新高考物理一轮复习分层提升练习专题56 磁场及其对电流的作用（2份打包，原卷版+解析版）

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安培定则和磁场的叠加
1.安培定则
2.磁场叠加问题的分析思路
(1)确定磁场场源,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源在这一点上产生的磁场的大小和方向,如图所示M、N在c点产生的磁场磁感应强度分别为BM、BN。
(3)应用平行四边形定则进行合成,如图中c点的合磁场磁感应强度为B。
【例1】如图所示，金属圆环放在绝缘水平面上，通有沿逆时针（俯视看）方向的恒定电流I1，带有绝缘外皮的长直导线放在圆环上，圆环的圆心在直导线上，直导线中通有向右的恒定电流I2，圆环圆心的正上方的P点的磁感应强度大小为B，此时直导线电流在P点处产生磁场的磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0 ；若将直导线中的电流减为零，则P点的磁感应强度大小为（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
安培力的大小方向
1.安培力公式：F＝ILBsin θ。
2．两种特殊情况：
(1)当I⊥B时，F＝BIL。
(2)当I∥B时，F＝0。
3．弯曲通电导线的有效长度
(1)当导线弯曲时，L是导线两端的有效直线长度(如图所示)。
(2)对于任意形状的闭合线圈，其有效长度均为零，所以通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零。
4.安培力方向的判断
(1)判断方法：左手定则。
(2)方向特点：既垂直于B，也垂直于I，所以安培力一定垂直于B与I决定的平面。
5.合安培力的两种分析思路
思路一：先分析通电导线所在处的合磁场的大小和方向，由左手定则判断安培力的方向，由F合＝IB合lsin θ，求合安培力的大小。
思路二：根据同向电流相互排斥，异向电流相互吸引，结合力的平行四边形定则，分析合安培力的大小和方向或某个安培力的大小和方向。
【例2】在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的直角三角形线框abc， SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 。磁场方向垂直于线框平面，a、c两点接一直流电源，电流方向如图所示。则下列说法正确的是（ ）
A．导线bc受到的安培力大于导线ac所受的安培力
B．导线abc受到的安培力的合力大于导线ac受到的安培力
C．导线ab、ac所受安培力的大小之比为 SKIPIF 1 < 0
D．导线abc受到的安培力的合力方向垂直于ac向上
安培力作用下导体的平衡、加速问题
通电导线在磁场中的平衡和加速问题的分析思路
(1)选定研究对象。
(2)变三维为二维，如侧视图、剖面图或俯视图等，并画出平面受力分析图，其中安培力的方向要注意
F安⊥B、F安⊥I；如图所示。
(3)列平衡方程或牛顿第二定律方程进行求解。
【例3】如图所示，宽为L的光滑金属导轨与水平面成θ角，质量为m、长为L的金属杆ab水平放置在导轨上。空间存在着匀强磁场，当回路中电流为I时，金属杆恰好能静止。重力加速度为g，则（ ）
A．若磁场方向竖直向上，磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0
B．若磁场方向竖直向上，磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0
C．若磁场方向垂直导轨平面向上，磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0
D．若磁场方向垂直导轨平面向上，磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0
【例4】如图所示，一根长为L的金属细杆通有电流I时，水平静止在倾角为θ的光滑绝缘固定斜面上，空间存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。若电流和磁场的方向均不变，仅将磁感应强度大小变为4B，重力加速度为g，则此时（ ）
A．金属细杆中的电流方向垂直于纸面向外
B．金属细杆受到的安培力大小为4BILsinθ
C．金属细杆对斜面的压力大小变为原来的4倍
D．金属细杆将沿斜面加速向上运动，加速度大小为3gsinθ
【多维度分层专练】
1．已知通电长直导线周围某点产生的磁感应强度B与导线中的电流I成正比，与该点到导线的距离r成反比。即： SKIPIF 1 < 0 。如图所示，两根平行长直导线相距R，通以大小、方向均相同的电流。取垂直纸面向里为正，在O—R区间内B随r变化的图线可能是（ ）
A．B．
C．D．
2．如图所示，棱长为L的正方体的上、下底面的每条棱上均固定有长直导线，导线间彼此绝缘且通过导线的电流大小均为 SKIPIF 1 < 0 。已知通有电流为I的长直导线在距离d处产生的磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0 。正方体中心磁感应强度的大小可能是（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B．0C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
3．图甲中一半径为R的圆形面内沿竖直直径放置一通电直导线，图乙中平行放置三根通电直导线，间距均为a，图丙中在边长为a的正方形的四个顶点分别放置垂直纸面的通电直导线，导线间距离及导线中电流的大小和方向已在图中标出。已知电流为I的通电直导线在距离直导线r处产生的磁场的磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0 。下列说法正确的是（ ）
