備戰(zhàn)2019年高考物理 考點(diǎn)一遍過 考點(diǎn)45 磁場性質(zhì)和安培力（含解析）

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1、磁場性質(zhì)和安培力 一、磁場 1．力的角度——磁感應(yīng)強(qiáng)度： 把一段檢驗(yàn)電流放在磁場中時，用它受到的最大安培力與其電流強(qiáng)度和長度的乘積之比來描述該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，即。 2．“形”的角度——磁感線： 磁感線的疏密反映磁場的強(qiáng)弱（磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。?，切線方向是磁場方向。 3．磁場的疊加： 由于磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，故磁場疊加時合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度可以由平行四邊形定則計(jì)算。 二、安培定則和左 手定則 使用手 使用范圍 安培定則 右手 環(huán)形電流→磁場、直線電流→環(huán)形磁場 左手定則 左手 電（流）+磁→（安培）力 判斷通電導(dǎo)線在磁場中的運(yùn)動方向： 1．把彎曲導(dǎo)線

2、分成很多直線電流元，先用左手定則判斷各電流元受力方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線的運(yùn)動方向。 2．環(huán)形通電導(dǎo)線等效為小磁針，根據(jù)小磁針受到的磁力方向判斷導(dǎo)線的受力和運(yùn)動方向。 3．兩平行直線電流間，同向電流互相吸引，反向電流相互排斥。 三、安培力 1．公式：FA=BILsin θ，安培力的大小取決于磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流強(qiáng)度I、導(dǎo)體長度L及直導(dǎo)體與磁場方向間的夾角θ，該公式一般只適用于勻強(qiáng)電場。 2．涉及安培力的力學(xué)綜合問題，一般采取以下步驟解題： （1）選擇適當(dāng)?shù)囊暯?，將電流方向或磁場方向用“●”或“×”表示，使立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖； （2）進(jìn)行受力分析，特別要根據(jù)

3、磁場特定分析好安培力； （3）根據(jù)平衡條件、牛頓第二定律或功能關(guān)系列方程解答。 三根完全相同的長直導(dǎo)線互相平行，通以大小和方向都相同的電流。它們的截面處于一個正方形abcd的三個頂點(diǎn)a、b、c處，如圖所示。已知每根通電長直導(dǎo)線在其周圍產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度與該導(dǎo)線的距離成反比，通電導(dǎo)線b在a處產(chǎn)生的磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，則d處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 A．2B B．B C．3B D．B 【參考答案】B 【詳細(xì)解析】設(shè)正方形的邊長為L，通電導(dǎo)線b在

4、a處產(chǎn)生的磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，根據(jù)通電導(dǎo)線在其周圍產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小與距該導(dǎo)線的距離成反比，及幾何關(guān)系可得，a與c在d處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，b在d處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向如圖所示，則d點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，選B。 【名師點(diǎn)睛】根據(jù)安培定則確定磁場方向，結(jié)合幾何關(guān)系由平行四邊形定則合成磁感應(yīng)強(qiáng)度。 1．（2018·全國普通高等學(xué)校高三招生統(tǒng)一考試模擬）如圖所示，A、B、C是正三角形的三個頂點(diǎn)，O是AB的中點(diǎn)，兩根互相平行的通電長直導(dǎo)線垂直紙面固定在A、B兩處，導(dǎo)線中通入的電流大小相等、方向相反。已知通電長直導(dǎo)線產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，I為通電長直導(dǎo)

5、線的電流大小，r為距通電長直導(dǎo)線的垂直距離，k為常量，O點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0，則C點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】設(shè)A、B處的電流在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1，方向如圖所示，有，即，由及可知，A、B處的電流在C點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，方向如圖所示，由平行四邊形定則及頂角C為120°可知合磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，C正確。 如圖所示，均勻繞制的螺線管水平放置，在其正中心的上方附近用絕緣繩水平吊起通電直導(dǎo)線A，A與螺線管垂直，A導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向里。開關(guān)S閉合，A受到通電螺線管磁場的作用力方向是 A．水平向左

