高考物理沖刺：知識講解-磁場對電流的作用（基礎(chǔ)）

.磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：運動的電荷產(chǎn)生磁場

基本性質(zhì)：對處于磁場中的運動電荷（電流）有力的作用

物理量：磁感應(yīng)強度8=￡（8_L￡）,方向為磁場方向

1L

條形磁鐵'

蹄形磁鐵磁感線的分布

描述勻強磁場,

圖線：磁感線

直線電流

環(huán)形電流磁場方向的判斷：安培定則

磁場」

通電螺旋管

.對通電導(dǎo)線：安培力9=左手定則

,洛倫武力尸=g出左手定則

言管的磁場;

’條件,v±B

mv

作用半徑:

對運動電荷帶電粒子在勻強F飛練應(yīng)用。

磁場中的運動也

周期:7=

.應(yīng)用實例I質(zhì)譜儀、回旋加速器

【考點梳理】

考點一、磁場

1、磁場的存在

磁場是一種特殊的物質(zhì),存在于磁極和電流周圍。

2.磁場的特點

磁場對放入磁場中的磁極和電流有力的作用。

同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引，磁體之間、磁體與電流（或運動電

荷）之間、電流（或運動電荷）與電流（或運動電荷）之間的相互作用都是通過

磁場發(fā)生的。

3、磁場的方向

規(guī)定磁場中任意一點的小磁針靜止時N極的指向（小磁針N極受力方向1

4、地磁場的主要特點

MsaiMlita

要點W形磁鐵的磁場相似，其主要特點有三個：

(1：社也理南極附近，S極在地球地理北極附近。磁感線分

布如

??NilAw**

(2)地磁場B的水平分量(B、)總是從地球地理南極指向地球地理北極(地球外

部)；而豎直分量(從)，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下。

(3)在赤道平面上，距離地球表面高度相等的各點，磁感應(yīng)強度相等,且方向

水平向北。

注意：地球的地理兩極和地磁兩極不重合，因此形成了磁偏角。

考點二、磁感應(yīng)強度

1、磁感應(yīng)強度

磁感應(yīng)強度是描述磁場大小和方向的物理量,用"B"表示，是矢量。

(1).B的大?。捍艌鲋心滁c的磁感應(yīng)強度的大小等于放置于該點并垂直于磁

場方向的通電直導(dǎo)線所受磁場力F與通過該導(dǎo)線的電流強度和導(dǎo)線長度乘積IL

的比值。

定義式8=

(2).B的方向：磁場中該處的磁場方向。

的單位:特斯拉。

(3).BlT=lN/(Am)o

要點詮釋：

(1)磁感應(yīng)強度B也是用比值法定義的物理量，其特點：與F、I、L無關(guān)，只

由磁場本身決定。

(2)式中的I必須垂直于該處的磁場。

(3)磁感應(yīng)強度是一個矢量，B的方向就是該處的磁場方向(不是F的方向\

2、磁場的疊加

要點詮釋：空間中如果同時存在兩個以上的電流或磁體在該點激發(fā)的磁場，某點

的磁感應(yīng)強度B是各電流或磁體在該點激發(fā)磁場的磁感應(yīng)強度的矢量和，且滿

足平行四邊形定則。

磁感應(yīng)強度B與電場強度E的比較：

電場強度E是描述電場的力的性質(zhì)的物理量；磁感應(yīng)強度B是描述磁場的

力的性質(zhì)的物理量?，F(xiàn)把這兩個物理量比較如下:

磁感應(yīng)強度B電場強度E

物理意義描述磁場的性質(zhì)描述電場的性質(zhì)

定義式BJ，通電導(dǎo)線與B垂直E"

