由始端流向末端。2.方向:根据左手定则判断。

二、安培力作用下导体运动的判断1.判定导体运动情况的基本思路判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势,首先必须弄清楚导体所在位置的磁感线分布情况,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的方向。2.安培力下导体运动情况判断的常用方法

三、安培力作用下的平衡问题求解安培力作用下通电导体的平衡问题,关键是将三维图转化为二维平面图,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。四、安培力作用下的力电综合问题安培力和重力、弹力、摩擦力一样,会使通电导体在磁场中处于平衡、转动、加速状态,有时也会涉及做功问题。解答时一般要用到牛顿运动定律、动能定理、能量守恒定律等。考向一

安培力的计算典题4(2024七省适应性测试江西物理)为缩短固定翼飞行器着陆后的滑行距离,有人构想在机身和跑道上安装设备,使飞行器在安培力作用下短距着陆。如图所示,在机身上安装长为10m、匝数为60的矩形线圈,线圈通以100A的电流,跑道上有磁感应强度大小为0.2T的磁场,通过传感器控制磁场区域随飞机移动,使矩形线圈始终处于图示磁场中。忽略电磁感应的影响,线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

由左手定则可知,各处的安培力方向如图所示,所以线圈所受安培力的大小为F安=F1+F2=2nBIL=2×60×0.2×100×10

N=24

000

N,由左手定则可知,线圈所受安培力的方向为水平向左,故选A。考向二

安培力作用下导体运动的判断典题5(★一题多解)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B解析

方法一(电流元法):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,由左手定则可知,上半部分电流元所受安培力方向均指向纸外,下半部分电流元所受安培力方向均指向纸内,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,由安培定则知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(结论法):环形电流I1、I2不平行,则一定有相对转动,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。典题6(多选)如图所示,台秤上放一上表面光滑的平板,其左边固定一挡板,一轻质弹簧将挡板和一条形磁体连接起来,此时台秤读数为F1。在条形磁体上方中心偏左位置固定一通电导线,电流方向垂直纸面向里,当通上电流后,台秤读数为F2,则下列说法正确的是(

)A.弹簧长度将变长

B.弹簧长度将变短C.F1>F2

D.F1<F2BC解析

选通电导线为研究对象,根据左手定则判断可知,通电导线所受安培力方向为斜向右下方,根据牛顿第三定律分析可知,条形磁体受到的安培力方向斜向左上方,则条形磁体将向左运动,弹簧被压缩,所以长度将变短,故A错误,B正确;由于条形磁体受到的安培力方向斜向左上方,对台秤的压力减小,则F1>F2,故C正确,D错误。考向三

安培力作用下的平衡问题典题7(2022湖南卷)如图甲所示,直导线MN被两等长且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴OO'上,其所在区域存在方向垂直指向OO'的磁场,与OO'距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化,其截面图如图乙所示。导线通以电流I,静止后,悬线偏离竖直方向的夹角为θ。下列说法正确的是(

)A.当导线静止在图甲右侧位置时,导线中电流方向由N指向MB.电流I增大,静止后,导线对悬线的拉力不变C.tanθ与电流I成正比D.sinθ与电流I成正比D解析

当导线静止在题图甲右侧位置时,对直导线MN进行受力分析,如图所示,由左手定则知,导线中电流方向由M指向N,故A错误;由于与OO'距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化,因此F安=Gsin

θ,FT=Gcos

θ,F安=BIl,可得sin

θ与I成正比,当I增大时,θ增大,cos

θ减小,静止后,导线对悬线的拉力FT减小,故B、C错误,D正确。考向四

安培力作