2025年高考物理二轮复习第十章　磁场 第一讲　磁场及其对电流的作用课件+讲义（教师+学生）+跟踪练习

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1.了解磁场，掌握磁感应强度的概念，了解磁感线。 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。
2.一不可伸长直导线垂直于匀强磁场B放置，通过电流I时导线受到的安培力为F，将该导线做成半圆环，圆环平面仍垂直于匀强磁场放置，如图所示，要保持安培力不变，则圆环中电流大小为(　　)
考点二　安培力的分析与计算
考点一　安培定则、磁场叠加
考点三　安培力作用下的平衡与加速问题
1.电流的磁场、安培定则的应用
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磁感应强度大小和方向。如图1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。
例1 如图2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(　　)
角度　　安培定则的应用
A.aB.bC.cD.d解析　根据安培定则可判断出电流的磁场方向，再根据小磁针静止时N极的指向为磁场的方向可知C正确。
解析　四条导线中的电流大小相等，且到O点的距离相等，故四条通电导线在O点产生的磁感应强度大小相等，均为B。根据安培定则可知四条导线在O点产生的磁感应强度方向，如图所示。由图可知，Bb与Bc相互抵消，Ba与Bd合成，根据平行四边形定则可知，O点的磁感应强度方向由O指向c，其大小为2B，故A、B错误；移走d点的导线，其他三条导线在O点的磁感应强度不变，则O点磁感应强度变为B，故C正确，D错误。
安培力的大小和方向(1)应用安培力公式F＝ILB时要注意①B与I垂直。②B与I平行时，F＝0。③L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5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。
角度　　通电导线有效长度问题
2.(2023·江苏卷，2)如图7所示，匀强磁场的磁感应强度为B，L形导线通以恒定电流I，放置在磁场中。已知ab边长为2l，与磁场方向垂直，bc边长为l，与磁场方向平行。该导线受到的安培力为(　　)
解析　bc边与磁场方向平行，不受安培力，ab边与磁场方向垂直，受安培力，则F安＝BI·2l＝2BIl，C正确，A、B、D错误。
例4 (2024·广东梅州模拟)如图8所示，一光滑绝缘的圆柱体固定在水平面上。导体棒AB可绕过其中点的转轴在圆柱体的上表面内自由转动，导体棒CD固定在圆柱体的下底面。开始时，两棒相互垂直并静止，两棒中点O1、O2连线与圆柱体的中轴线重合。现对两棒同时通入图示方向(A到B、C到D)的电流。下列说法正确的是(　　)A.通电后，AB棒仍将保持静止B.通电后，AB棒将逆时针转动(俯视)C.通电后，AB棒将顺时针转动(俯视)D.通电瞬间，线段O1O2上存在磁感应强度为零的位置
角度　　安培力作用下导体运动情况的分析
解析　如图所示，AB棒左侧处在斜向上的磁场中，受到的安培力F1穿过纸面向外，AB棒右侧处在斜向下的磁场中，受到的安培力F2穿过纸面向里，故AB棒将逆时针转动(俯视)，故A、C错误，B正确；通电后，根据安培定则可知AB棒和CD棒中的电流会在周围产生磁场，根据磁场的叠加可知线段O1O2上不存在磁感应强度为零的位置，故D错误。
方法总结　安培力作用下导体运动的判定方法
3.一直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如图9所示。如果直导线可以自由地运动且通以由a到b的电流，则导线ab受磁场力后的运动情况为(　　)A.从上向下看顺时针转动并靠近螺线管B.从上向下看顺时针转动并远离螺线管C.从上向下看逆时针转动并远离螺线管D.从上向下看逆时针转动并靠近螺线管
