高考物理一轮总复习教学课件(人教)： 磁场及其对电流的作用

( √)
(2)磁场中某点磁感应强度的大小，跟放在该点的试探电流元的强弱有关。
( ×) (3)磁场中的一小段通电导体在该处受力为零，此处 B 一定为零。 ( × )
(4)由定义式 B＝IFL可知，电流强度 I 越大，导线 L 越长，某点的磁感应强
度就越小。
(× )
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1．[对磁场的理解](2017·江西十校二模)1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流 的磁效应。在奥斯特实验中，将直导线沿南北方向水平放置，小磁针靠近直 导线，下列结论正确的是( ) A．把小磁针放在导线的延长线上，通电后，小磁针会转动 B．把小磁针平行地放在导线的下方，在导线与小磁针之间放置一块铝板， 通电后，小磁针不会转动 C．把小磁针平行地放在导线的下方，给导线通以恒定电流，然后逐渐增 大导线与小磁针之间的距离，小磁针转动的角度(与通电前相比)会逐 渐减小 D．把黄铜针(用黄铜制成的小指针)平行地放在导线的下方，通电后，黄 铜针会转动
C．大小为 2B，方向沿 OB 方向
D．大小为 2B，方向沿 OA 方向
解析：由安培定则知导线 A、B 在 O 处所产生的磁感应强度大小相等，方 向相反，相互抵消，所以 O 处的磁感应强度即为导线 C 所产生的磁感应强度， 即大小为 2B，由安培定则可判定其方向沿 OA 方向，A、B、C 错，D 对。
右匀速运动，通过改变磁感应强度的方向，可使流过导体棒的电
流最小，此时磁感应强度的方向与竖直方向的夹角为( )
A．37°
B．30°
C．4 5 °
D．60°
解析：由题意对棒受力分析，设磁感应强度的方向与竖直方向成
θ 角，则有 BILcos θ＝μ(mg－BILsin θ)
整理得
BIL＝cos
μmg θ＋μsin
应强度方向与电流元在该点所受磁场力的方向垂直。 （2）电荷在电场中一定会受到电场力的作用；如果通电导体的电流方向与磁
场方向平行，则通电导体在磁场中受到的磁场力为零。
考点二 磁感线及安培定则的应用
1．磁感线 (1)定义：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 的磁感应强度的方向一致。 (2)磁感线的特点 ①磁感线是为了形象地描述磁场而人为假设的曲线，并不是客观存在于 磁场中的真实曲线。 ②磁感线在磁体(螺线管)外部由 N 极到 S 极，内部由 S 极到 N 极， 是 闭合曲线 。 ③磁感线的疏密表示磁场的 强弱 ，磁感线较密的地方磁场较强，磁感 线较疏的地方磁场较弱。 ④磁感线上任何一点的 切线方向 ，都跟该点的磁场(磁感应强度)方向一致。 ⑤磁感线不能 相交 ，也不能相切。
θ
电流有最小值，就相当于安培力有最小值，由数学知识解得 θ＝30°，
则 A、C、D 错，B 对。
方法技巧
(1)解决安培力相关问题的“两大关键” ①要正确画出通电导体受力的平面图，电流方向和磁场方向表示要正确。 ②受力分析时安培力的方向必须用左手定则正确判定，注意安培力的方向 既跟磁感应强度的方向垂直，又和电流方向垂直。
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2．[安培力作用下的平衡问题]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．棒中的电流变大，θ 角变大 B．两悬线等长变短，θ 角变小
磁场
磁场及其对电流的作用
考点一 对磁场、磁感应强度的理解 考点二 磁感线及安培定则的应用
考点三 安培力及安培力作用下的平衡 思想方法盘点⑫——安培力作用下
导体运动情况的判断方法
考点一 对磁场、磁感应强度的理解
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 磁场力 力的作用。 (2)方向：小磁针的 N极 所受磁场力的方向。
弧，固定于垂直纸面向外、大小为 B 的匀强磁场中，两端点 A、C 连线竖直，如
图所示。若给导线通以由 A 到 C、大小为 I 的恒定电流，则导线
所受安培力的大小和方向是( )
A．ILB，水平向左 C.3IπLB，水平向右
B．ILB，水平向右 D.3IπLB，水平向左
解析：弧长为 L，圆心角为 60°，则弦长：AC＝3πL，导线受到的安培力：F＝ BI·AC＝3BπIL，由左手定则可知，导线受到的安培力方向水平向左；故 D 正确。
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3．[安培力作用下平衡中的临界问题](2017·唐山调研)如图所示，两平行的粗糙金属