6、 B．水平向右 C．豎直向上 D．豎直向下 【參考答案】C 【詳細(xì)解析】首先根據(jù)安培定則判斷通電螺線管中心產(chǎn)生的磁場方向向右，所以在A處產(chǎn)生的磁場方向水平向左，根據(jù)左手定則判斷可知，A受到的安培力方向豎直向上，故選C。 【易錯警示】注意使用安培定則和左手定則時不要用錯手，明確定則涉及的物理量的因果關(guān)系。 1．（2018·河北省張家口市第四中學(xué)高二期末）如圖所示，ab、cd是兩根在同一豎直平面內(nèi)的直導(dǎo)線，在兩導(dǎo)線中央懸掛一個小磁針，靜止時在同一豎直平面內(nèi)。當(dāng)兩導(dǎo)線中通以大小相等的電流

7、時，小磁針N極向紙面內(nèi)轉(zhuǎn)動，則兩導(dǎo)線中的電流方向 A．一定都是向上 B．一定都是向下 C．a(chǎn)b中電流向上，cd中電流向下 D．a(chǎn)b中電流向下，cd中電流向上 【答案】C 【解析】若兩導(dǎo)線中的電流方向均向上，根據(jù)安培定則判斷可知，小磁針N極靜止不動，與題意不符，故A錯誤。若兩導(dǎo)線中的電流方向均向下，根據(jù)安培定則判斷可知，小磁針N極向紙外面轉(zhuǎn)動，與題意不符。故B錯誤。若ab中電流向上，cd中電流向下，根據(jù)安培定則判斷可知，小磁針N極向紙里面轉(zhuǎn)動，與題意相符。故C正確。若ab中電流向下，cd中電流向上，根據(jù)安培定則判斷可知，小磁針N極向紙外面轉(zhuǎn)動，與題意不符。故D錯誤。 【點(diǎn)睛】由

8、題，小磁針N極向紙面里轉(zhuǎn)動，小磁針S極向紙面外轉(zhuǎn)動，則小磁針N極所在磁場方向向里，小磁針S極所在磁場方向向外，根據(jù)安培定則判斷。 （2018·山東省藁城市第一中學(xué)高三沖刺卷）如圖，AB、CD是兩根長度均為L=4.0 m，質(zhì)量分別為m1=0.6 kg和m2=0.2 kg的金屬棒，兩根等長的細(xì)金屬桿將兩節(jié)干電池與兩個金屬棒串聯(lián)成閉合回路，整個回路用絕緣細(xì)線懸掛在天花板上，保證金屬棒水平。整個裝置處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0 T，電路中的電流I=0.5 A，待系統(tǒng)穩(wěn)定之后（金屬棒、細(xì)金屬桿在力的作用下不會發(fā)生變形，取g=10 m/s2），則 A．絕緣細(xì)線與豎直方向的

9、夾角0o B．絕緣細(xì)線與豎直方向的夾角45o C．細(xì)金屬桿與豎直方向的夾角45o D．細(xì)金屬桿與豎直方向的夾角90o 【參考答案】AC 【詳細(xì)解析】以整體為研究對象，整體總共受到四個力的作用，水平方向上，兩金屬棒受到力的大小均為，方向相反的安倍力，這兩個力互相平衡；豎直方向上，絕緣細(xì)線的拉力與總的重力平衡，因?yàn)橹亓Φ姆较蜇Q直向下，所以，絕緣細(xì)線的拉力一定是豎直向上，也就是說，絕緣細(xì)線與豎直方向的夾角為，故選項(xiàng)A正確，B錯誤；以cd棒為研究對象，cd棒受三個力而平衡，受力情況如圖所示： 安培力：，cd棒的重力：，由平衡條件得：，解得：，即細(xì)金屬絲與豎直方向的夾角為，故選項(xiàng)C正確

