第10章 第1课时 磁场的描述 磁场对电流的作用(教用Word)-【精微方案】2027年高考一轮总复习讲义·物理

该高中物理讲义聚焦磁场描述与磁场对电流作用核心考点，涵盖磁感应强度、安培力、磁场叠加及平衡加速问题，按概念本质-规律应用-综合突破逻辑架构知识，通过考点梳理、方法指导、真题训练等环节，帮助学生构建磁场问题分析框架。 资料突出科学思维培养，采用模型建构（如等效法分析弯曲导线有效长度）和科学推理（电流元法判断安培力方向），设置分层练习配合真题解析，助力学生高效突破难点，为教师把控复习节奏、提升学生应考能力提供有力支持。

第1课时　磁场的描述　磁场对电流的作用 [复习目标] 1．理解磁场的性质及磁感应强度的概念，会求磁感应强度的叠加问题。　2.掌握左手定则，能够分析安培力的大小和方向。　3.能够分析安培力作用下导体的运动和平衡问题。 一、磁场和磁感应强度 1．磁场 (1)基本性质：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用。 (2)磁体周围、电流周围、运动电荷周围存在磁场。 (3)地磁场：地球是一个大磁体，地球周围存在磁场。 2．磁感应强度 (1)物理意义：表征磁场的强弱和方向。 (2)定义式：B＝(通电导线垂直于磁场)。 (3)方向：小磁针静止时N极所指的方向。 (4)单位：特斯拉，符号为T。 3．匀强磁场 (1)定义：如果磁场中各点的磁感应强度的大小相等、方向相同，这个磁场叫作匀强磁场。 (2)特点：磁感线是疏密程度相同、方向相同的平行直线。 4．地磁场 (1)地磁的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近，磁感线分布如图所示。 (2)在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感应强度大小相等，且方向水平向北。 (3)地磁场在南半球有竖直向上的分量，在北半球有竖直向下的分量。 5．磁感线的特点 (1)磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向。 (2)磁感线的疏密定性地表示磁场的强弱。 (3)磁感线是闭合曲线，没有起点和终点，在磁体外部，从N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极。 (4)同一磁场的磁感线不中断、不相交、不相切。 (5)磁感线是假想的曲线，客观上并不存在。 6．几种常见的磁场 (1)条形磁体和蹄形磁体的磁场(如图所示) (2)电流的磁场及安培定则 类 别 直线电流 的磁场 通电螺线 管的磁场 环形电流 的磁场 安 培 定 则 立 体 图 续　表 类 别 直线电流 的磁场 通电螺线 管的磁场 环形电流 的磁场 横 截 面 图 特 点 无磁极，非匀强，距导线越远处磁场越弱 两侧是N极和S极，与条形磁体的磁场类似，管内可看作匀强磁场，管外是非匀强磁场 两侧是N极和S极，圆环内侧，离圆环越近，磁场越强；圆环外侧离圆环越远，磁场越弱 1．(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水平向北。(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)× 二、安培力 1．安培力的大小 F＝IlB sin θ(其中θ为B与I之间的夹角) (1)磁场和电流垂直时：F＝BIl。 (2)磁场和电流平行时：F＝0。 2．安培力的方向用左手定则判断 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。让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向电流的方向。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．(1)在磁场中同一位置，电流元的电流越大，所受安培力也一定越大。(　　) (2)安培力的方向既跟磁感应强度方向垂直，又跟电流方向垂直。(　　) (3)通电导线与磁场不垂直，有一定夹角时，左手定则就不适用了。(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)× 考点一　安培定则和磁场的叠加 1．安培定则的应用 在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清“因”和“果”。 　　　　因果 磁场　　　　 原因 (电流方向) 结果 (磁场方向) 直线电流的磁场 大拇指 四指 环形电流的磁场 四指 大拇指 2.对磁感应强度的理解 (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)测量磁感应强度时，小段通电导线必须垂直于磁场放置，如果平行于磁场放置，则其所受安培力为零，但不能说该点的磁感应强度为零。 (3)磁感应强度是矢量，其方向为放置于其中的小磁针静止时N极所指的方向。 