导轨水平固定在匀强磁场中，磁感应强度为 B，导轨宽度为 L，一端与电源连接。
一质量为 m 的金属棒 ab 垂直于平行导轨放置并接触良好，金属棒与导轨间的
动摩擦因数 μ＝ 33，在安培力的作用下，金属棒以 v0 的速度向
解析
考法拓展1
[磁场方向变化]在【典例】中，其他条件不变，磁场方向变为竖直向下， 闭合开关，系统平衡后，弹簧的形变量是多少？
解析：磁场方向变为竖直向下后，根据左手定则可得：金属棒所受安培 力垂直纸面向外，所以：(2kx3)2＝(mg)2＋(BIL)2 又因为 E＝IR，可得 x3≈0.58 cm
考法拓展2
2．安培力的大小 (1)当B⊥L时，安培力 最大 ，F＝BIL。 (2)当B∥L时，安培力等于零。
注意：F＝BIL中的L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度。
考点三 安培力及安培力作用下的平衡
如图甲所示，直角形折线 abc 中通入电流 I，ab＝bc＝L，折线所在平面与匀强磁场 磁感应强度 B 垂直，abc 受安培力等效于 ac(通有 a→c 的电流 I)所受的安培力，即 F ＝BI·2L，方向为在纸面内垂直于 ac 斜向上。同理推知： ①半圆形通电导线受安培力如图乙所示，F＝BI·2R； ②如图丙所示闭合的通电导线框所受安培力 F＝0。
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2．[对磁感应强度的理解]下列关于磁感应强度的说法正确的是( )
A．一小段通电导体放在磁场 A 处，受到的磁场力比 B 处的大，说明 A 处的磁
感应强度比 B 处的磁感应强度大 B．由 B＝IFL可知，某处的磁感应强度的大小与放入该处的通电导线所受磁场力
F 成正比，与导线的 I、L 成反比
反思总结
磁场的叠加和安培定则应用时应注意的“三点” (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)会使用平行四边形定则。
考点三 安培力及安培力作用下的平衡
1．安培力的方向 (1)左手定则：伸出左手，让拇指与其余四指 垂直 ，并且都在同一个平面 内。让磁感线从掌心进入，并使四指指向 电流 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)两平行的通电直导线间的安培力：同向电流互相 吸引 ，异向电流互相 排斥 。
2．磁感应强度
3．磁感应强度与电场强度的区别
比较项目
磁感应强度 B
电场强度 E
定义式 B＝IFL，通电导线与 B 垂直，大小与 F、I、L 无关 E＝Fq，E 大小与 F、q 无关
方向
小磁针 N 极受力方向
放入该点的正电荷受力方向
思维诊断
(1)小磁针 N 极受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向处磁感应强度一定为零
D．小磁针 N 极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向
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3．[磁感强度和电场强度的对比](多选)下列说法中正确的是( )
A．电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场强度为零
B．一小段通电导线在某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零
电流元法
分割为电流元
安培力方向 整段导体合力方向 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
利用结论法 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
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
C．表征电场中某点电场的强弱，是把一个试探电荷放在该点时受到的电
场力与试探电荷本身电荷量的比值
D．表征磁场中某点磁场的强弱，是把一小段通电导线放在该点时受到的
磁场力与该小段导线长度和电流乘积的比值
解析
反思总结
电荷在电场和磁场中受力情况比较 （1）某点电场强度的方向与电荷在该点的受力方向相同或相反；而某点磁感
C．金属棒质量变大，θ 角变大 D．磁感应强度变大，θ 角变小
解析：选金属棒 MN 为研究对象，其受力情况如图所示。根据平衡条件 及三角形知识可得 tan θ＝BmIgl，所以当棒中的电流 I、磁感应强度 B 变大时， θ 角变大，选项 A 正确，选项 D 错误；当金属棒质量 m 变大时，θ 角变小， 选项 C 错误；θ 角的大小与悬线长短无关，选项 B 错误。
