2024届高考物理二轮复习核心考点揭秘讲义 专题 09 磁场的性质、带电粒子在磁场及复合场中的运动

专题09 磁场的性质、带电粒子在磁场中的运动 知识梳理 考点一　安培定则的应用和磁场的叠加 1．常见电流的磁场的比较 安培定则 横截面图 纵截面图 直线电流 磁感线分布特点：以导线上任意点为圆心，垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱 环形电流 磁感线分布特点：内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏 通电螺线管 磁感线分布特点：内部为匀强磁场且磁感应强度比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极 2．理解磁感应强度的几点注意 (1)磁感应强度由磁场本身决定，因此不能根据定义式B＝认为B与F成正比，与IL成反比。 (2)在定义式B＝中，小段通电导线必须垂直于磁场放入；如果平行磁场放入，则所受安培力为零，但不能说该点的磁感应强度为零。 (3)磁感应强度是矢量，其方向为放入其中的小磁针N极的受力方向，也是小磁针静止时N极的指向。 3.磁场叠加问题的解题思路 ①确定磁场场,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在这一点上产生的磁场的大小和方向。如图所示为M、N在c点产生的磁场BM、BN。 ③应用平行四边形定则进行合成,如图中的合磁场B。 例一.（2021浙江）如图所示，有两根用超导材料制成的长直平行细导线a、b，分别通以和流向相同的电流，两导线构成的平面内有一点p，到两导线的距离相等。下列说法正确的是（　　） A. 两导线受到的安培力 B. 导线所受的安培力可以用计算 C. 移走导线b前后，p点的磁感应强度方向改变 D. 在离两导线所在的平面有一定距离的有限空间内，不存在磁感应强度为零的位置 【答案】BCD 【解析】A．两导线受到的安培力是相互作用力，大小相等，故A错误； B．导线所受的安培力可以用计算，因为磁场与导线垂直，故B正确； C．移走导线b前，b的电流较大，则p点磁场方向与b产生磁场方向同向，向里，移走后，p点磁场方向与a产生磁场方向相同，向外，故C正确； D．在离两导线所在的平面有一定距离的有限空间内，两导线在任意点产生的磁场均不在同一条直线上，故不存在磁感应强度为零的位置。故D正确。 故选BCD。 例二.（2021全国甲）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与在一条直线上，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 【答案】B 【解析】两直角导线可以等效为如图所示的两直导线，由安培定则可知，两直导线分别在M处的磁感应强度方向为垂直纸面向里、垂直纸面向外，故M处的磁感应强度为零；两直导线在N处的磁感应强度方向均垂直纸面向里，故M处的磁感应强度为2B；综上分析B正确。 故选B。 考点二　安培力及其作用下导体的平衡与加速 1. 安培力的大小和方向 安培力的大小 F＝ILB sinθ (1)当I⊥B时，F＝BIL (2)当I∥B时，F＝0 L应是导线的“有效长度” (1)导线的“有效长度”如图中虚线所示 (2)对于任意形状的闭合导线圈，其有效长度均为零 安培力的方向 用左手定则判断 安培力方向既垂直于B，也垂直于I，即垂直于B与I决定的平面 2.安培力作用下导体运动情况判断的常用方法 电流元法 分割为电流元安培力方向→整段导体所受合力方向→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，通电螺线管→条形磁铁 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 转换研究 对象法 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，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向 例一（2021江苏卷）在光滑桌面上将长为的软导线两端固定，固定点的距离为，导线通有电流I，处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中，导线中的张力为（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】从上向下看导线的图形如图所示 导线有效长度为2L，则所受的安培力大小 设绳子的张力为，由几何关系可知 解得 故A正确，BCD错误。 例二.如图甲所示，两光滑平行金属导轨间的距离为L，金属导轨所在的平面与水平面夹角为θ，导体棒ab与导轨垂直并接触良好，其质量为m，长度为L，通过的电流为I。 (1)沿棒ab中电流方向观察，侧视图如图乙所示，为使导体棒ab保持静止，需加一匀强磁