必修 第三册 第3单元 第1课时 磁场 磁场对通电导线的作用力（Word教参）-【百汇大课堂】2026年高考物理总复习下册·第1轮（浙江专用）

课程 标准 1．能列举磁现象在生产生活中的应用。了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响。关注与磁相关的现代技术发展。 2．通过实验，认识磁场。了解磁感应强度，会用磁感线描述磁场。体会物理模型在探索自然规律中的作用。 3．知道电流的磁场。会判断通电直导线和通电线圈周围的磁场方向。 4．通过实验，认识安培力。能判断安培力的方向，会计算安培力的大小。了解安培力在生产生活中的应用。 5．通过实验，认识洛伦兹力。能判断洛伦兹力的方向，会计算洛伦兹力的大小。 6．能用洛伦兹力分析带电粒子在匀强磁场中的圆周运动。了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用。 备考 策略 1．熟悉电流的磁场，掌握磁场的性质及安培力和洛伦兹力的特点，了解安培力的应用。 2．掌握带电粒子在磁场中运动的分析方法，加强带电粒子在有界磁场中的多解与临界问题的训练。 3．注重与磁场有关的现代科技，关注带电粒子在复合场中的运动问题。 第1课时　磁场　磁场对通电导线的作用力 目标定位 1.了解磁场，掌握磁感应强度的概念，会用磁感线描述磁场。2.会用安培定则判断电流的磁场，会利用矢量合成的方法计算合磁感应强度。3.会根据有效长度计算安培力的大小，会判断导体的运动情况。4.会分析安培力作用下的平衡问题和加速问题。 考点一　安培定则及磁场的叠加 [对应学生用书P47] 1．磁场 (1)基本特性：磁场对处于其中的磁体、通电导体和运动电荷有磁场力的作用。 (2)方向：小磁针的N极所受磁场力的方向。 2．磁感应强度 (1)物理意义：描述磁场的强弱和方向。 (2)大小：B＝(通电导线垂直于磁场)。 (3)方向：小磁针静止时N极的指向。 (4)单位：特斯拉(T)。 3．匀强磁场 (1)定义：磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场。 (2)特点：磁感线是疏密程度相同、方向相同的平行直线。 4．磁感线 在磁场中画出一些有方向的曲线，使曲线上各点的切线方向跟这点的磁感应强度的方向一致。 5．几种常见的磁场 (1)常见磁体的磁场(如图所示) (2)电流的磁场 项目 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 与条形磁体的磁场相似，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 1．磁场是客观存在的一种物质，磁感线也是真实存在的。(　×　) 2．磁场中的一小段通电导线在该处受力为零，此处磁感应强度B不一定为零。(　√　) 3．由定义式B＝可知，电流I越大，导线l越长，某点的磁感应强度B就越小。(　×　) 4．北京地面附近的地磁场方向是水平向北的。(　×　) [典例1] (2024·浙江1月卷)磁电式电表原理示意图如图所示，两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，两者之间有可转动的线圈。a、b、c和d为磁场中的四个点。下列说法正确的是(　　) A．图示左侧通电导线受到的安培力向下 B．a、b两点的磁感应强度相同 C．圆柱内的磁感应强度处处为零 D．c、d两点的磁感应强度大小相等 A　解析：由左手定则可知，题图所示左侧通电导线受到的安培力向下，A正确；a、b两点的磁感应强度大小相同，但是方向不同，B错误；磁感线是闭合的曲线，则圆柱内的磁感应强度不为零，C错误；因c点处的磁感线比d点密集，可知c点的磁感应强度大于d点的磁感应强度，D错误。 [典例2] (2024·宁波十校3月联考)已知通电长直导线周围某点的磁感应强度B＝k，即磁感应强度B的大小与导线中的电流I成正比，与该点到导线的距离r成反比。如图所示，两根平行长直导线M、N分别通以大小相等、方向相反的电流，沿M、N连线和M、N连线的中垂线建立直角坐标系xOy。