三导线中电流方向相同，A、B 两导线中的电流大小相同，如图所示，已知导线 A 在
斜边中点 O 处所产生的磁场的磁感应强度大小为 B，导线 C 在斜边中点 O 处所产生
的磁场的磁感应强度大小为 2B，则 O 处的磁感应强度的大小和方向为( )
A．大小为 B，方向沿 OA 方向
B．大小为 2 2B，方向竖直向下
考点二 磁感线及安培定则的应用
2．几种常见的磁场 (1)条形磁铁和蹄形磁铁的 磁场(如图所示)
(2)常见电流的磁场
通电直导线
安 培 定 则
通电螺线管
环形电流
考点二 磁感线及安培定则的应用
3．磁场的叠加：磁感应强度为矢量，合成与分解遵循平行四边形定则。 4．地磁场的特点
(1)磁感线由地理南极发出指向地理北极(地球内部相反)。 (2)地磁场的水平分量总是由地理南极指向地理北极。 (3)北半球具有竖直向下的磁场分量，南半球具有竖直向上的磁场分量。 (4)赤道平面距地面相等高度的各点，磁场强弱相同，方向水平向北。
[电路总电阻变化]在【典例】中，其他条件不变，电路总电阻变为4 Ω， 闭合开关，系统平衡后，弹簧的形变量是多少？
解析：根据 E＝I′R′，可得：I′＝3 A 根据平衡条件：2kx4＝mg＋BI′L 可得 x4＝0.65 cm
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1．[安培力大小的计算及方向判断](2017·唐山模拟)将长为 L 的导线弯成六分之一圆
(2)求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路
思想方法盘点⑫——安培力作用下导体运动情况的判断方法
1． 判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势的思路
(1)首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况。 (2)然后利用左手定则准确判定导体的受力情况。 (3)进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。 2．常用判断方法
考点三 安培力及安培力作用下的平衡
(2015·全国卷Ⅰ)如图，一长为 10 cm 的金属棒 ab 用两个完全相同的弹簧水平地悬 挂在匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为 0.1 T，方向垂直于纸面向 里；弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘，金属棒通过开关与一电动势 为 12 V 的电池相连，电路总电阻为 2 Ω。已知开关断开时两弹簧的伸 长量均为 0.5 cm；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开 关断开时相比均改变了 0.3 cm，重力加速度大小取 10 m/s2。判断开关闭合后金属棒所 受安培力的方向，并求出金属棒的质量。
解析：在磁场中，磁感线疏密程度表示磁场的强弱，故 Ba＜Bb，B 正 确，A 错误；同一通电导线如果都垂直放入磁场中，则在 a 处受力一定比 b 处受力小，但如果导线与磁场平行放置，受力均为零，C、D 错误。
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3．[磁场的叠加]三根平行的长直导线，分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点，
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1．[电流的磁场](多选)下列四图为电流产生磁场的分布图，正确的分布图
是( )
解析：由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场方向，A 正确， B 错误。对环形电流，注意让弯曲的四指指向电流的方向，可判断出 D 正确，C 错误。
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2．[磁感线的理解及应用]磁场中某区域的磁感线如图所示，则( ) A．a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba＞Bb B．a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba＜Bb C．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大 D．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小