解析　通电螺线管的磁感线如图甲所示，左侧导线所处的磁场方向斜向上，右侧导线所处的磁场斜向下，由左手定则可知，左侧导线受力方向向外，右侧导线受力方向向里，从上向下看，导线应为逆时针转动；当导线转过90°时，由左手定则可得导线受力向下，如图乙所示，导线运动为逆时针转动的同时还要靠近通电螺线管，故D正确，A、B、C错误。
角度　　安培力作用下的平衡问题
例6 (2024·陕西西安模拟)如图11所示，质量为m、长为L的导体棒电阻为2R，初始时静止于光滑的水平轨道上，电源电动势为E，内阻不计。匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与轨道平面成θ角斜向上方，开关闭合后导体棒开始运动，则(　　)
角度　　安培力作用下的加速问题
安培力作用下的平衡或加速问题的解题思路(1)选定研究对象。(2)受力分析，变立体图为平面图，如侧视图、剖面图或俯视图等，并画出平面受力分析图，安培力的方向F安⊥B、F安⊥I，如图所示。
(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。　　
4.(多选)电磁炮技术是我国国防力量的重要保证，在世界上具有领先地位。如图12是一种电磁炮简易模型，间距为L的平行导轨水平放置，导轨一端接电动势为E、内阻为r的电源，可导电金属炮弹垂直放在导轨上，电阻为R，导轨电阻不计。炮弹与导轨间的阻力忽略不计。则下列说法正确的是(　　)
3.(2021·全国甲卷，16)两足够长直导线均折成直角，按图示方式放置在同一平面内，EO与O′Q在一条直线上，PO′与OF在一条直线上，两导线相互绝缘，通有相等的电流I，电流方向如图2所示。若一根无限长直导线通过电流I时，所产生的磁场在距离导线d处的磁感应强度大小为B，则图中与导线距离均为d的M、N两点处的磁感应强度大小分别为(　　)
A.B、0B.0、2BC.2B、2BD.B、B
解析　根据安培定则可知，两根导线在M处产生的磁感应强度大小均为B，方向相反，叠加后磁感应强度大小为0；竖直方向的导线和水平方向的导线在N处产生的磁感应强度大小均为B，方向相同，叠加后磁感应强度大小为2B，B正确。
对点练2　安培力的分析与计算4.(2024·安徽合肥高三质检)如图3所示，正六边形线框abcdef由六根导体棒连接而成，固定于匀强磁场中的线框平面与磁场方向垂直，线框顶点a、b与电源两端相连，其中ab棒的电阻为5R，其余各棒的电阻均为R，电源内阻及导线电阻忽略不计。S闭合后，线框受到的安培力大小为F。若仅将ab棒移走，则余下线框受到的安培力大小为(　　)
5.(多选)如图4，甲、乙两图中的磁铁都是固定的，甲图中的通电直导线可以自由运动，且不考虑重力；乙图中导体圆环被一根柔软的绳悬吊在与纸面垂直的位置，且水平条形磁铁的轴线过环心。当通以图示的电流时，俯视导线和圆环的运动，下列说法正确的是(　　)
A.甲图中通电直导线逆时针转动，同时下落B.甲图中通电直导线顺时针转动，同时上升C.乙图中导体圆环将靠近磁铁D.乙图中导体圆环将顺时针转动并远离磁铁
解析　用特殊位置法，取导线逆时针转过90°的特殊位置来分析，如图a所示，
根据左手定则判断安培力方向向下，故导线在逆时针转动的同时向下运动，A正确，B错误；由右手定则根据电流方向可判断出左侧为S极，右侧为N极，如图b所示，所以导体圆环将靠近磁铁，C正确，D错误。
6.如图5所示，两个完全相同、互相垂直的导体圆环Q、P(Q平行于纸面，P垂直于纸面)中间用绝缘细线连接，通过另一绝缘细线悬挂在天花板上，当Q有垂直纸面往里看逆时针方向的电流、同时P有从右往左看逆时针方向的电流时，关于两圆环的转动(从上向下看)以及细线中拉力的变化，下列说法中正确的是(　　)A.Q逆时针转动，P顺时针转动，Q、P间细线拉力变小B.Q逆时针转动，P顺时针转动，Q、P间细线拉力变大C.Q顺时针转动，P逆时针转动，Q、P间细线拉力变小D.Q顺时针转动，P逆时针转动，Q、P间细线拉力变大
解析　根据安培定则，Q产生的磁场的方向垂直于纸面向外，P产生的磁场方向水平向右，将Q等效于S极在里、N极在外的小磁针，P等效于左侧S极、右侧N极的小磁针，根据同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引的特点，P将逆时针转动，Q顺时针转动；转动后P、Q两环相互靠近处的电流的方向相同，所以两圆环相互吸引，Q、P间细线拉力减小，故C正确，A、B、D错误。
