高考物理一轮复习核心考点精讲精练考点42 磁场及其对电流的作用（2份，原卷版+解析版）

这是一份高考物理一轮复习核心考点精讲精练考点42 磁场及其对电流的作用（2份，原卷版+解析版），文件包含专题18一次函数与方程组不等式的九类综合题型压轴题专项训练数学新教材人教版八年级下册原卷版pdf、专题18一次函数与方程组不等式的九类综合题型压轴题专项训练数学新教材人教版八年级下册解析版pdf等2份试卷配套教学资源，其中试卷共58页， 欢迎下载使用。
1. 高考真题考点分布
2. 命题规律及备考策略
【命题规律】高考对磁场及其对电流的作用的考查较为频繁，有选择题也有计算题的考查形式，题目较为基础，这部分内容容易和电磁感应现象相结合。
【备考策略】
1.理解和掌握安培定则以及安培力大小和方向的计算与判断。
2.能够应用力学知识分析安培力作用下导线的平衡和加速问题。
【命题预测】重点关注安培力作用下的平衡和加速问题。
一、磁场、磁感应强度
1．磁场基本性质：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用。
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＝ eq \f(F,Il) 。
二、磁感线 通电直导线和通电线圈周围磁场的方向
1．磁感线及其特点
(1)磁感线：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致。
(2)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。
④磁感线是假想的曲线，客观上并不存在。
2．电流的磁场
三、安培力、安培力的方向 匀强磁场中的安培力
1．安培力的大小
(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)伸出左手，让拇指与其余四指垂直，并且都在同一个平面内。
(2)让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流方向。
(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。
考点一 安培定则和磁场的叠加
考向1 安培定则的应用
1．如图所示，当开关闭合后，小磁针在通电导线的磁场中指向正确的是 （ ）
A．B．
C．D．
【答案】D
【详解】A．根据安培定则可判断出电流周围的磁场方向，再根据小磁针静止时N极的指向为磁场的方向可知，对A图，当开关闭合后，直线电流产生的磁场方向在小磁针处垂直纸面向外，因此小磁针的N极应指向外，A错误；
B．对B图，当开关闭合后，螺线管产生的磁场上端是N极，螺线管左侧磁场方向向下，小磁针的N极应指向下，螺线管下面小磁针位置的磁场方向应指向螺线管下端，因此小磁针N极应指向螺线管下端，B错误；
C．对C图，当开关闭合后，环形电流的磁场方向在小磁针位置垂直纸面向里，因此小磁针的N极应指向里，C错误；
D．对D图，当开关闭合后，U形电磁铁的左侧是S极，右侧是N极，因此小磁针的N极应指向左侧，D正确。故选D。
2．新一代人造太阳——中国环流三号，创造了我国可控核聚变装置运行新纪录，技术水平居国际前列。其核心部件示意如图所示，通过一簇线圈（类似于通电螺线管）产生磁场，使高温等离子体（含有带正、负电的粒子）在磁场中发生可控核聚变反应。取某处线圈截面，其电流方向与线圈内的磁场方向关系正确的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】D
【详解】通电螺线管产生磁场，则根据安培定则可知，只有D图中其电流方向与线圈内的磁场方向关系正确。故选D。
考向2 磁场叠加问题
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。
