1.1磁场对通电导线的作用力分层练习）-【上好课】2024-2025学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第二册）

1.1磁场对通电导线的作用力（解析版） 姓名：___________班级：___________ 1．实验室常用的电流表是磁电式仪表其构造如图甲所示，圆柱形软铁（铁芯）固定于蹄形磁铁两极靴间，其中磁场是均匀辐向分布，铁芯外面套有能绕轴转动的铝框，线圈缠绕在铝框上，铝框的转轴上装有指针和螺旋弹簧（游丝），如图乙所示。图丙是线圈在通电后的正视图，关于磁电式电流表，以下说法不正确的是（  ） A．若线圈中通以如图丙所示的电流（右侧是）时，此时线圈将沿顺时针方向转动 B．在线圈转动范围内，线圈所受安培力大小与电流大小有关，而与所处位置无关 C．用塑料框代替铝框，在使用电表时可以使指针更迅速稳定在示数位置上 D．在运输磁电式电流表时，通常把正、负极接线柱用导线连在一起，能有效地减小线圈摆动，以防止电表受损 2．人们常利用安培力对机车进行电磁驱动或制动，如图，在需要驱动的小车上同一水平面固定两间距为的金属立柱a、b（与车身绝缘），a、b间连接一根长度为的柔软金属线，空间中加上竖直向下、大小为B的匀强磁场，从a点通入大小为I的电流，立柱、金属线均与车身绝缘，稳定后金属线对立柱a的弹力大小为（　　） A． B． C． D． 3．长直导线MN和L型金属棒处于同一平面内， L型金属棒的AB段和BC段长度相等且互相垂直，通以如图所示方向的电流，则L型金属棒受到安培力的方向可能正确的是（　　） A．沿F1方向 B．沿F2方向 C．沿F3方向 D．沿F4方向 4．如图所示，两根通电导线、沿垂直纸面的方向放置，导线、中通有电流、，电流的方向图中未画出，点为两导线垂直纸面连线的中点，、两点关于点对称，、两点关于点对称，将一段通有垂直纸面向外的电流的直导线放在点时所受的磁场力为零，放在点时所受的磁场力水平向右，则下列说法正确的是（    ） A．中的电流方向向外、中的电流方向向里 B． C．通电直导线垂直纸面放在点时所受的磁场力为零 D．通电直导线垂直纸面放在、两点时所受的磁场力相同 5．如图1所示为磁电式电流表的结构图，其基本组成部分是磁体和放在磁体两级之间的线圈，线圈缠绕在铝框上。极靴和中间软铁制成的圆柱形成辐向磁场，使磁场总沿半径方向，如图2所示。当线圈中有恒定电流时，安培力带动线圈偏转，在螺旋弹簧的共同作用下最终稳定。下列说法正确的是（    ） A．线圈受到的安培力的大小随转动发生改变 B．线圈的磁通量始终为0 C．线圈在转动过程中不产生感应电动势 D．增加线圈匝数，可增加测量的灵敏度 6．在特高压输电技术领域，中国独霸全球，不仅是世界唯一实现特高压大规模商业运营的国家，而且是妥妥的行业标准制定者。未来全世界特高压网络建成时，中国特高压技术，必然是改变世界格局极其重要的一枚棋子。水平架设的三根绝缘超高压输电线缆彼此平行，某时刻电流方向如图（a）所示，电缆线M在最上方，两根电缆线P、Q在下方，且位于同一水平高度处，为等腰三角形，，O点是P，Q连线的中点，电缆线上的M点、P点、Q点在同一竖直平面内，其二维平面图如图（b）所示，忽略地磁场，下列说法正确的是（　　） A．输电线缆M、P相互吸引 B．输电线缆M所受安培力的方向竖直向下 C．输电线缆M在O点处产生的磁场方向竖直向下 D．O点处的磁场方向沿水平方向由Q指向P 7．（多选题）图甲是我国正在测试的超导磁流体推进器，它以喷射推进取代了传统的螺旋桨推进方式，图乙是其工作原理图。推进器中的超导体产生超强磁场B，电极C和D连接直流电源通过海水产生电流I，I、B及水流三者方向相互垂直。若用该推进器驱动船舶前进，则下列相关说法正确的是（　　） A．电极C需连接电源的正极，D需接电源的负极 B．驱动船舶前进的动力是作用在水流上的安培力 C．