规定磁场沿－y方向为正，则在x轴和y轴的磁场的磁感应强度B随x、y变化的图线正确的是(　　) C　解析：由安培定则可知，导线M中的电流在该导线右侧产生的磁场的方向沿－y方向，而导线N中的电流在该导线左侧产生的磁场的方向沿－y方向，由于规定磁场方向沿－y方向为正，M、N之间某处的磁感应强度等于两条直导线中的电流在该处产生的磁感应强度的矢量和，故在M、N之间磁感应强度方向为正，且不存在磁感应强度为0的点，A、B错误；两通电导线在y轴产生的磁感应强度如图所示， 可知y轴上的磁感应强度方向沿－y方向，即为规定的正方向，磁感应强度大小为B＝2BM cos α＝2BN cos α，离O点越远BM、BN、cos α越小，因此磁感应强度越小，C正确，D错误。 磁场的叠加和安培定则应用的“三大注意” (1)根据安培定则确定通电导线周围磁场的方向时，注意直导线和环形导线存在的差异。 (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)磁感应强度是矢量，多个通电导体产生的磁场叠加时，合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和(如图所示)。 考点二　安培力的分析与计算 [对应学生用书P49] 1.安培力的大小 F＝IlBsin θ(其中θ为B与I之间的夹角，如图所示) (1)磁场和电流垂直时：F＝BIl。 (2)磁场和电流平行时：F＝0。 2．安培力的方向——左手定则判断 (1)如图，伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内。 (2)让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向电流的方向。 (3)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。 1．安培力公式F＝BIl的应用条件 (1)I与B垂直。 (2)l是指有效长度。 弯曲通电导线的有效长度l等于连接导线两端点的直线的长度，相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端，如图所示。 2．安培力作用下导体运动情况的判断 电流元法 电流元所受安培力的方向→整段导体所受合力的方向→运动方向 特殊位置法 特殊位置→安培力的方向→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 结论法 同向电流互相吸引，反向电流互相排斥，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 先分析电流所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力 考向1安培力的方向 [典例3] (2022·江苏卷)如图所示，两根固定的通电长直导线a、b相互垂直，a平行于纸面，电流方向向右；b垂直于纸面，电流方向向里，则导线a所受安培力方向(　　) A．平行于纸面向上 B．平行于纸面向下 C．左半部分垂直于纸面向外，右半部分垂直于纸面向里 D．左半部分垂直于纸面向里，右半部分垂直于纸面向外 C　解析：根据安培定则，可判断出导线a左侧部分所在的空间磁场方向斜向右上，右侧部分的磁场方向斜向下方，根据左手定则可判断出，导线a所受安培力方向：左半部分垂直于纸面向外，右半部分垂直于纸面向里，C正确，A、B、D错误。 考向2安培力的计算 [典例4] 如图所示，AC是一个用长为L的导线弯成的、以O为圆心的四分之一圆弧，将其放置在与平面AOC垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中，当在该导线中通以由C到A，大小为I的恒定电流时，该导线受到的安培力大小和方向是(　　) A．ILB，平行于OC向左 B．，平行于OC向右 C．，垂直A、C两点的连线指向左下方 D．2ILB，垂直A、C两点的连线指向左下方 C　解析：直导线弯成半径为R的圆弧形状，在磁场中的有效长度为L′＝R，又L＝＝，联立解得L′＝，则安培力大小为F＝IL′B＝，根据左手定则可知，安培力的方向垂直A、C两点的连线指向左下方，C正确。 