高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第一章 安培力与洛伦兹力1 磁场对通电导线的作用力精品课堂检测

1.1 磁场对通电导线的作用力  同步练习

一、单选题

1．（2022·全国·高二专题练习）如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是（从上往下看）（　　）

A．顺时针方向转动，同时下降 B．顺时针方向转动，同时上升

C．逆时针方向转动，同时下降 D．逆时针方向转动，同时上升

【答案】A

【解析】在导线两侧取两小段，左边一小段所受的安培力方向垂直纸面向里，右侧一小段所受安培力的方向垂直纸面向外，从上往下看，知导线顺时针转动，当转动90°时，导线处于向左的磁场中，所受的安培力方向向下，所以导线的运动情况为，顺时针转动，同时下降。故选A。

2．（2022·河北·深州长江中学高二期中）关于磁感应强度B、电流I、导线长度L和电流所受磁场力F的关系，下面的说法中正确的是（　　）

A．在B=0的地方，F一定等于零

B．在F=0的地方，B一定等于零

C．若B=1 T，I=1 A，L=1 m，则F一定等于1 N

D．若L=1 m，I=1 A，F=1 N，则B一定等于1 T

【答案】A

【解析】A．在B=0的地方，一定没有磁场力，F一定等于零，故A正确；

B．在F=0的地方，B不一定等于零，也有可能是导线与磁场方向平行，故B错误；

CD．应用公式B=或F=BIL时要注意导线必须垂直于磁场方向放置，故CD错误。故选A。

3．（2022·天津·静海一中高二阶段练习）关于磁铁、电流间的相互作用，下列说法正确的是（　　）

A．甲图中，电流不产生磁场，电流对小磁针力的作用是通过小磁针的磁场发生的

B．乙图中，通电导线对磁体没有力的作用

C．丙图中电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的

D．丙图中电流间的相互作用是通过电荷的电场发生的

【答案】C

【解析】A．甲图中，电流对小磁针力的作用是通过电流的磁场发生的，选项A错误；

B．乙图中，磁体和通电导线之间的力的作用是相互的，选项B错误；

CD．丙图中，电流对另一个电流力的作用是通过该电流的磁场发生的，选项C正确，D错误。故选C。

4．（2022·全国·高二单元测试）如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极B，紧贴边缘内壁放一个圆环形电极A，把A、B分别与电源的两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体，现把玻璃皿放在如图所示的磁场中，液体就会旋转起来．若从上向下看，下列判断正确的是（　　）

A．A接电源正极，B接电源负极，液体顺时针旋转

B．A接电源负极，B接电源正极，液体顺时针旋转

C．同时改变电源的正、负极和磁体的N、S极，液体将不会旋转

D．仅改变电源的正、负极或仅改变磁体的N、S极，液体旋转方向不变

【答案】A

【解析】AB．若A接电源正极，B接电源负极，在电源外部电流由正极流向负极，因此电流由边缘流向中心；器皿所在处的磁场竖直向下，由左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿顺时针方向，因此液体沿顺时针方向旋转；同理，若B接电源正极，A接电源负极，根据左手定则得，液体沿逆时针作圆周运动；故A正确，B错误；

C．若同时改变电源的正、负极和磁体的N、S极，液体仍旋转，其旋转方向不发生改变，故C错误；

D．若仅磁场N、S极或电源的正、负极互换后，安培力方向发生变化，重做该实验发现液体旋转方向变化。故D错误；故选A。

5．（2022·全国·高二单元测试）如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在条形磁铁的左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线，当导线中通以图示方向的电流时（磁铁始终未动）（　　）

A．磁铁对桌面的压力减小，且受到向左的摩擦力作用

B．磁铁对桌面的压力减小，且受到向右的摩擦力作用

C．磁铁对桌面的压力增大，且受到向左的摩擦力作用

D．磁铁对桌面的压力增大，且受到向右的摩擦力作用

【答案】C

【解析】根据左手定则知导线受磁铁的作用力斜向左上方，故由牛顿第三定律知，导线对磁铁的反作用力应斜向右下方，则一方面使磁铁对桌面的压力增大，一方面使磁铁产生向右的运动趋势，从而受到向左的摩擦力作用．