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。 (1)确定磁场场源，如通电导线。 (2)定位空间中需要求解磁场的点，利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁感应强度的大小和方向。如图所示，M、N在c点产生的磁感应强度为BM、BN。 (3)应用平行四边形定则进行合成，图中的B为合磁场的磁感应强度。 (2025·湖北卷，T4) 如图所示，在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，放置一通电圆线圈，圆心为O点，线圈平面与磁场垂直。在圆线圈的轴线上有M和N两点，它们到O点的距离相等。已知M点的总磁感应强度大小为零，则N点的总磁感应强度大小为(　　) A.0 B．B C．2B D．3B [解析]　由安培定则可以判断出电流在圆线圈轴线上产生的磁场方向相同，因为M点和N点在圆线圈轴线上，且它们到O点的距离相等，则通电圆线圈在M点和N点产生的磁感应强度大小相等、方向相同，又因为匀强磁场大小和方向处处相同，则通电圆线圈和匀强磁场在M点和N点的叠加磁场相同，N点的总磁感应强度大小与M点相等，也为0，A正确。 [答案]　A (2025·福建卷，T3) 如图所示，空间中存在两根无限长直导线L1与L2，通有大小相等、方向相反的电流。导线周围存在M、O、N三点，M与O关于L1对称，O与N关于L2对称且OM＝ON，初始时，M处的磁感应强度大小为B1，O点的磁感应强度大小为B2，现保持L1中电流不变，仅将L2撤去，N点的磁感应强度大小为(　　) A.B2－B1 B．B2－B1 C.B2－B1 D．B1－B2 [解析]　设电流I1在M点产生的磁感应强度大小为B，电流I2在M点产生的磁感应强度大小为B′，根据题意和对称性可知，电流I1、I2在O点产生的磁感应强度大小均为B，根据安培定则和场强叠加原理可得B1＝B－B′，B2＝2B，联立可得B′＝－B1，即电流I2在M点产生的磁感应强度大小为－B1，根据对称性可知，电流I1在N点产生的磁感应强度大小也为－B1，可知，仅将L2撤去，N点的磁感应强度大小为－B1，B正确。 [答案]　B 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．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产生的磁感应强度的矢量和。 考点二　安培力的分析与计算 1．安培力的方向 安培力既垂直于B，也垂直于I，即垂直于B与I决定的平面。 2．F＝BIl的应用条件 (1)l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线段的长度，相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端，如图所示。 3．分析思路 判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向。 4．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⇌条形磁铁⇌通电螺线管⇌多个环形电流 续　表 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 (2026·山西晋城市模拟) 如图所示，弯曲金属棒ACDE固定在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，金属棒所在平面与磁场垂直，AC段是半径为r的四分之一圆弧，CDE段是半径为r的半圆弧，A、C、D、E为正方形的四个顶点，给金属棒通入恒定电流I，则整个金属棒受到的安培力大小为(　　) A．2BIr B．BIr C．πBIr D．πBIr [解析]　整个金属棒的有效长度为r，则整个金属棒受到的安培力F＝BIr，故B正确。 [答案]　B (2026·山西省金科大联考质检)地球周围存在地磁场，会对地球上的通电导线产生安培力的作用。若在我国某地有一水平直流输电线，视地磁场的两极与地理的两极重合，关于输电线受到的安培力的方向，下列判断正确的是(　　) A．若输电线中电流方向自南向北，则其受到的安培力水平向西 B．若输电线中电流方向自北向南，则其受到的安培力水平向西 C．若输电线中电流方向自东向西，则其受到的安培力水平向南 D．若输电线中电流方向自西向东，则其受到的安培力水平向北 [解析]　 地磁场情况可化简等效为如图所示，我国处于北半球，设图中的P点有一南北方向的水平通电导线，电流方向自南向北，由左手定则可判断知导线受到的安培力水平向西，电流方向自北向南时，导线受到的安培力水平向东，故A正确，B错误；若图中有一东西方向的水平通电导线，电流方向自东向西时，可判断知导线受到的安培力向南斜向下，电流方向自西向东时，导线受到的安培力向北斜向上，故C、D错误。 [答案]　A 如图所示，一根可以自由转动的直导线ab平行于通电螺线管的轴线，放置在螺线管的正上方，则直导线ab通以由a到b的电流后，运动情况为(　　) A．从上向下看顺时针转动并远离螺线管 B．从上向下看顺时针转动并靠近螺线管 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]　 把直线电流等效为 aO、OO′、O′b三段，其中OO′段极短，由于OO′段电流方向与该处的磁场方向相同，所以不受安培力作用；aO段电流所在处的磁场方向斜向上，由左手定则可知其所受安培力方向垂直于纸面向外；O′b段电流所在处的磁场方向斜向下，同理可知其所受安培力方向垂直于纸面向里。再用特殊位置法分析：当导线转过90°与纸面垂直时，判断导线所受安培力方向向下，综上可知导线将以 OO′段为轴逆时针转动(从上向下看)并靠近通电螺线管。 [答案]　D 考点三　安培力作用下的平衡和加速 1．安培力作用下的平衡 安培力作用下导体的平衡模型中，常见的由倾斜导轨、导体棒、电源和电阻等组成。这类题目的难点是题图具有立体性，各力的方向不易确定。因此解题时一定要先把立体图转化成平面图，通过受力分析建立各力的平衡关系，如图所示。 2．安培力做功的特点和实质 (1)安培力做功与路径有关，不像重力、电场力做功与路径无关。 (2)安培力做功的实质是能量转化 ①安培力做正功时将电源的能量转化为导线的动能或其他形式的能。 ②安培力做负功时将其他形式的能转化为电能后储存起来或转化为其他形式的能。 考向1　平衡问题 (多选)(2026·河南省五市期末) 粗细均匀、质量为m、半径为R的金属圆环用绝缘细线悬挂于天花板上处于静止状态，圆环处在匀强磁场中，磁场方向垂直于圆环环面向外，磁场的磁感应强度大小为B，环上P、Q两点连有轻质软导线，P、Q两点连线水平，间距为R，重力加速度为g，通过软导线给圆环通入恒定电流，结果悬线作用力恰好为0，不计软导线对圆环的作用力，则下列判断正确的是(　　) A.圆环中电流从P点流入 B．通过软导线流入圆环的恒定电流的大小为 C．P、Q两点间圆环优弧部分受到的安培力大小为mg D．P、Q两点间圆环劣弧部分受到的安培力大小为mg [解析]　圆环通电后悬线作用力恰好为零，说明圆环受到向上的安培力，根据左手定则可知，圆环中电流从Q点流入，故A错误；由题意且根据力的平衡有BIR＝mg，解得I＝，故B正确；根据几何关系可得，P、Q两点间圆环优弧部分与圆环劣弧部分长度之比为5∶1，则两部分电流之比为1∶5，则P、Q两点间圆环优弧部分受到的安培力大小F1＝B×·R＝mg，同理，P、Q两点间圆环劣弧部分受到的安培力大小F2＝mg，故C错误，D正确。 [答案]　BD 考向2　加速问题 (2026·四川成都市模拟)如图是超导电磁船的简化原理图，MN和CD是与电源相连的两个电极，它们之间的距离为L且处于如图所示的垂直于纸面的匀强磁场区域(由超导线圈产生，其独立电路部分未画出)。通电后，两电极之间的海水受到安培力的作用，船体就在海水的反作用力推动下行驶。已知船的总质量为m，当电极间的电流为I、磁场的磁感应强度大小为B时，船体恰好以速度v匀速航行。设船体受到的阻力恒定，关于超导电磁船，以下说法正确的是(　　) A．该超导电磁船应用的是电磁感应原理 B．若MN接直流电源的正极，则磁场方向垂直于纸面向里时船体前进 C．改变电极正负或磁场方向，可控制船体前进或后退 D．若仅将磁场的磁感应强度增大为2B，则船体的加速度大小为 [解析]　该超导电磁船应用了磁场对通电导体具有作用力，故A错误；由题意可知，若船体前进则海水受到的安培力指向船尾方向，根据左手定则，磁场方向垂直于纸面向外，故B错误；改变电极正负或磁场的方向，安培力方向改变，可以控制船体前进或后退，故C正确；磁感应强度大小为B时，船体做匀速运动，由平衡条件可得f＝BIL，将磁感应强度大小增大为2B时，安培力变为2BIL，船体所受合外力大小F合＝2BIL－f＝BIL，则加速度大小为，故D错误。 [答案]　C (多选)(2026·广东广州市模拟)无人机电磁弹射技术的原理简化如图所示，两根固定、水平平行放置的弹射轨道处于方向竖直向上的匀强磁场中，与机身相连的金属牵引杆ab垂直静置在轨道上。ab杆通上恒定电流后做匀加速运动，到轨道末端时，无人机脱离金属杆起飞。忽略一切阻力，若(　　) A．仅将电流大小变为原来的两倍，则无人机起飞速度变为原来的两倍 B．仅将电流大小变为原来的两倍，则无人机起飞动能变为原来的两倍 C．仅将磁感应强度变为原来的两倍，则无人机起飞速度变为原来的两倍 D．仅将磁感应强度变为原来的两倍，则无人机起飞动能变为原来的两倍 [解析]　牵引杆所受的安培力F＝BIL，根据牛顿第二定律有F＝ma，令加速距离为x，有v2＝2ax，联立可得v＝，仅将电流大小变为原来的两倍或仅将磁感应强度变为原来的两倍，则无人机起飞速度均变为原来的倍，故A、C错误；无人机的动能Ek＝mv2＝BILx，仅将电流大小变为原来的两倍或仅将磁感应强度变为原来的两倍，则无人机起飞动能均变为原来的两倍，故B、D正确。 [答案]　BD 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