考向3安培力作用下导体运动情况的判断 [典例5] 一个可以沿过圆心的水平轴自由转动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，如图所示。当两线圈中通以图示方向的电流时，从左向右看，线圈L1将(　　) A．不动 B．顺时针转动 C．逆时针转动 D．在纸面内平动 B　解析：方法一(电流元法)　把线圈L1沿水平转动轴分成上、下两部分，每一部分又可以看成无数段直线电流元，电流元处在L2产生的磁场中，根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向向上，由左手定则可得，上半部分电流元所受安培力方向均指向纸外，下半部分电流元所受安培力方向均指向纸内，因此从左向右看线圈L1将顺时针转动，B正确。 方法二(等效法)　把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的中心，小磁针的N极应指向该点环形电流I2的磁场方向，由安培定则知I2产生的磁场方向在其中心处竖直向上，而L1等效成小磁针后，转动前，N极指向纸内，因此小磁针的N极应由指向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈L1将顺时针转动，B正确。 方法三(结论法)　环形电流I1、I2不平行，则一定有相对转动，直到两环形电流同向平行为止。据此可得，从左向右看，线圈L1将顺时针转动，B正确。 考向4 转换研究对象法判断导体运动情况 [典例6] (多选)如图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁体连接起来，此时台秤示数为F1，现在磁体上方中心偏左位置固定一导体棒，当导体棒中通以如图所示方向的电流后，台秤示数为F2，则以下说法正确的是(　　) A．弹簧长度将变长 B．弹簧长度将变短 C．F1>F2 D．F1<F2 BC　解析：如图甲所示，导体棒处的磁场方向指向右上方，根据左手定则可知，导体棒受到的安培力方向垂直于磁场方向指向右下方，根据牛顿第三定律，对条形磁体受力分析，如图乙所示，所以台秤对条形磁体的支持力减小，即台秤示数F1>F2，在水平方向上，由于F′有水平向左的分力，使条形磁体压缩弹簧，所以弹簧长度变短。 考点三　安培力作用下的平衡和加速问题 [对应学生用书P50] 1．分析导体在磁场中平衡和加速问题的思路 (1)确定要研究的导体。 (2)按照已知力→重力→安培力→弹力→摩擦力的顺序，对导体受力分析。 (3)分析导体的运动情况。 (4)根据平衡条件或牛顿第二定律列式求解。 2．受力分析的注意事项 (1)安培力的方向特点：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B和I决定的平面。 (2)安培力的大小：应用公式F＝BIlsin θ计算弯曲导线在匀强磁场中所受安培力的大小时，有效长度l等于曲线两端点的直线长度。 (3)视图转换：对于安培力作用下的力学问题，导体棒的受力往往分布在三维空间的不同方向上，这时应利用俯视图、剖面图或侧视图等，变立体图为二维平面图，如图所示： 考向1安培力作用下的平衡问题 [典例7] (多选)如图所示，两平行导轨在同一水平面内。一导体棒垂直放在导轨上，棒与导轨间的动摩擦因数恒定。整个装置置于匀强磁场中，磁感应强度大小恒定，方向与导体棒垂直、与水平向右方向的夹角θ可调。导体棒沿导轨向右运动，现给导体棒通以图示方向的恒定电流，适当调整磁场方向，可以使导体棒沿导轨做匀加速运动或匀减速运动。已知导体棒加速时，加速度的最大值为g；减速时，加速度的最大值为g，其中g为重力加速度大小。下列说法正确的是(　　) A．棒与导轨间的动摩擦因数为 B．棒与导轨间的动摩擦因数为 C．加速阶段加速度大小最大时，磁场方向斜向下，θ＝60° D．减速阶段加速度大小最大时，磁场方向斜向上，θ＝150° BC　解析：当导体棒加速运动时受力如图甲，由BIL sin θ－μ(mg－BIL cos θ)＝ma，可得a＝－μg＝·sin (θ＋φ)－μg，其中tan φ＝μ，可见当θ＋φ＝90°时，加速度取得最大值，为－μg＝g①；当导体棒减速运动时受力如图乙，由BIL sin α＋μ(mg＋BIL cos α)＝ma，其中α＝180°－θ，可得a＝＋μg＝·sin(α＋φ)＋μg，其中tan φ＝μ，可见当α＋φ＝90°时，加速度取得最大值，为＋μg＝g②；联立①②式可得μ＝，则φ＝30°，故当导体棒加速阶段加速度大小最大时θ＝60°，当导体棒减速阶段加速度大小最大时θ＝120°，A、D错误，B、C正确。 