A．图甲中圆形区域的磁通量为零
B．图乙中通有电流 SKIPIF 1 < 0 的直导线所受安培力为零
C．图丙中O点的磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0
D．图乙中调节 SKIPIF 1 < 0 大小，三根直导线所受安培力可能都为零
4．如图所示为某种电流表的原理示意图。质量为m的匀质细金属杆的中点处通过一绝缘挂钩与一竖直悬挂的弹簧相连，弹簧的劲度系数为k，在矩形区域abcd内有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外。与MN的右端N连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的读数，MN的长度大于ab的长度。当MN中没有电流通过且处于平衡状态时，MN与矩形区域的cd边重合；当MN中有电流通过时，指针示数可表示电流强度。重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A．当电流表示数为零时，弹簧伸长量为Δx= SKIPIF 1 < 0
B．若要使电流表正常工作，则金属杆MN的N端与电源正极相接
C．若ab=l，bc=h，不计通电时电流产生的磁场的影响，那么此电流表的量程应为 SKIPIF 1 < 0
D．若要将电流表量程变为原来的2倍，可以将磁感应强度变为原来的2倍
5．如图所示，无限长水平直导线中通有向右的恒定电流I，导线正上方沿竖直方向有一绝缘细线悬挂着的正方形线框。线框中通有沿逆时针方向的恒定电流I，线框的边长为L，线框下边与直导线平行，且到直导线的距离也为L。已知在长直导线的磁场距长直导线r处的磁感应强度大小为 SKIPIF 1 < 0 （k为常量），线框的质量为m，则剪断细线的瞬间，线框的加速度为（ ）
A．0B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
6．如图所示，电阻为4R的金属圆环固定于匀强磁场中，圆环所在平面与磁场方向垂直，a、b、c、d是圆环的四等分点。直流电源（图中未画出）的电动势为E，内阻为R。将a、c两点与直流电源相接，圆环受到的安培力大小为F1；将a、b两点与直流电源相接，圆环受到的安培力大小为F2.不考虑连接电源与圆环的导线的电阻，不考虑圆环的形变，下列判断正确的是（ ）
A． SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 C． SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0
7．用两根轻质柔软导线悬挂一根长为L、质量为m的导体棒MN在天花板上P、Q两点，空间存在磁感应强度大小为B的匀强磁场，磁场方向始终垂直于导体棒，对导体棒通入电流I，稳定后发现悬挂导体棒的导线偏离竖直方向某一夹角θ，如图所示。重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．电流方向由M到N
B．磁场方向竖直向上时，有tan θ＝ SKIPIF 1 < 0
C．磁场方向可能垂直于PQNM平面
D．若BIL8．如图所示，两根间距为 SKIPIF 1 < 0 的平行金属导轨间接有 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 的电源，导轨平面与水平面间的夹角 SKIPIF 1 < 0 。质量 SKIPIF 1 < 0 的金属杆ab垂直导轨放置，导轨与金属杆接触良好。整个装置处于磁感应强度为B，方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。调节滑动变阻器 SKIPIF 1 < 0 ，发现电流表读数处于 SKIPIF 1 < 0 区间范围时，金属杆ab处于静止状态。已知，重力加速度 SKIPIF 1 < 0 。则下列说法中错误的是（ ）
A．磁感应强度 SKIPIF 1 < 0
B．金属杆ab与导轨间最大静摩擦力 SKIPIF 1 < 0
C．当电流表示数3A时金属杆ab与导轨间无摩擦力
D．滑动变阻器 SKIPIF 1 < 0 时，使杆ab保持静止，需对杆ab施加沿轨道平面向下至少1N的拉力。
9．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，方向与金属棒垂直、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 SKIPIF 1 < 0 g；减速时，加速度的最大值为 SKIPIF 1 < 0 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 SKIPIF 1 < 0
B．棒与导轨间的动摩擦因数为 SKIPIF 1 < 0
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°
10．如图所示，宽为l的光滑固定导轨与水平面成α角，质量为m的金属杆ab（电阻不计）水平放置在导轨上，空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B。电源的内阻为r，当变阻器接入电路的阻值为R时，金属杆恰好能静止在导轨上。重力加速度用g表示。求：
（1）金属杆静止时受到的安培力的大小F安；
（2）电源的电动势E；
（3）若保持其它条件不变，仅改变匀强磁场的方向，求由静止释放的瞬间，金属杆可能具有的沿导轨向上的最大加速度a。
导练目标
导练内容
目标1
安培定则和磁场的叠加
目标2
安培力的大小方向
目标3
安培力作用下导体的平衡、加速问题
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
与条形磁铁的磁场相似，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
立体图
截面图