驱动船舶前进的动力主要来源于水流作用在电极C、D上的作用力 D．驱动船舶前进的动力主要来源于水流作用在超导磁体上的作用力 8．（多选题）如图所示为物理研究史上著名的四个“安培示零实验”之一、三个圆形线圈、、中心在同一直线上，其中线圈和固定并串联在一起。调节各线圈半径大小及它们之间的距离，当线圈、通过电流，线圈通过电流时，线圈、对线圈的合力为零。下列说法正确的是（　　） A．仅将反向，其他条件不变，则向右 B．仅将反向，其他条件不变，则仍然为零 C．仅增大，其他条件不变，则向左 D．仅增大，其他条件不变，则仍然为零 9．超级电容器储存的大量电能是电磁炮瞬间大电流发射的重要基础，如图所示。若超级电容器的电容为C，充电电压为U，发射一枚电磁炮的炮弹所需电量为超级电容所存储电荷的5%，炮弹质量为m，导轨宽为l，导体推杆垂直导轨并良好接触，垂直导轨平面的磁场的磁感应强度为B，不计空气阻力和摩擦，则炮弹出膛的速度为（    ） A． B． C． D． 10．据报道，我国福建号航母舰载机弹射起飞的电磁弹射技术与他国不同，采用的储能方式是超级电容。某科学探究小组制作了一个简易的电容式电磁弹射装置，如图所示，间距为l的水平平行金属导轨左端连接充好电的电容器，电容为C，电压为U，导轨右端放置质量为m的光滑金属棒，匀强磁场沿竖直方向（图中未画出），磁感应强度大小为B，开关闭合后金属棒向右离开导轨后水平射出，若某次试验金属棒弹射出去后电容器两端的电压减为，不计一切阻力，则金属棒离开导轨的速度为（　　） A． B． C． D． 11．如图所示，空间中同一水平面上有两根平行固定的，通有相同电流的长直导线L1、L2，电流方向均垂直于纸面向外。现将另一根质量为m，长为L的导线L3平行于L1、L2放置在二者连线的中垂线上，当给L3通以电流Ⅰ时，其恰好能静止。已知重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A．L3可能处于导线L1、L2连线的中点 B．L3中电流的方向一定垂直于纸面向里 C．L3中电流的方向一定垂直于纸面向外 D．L3所在位置的磁感应强度大小为 12．（多选题）如图甲所示，匀质导体棒MN通以由M到N的恒定电流，用两根等长的平行绝缘、轻质细线悬挂在点静止于匀强磁场中，细线与竖直方向的夹角为，磁场方向与绝缘细线平行且向上。现使磁场方向顺时针缓慢转动（由M到N观察），同时改变磁场的磁感应强度大小，保持细线与竖直方向的夹角不变，该过程中每根绝缘细线拉力F大小与磁场转过角度的正切值关系如图乙所示。重力加速度g取，磁场变化过程中MN中的电流不变。下列说法正确的是（    ） A．导体棒的质量为 B． C．导体棒所受安培力可能为 D．可能为 13．（多选题）如图所示是一种采用电磁铁的电磁泵，C形铁芯由硅钢片叠成的，铁芯右侧绕有线圈，左侧开口中嵌入输送导电液体的管道，管道两侧有电极。管道内的导电液体和线圈联通，与电源构成导电回路。通电后，电磁泵驱使管道内液体从纸面内持续流向纸面外，或从纸面外持续流向纸面内，下列说法正确的是（    ） A．当a端接直流电源正极时，液体向纸面内方向持续流动 B．当b端接直流电源正极时，液体向纸面外方向持续流动 C．当a，b端接交流电源时，液体不可能单方向持续流动 D．当a，b端接交流电源时，液体可以向纸面内单方向持续流动 14．（多选题）如图甲所示，一个半径为的绝缘圆柱面，有12根等长直导线均匀地紧紧贴在其表面且通有向上的电流，大小均为，其俯视图如图乙所示。已知通有电流的长直导线在距其距离为处产生的磁感应强度大小为（其中为一常数）。则（　　） A．第1和第11根直导线在圆心处的产生的磁感应强度大小相等，方向相反 B．第1和第11根直导线对第12根导线的安培力的合力小于第5和第6根直导线对第12根导线的安培力的合力 C．第1和第11根直导线对第12根导线的安培力的合力大小等于第1和第11根直导线对第6根导线的安培力的合力大小 D．