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高考物理总复习课件
第十章 　磁场
第1节 磁体 磁场对电流的作用
一、磁场的基本概念
1.磁场.
物质
通电导线
(1)定义：存在于磁体、电流和运动电荷周围空间的一种特殊
形态的________.
(2)基本特性：磁场对处于其中的磁体、__________和运动电
荷有磁场力的作用.
(3)方向：在磁场中任一点，小磁针____极受力的方向，即小
磁针静止时____极所指的方向，就是该点的磁场方向.
(4)磁现象的电本质：磁体的磁场和电流的磁场都是由______
_________产生的.
N
N
的运动
电荷
B＝
2.磁感应强度.
比值
(1)定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培
力 F安 跟电流 I 和导线长度 L 的乘积的________叫做磁感应强度.
(2)定义式：____________.
F安
IL
切线
(3)方向：就是磁场的方向，即小磁针静止时 N 极所指的方向，
也是过该点的磁感线的________方向.
强弱和方向
T
(4)磁感应强度是矢量，可描述磁场的____________.
(5)单位：特斯拉，简称特，国际符号是____，1 T＝1
N
.
A·m
3.磁感线.
磁感应强度
(1)磁感线：在磁场中画出的一些有方向的曲线，使曲线上每
一点的切线方向都跟这点的___________的方向一致.
(2)特点.
切线
疏密
闭合
①磁感线上某点的______方向就是该点的磁场方向.
②磁感线的______定性地表示磁场的强弱.
③磁感线是______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磁感线是假想的曲线，客观上不存在.
⑤磁感线永不相交.
注意：熟记条形磁体、蹄形磁体、直线电流、环形电流、通
电螺线管的磁感线分布状况.
4.匀强磁场：磁感应强度大小处处相等、方向处处相同的磁场
称为匀强磁场.距离很近的两个异名磁极之间的磁场、通电螺线管
内部的磁场(边缘部分除外)以及平行板电容器间的磁场，都可以认
为是匀强磁场.
二、电流的磁效应 磁场对电流的作用
1.电流的磁效应：奥斯特发现了电流的磁效应，即电流周围存
在磁场，可用安培定则(即右手螺旋定则)判断电流的磁场方向.
2.磁场对电流的作用.
(1)安培力的大小：当 I⊥B时(θ＝90°)，Fmax＝____；当 I∥B
时(θ＝0°)，Fmin＝______；当通电导线方向与磁场方向成 θ 角时，
F安＝BILsin θ.
BIL
0
(2)特点：不仅与B、I、L有关，还与夹角θ有关；L是________，
不一定是导线的实际长度.弯曲导线的有效长度 L 等于两端点所连
直线的长度，所以任意形状的闭合线圈的有效长度 L＝______.
(3)安培力的方向：安培力的方向既与磁场方向________，又
与电流的方向________，即 F 总是垂直 B 和 I 所确定的平面，可
以用左手定则来判定.
有效长度
0
垂直
垂直
【基础自测】
1.判断下列题目的正误.
(1)磁场中某点的磁感应强度的方向，跟放在该点的试探电流
元所受磁场力的方向一致.(
)
(2)磁场中某点磁感应强度的大小，跟放在该点的试探电流元
的情况无关.(
)
)
(3)小磁针 N 极所指的方向就是该处磁场的方向.(
(4)在同一磁场中，磁感线越密，磁场就越强.(
)
(5)将通电导线放入磁场中，若不受安培力，说明该处磁感应
强度为零.(
)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×
2.如图 10-1-1 所示，直导线 AB、螺线管 E、电磁铁 D 三者相
距较远，其磁场互不影响，当开关 S 闭合后，则小磁针北极 N(黑
色一端)指示磁场方向正确的是(
)
图 10-1-1
A.a
B.b
C.c
D.d
解析：依据安培定则，判断出电流的磁场方向.再根据小磁针
静止时 N 极的指向为磁场的方向，判知 C 正确.
