高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 磁场对通电导线的作用力导学案及答案

第一章　安培力与洛伦兹力

第1节 磁场对通电导线的作用力

1．知道什么是安培力，会推导安培力公式F=BILsinθ。

2．知道左手定则的内容，并会用它判断安培力的方向。

3．了解磁电式电流表的工作原理。

重点：安培力的大小计算和方向的判定

难点：用左手定则判定安培力的方向

一、安培力的方向

实验1：探究安培力的方向与什么因素有关

（1）改变电流的方向，观察发生的现象。

［现象］________________________________________。

（2）调换磁铁两极的位置来改变磁场方向，观察发生的现象。

［现象］________________________________________。

［结论］

①安培力的方向和_____________、_____________有关系。

②安培力的方向_______________________________________，也就是说，安培力的方向总是____________________________________________________。

左手定则：伸开_________，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线___________，并使伸开的四指指向_________的方向，那么，__________所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。

【例】判断下图中导线A所受磁场力的方向。

实验2：探究通电平行直导线间的作用力方向

（1）电流的方向相同时，观察发生的现象。

［现象］____________________________________。

（2）电流的方向相反时，观察发生的现象。

［现象］____________________________________。

［结论］________________________________________________________________________。

二、安培力的大小

将磁感应强度B分解为与导线垂直的分量和与导线平行的分量，则，

所以

三、磁电式电流表

1．结构：______________________________________________________________。

2．原理：在磁电式电流表中，极靴和铁质圆柱之间构成一个特殊的磁场分布，磁场方向沿着____________________，电流通过电流表的矩形线圈时，线圈的两条边线始终与磁感应强度方向垂直，受到大恒定的安培力，安培力将促使线圈绕轴转动，同时螺旋弹簧被收紧，将产生一个______的转动效果，当两种转动效果抵消时，指针会指在一个相应的位置，从而指示出电流值。

1．如图所示，蹄形磁体用悬线悬于O点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是（ C ）

A．静止不动

B．向纸外平动

C．N极向纸外，S极向纸内转动

D．N极向纸内，S极向纸外转动

2．如图所示，一根长为L的细铝棒用两个倔强系数为k的弹簧水平地悬吊在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当棒中通以向右的电流I时，弹簧缩短Δy；若通以向左的电流，也是大小等于I时，弹簧伸长Δy，则磁感应强度B为（ A ）

A．kΔy/IL         B．2kΔy/IL

C．kIL/Δy         D．2IL/kΔy

3．将长度为20cm、通有0.1A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为1T。试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向。

4．关于安培力的说法中正确的是（ C ）

A．通电导线在磁场中一定受安培力的作用

B．安培力的大小与磁感应强度成正比，与电流成正比，而与其他量无关

C．安培力的方向总是垂直于磁场和通电导线所构成的平面

D．安培力的方向不一定垂直于通电直导线

5．关于通电直导线所受安培力F、磁感应强度B和电流I三者方向之间的关系，下列说法中正确的是（ B ）

A．F、B、I三者必定均相互垂直

B．F必定垂直B、I，但B不一定垂直I

C．B必定垂直于F、I，但F不一定垂直I

D．I必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B

6．一段通电的直导线平行于匀强磁场中，如图所示，导线上的电流由左向右流过。当导线以左端点为轴在竖直平面内转过90°的过程中，导线所受的安培力（ C ）

A．大小不变，方向也不变

B．大小由零逐渐增大，方向随时改变

C．大小由零逐渐增大，方向不变

D．大小由最大逐渐减小为零，方向不变

7．赤道上某处有一竖直的避雷针，当带有正电的乌云经过避雷针的上方时，避雷针开始放电，则地磁场对避雷针的作用力的方向为（ A ）

A．正东          B．正南           C．正西           D．正北

8．如图所示，a和b是两条靠得很近的平行通电直导线，电流方向都向上，且Ia＞Ib，当加一个垂直于A、B所在平面方向向里的匀强磁场B时，导线a恰好不再受安培力作用，那么与加磁场B以前相比较（ C ）

A．B受的磁场力大于原来的2倍

B．b受的磁场力等于原来的2倍

C．b受的磁场力小于原来的2倍

D．b不再受磁场力作用

9．已知条件如图所示，请在图中标出各图的通电线圈由于受磁力而在磁场中转动的方向。

10．如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向里的电流。用N表示磁铁对桌面的压力，用f表示桌面对磁铁的摩擦力，导线中通电后与通电前相比较（ C ）

A．N减小，f＝0

B．N减小，f≠0

C．N增大，f＝0

D．N增大，f≠0

11．在同一平面上有A、B、C三根等间距平行放置的长直导线，依次载有电流强度为1A、2A、3A的电流，各电流的方向如图所示，则导线a所受的合力方向向＿＿，导线b所受的合力方向向＿＿。