10、，D錯誤。 1．（2018·浙江新高考選考科目）在城市建設(shè)施工中，經(jīng)常需要確定地下金屬管線的位置，如圖所示，有一種探測方法是，首先給金屬長直管線上同上電流，再用可以測量磁場強(qiáng)弱、方向的儀器進(jìn)行一下操作：①用測量儀在金屬管線附近的水平地面上找到磁場的最強(qiáng)的某點(diǎn)，記為a；②在a點(diǎn)附近的地面上，找到與a點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度相同的若干點(diǎn)，將這些點(diǎn)連成直線EF；③在地面上過a點(diǎn)垂直于EF的直線上，找到磁場方向與地面夾角為45°的b、c兩點(diǎn)，測得b、c兩點(diǎn)距離為L，由此可確定金屬管線 A．平行于EF，深度為 B．平行于EF，深度為L C．垂直于FE，深度為 D．垂直于EF，深度為L 【答案】A

11、 【解析】根據(jù)通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場特點(diǎn)：距離電流越近，產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度越大，則a點(diǎn)距離管線最近，EF上的點(diǎn)均是距離管線最近的點(diǎn)，管線在EF的正下方，與EF平行；根據(jù)安培定則做出管線產(chǎn)生磁場的橫截面圖示：則由幾何關(guān)系可以確定a到管線的距離為，故A正確，BCD錯誤。 2．如圖，兩根間距為d的平行光滑金屬導(dǎo)軌間接有電源E，導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θ=30°，金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置，導(dǎo)軌與金屬桿接觸良好，整個裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中。當(dāng)磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向上時，金屬桿ab剛好處于靜止?fàn)顟B(tài)。要使金屬桿能沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動，可以采取的措施是 A．增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B B．調(diào)節(jié)滑動變阻器使

12、電流增大 C．增大導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θ D．將電源正負(fù)極對調(diào)使金屬桿中的電流方向改變 【答案】AB 【解析】根據(jù)初始條件受力分析可知，因此增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B，安培力增大，金屬桿能沿斜面向上運(yùn)動，A正確；若增大電流，則安培力將增大，金屬桿將向上運(yùn)動，B正確；增大傾角θ，重力沿導(dǎo)軌向下的分力，金屬桿將向下運(yùn)動，C錯誤；將電源正負(fù)極對調(diào)使金屬桿中的電流方向改變，安培力將沿斜面向下，金屬桿將向下運(yùn)動，D錯誤。 1．彈簧測力計(jì)下掛一條形磁鐵，其N極一端位于一通電螺線管的正上方，如圖所示，下列說法正確的是 A．若將a接電源正極，b接電源負(fù)極，彈簧測力計(jì)示數(shù)不變 B．若將a接電

13、源正極，b接電源負(fù)極，彈簧測力計(jì)示數(shù)將增大 C．若將b接電源正極，a接電源負(fù)極，彈簧測力計(jì)示數(shù)將減小 D．若將b接電源正極，a接電源負(fù)極、彈簧測力計(jì)示數(shù)將增大 2．（2018·寧夏銀川市第二中學(xué)高三全國統(tǒng)一考試仿真模擬）已知導(dǎo)線中的電流在周圍空間產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，k為常量，r為到導(dǎo)線的距離。如圖所示，兩個半徑相同、材料不同的半圓環(huán)并聯(lián)接在電路中，電路中的總電流為I，流過ABD半圓環(huán)的電流為，流過ACD半圓環(huán)的電流為，在圓環(huán)圓心O處電流產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0。若將ABD半圓環(huán)截去，電路中的總電流保持不變，則此時O點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 A．3B0 B．2B0 C．B0