答案：C
3.如图 10-1-2 所示，磁感应强度为 B 的匀强磁场方向垂直纸
面向里，将一根通电长直导线放置于磁场内，电流方向与磁场方
向垂直，导线左右两侧 a、b 两点关于直导线对称，已知 b 点的磁
)
感应强度大小为 1.5B，则 a 点的磁感应强度大小为(
图 10-1-2
A.0
B.0.5B
C.1B
D.1.5B
解析：由安培定则可知，通电长直导线在 b 点的磁感应强度
方向垂直于纸面向里，b 点的磁感应强度大小为匀强磁场和通电导
线在 b 点磁场的合磁场，故通电长直导线在 b 点的磁感应强度为
Bb＝1.5B－B＝0.5B，通电长直导线在 a 点的磁感应强度与通电长
直导线在 b 点的磁感应强度大小相等、方向相反，故通电长直导
线在 a 点的磁感应强度为 Ba＝0.5B，方向垂直于纸面向外，则 a
点的磁感应强度大小为 B′＝B－0.5B＝0.5B，B 正确.
答案：B
4.(2023 年广东潮州二模)如图 10-1-3 所示为一边长为 d 的正方
体，在 FE、ND 两边放置足够长直导线，通有相等
的电流 I，电流方向如图所示.若一根无限长直导线
通过电流 I 时，所产生的磁场在距离导线 d 处的磁
感应强度大小为 B，则图中 C、O 两点处的磁感应
强度大小分别为(
)
图 10-1-3
解析：根据右手螺旋定则，放置在 FE 边的电流在 C 点产生
的磁场大小为 B，方向沿 CM，放置在 ND 边的电流在 C 点产生的
磁场大小为 B，方向沿 FC，故 C 点处的磁感应强度大小为 B.
放置在 FE 边的电流在 O 点产生的磁场大小为 B，方向沿 NO，放
置在 ND 边的电流在 O 点产生的磁场大小为 B，方向沿 OP，故 O
点处的磁感应强度大小为 B.
答案：D
1.磁感应强度由磁场本身决定，因此不能根据定义式 B＝ 认
热点 1 对磁感应强度 B 的理解
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F
IL
为 B 与 F 成正比，与 I、L 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入.如
果平行于磁场放入，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，其方向为放入其中的小磁针静止时 N
极的指向.
【典题 1】(2021 年河北沧州质检)电场强度 E 和磁感应强度 B
是描述电场和磁场强弱的物理量，下列说法中正确的是(
)
A.若试探电荷在某位置所受的电场力为零，则该处的电场强
度可能不为零
B.若一小段电流在某位置所受的安培力为零，则该处的磁感
应强度一定为零
C.电场强度与磁感应强度比值的单位与速度的单位相同
D.电场强度与磁感应强度比值的单位与加速度的单位相同
答案：C
物理量 磁感应强度 B 电场强度 E
物理意义 描述磁场强弱的物理量 描述电场强弱的物理量
定义式
方向 磁感线切线方向，小磁针 N
极所受磁场力方向( 静止时
N 极所指方向) 电场线切线方向，正电荷
的受力方向
方法技巧 磁感应强度与电场强度的比较
物理量 磁感应强度 B 电场强度 E
大小决
定因素 由磁场决定，与试探电流元无关 由电场决定，与检验电荷无关
场的
叠加 合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和 合电场强度等于各电场的电场强度的矢量和
(续表)
类型 直线电流的磁场 通电螺线管的磁场 环形电流的磁场
特点 以导线上任意点为圆心，垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，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
热点 2 安培定则的应用与磁场的叠加
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1.电流周围的磁场：
类型 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
横截
面图
(续表)
2.磁场叠加问题的解题思路.
(1)确定磁场场源，如通电导线.
(2)确定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 10-1-4 所示为 M、N 在 c
点产生的磁场 BM、BN.
图 10-1-4
(3)应用平行四边形定则进行合成，如图中的合磁场 B.