3．如图所示，处放置三根长为，电流大小均为的直线电流，在空间构成直角三角形，，其中处电流的方向均垂直于纸面向外，处电流的方向垂直于纸面向里。处电流在处产生的磁感应强度的大小为，已知电流产生磁场的磁感应强度与距离成反比。处导线位于水平面上且处于静止状态，则处导线受到的静摩擦力大小为（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【详解】设长度为，则长度为，BC长度为，B处电流在处产生的磁感应强度的大小为，则处电流在处产生的磁感应强度的大小为，B对的安培力
D对的安培力两安培力在水平方向分力的合力为，C处导线处于静止状态，则在水平面上所受安培力与摩擦力大小相等，即摩擦力大小为故选C。
4．如图所示，长方体空间，长：宽：高=2：1：1，其中F、、、G四点为长方体四条长边的中点，有两根通电直导线、，电流沿方向放置，电流沿CD方向放置，两导线通以相同大小的电流。已知直线电流产生磁感应强度大小（k为常数，I为电流大小，r为距导线的距离），F点磁感应强度大小为，G点磁感应强度大小为，则与的大小之比为（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】根据直线电流产生磁感应强度大小规律，设每根直线电流在F点产生磁感应强度大小均为B0，则F点磁感应强度大小电流I1在G点产生磁感应强度大小为，电流I2在G点产生磁感应强度大小为B0，则G点磁感应强度大小则故选A。
考点二 安培力的大小方向
考向1 安培力的大小计算
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。
5．如图所示，虚线的上方存在垂直纸面向外的匀强磁场。将一粗细均匀的电阻丝折成的正五边形导体框abcde置于磁场中（ab边水平），用导线将恒压电源U连接在导体框的a、b两点。则下列说法正确的是（ ）
A．ba边所受的安培力方向竖直向上
B．bcdea部分与ba边所受的安培力大小之比为1：4
C．ba边与bc边所受的安培力大小相等
D．导体框所受的安培力为0
【答案】B
【详解】A．由电路可知，流过ab边的电流方向由b向a，由左手定则可知ba边所受的安培力方向竖直向下，A错误；
BC．设导体框的边长为L，单位长度的电阻为。由欧姆定律可得ab边的电流为流过bcdea边的电流为又bcdea边与ba边在磁场中的有效长度相等，则由公式F＝BIL可知安培力的大小与电流成正比，则bcdea部分与ba边所受的安培力大小之比为1：4，同理ba边与bc边所受的安培力大小之比为4：1，B正确，C错误；
D．整个导体框所受的安培力大小为由左手定则可知安培力的方向竖直向下，D错误。故选B。
6．如图所示为由粗细均匀的直导线连接而成的正四面体，正四面体的每边长为L，处在垂直于三角形ACD面的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，将A、C两点接入直流电源中，流入正四面体的总电流为I，则AC边受到的安培力大小为（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】设C中的电流为，根据电路特点ED等电势，电流为零，则AEC与ADC并联阻值为R，根据电流分配可知则AC边受到的安培力故选A。
考向2 安培力的方向判断
1.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。
2.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。
7．如图所示，三角形闭合线框ABC由弹性较好的导线制成；线框中通有沿逆时针方向的恒定电流，三角形的三个顶点A、B、C固定在绝缘水平面上，带有绝缘层的长直导线MN紧贴线框固定在线框上方。给直导线通入从M到N的恒定电流，不考虑闭合线框各边之间的作用力，此后该线框的形状可能是（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【详解】由题知，直导线通入从M到N的恒定电流，则根据右手定则可知M、N左侧的磁场垂直纸面向里、右侧的磁场垂直纸面向外，再由于线框中通有沿逆时针方向的恒定电流，根据左手定则可知：
AB导线受到的安培力向右，则导线AB向右弯曲；AC在MN左侧的导线受到的安培力斜向左下，则这部分导线向左下弯曲、在MN右侧的导线受到的安培力斜向右上，则这部分导线向右上弯曲；BC在MN左侧的导线受到的安培力斜向左上，则这部分导线向左上弯曲、在MN右侧的导线受到的安培力斜向右下，则这部分导线向右下弯曲。故选B。