14、D． 3．（2018·湖北省黃岡中學(xué)高三第三次模擬）如圖所示，AC是四分之一圓弧，O為圓心，D為弧AC中點(diǎn)，A、D、C處各有一垂直紙面的通電直導(dǎo)線，電流大小相等，A、C兩處電流垂直紙面向里，D處電流垂直紙面向外，整個空間再加一個大小為的勻強(qiáng)磁場，O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度剛好為零，如果將D處電流反向，其他條件都不變，則O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 A． B． C．2B D．0 4．在導(dǎo)線中電流在周圍空間產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，k為常量，r為到導(dǎo)線的距離，如圖所示，兩個半徑相同，材料不同的半圓環(huán)并聯(lián)接在電路中，電路中的總電流為I，流過ABD半圓環(huán)的電流為，流過ACD半圓環(huán)的電流為，在圓環(huán)圓心處電流產(chǎn)生

15、的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。若將ABD半圓環(huán)繞直徑AD轉(zhuǎn)過90°，這時在O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 A．3B B．B C．B D．B 5．（2018·遼寧省營口市開發(fā)區(qū)第一高級中學(xué)高二月考）對于通有恒定電流的長直螺線管，下列說法中正確的是 A．放在通電螺線管外部的小磁針靜止時，它的N極總是指向螺線管的S極 B．放在通電螺線管外部的小磁針靜止時，它的N極總是指向螺線管的N極 C．放在通電螺線管內(nèi)部的小磁針靜止時，它的N極總是指向螺線管的S極 D．放在通電螺線

16、管內(nèi)部的小磁針靜止時，它的N極總是指向螺線管的N極 6．如圖所示，一邊長L、三邊電阻相同的正三角形金屬框放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中。若通以圖示方向的電流（從A點(diǎn)流入，從C點(diǎn)流出），電流為I，則金屬框受到的磁場力的合力為 A．0 B．BIL C．BIL D．2BIL 7．（2018·廣州欽州市欽州港經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)高三模擬）將閉合通電導(dǎo)線圓環(huán)平行于紙面緩慢地豎直向下放入水平方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，則在通電圓環(huán)從剛進(jìn)入到完全進(jìn)入磁場的過

17、程中，所受的安培力的大小 A．逐漸增大 B．逐漸變小 C．先增大后減小 D．先減小后增大 8．如圖所示，質(zhì)量m=0.5 kg的通電導(dǎo)體棒在安培力作用下靜止在傾角為37°、寬度為L=1 m的光滑絕緣框架上，磁場垂直于框架平面向下（磁場僅存在于絕緣框架內(nèi)），右側(cè)回路電源的電動勢E=8 V、內(nèi)電阻r=1 Ω，額定功率為8 W、額定電壓為4 V的電動機(jī)正常工作，則磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為（g=10 m/s2） A．1.5 T B．1 T C．2 T D．1

18、.73 T 9．如圖所示，長為L的通電直導(dǎo)體棒放在光滑水平絕緣軌道上，勁度系數(shù)為k的水平輕彈簧一端固定，另一端拴在棒的中點(diǎn)，且與棒垂直，整個裝置處于方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，彈簧伸長x，棒處于靜止?fàn)顟B(tài)。則 A．導(dǎo)體棒中的電流方向從b流向a B．導(dǎo)體棒中的電流大小為 C．若只將磁場方向緩慢順時針（從a向b看）轉(zhuǎn)過一小角度，再次平衡時，x變大 D．若只將磁場方向緩慢逆時針（從a向b看）轉(zhuǎn)過一小角度，再次平衡時，x變大 10．（2018·山東省濟(jì)南第一中學(xué)高二學(xué)考）如圖所示，固定的水平金屬導(dǎo)軌間距L=2 m。處在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=4×l0-2 T的豎直向上的勻強(qiáng)磁場中

19、，導(dǎo)體棒MN垂直導(dǎo)軌放置，并始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。已知電源的電動勢E=6 V，內(nèi)電阻r=0.5 Ω，電阻R=4.5 Ω，其他電阻忽略不計(jì)。閉合開關(guān)S，待電流穩(wěn)定后，試求： （1）導(dǎo)體棒中的電流； （2）導(dǎo)體棒受到的安培力的大小和方向。 11．（2017·新課標(biāo)全國Ⅰ卷）如圖，三根相互平行的固定長直導(dǎo)線L1、L2和L3兩兩等距，均通有電流，L1中電流方向與L2中的相同，與L3中的相反，下列說法正確的是 A．L1所受磁場作用力的方向與L2、L3所在平面垂直 B．L3所受磁場作用力的方向與L1、L2所在平面垂直 C．L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為 D．L1、