考向2安培力作用下的加速问题 [典例8] (多选)如图所示，无限长水平直导线中通有向右的恒定电流I，导线正下方固定一正方形线框。线框中通有顺时针方向的恒定电流I，线框边长为L，线框上边与直导线平行，且到直导线的距离也为L，已知在长直导线的磁场中距离长直导线r处的磁感应强度大小B＝k，线框质量为m，则释放线框的一瞬间，线框的加速度大小可能为(　　) A．0 B．－g C．－g D．g－ AC　解析：线框上边所在处的磁感应强度大小B1＝k，由安培定则可判断出磁场方向为垂直纸面向里，上边所受安培力的大小F1＝B1IL＝kI2，由左手定则可判断出安培力方向向上。线框下边所在处的磁感应强度大小B2＝k，所受安培力的大小F2＝B2IL＝kI2，由左手定则可判断出安培力方向向下；若F1＝F2＋mg，则加速度为零，A正确；若F1>F2＋mg，则加速度方向向上，由F1－F2－mg＝ma，解得a＝－g，C正确，B错误；若F1<F2＋mg，则加速度方向向下，由F2＋mg－F1＝ma，解得a＝g－，D错误。 1．我国最北的城市漠河地处高纬度地区，在晴朗的夏夜偶尔会出现美丽的“极光”如图甲所示。极光是宇宙中高速运动的带电粒子受地磁场影响，与空气分子作用的发光现象。若宇宙粒子带正电，因入射速度方向与地磁场方向不垂直，故其轨迹偶尔为螺旋状，如图乙所示(相邻两个旋转圆之间的距离称为螺距Δx)。下列说法正确的是(　　) A．带电粒子进入大气层后与空气发生相互作用，在地磁场作用下的旋转半径会越来越大 B．若越靠近两极地磁场越强，则随着纬度的增加，以相同速度入射的宇宙粒子的运动半径越大 C．当不计空气阻力时，若粒子入射的速率不变，仅减小速度与地磁场的夹角，则旋转半径减小，而螺距Δx不变 D．漠河地区看到的“极光”将以顺时针方向(从下往上看)向前旋进 D　解析：带电粒子进入大气层后，由于与空气发生相互作用，粒子的速度会变小，在洛伦兹力作用下的轨迹半径r＝会变小，A错误；若越靠近两极地磁场越强，则随着纬度的增加地磁场变强，其他条件不变，则粒子的运动半径变小，B错误；当不计空气阻力时，若带电粒子入射的速率不变，速度与磁场的夹角变小，则速度在垂直于磁场方向的分量变小， 故粒子在垂直于磁场方向的运动半径会变小，而速度平行于磁场方向的分量变大，且经过一个螺距的用时不变，则螺距Δx将增大，C错误；漠河地区的地磁场竖直分量是竖直向下的，宇宙粒子入射后，由左手定则可知，从下往上看将以顺时针的方向向前旋进，D正确。 2．如图所示，在天花板下用细线悬挂一半径为R的金属圆环，圆环处于静止状态，圆环一部分处在垂直于环面的磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中，环与磁场边界的交点A、B与圆心O连线的夹角为120°，此时悬线的张力为F。若给圆环通电，使悬线的张力刚好为零，则环中电流大小和方向是(　　) A．电流大小为，电流方向沿顺时针方向 B．电流大小为，电流方向沿逆时针方向 C．电流大小为，电流方向沿顺时针方向 D．电流大小为，电流方向沿逆时针方向 答案：A 3．(2025·金华检测)如图甲所示，PQ和MN为水平平行放置的两光滑金属导轨，两导轨相距L＝1 m，导体棒ab垂直于导轨放在导轨上，导体棒的中点用细绳通过光滑轻滑轮与物体相连，细绳一部分与导轨共面且平行，另一部分与导轨所在平面垂直，物体放在水平面上，匀强磁场的磁感应强度为B＝1 T，方向竖直向下，开始时绳子刚好要绷直，现给导体棒中通入电流，使导体棒向左做加速运动，物体运动的加速度大小与导体棒中通入的电流大小关系如图乙所示，重力加速度大小为g＝10 m/s2。则物体和导体棒的质量分别为(　　) A．0.1 kg　0.9 kg B．0.9 kg　0.1 kg C．0.1 kg　1.0 kg D．1.0 kg　0.1 kg 答案：A 学科网（北京）股份有限公司 $$