8．如图所示，半圆形的绝缘环上均匀分布有正电荷，AB是竖直直径，直导线与圆心O等高且水平固定，直导线中有向右的恒定电流，将半圆环绕AB所在直线沿顺时针方向（从上向下看）匀速转动，则直导线受到的安培力方向（ ）
A．向上B．向下
C．垂直纸面向里D．垂直纸面向外
【答案】D
【详解】将半圆环绕AB所在直线沿顺时针方向（从上向下看）匀速转动，从上向下看形成的等效电流沿顺时针方向，则电流在直导线处的磁场竖直向上，根据左手定则，直导线受到的安培力垂直纸面向外。
故选D。
考点三 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。
考向1 通电导线在磁场中的平衡问题
9．如图1所示，一通电导体棒P通过两等长细线悬挂在竖直墙面上等高的A、B两点，导体棒P中通入恒定电流，另一长直导体棒Q固定于AB连线的正下方，并与滑动变阻器串联，此时滑片位于最左端，其侧视图如图2所示（图中电源、开关、导线和滑动变阻器未画出）。已知通电导线在其周围某处产生的磁场的磁感应强度大小（式中k为常数，I为通电导线中的电流大小，r为某处到通电导线的距离），不计电源内阻和导体棒Q的电阻，现缓慢地将滑动变阻器的滑片自左端向右端滑动，下列说法正确的是（ ）
A．两导体棒中电流方向相同
B．P中的电流强度一定大于Q中的电流强度
C．细线对P的拉力大小不变
D．P、Q之间的距离增大，安培力减小
【答案】C
【详解】A．根据题意，对导体棒P受力分析，可知两棒互相排斥，根据安培定则和左手定则可知，两导体棒中电流方向相反，故A错误；
BCD．对导体棒P受力分析，由于两棒互相排斥，安培力平行于两棒所在平面，如图所示
根据相似三角形可知因为和h都不变，所以上式的比值不变，又因为绳长l不变，所以绳子拉力T不变；由于滑动变阻器的滑片自左端向右端滑动，电路中电阻减小，Q中的电流增大，产生的磁场增大，安培力增大，则P、Q之间的距离d增大，而两导体棒的电流强度大小关系无法确定，故C正确，BD错误。故选C。
10．如图所示，两根相距为d的平行金属导轨与水平面间的夹角为，两导轨右端与滑动变阻器、电源、开关连接成闭合回路，在两导轨间轻放一根质量为m、长为d的导体棒MN。导轨间存在着垂直于导轨平面向下的匀强磁场。调节滑动变阻器，当通过导体棒的电流为I和时，导体棒MN均恰好静止。已知重力加速度为g，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是（ ）
A．a端为电源的负极
B．匀强磁场的磁感应强度大小为
C．当通过导体棒的电流为I和时，导轨对导体棒的作用力大小相等
D．导体棒与导轨间的动摩擦因数为
【答案】C
【详解】A．由题意可知安培力方向沿导轨平面向上，由左手定则可知导体棒中的电流方向为由M到N，所以a端为电源的正极，故A错误；
B．当通过导体棒的电流为I时，对导体棒受力分析有当通过导体棒的电流为时，对导体棒受力分析有由题意可知解得，又解得故B错误；
C．当通过导体棒的电流为I时，导轨对导体棒的摩擦力沿导轨向上，导轨对导体棒的支持力导轨对导体棒的作用力当通过导体棒的电流为时，导轨对导体棒的摩擦力沿导轨向下，导轨对导体棒的支持力导轨对导体棒的作用力所以故C正确；
D．由题意可知解得故D错误。故选C。
考向2 通电导线在磁场中的加速问题
11．如图所示为电磁炮的基本原理图（俯视图）。水平平行金属直导轨a、b充当炮管，金属弹丸放在两导轨间，与导轨接触良好，两导轨左端与一恒流源连接，可使回路中的电流大小恒为 I，方向如图所示，两导轨中电流在弹丸所在处产生的磁场视为匀强磁场。若导轨间距为 d，弹丸质量为m，弹丸在导轨上运动的最大距离为s，弹丸能加速的最大速度为v，不计摩擦，则下列判断正确的是（ ）
A．导轨间的磁场方向向上
B．导轨间的磁场磁感应强度大小为
C．弹丸克服安培力做功获得动能
D．弹丸先做加速度越来越小的加速运动，最后做匀速运动
【答案】B
【详解】A．弹丸在安培力作用下做加速运动，故安培力方向向右，根据左手定则得出导轨间的磁场方向向下，故A错误；
