2023届高考物理二轮复习专题讲义：电场与磁场-磁场的基本性质

磁场的基本性质 本专题主要讲解磁场的叠加、安培力的分析与计算、安培力作用下导体的平衡及运动、洛伦兹力的应用等典型问题。高考常常结合电场、电路、牛顿运动定律等知识进行综合考查，对于学生物质观、相互作用观的建立以及学生分析推理能力、综合应用能力要求较高。 探究1磁场的叠加 典例1：（2021年全国甲卷）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、0 B．0、2B C．2B、2B D．B、B 训练1：（2022江西联考题）如图，四条相互平行的细长直导线垂直坐标系xOy平面，导线与坐标平面的交点为a、b、c、d四点。已知a、b、c、d为正方形的四个顶点，正方形中心位于坐标原点O，e为cd的中点且在y轴上；四条导线中的电流大小相等，其中过a点的导线的电流方向垂直坐标平面向里，其余导线电流方向垂直坐标平面向外。则（　　） A．O点的磁感应强度为0 B．O点的磁感应强度方向由O指向e C．e点的磁感应强度方向沿y轴负方向 D．e点的磁感应强度方向沿y轴正方向 探究2 磁场对通电导线的作用 典例2:（2021年重庆二模）质量均匀分布的直导体棒放置于四分之一光滑圆弧轨道上，其截面如图所示。导体棒中通有大小为I的电流，空间存在磁感应强度大小为B的匀强磁场，磁场的方向竖直向上。导体棒平衡时，导体棒与圆心的连线跟竖直方向的夹角为θ（θ＜45°），轨道与导体棒之间的弹力为FN。下列说法正确的是（　　） A．若仅将电流I缓慢增大，则θ逐渐减小 B．若仅将电流I缓慢增大，则FN逐渐增大 C．若仅将磁场方向沿逆时针缓慢转过90°，则θ逐渐减小 D．若仅将磁场方向沿逆时针缓慢转过90°，则FN逐渐增大 训练2：（2022湖南卷）如图（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M B．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 探究3 磁场对运动电荷的作用 典例3：（2022辽宁月考）笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏翻开时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作；当显示屏合上时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电脑进入休眠状态。如图所示是一块长为a、宽为b、高为c的半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入的恒定电流方向向右。当显示屏合上时，元件处于垂直于上表面且方向向下的匀强磁场中，元件的前、后表面间产生电压U，以此来控制屏幕的熄灭。则元件的（　　） A．前表面的电势比后表面的低 B．前、后表面间的电压U与a成正比 C．前、后表面间的电压U与b成正比 D．前、后表面间的电压U与c成反比 训练3：（2022广东月考）磁流体发电是一项新兴技术，如图是磁流体发电机的示意图。平行金属板P、Q间距为d、面积为S，两金属板和电阻R连接。一束等离子体以恒定速度v0垂直于磁场方向喷入磁感应强度为B的匀强磁场中，电路稳定时电阻R两端会产生恒定电势差U。假定等离子体在两板间均匀分布，忽略边缘效应，则等离子体的电导率δ（电阻率的倒数）的计算式是（　　） A． B． C． D． 磁场的基本性质答案解析 典例1：关键信息：EO与O′Q共线、PO′与OF共线 → 两个直角形导线等效为两相互垂直的长直导线 无限长直导线通过电流I → 由安培定则判断通电直导线周边的磁场方向 计算距离导线d处的磁感应强度 → 磁场的叠加问题 解题思路：根据右手螺旋定则判断出直导线周围某点的磁场方向，再根据平行四边形定则判断出合磁场的磁感强度的大小 两无限长直角导线可以等效为如图所示的两无限长直导线；由安培定则可知，两直导线在M处的磁感应强度方向分别为垂直该平面向里、垂直该平面向外，故M处的磁感应强度大小为零；两直导线在N处的磁感应强度方向均为垂直该平面向里，故N处的磁感应强度为大小为2B，B项正确。 故选B 训练1： AB．由题知，四条导线中的电流大小相等，且到O点的距离相等，故四条导线在O点的磁感应强度大小相等，根据安培定则可知，四条导线中在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