故选C。

6．（2021·全国·高二单元测试）如图，三根相互平行的固定长直导线、和两两等距，均通有电流，中电流方向与、中的相同，下列说法正确的是（　　）

A．所受磁场作用力的方向与、所在平面垂直

B．所受磁场作用力的方向与、所在平面平行

C．在处的磁场方向与、所在平面垂直

D．与在处的合磁场方向与、所在平面平行

【答案】A

【解析】A．根据安培定则可知L2和L3在L1处产生的磁场方向如图所示，根据平行四边形法则可得合磁场方向（图中B 的方向），根据左手定则判断安培力的方向与L2、L3所在平面垂直，故A正确；

B．根据对称性可知L2所受磁场作用力的方向与L1、L3所在平面垂直，故B错误；

C．根据安培定则可知L3在L1处的磁场方向与L1、L3所在平面垂直（图中B3的方向），故C错误；

D．L2与L3在L1处的合磁场方向（图中B 的方向）与L2、L3所在平面平行，故D错误。故选A。

二、多选题

7．（2021·全国·高二课时练习）下列关于磁电式电流表（结构如图所示）的说法正确的是（　　）

A．磁电式电流表最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈

B．表盘的刻度是不均匀的

C．根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向

D．优点是灵敏度高，缺点是允许通过的电流很弱

【答案】ACD

【解析】AD．磁电式电流表最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两级之间的线圈，优点是灵敏度高缺点是允许通过的电流很弱，AD正确；

B．极靴与软铁之间的磁场都沿半径方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行。因此，磁力距与线圈中电流成正比（与线圈位置无关）；当通电线圈转动时，螺旋弹簧将被扭动，产生一个阻碍线圈转动的阻力矩，其大小与线圈转过的角度成正比，当磁力矩与螺旋弹簧中的阻力矩相等时，线圈停止转动，此时指针偏转的角度与电流成正比，因此刻度盘的刻度是均匀的，B错误；

C．线圈中电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向跟着改变，C对。故选ACD。

8．（2021·黑龙江·哈九中高二阶段练习）如图所示，质量为、长度为的直导线用两绝缘细线悬挂于、两点，并处于匀强磁场中，当导线中通以沿轴正方向的电流，且导线保持静止时细线与竖直方向的夹角为。则磁感应强度的方向和大小可能为（　　）

A．沿轴正方向， B．沿轴正方向，

C．沿轴负方向， D．沿细线向上，

【答案】BC

【解析】A．若磁感应强度沿轴正方向，则从向看，导线受到的安培力

方向水平向左，如图甲所示

导线不可能处于平衡状态，故A错误；

B．若磁感应强度沿轴正方向，导线受到的安培力竖直向上，如图乙所示，当

且满足

即时，导线可以处于平衡状态，故B正确；

C．若磁感应强度沿轴负方向，导线受到的安培力水平向右，如图丙所示，若满足

即，导线可以处于平衡状态，故C正确；

D．若磁感应强度沿细线向上，导线受到的安培力垂直于细线指向左下方，如图丁所示，导线不能处于平衡状态，故D错误。故选BC。

9．（2021·全国·高二课时练习）如图所示，纸面内的金属圆环中通有电流，圆环圆心为、半径为，，为圆环上两点，且垂直于，磁感应强度大小为的匀强磁场垂直于纸面向里，则（　　）

A．整个圆环受到的安培力大小为

B．整个圆环受到的安培力大小为0

C．圆弧受到的安培力大小为

D．圆弧受到的安培力大小为

【答案】BD

【解析】AB．根据左手定则可知，整个圆环关于圆心对称的两部分受到的安培力等大反向，受到的合力为0，B正确，A错误；

CD．圆弧受到的安培力大小等于直线段受到的安培力大小，为，D正确，C错误。故选BD。

10．（2021·全国·高二课时练习）如图所示，在光滑水平面上一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时弹簧为原长，磁铁保持静止。若在磁铁左上方位置固定一导体棒，当导体棒中通以垂直纸面向里的电流时（　　）

A．弹簧将被压缩 B．磁铁对地面的压力将减小

C．磁铁对地面的压力将增大 D．弹簧将被拉伸

【答案】AB

【解析】导体棒所在处的磁场斜向右上方，当导体棒中通以垂直纸面向里的电流时，根据左手定则可知受到安培力F斜向右下方由牛顿第三定律可知：磁铁受到斜向左上方的反作用力，水平分力会使磁铁向左运动挤压弹簧，弹簧将被压缩，竖直分力会使磁铁对地面的压力减小，AB正确，CD错误。故选AB。