第12根导线受到其他11根导线对它的安培力的合力方向沿指向12的方向 15．如图，一长L = 20cm，质量m = 60g的金属棒ab用两个完全相同的不可伸长的细线水平地悬挂在磁场中，已知金属棒受到磁场的安培力公式F安 = BIL中比例系数B的大小为0.2N/(A·m)，磁场方向垂直于纸面向里。金属棒通过开关与一电动势E = 12V的电池相连，电路总电阻R = 2Ω。闭合开关，系统重新平衡后，求：（注：细线始终处于弹性限度内，g = 10m/s2，结果均保留到小数点后两位） （1）每条细线上的拉力F1大小为多少？ （2）当磁场大小不变，方向垂直于纸面向外时，系统再次平衡后，每条细线上的拉力F2大小为多少？ 16．根据图片回答下列问题： （1）图甲是磁电式电流表的结构图，试根据图乙说明该电流表指针转动的原因。 （2）图甲电流表中的螺旋弹簧有什么作用？磁电式电流表是如何测量电流大小的？ （3）如图丙所示，电流表的两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱，这样，极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向。这样设计时，线圈左右两边所受安培力有什么特点？ （4）磁电式电流表能测出电流的方向吗？ 1．（2024·浙江·高考真题）磁电式电表原理示意图如图所示，两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，两者之间有可转动的线圈。a、b、c和d为磁场中的四个点。下列说法正确的是（　　） A．图示左侧通电导线受到安培力向下 B．a、b两点的磁感应强度相同 C．圆柱内的磁感应强度处处为零 D．c、d两点的磁感应强度大小相等 2．（2024·福建·高考真题）（多选题）将半径为r的铜导线半圆环AB用两根不可伸长的绝缘线a、b悬挂于天花板上， AB置于垂直纸面向外的大小为B的磁场中，现给导线通以自A到B大小为I的电流，则（　　） A．通电后两绳拉力变小 B．通电后两绳拉力变大 C．安培力为 D．安培力为 3．（2023·北京·高考真题）2022年，我国阶段性建成并成功运行了“电磁撬”，创造了大质量电磁推进技术的世界最高速度纪录。一种两级导轨式电磁推进的原理如图所示。两平行长直金属导轨固定在水平面，导轨间垂直安放金属棒。金属棒可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨接触良好，电流从一导轨流入，经过金属棒，再从另一导轨流回，图中电源未画出。导轨电流在两导轨间产生的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度B与电流i的关系式为（k为常量）。金属棒被该磁场力推动。当金属棒由第一级区域进入第二级区域时，回路中的电流由I变为。已知两导轨内侧间距为L，每一级区域中金属棒被推进的距离均为s，金属棒的质量为m。求： （1）金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小F； （2）金属棒经过第一、二级区域的加速度大小之比； （3）金属棒从静止开始经过两级区域推进后的速度大小v。    4．（2023·海南·高考真题）如图所示，U形金属杆上边长为，质量为，下端插入导电液体中，导电液体连接电源，金属杆所在空间有垂直纸面向里的匀强磁场。 （1）若插入导电液体部分深，闭合电键后，金属杆飞起后，其下端离液面高度，设杆中电流不变，求金属杆离开液面时的速度大小和金属杆中的电流有多大； （2）若金属杆下端刚与导电液体接触，改变电动势的大小，通电后金属杆跳起高度，通电时间，求通过金属杆截面的电荷量。 第8页，共9页 第9页，共9页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 1.1磁场对通电导线的作用力（解析版） 姓名：___________班级：___________ 1．