高考物理一轮复习考点精讲精练第21讲　磁场的描述 磁场对电流的作用（原卷版）

第21讲磁场的描述磁场对电流的作用1.知道磁感应强度的概念及定义式，并能理解与应用.2.会用安培定则判断电流周围的磁场方向.3.会用左手定则分析解决通电导体在磁场中的受力及平衡类问题．考点一磁感应强度和电场强度的比较1．磁场(1)基本特性：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用．(2)方向：小磁针的N极所受磁场力的方向，或自由小磁针静止时N极的指向．2．磁感应强度(1)定义式：B＝eq\f(F,IL)(通电导线垂直于磁场)．(2)方向：小磁针静止时N极的指向．(3)磁感应强度是反映磁场性质的物理量，由磁场本身决定，是用比值法定义的．3．磁感应强度B与电场强度E的比较对应名称比较项目磁感应强度B电场强度E物理意义描述磁场的力的性质的物理量描述电场的力的性质的物理量定义式B＝eq\f(F,IL)，通电导线与B垂直E＝eq\f(F,q)大小决定由磁场决定，与检验电流无关由电场决定，与检验电荷无关方向矢量磁感线的切线方向，小磁针N极受力方向矢量电场线的切线方向，放入该点的正电荷受力方向场的叠加合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和合场强等于各个电场的电场强度的矢量和（2024•浙江模拟）某同学用电荷量计（能测出一段时间内通过导体横截面的电荷量）测量地磁场强度，完成了如下实验：如图，将面积为S、电阻为R的矩形导线框abcd沿图示方位放置于地面上某处，将其从图示位置绕东西轴转180°，测得通过线框的电荷量为Q1；将其从图示位置绕东西轴转90°，测得通过线框的电荷量为Q2；该处地磁场的磁感应强度大小为（）A．RSQ124C．RSQ12（2023•永州三模）如图甲所示，为特高压输电线路上使用六分裂阻尼间隔棒的情景。其简化如图乙，间隔棒将6条输电导线分别固定在一个正六边形的顶点a、b、c、d、e、f上，O为正六边形的中心，A点、B点分别为Oa、Od的中点。已知通电导线在周围形成磁场的磁感应强度与电流大小成正比，与到导线的距离成反比。6条输电导线中通有垂直纸面向外，大小相等的电流，其中a导线中的电流对b导线中电流的安培力大小为F，则（）A．A点和B点的磁感应强度相同 B．其中b导线所受安培力大小为F C．a、b、c、d、e五根导线在O点的磁感应强度方向垂直于ed向下 D．a、b、c、d、e五根导线在O点的磁感应强度方向垂直于ed向上（2024•包头二模）如图所示，四个电荷量均为+q的点电荷固定在一个正方形abcd的四个顶点上，用一小型金属球壳将d点处正电荷封闭在球心位置，球壳半径远小于ab边长。M、N分别为ab和bc的中点，则下列说法正确的是（）A．O点处的电场强度方向沿Od方向 B．M点处的电场强度大小为0 C．N点处的电场强度方向沿ON方向 D．若将金属球壳接地，O点处的电场强度不变考点二安培定则的应用和磁场的叠加1．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，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．（2024•新郑市校级三模）1917年斯泰瓦和托尔曼发现加速转动的金属环中产生了电流。正离子被金属晶格束缚相对金属环静止，而电子由于惯性相对金属环运动，正离子和电子的运动共同产生电流。如图所示，金属环绕过圆心O且垂直于环平面的轴顺时针转动，则（）A．若匀速转动，圆环中会产生恒定电流 B．若匀速转动，转速越大圆环中电流越大 C．若加速转动，圆环中有顺时针方向电流 D．若加速转动，O处的磁场方向垂直纸面向外（多选）（2023秋•黄埔区期末）我国特高压技术一路领先全球，即便美国也无法超越，特高压技术，指交流1000kV和直流±800kV电压等级的输电技术。该技术最大的特点是能够实现长途高效输电，被称为“电力系统高速铁路”。如图的高压输电线上使用“abcd正方形间隔棒”支撑导线L1、L2、L3、L4，目的是将导线间距固定为l，防止导线相碰，图为其截面图，abcd的几何中心为O，当四根导线通有等大同向电流时，不计地磁场的影响，则（）A．穿过abcd的磁通量为零 B．穿过abcd的磁通量不为零 C．O点的磁感应强度为零 D．ad边中点处的磁感应强度不为零粗糙绝缘水平面上垂直穿过两根长直导线，俯视图如图所示，两根导线中通有相同的电流，电流方向垂直纸面向里．水平面上一带电滑块（电性未知）以某一初速v沿两导线连线的中垂线入射，运动过程中滑块始终未脱离水平面．下列说法正确的是（）A．滑块可能做加速直线运动 B．滑块可能做匀速直线运动 C．滑块可能做曲线运动 D．滑块一定做减速运动考点三导体运动趋势的五种判定方法1．