1Lq

矢量矢量

方1可磁感線切線方向，小磁針N極電場線切線方向放入該

受力方向點正電荷受力方向

合磁感應(yīng)強度B等于各磁場的B合場強等于各個電場的

場的疊加

的矢量和場強E的矢量和

單位lT=lN/(Am)lV/m=lN/C

3、磁感線

L磁感線的特點

磁感線的特點:磁感線是為形象地描述磁場的強弱和方向而引入的一系列假

想的曲線，是一種理想化的模型。它有以下特點：

(1)磁感線某點切線方向表示該點的磁場方向，磁感線的疏密可以定性地區(qū)分

磁場不同區(qū)域磁感應(yīng)強度B的大小。

(2)磁感線是閉合的,磁體的外部是從N極到S極,內(nèi)部是從S極到N極。

(3)任意兩條磁感線永不相交。

(4)條形磁體、蹄形磁體、直線電流、通電螺線管、地磁場等典型磁場各有其

特點，記住它們的分布情況有助于分析解決有關(guān)磁場的問題。

2、幾種常見的磁感線

,S極，在內(nèi)部也有相應(yīng)條數(shù)的滋感

羽合曲線。

(2)直線電流的磁場

(2)對于環(huán)形電流和通電螺線管,則用彎曲的四指指向電流環(huán)繞的方向，右手

大拇指指向螺線管內(nèi)部磁感線的方向。

4、安培分子電流假說

(1)磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：磁鐵的磁場和電流的磁千樣，都是由運動電荷產(chǎn)生的。

(2)安培分子電流假說：法國學(xué)者安培提出了分子電流假說。他認(rèn)為在原子、

分子等物質(zhì)微粒內(nèi)部存在著微小的環(huán)形電流即分子電流，分子電流使每個物質(zhì)微

粒成為微小的磁體。安培的假說可以解釋磁化等磁現(xiàn)象。

考點三、磁場對電流的作用力——安培力

L安培力的大小

要點詮釋：安培力的大?。骸?〃表示電流I與磁感應(yīng)強度B的夾角。

(1)當(dāng)磁場與電流垂直時，即8_L/,F=B1L,此時安培力最大；

(2)當(dāng)磁場與電流平行時，即磁場方向與電流方向相同或相反時，即8〃/,

尸=0,

即安培力為零。

L是有效長度；B并非一定為勻強磁場，但它應(yīng)該是L所在處的磁感應(yīng)甥度。

2、安培力的方向

安培力的方向由左手定則判斷。

磁場的基本性質(zhì)是對放入其中的電流有力的作用。

磁場對電流的作用力稱為安培力。實驗表明，安培力的方向與磁場方向、

電流方向都有關(guān)系。

左手定則：

通電導(dǎo)線垂直放入磁場時，磁場方向、電流方向和安培力方向三者之間

的空間關(guān)系由左手定則來確定。它的內(nèi)容是：伸出左手，使大拇指和四指在同平

面內(nèi)并且相互垂直，讓磁感線垂直穿過手心、四指沿電流方向，則大拇指所指的

方向就是電流所受安培力的方向。

【典型例題】

類型一、對磁感應(yīng)強度的理解

同1狐國訴王，在a、b、c三處垂直紙面放置三根長直通電導(dǎo)線，abc是

Q點，電流大小相等，a處電流在三角形中心。點的磁感應(yīng)