12．如图所示，水平放置的两根平行金属导轨相距0.2m，上面有一质量为0.04kg的均匀金属棒ab，电源电动势为6V、内阻为0.5Ω，滑动变阻器调到2.5Ω时，要在金属棒所在位置施加一个磁感应强度大小为＿＿T、方向＿＿的匀强磁场，才能使金属棒ab对轨道的压力恰好为零。（g取10m/s2）

13．劲度系数为k的轻弹簧，下端挂有一匝数为n的矩形线框abcd，bc边长为L，线框下边部分处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与线框平面垂直，如图所示，垂直纸面向里。线框中通以电流，方向如图，开始时线框处于平衡状态。现令磁场反向，磁感应强度大小仍为B，线框达到新的平衡，在此过程中，线框位移的大小Δx＝＿＿，方向＿＿。

1.在如图所示的四幅图中，正确标明了通电导线所受安培力F方向的是（  ）

A．B．C．D．

2.如图所示，一重为G1的通电圆环置于水平桌面上，圆环中电流方向为顺时针方向(从上往下看)，在圆环的正上方用轻绳悬挂一条形磁铁，磁铁的中心轴线通过圆环中心，磁铁的上端为N极，下端为S极，磁铁自身的重力为G2.则关于圆环对桌面的压力F和磁铁对轻绳的拉力F′的大小，下列关系中正确的是(　　)

A．F＞G1，F′＞G2     B．F＜G1，F′＞G2      C．F＜G1，F′＜G2      D．F＞G1，F′＜G2

3.如图所示，在绝缘的水平面上等间距固定着三根相互平行的通电直导线a、b和c，各导线中的电流大小相同，其中a、c导线中的电流方向垂直纸面向外，b导线中电流方向垂直纸面向里，每根导线都受到另外两根导线对它的安培力作用，则关于每根导线所受安培力的合力，以下说法正确的是(　　)

A.导线a所受合力方向水平向左    B.导线a所受合力方向水平向右

C.导线c所受合力方向水平向左     D.导线b所受合力方向水平向左

4.如图所示，条形磁铁放在光滑斜面上，用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡，A为水平放置的直导线的截面，导线中无电流时磁铁对斜面的压力为FN1；当导线中有垂直纸面向外的电流时，磁铁对斜面的压力为FN2，则下列关于压力和弹簧的伸长量的说法中正确的是(　　)

A．FN1＜FN2，弹簧的伸长量减小       B．FN1＝FN2，弹簧的伸长量减小

C．FN1＞FN2，弹簧的伸长量增大       D．FN1＞FN2，弹簧的伸长量减小

5.（多选）下列图示为通电直导线置于匀强磁场中的不同方式，其中导线能受到安培力作用的是（　　）

A．     B．     C．     D．

6.（多选）通电矩形线圈abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，电流方向如图所示，ab边与MN平行，关于MN的磁场对线圈的作用，下列说法中正确的是（　　）

A.线框的四条边中有两条边所受的安培力方向相同

B.线框四条边中有两条边所受的安培力大小相等

C.线框所受的安培力的合力方向向左

D.线框所受的安培力的合力方向向右

7.(多选)如图是一条通电导体棒a放在光滑绝缘斜面上的平面示意图，通入垂直纸面向里的电流，欲使导体棒a能静止在斜面上，需在MN间垂直纸面放置通电导体棒b，则关于导体棒b的电流方向及位置可能正确的是(　　)

A.垂直纸面向外，放在A点               B.垂直纸面向外，放在B点

C.垂直纸面向里，放在B点               D.垂直纸面向里，放在C点

8.质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的导轨上，导轨的宽度为d，杆ab与导轨间的动摩擦因数为μ.有电流时，ab恰好在导轨上静止，如图所示．图中的四个侧视图中，标出了四种可能的匀强磁场方向，其中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是(　　)

A．　　　　B．C．　　　　D．

9.有一长直通电导线Q通以向上的电流，另一小段导线P与导线Q平行放置，它们组成的平面在纸面内，已知导线P的长度为L=0.1 m，当它通以向上的、大小为I=2 A的电流时，测得它受到的磁场力为F=0.04 N，则通电导线Q在P处所产生的磁场的磁感应强度为（      ）