通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势的判定步骤：首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况，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．应用左手定则判定安培力方向时应注意：磁感线方向不一定垂直于电流方向，但安培力方向一定（2024春•庐江县期中）如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，其正上方略偏右处固定一根直导线，导线和磁铁垂直，并通以垂直纸面向外的电流，则（）A．磁铁对桌面的压力减小 B．磁铁对桌面的压力不变 C．桌面受向左的摩擦力 D．桌面受向右的摩擦力（多选）一直导线平行于通电螺线管的轴线（不计重力）放置在螺线管的上方，如图所示，如果直导线可以自由地运动且通以方向为由a到b的电流，则导线ab受到安培力的作用后的运动情况为（）A．从上向下看逆时针转动 B．从上向下看顺时针转动 C．靠近螺线管 D．远离螺线管（多选）如图所示，用细线将一条形磁体挂于天花板上，磁体处于水平静止状态，条形磁体的正下方固定一直导线ab，现在直导线中通入由a指向b的电流，磁体在水平面内转动90°，在此过程中，下列说法正确的是（）A．条形磁体的S极向纸面内偏转 B．条形磁体的S极向纸面外偏转 C．条形磁体受到绳的拉力小于其重力 D．条形磁体受到绳的拉力大于其重力考点四导体的平衡与加速1．导体的平衡问题与力学中的平衡问题分析方法相同，只不过多了安培力，解题的关键是画出受力分析图．2．导体的加速问题关键是做好受力分析，然后根据牛顿第二定律求出加速度．（多选）如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ，如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是（）A．金属棒质量变大，θ角变小 B．磁感应强度变大，θ角变大 C．棒中的电流变大，θ角变小 D．两悬线等长变短，θ角变大如图所示，光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分，O点为圆弧的圆心．两金属轨道之间的宽度为0.5m，匀强磁场方向如图，大小为0.5T。质量为0.05kg、长为0.5m的金属细杆置于金属轨道上的M点。当在金属细杆内通以电流强度为2A的恒定电流时，金属细杆可以沿杆向右由静止开始运动。已知N、P为导轨上的两点，ON竖直、OP水平，且MN=OP=A．金属细杆开始运动时的加速度大小为5m/s2 B．金属细杆运动到P点时的速度大小为5m/s C．金属细杆运动到P点时安培力的瞬时功率为5W D．金属细杆运动到P点时对每一条轨道的作用力大小为0.75N如图所示，PQ和MN为水平平行放置的金属导轨，相距L＝1m。PM间接有一个电动势为E＝6V，内阻r＝1Ω的电源和一只滑动变阻器。导体棒ab跨放在导轨上，棒的质量为m＝0.2kg，棒的中点用细绳经定滑轮与物体相连，物体的质量M＝0.3kg。棒与导轨的动摩擦因数为μ＝0.5（设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，导轨与棒的电阻不计，g取10m/s2），匀强磁场的磁感应强度B＝2T，方向竖直向下，求为了使物体保持静止，滑动变阻器连入电路的阻值范围是多少。题型1安培定则的应用（2023春•琼海校级期末）如图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心，且垂直于线圈平面，当线圈中通入如图方向的电流后，线圈的运动情况是（）A．线圈向左运动 B．线圈向右运动 C．从上往下看顺时针转动 D．从上往下看逆时针转动（2024•浙江模拟）《大国重器》节目介绍的GIL输电系统的三相共箱技术，如图甲所示，管道内部有三根绝缘超高压输电线缆平行且间距相等，截面图如图乙所示，上方两根输电线缆A、B连线水平，某时刻A、C中电流方向垂直于纸面向里，B中电流方向垂直于纸面向外，A、B、C中电流大小均为I，则（）A．正三角形中心O处的磁感应强度为0 B．A、C连线中点处的磁感应强度沿CA方向 C．A、C输电线缆相互吸引 D．C输电线缆受到的安培力方向是水平向右（2024•金华二模）如图甲所示为我国GIL输电系统的三相共箱技术。三根超高压输电线缆平行且间距相等，图乙为其截面图，截面圆心构成正三角形，边长为L，三边中点分别记为D、E、F点，中点为O点。上方两根输电线缆AB圆心连线水平，某时刻A、C中电流方向垂直纸面向外，B中电流方向垂直纸面向里，电流大小均为I。已知距导线r处的磁感应强度B=kIA．A输电线缆所受安培力垂直AD斜向右上方 B．正三角形中心O处磁感应强度为零 C．D、E、F三点中F点磁感应强度最大 D．