）處磁感應(yīng)強度。

a*-------^S）b

【思路點撥】直線電流的磁場與電流大小有關(guān)，與距離有關(guān)。方向用安培定則（即

右手螺旋定則）確定。磁感應(yīng)強度是矢量，仍然用平行四邊形定則進行合成和分

解。

【答案】2B,方向平行于ab連線向右。

【解析】因Oa=Ob=Oc,且各電流等大，所以b、c兩處的電流在。點產(chǎn)生的

型記》小二+0坦據(jù)安培定則,各電流在o處產(chǎn)生的B的方向應(yīng)垂直于各點

號平行四邊形定則和幾何關(guān)系知，a、b在0處的合磁感應(yīng)強

關(guān)缸）°處的合磁感應(yīng)強度大小為2B，方向平行于ab連線向右。

【總結(jié)升華】各電流在0處產(chǎn)生的B的方向應(yīng)垂直于各點和0的連線；各電流

等大，距離相等，在。點的B相等；屬于矢量合成的特殊情況，合力等于分力

的模型：兩個大小相等的力,夾角為120。時,合力等于分力，這里合磁感應(yīng)強

度等于分磁感應(yīng)強度，大小都為B。

舉一反三

在a、b、c三處垂直紙面放置三根長直通電導(dǎo)線，abc是

3點，電流大小相等，方向相同，a處電流在三角形中心0點

JB,求。處磁感應(yīng)強度。

【答案】零

【解析】直線電流的磁場是以直線電流為中心的一組同心圓，故中心O點處三

人士/f卷管Mi向如圖所示，由于對稱性，它們互成120°的角，且它們的

/\B根據(jù)矢量合成的特點,可知它們的合矢量為零。

【變式2］三條在同一平面（紙面）內(nèi)的長直絕緣導(dǎo)線組成一等邊三角形，在

導(dǎo)線中通過的電流均為I,方向如圖所示。a、b和c三點分別位于三角形的三個

頂角的平分線上，且到相應(yīng)頂點的距離相等。將a、b和c處的磁感應(yīng)強度大小

分別記為Bi、B2和B3,下列說法正確的是（）

A.Bi=B2VB3

垂直于紙面向外，C處磁場方向垂直于紙面向里

于紙面向外，b和c處磁場方向垂直于紙面向里

【答案】AC

【解析】由于通過三條導(dǎo)線的電流大小相等，結(jié)合圖形由右手定則可判斷出，

導(dǎo)線2在a處產(chǎn)生的磁場方向向里，導(dǎo)線3在a處產(chǎn)生的磁場方向向外，方向

相反，由于電流相等、距離相等，即磁感應(yīng)強度大小相等，故導(dǎo)線2、3在a處

的合,L在a處產(chǎn)生的磁場方向向外，同理可判定，b處的

產(chǎn)生互a處相等，所以，三條導(dǎo)線在a、b處產(chǎn)生的合磁

感應(yīng)'!處磁感應(yīng)強度大小是三導(dǎo)線的相加，垂直紙面向里,

比a、/\［，有Bi=B2VB3,故選項AC正確。

//IV

bc

類型二、通電導(dǎo)體（或磁體）在安培力作用下的運動

【高清課堂：磁場對電流的作用例1］

例2、如圖，把輕質(zhì)線圈用細(xì)線掛在一個固定的磁鐵的S極附近，磁鐵的軸

線穿過線圈的圓心且垂直于線圈的平面.當(dāng)線圈內(nèi)通電時，下列結(jié)論中正確的是

A.電流方向如圖中所示時，線圈將向左偏移

B.電流方向如圖中所示時,線圈將向右偏移

C.電流方向與圖中相反時，線圈將向左偏移

D.電流方向與圖中相反時，線圈將向右偏移

【思路點撥】分析磁通量的增加減少，應(yīng)用右手螺旋定則判斷通電線圈的磁極，

再根據(jù)同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引判斷。

【答案】BC

【解析】線圈中電流方向如圖時，根據(jù)安培定則，

線圈的右邊為N極，磁鐵左邊是S極，異名磁極相互吸引，線圈將向右偏移，A

錯B對。電流方向與圖中相反時，線圈的右邊為S極，磁鐵左邊是S極，同名

磁極相互排斥，線圈將向左偏移，C對D錯。故選BC。

【總結(jié)升華】本題的關(guān)鍵是要分析清楚線圈通電后哪邊是N極，哪邊是S極,

這就要求必須熟練應(yīng)用安培定則，也叫右手螺旋定則，大拇指的方向為N極。

舉一反三

【高清課堂：磁場

【變式】「一《

.|I電液體接觸，現(xiàn)接通如圖所示電流，則會發(fā)

生什么現(xiàn)、一

【答案】彈簧收縮、再伸長、再收縮……上下振動

類型三、安培力大小和方向的分析方法

對"等效長度'（"有效長度'）的理解:

XXX

￡X

￡

X

例3、如圖，一段導(dǎo)線abed位于磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中，且與

磁歷方向（垂直干紙面曲里）垂直。線段ab、be和cd的長度均為L,且

XX》XXX

曰流為方向如圖中箭頭所示。導(dǎo)線段

所Ze//--------X---------1\I,abed

XXXX也

A.方向沿紙面向上，大小為（6+DIBL

B.方向沿紙面向上，大小為機

C.方向沿紙面向下，大小為（0+1）/瓦

D.方向沿紙面向下，大小為e-DIBL

【思路點撥】用"等效長度〃的方法解題，將兩點從起點連到終點，電流的方向

也是從起點連到終點，再應(yīng)用左手定則判斷。

【答案】A

【解析】該導(dǎo)線可以用a和d之間的直導(dǎo)線長為（立+1力來等效代替，根據(jù)