对点练3　安培力作用下的平衡与加速问题7.(2022·湖南卷，3)如图6(a)，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.当导线静止在图(a)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.tan θ与电流I成正比D.sin θ与电流I成正比
8.(2024·河北保定高三期末)如图7所示，倾角为α的光滑斜面置于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B1，一质量为m、长为L的导体棒，通以垂直纸面向外、电流大小为I的电流时，放在斜面上恰好能保持静止。如果将磁场方向变为垂直斜面向上，磁感应强度大小变为B2，其他物理量保持不变，导体棒还能静止在斜面上。已知重力加速度为g，则(　　)
B级　综合提升练9.(2024·广东江门模拟预测)如图8所示，两平行导轨均由相互垂直的两段构成，导轨间距为L，两段导轨所在平面内只存在与该部分导轨所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小分别为B1、B2(方向未知)，左侧导轨倾角为α＝37°，右侧导轨倾角为β＝53°，两长度均为L且质量相等的导体棒a、b垂直放置在左、右两侧导轨上，当导轨下端接一电源时两导体棒均静止，已知导体棒a、b的电阻之比为1∶2，sin 37°＝0.6，忽略导轨及电源的内阻，不计一切摩擦。则下列说法正确的是(　　)A.两磁场方向均垂直所在导轨平面向上B.B1∶B2＝3∶8C.导体棒a、b所受安培力大小相等D.导体棒a、b对导轨的压力大小之比为3∶4
10.(2024·广东执信中学模拟)如图9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FC.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
11.如图10所示，电阻不计的水平导轨间距0.5 m，导轨处于方向与水平面成53°角斜向右上方的磁感应强度为5 T的匀强磁场中。导体棒ab垂直于导轨放置且处于静止状态，其质量m＝1 kg，电阻R＝0.9 Ω，与导轨间的动摩擦因数μ＝0.5，电源电动势E＝10 V，其内阻r＝0.1 Ω，定值电阻的阻值R0＝4 Ω。不计定滑轮的摩擦，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，细绳对ab的拉力沿水平方向，重力加速度g取10 m/s2，sin 53°＝0.8，cs 53°＝0.6，则(　　)A.导体棒ab受到的摩擦力方向一定向右B.导体棒ab受到的安培力大小为5 N，方向水平向左C.重物重力G最小值是1.5 ND.重物重力G最大值是7.5 N
12.(2023·北京卷，18)2022年，我国阶段性建成并成功运行了“电磁撬”，创造了大质量电磁推进技术的世界最高速度记录。一种两级导轨式电磁推进的原理如图11所示。两平行长直金属导轨固定在水平面，导轨间垂直安放金属棒。金属棒可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨接触良好，电流从一导轨流入，经过金属棒，再从另一导轨流回，图中电源未画出。导轨电流在两导轨间产生的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度B与电流i的关系式为B＝ki(k为常量)。金属棒被该磁场力推动。当金属棒由第一级区域进入第二级区域时，回路中的电流由I变为2I。已知两导轨内侧间距为L，每一级区域中金属棒被推进的距离均为s，金属棒的质量为m。求：
(1)金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小F；(2)金属棒经过第一、二级区域的加速度大小之比a1∶a2；(3)金属棒从静止开始经过两级区域推进后的速度大小v。
解析　(1)由题意可知第一级区域中磁感应强度大小为B1＝kI金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小为F1＝ILB1＝kI2L。