实验室常用的电流表是磁电式仪表其构造如图甲所示，圆柱形软铁（铁芯）固定于蹄形磁铁两极靴间，其中磁场是均匀辐向分布，铁芯外面套有能绕轴转动的铝框，线圈缠绕在铝框上，铝框的转轴上装有指针和螺旋弹簧（游丝），如图乙所示。图丙是线圈在通电后的正视图，关于磁电式电流表，以下说法不正确的是（  ） A．若线圈中通以如图丙所示的电流（右侧是）时，此时线圈将沿顺时针方向转动 B．在线圈转动范围内，线圈所受安培力大小与电流大小有关，而与所处位置无关 C．用塑料框代替铝框，在使用电表时可以使指针更迅速稳定在示数位置上 D．在运输磁电式电流表时，通常把正、负极接线柱用导线连在一起，能有效地减小线圈摆动，以防止电表受损 【答案】C 【详解】A．根据左手定则，线圈在安培力的作用下将沿顺时针方向转动，故A正确； B．磁场是均匀辐向分布，根据，则线圈所受安培力大小与电流大小有关，而与所处位置无关，故B正确； C．用铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时，通过铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止摆动，而塑料骨架达不到此作用，故C错误； D．在运输磁电式电流表时，通常把正、负极接线柱用导线连在一起，在电磁阻尼原理下，能够有效地减小线圈摆动，以防止电表受损，故D正确。 本题选错误的，故选C。 2．人们常利用安培力对机车进行电磁驱动或制动，如图，在需要驱动的小车上同一水平面固定两间距为的金属立柱a、b（与车身绝缘），a、b间连接一根长度为的柔软金属线，空间中加上竖直向下、大小为B的匀强磁场，从a点通入大小为I的电流，立柱、金属线均与车身绝缘，稳定后金属线对立柱a的弹力大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】金属丝通电后受安培力，在安培力的作用下形状呈圆弧形，根据圆的知识可得，圆弧对应的圆心角为，圆半径为，金属丝等效长度为，受到的安培力大小为 方向与、连线垂直，对金属丝，根据平衡条件可得 解得 故选B。 3．长直导线MN和L型金属棒处于同一平面内， L型金属棒的AB段和BC段长度相等且互相垂直，通以如图所示方向的电流，则L型金属棒受到安培力的方向可能正确的是（　　） A．沿F1方向 B．沿F2方向 C．沿F3方向 D．沿F4方向 【答案】A 【详解】根据右手定则可知，长直导线MN在L型金属棒所在处的磁场方向向里，根据左手定则可知，AB段受到的安培力竖直向上，BC段受到的安培力水平向右，由于离长直导线MN越近的地方磁感应强度越大，则有 根据平行四边形定则可知，与的合力方向可能沿F1方向。 故选A。 4．如图所示，两根通电导线、沿垂直纸面的方向放置，导线、中通有电流、，电流的方向图中未画出，点为两导线垂直纸面连线的中点，、两点关于点对称，、两点关于点对称，将一段通有垂直纸面向外的电流的直导线放在点时所受的磁场力为零，放在点时所受的磁场力水平向右，则下列说法正确的是（    ） A．中的电流方向向外、中的电流方向向里 B． C．通电直导线垂直纸面放在点时所受的磁场力为零 D．通电直导线垂直纸面放在、两点时所受的磁场力相同 【答案】A 【详解】AB．因为一段通有垂直纸面向外的电流的直导线放在c点时所受的磁场力为零，则c点处的磁感应强度为零，即P、Q导线在c点产生的磁场等大反向，则P、Q导线的电流反向，又因为Qc大于Pc，所以Q中的电流大于P中的电流；通有垂直纸面向外的电流的直导线放在d点时所受的磁场力水平向右，根据左手定则，d点处的磁感应强度方向向下，又因为Pd大于Qd，且Q中的电流大于P中的电流，所以Q在d点处的磁感应强度向下，P在d点处的磁感应强度向上，根据安培定则，Q的电流方向向里，P的电流方向向外，故B错误，A正确； C．