B．根据加速过程动能定理得出得出故B正确；
C．安培力做正功获得动能，故C错误；
D．根据牛顿第二定律得出得出故加速度恒定，故D错误。故选B。
12．如图所示，两光滑平行金属导轨水平放置，左端接一定值电阻R，其余电阻不计，整个装置处于垂直于轨道平面的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B。质量为m的导体棒在水平拉力F作用下由静止做匀加速直线运动，拉力F与时间t的关系图像如图所示，则（ ）
A．=0时棒的加速度B．导轨间距
C．时棒的速度D．时间内F的冲量
【答案】B
【详解】A．根据图像可知时，根据牛顿第二定律可知解得，A错误；
B．图像所应该的函数为根据牛顿第二定律可知其中两个公式相结合解得，B正确；
C．导体棒做匀加速运动，时棒的速度，C错误；
D．时间内F的冲量即为图像的面积，D错误。故选B。
13．空间存在垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度为，甲图是一放置于纸面内有顺时针方向恒定电流的环形导体环，圆心O处的磁感应强度为零。乙图是一放置于纸面内有逆时针方向同样大小恒定电流的半环形导体环，空间存在同样的垂直纸面、磁感应强度为的匀强磁场，以下说法正确的是（ ）
A．空间匀强磁场的磁感应强度方向垂直纸面向里
B．乙图圆心O处的磁感应强度为
C．乙图圆心O处的磁感应强度方向垂直纸面向里
D．乙图半环形导体环中电流在圆心O处产生的磁感应强度为
【答案】B
【详解】A．根据安培定则可知，恒定电流在圆心处的磁感应强度方向垂直纸面向里，此时圆心O处的磁感应强度为零，所以空间匀强磁场的磁感应强度方向垂直纸面向外，故A项错误；
BCD．据题意可知，圆形导体环在圆心处产生的磁场的磁感应强度大小为，则通以逆时针方向、同样大小的恒定电流的半圆形导体弧在圆心处产生的磁场的磁感应强度大小为，根据安培定则可知，方向垂直纸面向外，所以乙图圆心O处的磁感应强度方向垂直纸面向外，大小为故B正确，CD错误。故选B。
14．迈斯纳效应是超导体从一般状态转变至超导态的过程中对磁场的排斥现象。如图所示，超导平板位于平面内，x轴正上方d处有一根无限长直导线平行x轴方向放置。当导线中通以电流I（方向沿x轴正方向）时，由于迈斯纳效应，超导体表面出现感应电流，从而使得超导体内部磁场为零，即超导体会排斥体内的磁场。则超导体表面感应电流的方向应（ ）
A．沿x轴负方向B．沿x轴正方向
C．沿y轴负方向D．沿y轴正方向
【答案】A
【详解】导线中通以电流I（方向沿x轴正方向）时，产生垂直于超导平板的逆时针磁场，由于迈斯纳效应，可知超导平板中产生直于超导平板的顺时针磁场，则超导体表面感应电流的方向应沿x轴负方向。
故选A。
15．如图所示，底面为正方形（边长L）、质量为m的柱体静置在水平桌面上，柱体与水平桌面间的动摩擦因数为μ，空间内存在着磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场（图中未画出）。现给柱体上绕的3匝细软导线通入图示方向的电流，只考虑绕在柱体上的导线受到的安培力。已知重力加速度为g，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现缓慢增大电流到柱体刚要滑动时，下列说法正确的是（ ）
A．电流的大小为，柱体受到水平向右的摩擦力
B．电流的大小为，柱体受到水平向右的摩擦力
C．电流的大小为，柱体受到水平向左的摩擦力
D．电流的大小为，柱体受到水平向左的摩擦力
【答案】A
【详解】只有左侧又两段导线，根据左手定则，导线所受安培力的合力方向向左，大小为当柱体刚要滑动时，柱体受到水平向右的摩擦力，有得故选A。
16．如图所示，边长为L的正方形金属线框abcd用绝缘细线悬挂在天花板上处于静止状态，ab边水平，带有绝缘层的长直金属导线MN水平固定，刚好与金属线框ad边和bc边接触，线框关于长直导线对称，长直导线通有从M到N的恒定电流，线框中通有大小为I、沿顺时针方向的恒定电流，线框的质量为m，重力加速度为g，细线的拉力为F，则（ ）
A．ab边受到的安培力方向向上
B．F