11．（2021·全国·高二课时练习）在与水平面平行的匀强磁场上方有三个线圈，从同一高度同时由静止下落，三个线圈都是材料相同、边长一样的正方形，线圈有一个缺口，B、C线圈闭合，但B线圈的导线比C线圈的粗，则（　　）

A．三个线圈同时落地 B．线圈最先落地

C．C线圈最后落地 D．B、C线圈同时落地

【答案】BD

【解析】AB．线圈有一个缺口，线圈不受安培力，所以最先落地，故A错误、B正确；

CD．要想比较出、线圈的下落时间，需要先比较加速度，得出加速度与导线横截面积的关系

其中

所以有

与和无关，即B、C线圈同时落地，故C错误，D正确。故选BD。

12．（2022·全国·高二单元测试）如图所示，质量的杆放在倾角的光滑轨道上，轨道间距，电流。为使杆静止，需在竖直平面内加上垂直于杆的某一方向的匀强磁场，，则关于所加磁场说法正确的是（　　）

A．若磁场方向竖直向上，则

B．若磁场方向竖直向下，则

C．若要所加磁场的磁感应强度最小，则磁场方向应垂直轨道平面向上

D．若杆对轨道恰好无压力，则磁场方向水平向右

【答案】AC

【解析】A．若磁场方向竖直向上，由平衡条件可知，在沿斜轨道平面方向，则有

解得，A正确；

B．若磁场方向竖直向下，由左手定则可知，杆受安培力方向沿水平向左，在沿斜轨道平面方向的分力向下，与重力沿斜轨道平面方向的分力方向相同，杆不会静止，B错误；

C．金属导轨光滑，则杆只受重力支持力和安培力作用，由平衡条件可知，支持力和安培力的合力与重力大小相等，方向相反，由矢量三角形定则，可得如图所示的合成图，由图可知，当安培力F与支持力FN垂直时有最小值，则有

所以若要所加磁场的磁感应强度最小，则磁场方向应垂直轨道平面向上，C正确

D．当磁场方向水平向右时，由左手定则可知，安培力会使杆对导轨增大压力，D错误。故选AC。

三、解答题

13．（2022·黑龙江·大庆实验中学高二期末）如图所示，两平行导轨所在的平面与水平面夹角，导轨的一端接有电动势内阻的直流电源，两导轨间的距离，在导轨所在空间内分布着磁感应强度、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场。现把一个质量的导体棒放在金属导轨上，导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒的电阻，导体棒恰好刚要滑动，金属导轨电阻不计，（g取，，）求：

（1）棒受到的安培力大小；

（2）棒与导轨间的动摩擦因数。

【答案】（1）F安=0.8N；（2）μ=0.5

【解析】（1）根据闭合电路欧姆定律得

导体棒受到的安培力为

（2）对导体棒受力分析，将重力正交分解，沿导轨方向有=0.48N

根据平衡条件可知，摩擦力沿斜面向下，受力分析可得

解得μ=0.5

14．（2021·陕西·西安中学高二期中）如图所示，两平行金属导轨间的距离L = 0.40m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ = 37°，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B = 0.60T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E = 4.5V、内阻r = 0.50Ω的直流电源，现把一个质量m = 0.04kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直、且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0= 2.5Ω，金属导轨电阻不计，g取10m/s2，已知sin37° = 0.60，cos37° = 0.80，求：

（1）导体棒受到的安培力；

（2）导体棒受到的摩擦力；

（3）若导轨光滑且磁感应强度B的方向改为竖直向上，为使导体棒仍然保持静止，则电路中需要另外接入一个多大的电阻。

【答案】（1）F安 = 0.36N，沿斜面向上；（2）f = 0.12N，沿斜面向下；（3）R = 0.6Ω

【解析】（1）根据闭合电路的欧姆定律有E = I(r + R0)

代入数据有I = 1.5A

根据安培力的计算公式有F安 = ILB = 0.36N

根据左手定则可知，安培力方向沿斜面向上。

（2）对导体棒受力分析如图

将重力正交分解，沿导轨方向有F1= mgsin37° = 0.24N

F1 < F安，根据平衡条件可知，摩擦力沿斜面向下mgsin37° + f = F安

解得f = 0.12N

（3）当B的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，且斜面光滑不受摩擦力，受力分析如图

BI′L = mgtanθ，E = I′(R + R0 + r)

联立解得R = 0.6Ω