20、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為 12．（2017·新課標(biāo)全國Ⅱ卷）某同學(xué)自制的簡易電動機(jī)示意圖如圖所示。矩形線圈由一根漆包線繞制而成，漆包線的兩端分別從線圈的一組對邊的中間位置引出，并作為線圈的轉(zhuǎn)軸。將線圈架在兩個金屬支架之間，線圈平面位于豎直面內(nèi)，永磁鐵置于線圈下方。為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動起來，該同學(xué)應(yīng)將 A．左、右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆都刮掉 B．左、右轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉 C．左轉(zhuǎn)軸上側(cè)的絕緣漆刮掉，右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉 D．左轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉，右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉 13．（2017·江蘇卷）如圖所示，兩個單匝線圈a、b的半

21、徑分別為r和2r。圓形勻強(qiáng)磁場B的邊緣恰好與a線圈重合，則穿過a、b兩線圈的磁通量之比為 A．1:1 B．1:2 C．1:4 D．4:1 14．（2016·海南卷）如圖（a）所示，揚(yáng)聲器中有一線圈處于磁場中，當(dāng)音頻電流信號通過線圈時，線圈帶動紙盆振動，發(fā)出聲音。俯視圖（b）表示處于輻射狀磁場中的線圈（線圈平面即紙面），磁場方向如圖中箭頭所示。在圖（b）中 A．當(dāng)電流沿順時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里 B．當(dāng)電流沿順時針方向時，線圈

22、所受安培力的方向垂直于紙面向外 C．當(dāng)電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向里 D．當(dāng)電流沿逆時針方向時，線圈所受安培力的方向垂直于紙面向外 15．（2015·江蘇卷）如圖所示，用天平測量勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列各選項(xiàng)所示的載流線圈匝數(shù)相同，邊長MN相等，將它們分別掛在天平的右臂下方，線圈中通有大小相同的電流，天平處于平衡狀態(tài)，若磁場發(fā)生微小變化，天平最容易失去平衡的是 A B C D 1．D【解析】若將a接電源正極，b接負(fù)極，由安培定則可知，螺線管相當(dāng)于N極在上的條形磁鐵，對磁鐵產(chǎn)生向上的斥力，所以彈簧測力計(jì)示數(shù)減小，AB錯誤；

23、若將b接電源正極，a接負(fù)極，由安培定則可知，螺線管相當(dāng)于S極在上的條形磁鐵，對磁鐵產(chǎn)生向下的引力，所以彈簧測力計(jì)示數(shù)增大，C錯誤，D正確。 【名師點(diǎn)睛】考查右手螺旋定則的內(nèi)容，掌握矢量的合成法則應(yīng)用，注意各自在O點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度大小計(jì)算是解題的關(guān)鍵。 3．B【解析】設(shè)A、D、C處的電流在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B0，則對O點(diǎn)的磁場：，即B=(–1)B0，B的方向沿左上方450的方向；如果將D處電流反向，則O處磁場的大?。?，故選B。 4．B【解析】ABD半圓環(huán)的電流和ACD半圓環(huán)的電流產(chǎn)生的磁場在O點(diǎn)處方向相反，根據(jù)磁場疊加可知，ABD半圓環(huán)在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，ACD半圓環(huán)在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B，因此將ABD半圓環(huán)繞直徑轉(zhuǎn)過90°，這時在O點(diǎn)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，故選B。 15．A【解析】處于磁場中的導(dǎo)體，受安培力作用的有效長度越長，根據(jù)F=BIL知受安培力越大，越容易失去平衡，由圖知選項(xiàng)A中導(dǎo)體的有效長度最大，故選A。 14