考向 1 安培定则的应用
【典题 2】(2023 年广东深圳一模)如图 10-1-5 所示，一对完全
相同的圆形线圈，共轴放置.已知 O 为装置中心
点，a、b、c、d 点到 O 点距离相等，直线 dOb
与线圈轴线重合，直线cOa与轴线垂直.现两线圈
)
图 10-1-5
内通入大小相等且方向相反的电流，则(
A.两线圈间为匀强磁场
B.O 点的磁感应强度为零
C.a、c 两点的磁感应强度相同
D.b、d 两点的磁感应强度相同
解析：根据安培定则，左侧线圈产生的磁场在 b、d 点处的磁
感应强度方向整体向右，右侧线圈产生的磁场在 b、d 点处的磁感
应强度方向整体向左，由于两线圈内通入的电流大小相等，根据
对称性可知，两线圈在 O 点产生的磁场的磁感应强度大小相等，
方向相反，则 O 点的磁感应强度为零，B 正确.
答案：B
考向 2 磁感应强度的叠加
【典题 3】(2022 年广东深圳模拟)空间存在垂直纸面的匀强磁
场(未画出)，磁感应强度为 B0，将一通有顺时针方向恒定电流的
圆形导体环 a 放置于纸面内(如图 10-1-6 甲)，此时圆心 O 处的磁
感应强度为零.若将磁场中的导体环 a 替换为半径相同的半圆形导
体弧 b，通以逆时针方向、同样大小的恒定电流(如图乙)，则以下
说法正确的是(
)
甲
乙
图 10-1-6
A.空间匀强磁场的磁感应强度方向垂直纸面向里
D.乙图圆心 O 处的磁感应强度方向垂直纸面向外
解析：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，A 错误.据题意可知，圆形导体环 a
在圆心处产生的磁场的磁感应强度大小为 B0，则通以逆时针方向、同
样大小的恒定电流的半圆形导体弧 b 在圆心处产生的磁场的磁感应强
错误，D 正确.
答案：D
热点 3 安培力作用下导体运动的特殊判断方法
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1.判定导体运动情况的基本思路.
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感线分布情况，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.
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
2.五种常用判定方法：
结论法 同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；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
(续表)
【典题 4】一个可以自由运动的线圈 L1 和一个固定的线圈 L2
互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，如图 10-1-7 所示.当
)
两线圈中通以图示方向的电流时，从左向右看，线圈 L1 将(
图 10-1-7
A.不动
C.逆时针转动
B.顺时针转动
D.在纸面内平动
解析：方法一(电流元法)：把线圈 L1 沿水平转动轴分成上、
下两部分，每一部分又可以看成无数段直线电流元，电流元处在
L2 产生的磁场中，根据安培定则可知各电流元所在处的磁场方向
向上，由左手定则可得，上半部分电流元所受安培力方向均指向
纸外，下半部分电流元所受安培力方向均指向纸内，因此从左向
右看线圈 L1 将顺时针转动.
方法二(等效法)：把线圈 L1 等效为小磁针，该小磁针刚好处
于环形电流 I2 的中心，小磁针的 N 极应指向该点环形电流 I2 的磁
场方向，由安培定则知 I2 产生的磁场方向在其中心处竖直向上，
而 L1 等效成小磁针后，转动前，N 极指向纸内，因此小磁针的 N
极应由指向纸内转为向上，所以从左向右看，线圈 L1 将顺时针转
动.
方法三(结论法)：环形电流 I1、I2 不平行，则一定有相对转动，
直到两环形电流同向平行为止.据此可得，从左向右看，线圈 L1 将
顺时针转动.
答案：B
【迁移拓展 1】如图 10-1-8 所示，用绝缘细线悬挂一个导线
框，导线框是由两同心半圆弧导线和两直导线 ab、cd(ab、cd 在同
一条水平直线上)连接而成的闭合回路，导线框中通有图示方向的
电流，处于静止状态.在半圆弧导线的圆心处沿垂直于导线框平面
)
的方向放置一根长直导线 P.当 P 中通以方向向外的电流时(
图 10-1-8
A.导线框将向左摆动
B.导线框将向右摆动
C.从上往下看，导线框将顺时针转动
D.从上往下看，导线框将逆时针转动
答案：D
热点 4 安培力的大小和方向
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应用安培力的公式 F＝BIL 时要注意：
(1)B 与 I 垂直.