F=BIl,可知大小為（拒+1）8〃,方向根據(jù)左手定則，A正確。

【總結(jié)升華】對這種類型的題用"等效長度〃的方法是一種行之有效的方法，既

對又快，如果按力的合成法計算就太慢了。

舉一反三

【變式1】如圖，長為21的直導(dǎo)線拆成邊長相等，夾角為60。的V形，并置于

與其所在平面相垂直的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為B,當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強

XXXX

度時，該v形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為（）

XX

v

XxXX

A.0B.0.5B//C.B//D.2BZ/

【答案】C

【解析】導(dǎo)線有效長度為2lsin30°=lz所以該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小

為。選C。

兩個長直通電導(dǎo)線間的相互作用的規(guī)律：同向電流相互吸引，反向電流相互排

斥。

【變式1］如圖所示，把一個形狀為直角三角形的通電〃

XYXXX

線圈使其平面垂直于磁場放入勻強磁場中，線圈受到磁X乂

X

場力的合力（）J---------><——

ca

A.方向垂直于ab邊斜向上

B.方向垂直于be邊向右

C.方向垂直于ca邊向下

D為零

【答案】D。

類型三、安培力作用下導(dǎo)體的平衡

例4、如圖，質(zhì)量為機、長為L的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于O、并處

于勻強磁場中。當(dāng)導(dǎo)線中通以沿工正方向的電流/,且導(dǎo)/0，

線保持靜止時，懸線與豎直方向夾角為巴則磁感應(yīng)強度弋

方向和大小可能為（）同［

A.z正向，管tanOB.），正向，貴

C.z負(fù)向,些tan。D.沿懸線向上,—sin6?

I1］J

【思路點撥】本題對立體空間有一定的要求，應(yīng)用左手定則，抓住平衡條件進行

分析。

【答案】BC

【解析】用逆向解題法。A、磁感應(yīng)強度方向為z正向,根據(jù)左手定則，直導(dǎo)線

所受安培力方向沿y負(fù)方向，直導(dǎo)線不能平衡，所以A錯誤;B、磁感應(yīng)強度方

T

nig

向為y正向，根據(jù)左手定則，直導(dǎo)線所受安培力方向沿z正方向，此時細(xì)線拉力

為零（否則不能平衡），根據(jù)平衡條件BIL二mg,所以人管，所以B正確；C、

磁感應(yīng)強度方向為Z負(fù)方向，根據(jù)左手定則，直導(dǎo)線所受安培力方向沿y正方向，

根據(jù)平衡條件BIL=，ngtan0,

所以3=等tan。,所以C正確；D、磁感應(yīng)強度方向沿懸線向上，根據(jù)左手定

則，直導(dǎo)線所受安培力方向如下圖（側(cè)視圖）,直導(dǎo)線不能平衡，所以D錯誤。

故選BC。

【總結(jié)升華】本題由于涉及到空間問題有一定的難度，仍然屬于導(dǎo)體在有安培力

作用時的平衡問題，一定要看清楚電流的方向，正確運用左手定則。

舉一反三

【變式1】電磁軌道炮工作原理如圖所示。待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間芻由

移動，并與

軌道保持良好接觸。電流I從一條軌道流入，通過導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回。

軌道電

流可形成在彈體處垂直于軌道面得磁場（可視為勻強磁場），磁感應(yīng)強度的大小

A.只將軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍

B.只將電流I增加至原來的2倍

C.只將彈體質(zhì)量減至原來的一半

D.將彈體質(zhì)量減至原來的一半，軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍，其它量不變

【答案】BD

【解析】利用動能定理，安培力對彈體做的功等于彈體動能的變化

BIlL=—mv2,B=kl

2i；

解得I也衛(wèi)。所以正確答案是BD。

Vin

【變式2］如圖所示，兩根足夠長的光滑平行導(dǎo)軌與水平面成0=60。角,導(dǎo)軌間

距為L。將

直流電源、電阻箱和開關(guān)串聯(lián)接在兩根導(dǎo)軌之間。整個裝置處在磁感應(yīng)強度為B

的勻強磁場中。質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒MN垂直導(dǎo)軌水平放置在導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒與

兩根導(dǎo)軌