A.大小为0.2 T，方向垂直纸面向外

B.大小为0.2 T，方向垂直纸面向里

C.此时导线P受到的安培方向水平向右

D.当导线P绕其中心上端向里、下端向外转过一小角度时，P受到的安培力减小，Q导线在P处产生的磁感应强度也减小

10.如图所示，通电直导线置于匀强磁场中，导线与磁场方向垂直．若仅将导线中的电流增大为原来的2倍，则导线受到安培力的大小将（　　）

A.减小为原来的                                 B.减小为原来的

C.增大为原来的4倍                            D.增大为原来的2倍

参考答案：

小试牛刀：

1、C

2、A

3、（1）0；导线与磁感线平行。

（2）0.02N；安培力方向垂直导线水平向右。

（3）0.02N；安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上。

4、C  5、B 6、C  7、A  8、C 9、略  10、C

11、水平向左 水平向右

12、1  水平向右 

13、2BIL/k向下

当堂检测：

1.【答案】C

【解析】根据左手定则，可判断出安培力方向．A图安培力的方向向下，所以A错误；B图电流方向与磁场方向平行，不受安培力的作用，所以B错误；C图安培力的方向向下，所以C正确；D图安培力的方向垂直纸面向外，所以D错误.

2.【答案】D

【解析】　顺时针方向的环形电流可以等效为一个竖直放置的小磁针，由安培定则可知，“小磁针”的N极向下，S极向上，故与磁铁之间的相互作用力为斥力，所以圆环对桌面的压力F将大于圆环的重力G1，磁铁对轻绳的拉力F′将小于磁铁的重力G2，选项D正确.

3.【答案】A

【解析】对a来说，受到b的斥力和c的引力，而b靠近a，所以对a的作用力更大，所以a受到的合力向左，故A正确，B错误．

对c来说，和a的情况正好相反，所以合力向右，故C错误．

对b来说，受到a、c的斥力，并且是相等的，所以b受到的合力为0，故D错误．

4.【答案】C

【解析】在题图中，由于条形磁铁的磁感线是从N极出发到S极，所以可画出磁铁在导线A处的一条磁感线，其方向是斜向左下方的，导线A中的电流垂直纸面向外，由左手定则可判断导线A必受斜向右下方的安培力，由牛顿第三定律可知磁铁所受作用力的方向是斜向左上方，所以磁铁对斜面的压力减小，即FN1＞FN2，同时，磁铁所受的磁场力有沿斜面向下的分力，便弹簧的伸长量增大，故C正确．

5.【答案】AC

【解析】A图中电流方向与磁场垂直，因此受安培力作用，故A正确；

B图中电流方向与磁场方向相反，不受安培力作用，故B错误；

C图中电流方向与磁场方向垂直，受到安培力作用，故C正确；

D图中电流方向与磁场方向相同，故不受安培力作用，故D错误．

6.【答案】BC

【解析】直导线中的电流方向由M到N，根据安培定则，导线右侧区域磁感应强度方向向内，根据左手定则，ab边受向左的安培力，cd边受到向右的安培力，ad边受到向下的安培力，bc受到向上的安培力，方向全不同，故A错误；

离MN越远的位置，磁感应强度越小，故根据安培力公式F=BIL，ab边受到的安培力大于cd边，ad边受到的安培力等于bc受到受到的安培力，故B正确；

ab边受向左的安培力，cd边受到向右的安培力，ad边受到向下的安培力，bc受到向上的安培力；ab边受到的安培力大于cd边，ad边受到的安培力等于bc受到受到的安培力，故合力向左，故C正确，D错误.

7.【答案】AD

【解析】

由题意分别画出了磁场方向和所受安培力的方向，由物体平衡知能使物体平衡的是A、D选项．

8.【答案】AB

【解析】选项A中，通电细杆可能受重力、安培力、导轨的弹力作用处于静止状态，如图甲所示，所以杆与导轨间的摩擦力可能为零．选项B中，通电细杆可能受重力、安培力作用处于静止状态，如图乙所示，所以杆与导轨间的摩擦力可能为零．

选项C和D中，通电细杆受重力、安培力、导轨弹力作用具有下滑趋势，故一定受到沿导轨向上的静摩擦力，如图丙、丁所示，所以细杆与导轨间的摩擦力一定不为零．

9.【答案】B

【解析】导线P的长度为，当它通以向上的、大小为的电流时，测得它受到的磁场力为，根据安培力大小公式，则有通电导线Q在P处所产生的磁场的磁感应强度，再由左手定则可知，通电导线Q在P处所产生的磁场的磁感应强度方向垂直纸面向里，故A错误，B正确；依据左手定则可知，导线P受到的安培方向水平向左，故C错误；当导线P绕其中心上端向里、下端向外转过一小角度时，因有效长度减小，导致P受到的安培力减小，但Q导线在P处产生的磁感应强度仍不变，故D错误.

10.【答案】D

【解析】根据F=BIL得，电力增大为原来的2倍，则安培力增大为原来的2倍，故D正确确，A、B、C错误．