D点和E点磁感应强度大小相等题型2磁场叠加问题（2023秋•大连期末）在赤道表面某位置小磁针静止时N极指向北偏东30°，经研究是因为小磁针正下方有一条通电直导线沿南北方向放置，已知该位置地磁场的磁感应强度大小为B（不考虑地磁偏角的影响）则该通电直导线在小磁针处产生的磁场的磁感应强度大小为（）A．3B B．2B C．33B（2023秋•道里区校级期末）哈三中小明同学通过调查资料，计划利用智能手机中的磁传感器测量哈尔滨的磁感应强度B。在手机上建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy面。小明对地磁场进行了四次测量，每次测量时y轴指向不同方向而z轴正向保持竖直向下。根据表中测量结果可推知（）测量序号Bx/μTBy/μTBz/μT10274720﹣26483260484﹣26048A．哈尔滨本地的地磁场强度约为44μT B．第2次测量时，y轴指向东 C．第3次测量时，y轴指向东 D．第4次测量时，y轴指向东（2023秋•南山区校级期末）如图所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1T的匀强磁场中，在以导线截面的中心为圆心，半径为r的圆周上有a、b、c、d四个点，已知a点的实际磁感应强度为零，则下列叙述正确的是（）A．直导线中的电流方向垂直纸面向外 B．b点的实际磁感应强度为2T，方向斜向右上方C．c点的实际磁感应强度为零 D．d点的实际磁感应强度跟b点的相同题型3安培力的大小计算、安培力的方向判断（2024•山东模拟）如图，正六边形线框ABCDEF由6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A、B与直流电源两端相连，已知导体棒BC受到的安培力大小为F0，则正六边形线框受到的安培力的大小为（）A．6F0 B．5F0 C．2F0 D．6（2023秋•大连期末）如图（a）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（b）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．如图（b）所示磁场区域，越靠近水平轴OO′，磁场越弱 B．当导线静止在图（a）右侧位置时，导线中电流方向由N指向M C．电流I增大，静止后，导线对悬线的拉力增大 D．sinθ与电流I成正比（2024•郑州二模）如图所示，两根长直导线α、b垂直放置，彼此绝缘，分别通有大小相同电流I0。固定的刚性正方形线圈MNPQ通有电流I，MN到a的距离与MQ到b的距离相等，线圈与导线位于同一平面内。已知通电长直导线在其周围某点所产生的磁感应强度大小，与该点到长直导线的距离成反比；线圈所受安培力的大小为F。若移走导线α，则此时线圈所受的安培力大小为（）A．22F，方向向左 B．22C．12F，方向向左 D．1题型4通电导线在磁场中的平衡问题（多选）（2024•武侯区校级模拟）如图所示，水平桌面上固定放置一个绝缘光滑圆弧槽，长直导线MN平行于圆弧槽底边放在圆弧槽上，导线中通有M→N的电流I，整个空间区域存在竖直向上的匀强磁场（图中未画出），MN静止时，MO连线与竖直方向的夹角θ为30°，圆弧槽对导线MN的支持力为FN，PP'与圆心O等高。下列说法正确的是（）A．仅将磁场方向顺时针缓慢旋转45°，此过程中FN一直增大 B．仅将磁场方向逆时针缓慢旋转45°，此过程中MO连线与竖直方向夹角的最大正切值为2C．磁场的大小和方向可以改变，为使导线MN仍能在图示位置处静止，所需的最小磁感应强度的值为原来的22倍D．仅将磁感应强度大小缓慢增大，导线MN有可能沿圆弧槽缓慢运动到PP'上方（2024•深圳校级模拟）如图所示，金属棒ab的质量为m，通过的电流为I，处在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向先是与导轨平面夹角为θ(πA．磁场方向改变前，金属棒受到的安培力大小为BILsinθ B．磁场方向改变前后金属棒受到的摩擦力方向发生了改变 C．磁场方向改变前后金属棒受到的摩擦力大小发生了改变 D．磁场方向改变后，金属棒对导轨的压力将减小（2024•辽宁二模）如图所示，绝缘水平面上，虚线MN左侧有垂直于水平面向上的匀强磁场、右侧有垂直于水平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小均为B，A、C、D为绝缘水平面上的三个固定点，A点在虚线上，C、D两点在左右两磁场中，两根直的硬导线连接A、D和C、D间，软导线连接在A、C间，C、D连线与MN垂直，C、D到MN的距离均为L，∠D＝53°，AC、CD、DA三段导线电阻相等，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6。通过C、D两点给线框通入大小为I的恒定电流，待A、C间软导线形状稳定后线框受到的安