(2)L 是有效长度.
①公式 F＝BIL 中 L 指的是“有效长度”.当 B 与 I 垂直时，F
最大，为 F＝BIL；当 B 与 I 平行时，F＝0.
②弯曲导线的有效长度 L 等于在垂直磁场平面内的投影两端
点所连线段的长度(如图 10-1-9 所示)，相应的电流方向沿 L 由始
端流向末端.
图 10-1-9
③闭合线圈通电后，在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为
零.
【典题 5】(2023 年江苏)如图 10-1-10 所示，匀强磁场的磁感
应强度为 B.L 形导线通以恒定电流 I，放置在磁场中.已知 ab 边长
为 2l，与磁场方向垂直，bc 边长为 l，与磁场方向平行.该导线受
到的安培力为(
)
图 10-1-10
解析：bc 段与磁场方向平行，不受安培力.ab 段与磁场方向垂
直，所受安培力为Fab＝BI·2l＝2BIl，则该导线受到的安培力为2BIl.
答案：C
热点 5 与安培力有关的力学综合
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通电导体棒在磁场中的平衡问题是一种常见的力学综合模
型，该模型一般由倾斜导轨、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 10-1-11 所示.
图 10-1-11
【典题 6】如图 10-1-12 所示，afe、bcd 为两条平行的金属导
轨，导轨间距 l＝0.5 m.ed 间连入一电源 E＝1 V，ab 间放置一根长
为 l＝0.5 m 的金属杆与导轨接触良好，cf 水平且 abcf 为矩形.空间
中存在一竖直方向的磁场，当调节斜面 abcf 的倾角θ时，发现当且
仅当θ在 30°～90°之间时，金属杆可以在导轨
上处于静止平衡.已知金属杆质量为 0.1 kg，电
源内阻 r 及金属杆的电阻 R 均为 0.5 Ω，导轨
及导线的电阻可忽略，金属杆和导轨间最大静
摩擦力为弹力的μ倍.重力加速度 g 取 10 m/s2，
试求磁感应强度 B 及μ.
图 10-1-12
解：由磁场方向和平衡可判断，安培力 F 方向为水平向右，
由题意可知当θ＝90°时，金属杆处于临界下滑状态 f1＝mg ①，
N1＝F ②，f1＝μN1 ③
当θ＝30°时，金属杆处于临界上滑状态，有：
N2＝mgcos 30°＋Fsin 30° ④
f2＋mgsin 30°＝Fcos 30° ⑤
f2＝μN2 ⑥
方法技巧
1.求解安培力作用下导体棒平衡问题的基本思路：
2.求解关键：
(1)电磁问题力学化.
(2)立体图形平面化.
【迁移拓展 2】如图 10-1-13 所示，一通有恒定电流、电流方
向垂直纸面向里的金属棒用轻质绝缘细线悬挂在天花板上，现在
空间中加一匀强磁场，要使金属棒静止且绝缘细线与竖直方向成θ
＝30°角，则下列几种情况中磁感应强度最小的是(
A.磁场方向竖直向上
B.磁场方向水平向右
C.磁场方向水平向左
D.磁场方向沿细线向上
)
图 10-1-13
解析：设恒定电流为 I，当磁场方向竖直向上时，由左手定则可知，金
属棒受安培力水平向右，使金属棒静止，由平衡条件可得 B1IL＝mgtan 30°，
向下，金属棒在图示位置不能静止，当磁场方向水平向左，由左手定则可
场方向沿细线向上，由左手定则可知，金属棒受安培力垂直细线右斜向上，
方向沿细线向上时，磁感应强度最小，D 正确.
答案：D
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