因为Q中的电流大于P中的电流，PO等于OQ，则O点处的磁场竖直向上，则通电直导线垂直纸面放在O点时所受的磁场力不为零，故C错误； D．根据对称关系可知，a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向不同，则通电直导线垂直纸面放在a、b两点时所受的磁场力大小相等，方向不同，故D错误。 故选A。 5．如图1所示为磁电式电流表的结构图，其基本组成部分是磁体和放在磁体两级之间的线圈，线圈缠绕在铝框上。极靴和中间软铁制成的圆柱形成辐向磁场，使磁场总沿半径方向，如图2所示。当线圈中有恒定电流时，安培力带动线圈偏转，在螺旋弹簧的共同作用下最终稳定。下列说法正确的是（    ） A．线圈受到的安培力的大小随转动发生改变 B．线圈的磁通量始终为0 C．线圈在转动过程中不产生感应电动势 D．增加线圈匝数，可增加测量的灵敏度 【答案】D 【详解】A.根据辐向磁场的特点，线圈所在位置的磁感应强度大小不变，因此电流恒定时安培力大小不变，故A错误； B.辐向磁场分布如图所示，由图可知线圈的磁通量不是始终为0，故B错误； C.线圈在转动过程中切割磁感线，产生反电动势，故C错误； D.线圈匝数增加，相同电流下，线圈受到的安培力更大，偏转的角度更大，灵敏度更高，故D正确。 故选D。 6．在特高压输电技术领域，中国独霸全球，不仅是世界唯一实现特高压大规模商业运营的国家，而且是妥妥的行业标准制定者。未来全世界特高压网络建成时，中国特高压技术，必然是改变世界格局极其重要的一枚棋子。水平架设的三根绝缘超高压输电线缆彼此平行，某时刻电流方向如图（a）所示，电缆线M在最上方，两根电缆线P、Q在下方，且位于同一水平高度处，为等腰三角形，，O点是P，Q连线的中点，电缆线上的M点、P点、Q点在同一竖直平面内，其二维平面图如图（b）所示，忽略地磁场，下列说法正确的是（　　） A．输电线缆M、P相互吸引 B．输电线缆M所受安培力的方向竖直向下 C．输电线缆M在O点处产生的磁场方向竖直向下 D．O点处的磁场方向沿水平方向由Q指向P 【答案】D 【详解】A．由右手定则及安培定则可知输电线缆M、P相互排斥，A错误； B．由右手定则及安培定则可知输电线缆M所受安培力的方向垂直于MP向上，B错误； C．输电线缆M在O点处产生的磁场方向Q指向P，C错误； D．由右手定则及磁场的叠加可知P、Q在O点处的合磁场为0，O点处的磁场方向与输电线缆M在O点处产生的磁场方向相同，由Q指向P，D正确； 故选D。 7．（多选题）图甲是我国正在测试的超导磁流体推进器，它以喷射推进取代了传统的螺旋桨推进方式，图乙是其工作原理图。推进器中的超导体产生超强磁场B，电极C和D连接直流电源通过海水产生电流I，I、B及水流三者方向相互垂直。若用该推进器驱动船舶前进，则下列相关说法正确的是（　　） A．电极C需连接电源的正极，D需接电源的负极 B．驱动船舶前进的动力是作用在水流上的安培力 C．驱动船舶前进的动力主要来源于水流作用在电极C、D上的作用力 D．驱动船舶前进的动力主要来源于水流作用在超导磁体上的作用力 【答案】AD 【详解】根据题意可知，海水受到的安培力沿海水流动方向，由牛顿第三定律可知，海水对磁场（实质是对推进器中的超导磁体）的作用力沿船舶前进方向，即驱动船舶前进的动力，由左手定则可知，极板间电流由电极C到D，即电极C需连接电源的正极，D需接电源的负极。 故选AD。 8．（多选题）如图所示为物理研究史上著名的四个“安培示零实验”之一、三个圆形线圈、、中心在同一直线上，其中线圈和固定并串联在一起。调节各线圈半径大小及它们之间的距离，当线圈、通过电流，线圈通过电流时，线圈、对线圈的合力为零。下列说法正确的是（　　） A．仅将反向，其他条件不变，则向右 B．仅将反向，其他条件不变，则仍然为零 C．仅增大，其他条件不变，则向左 D．仅增大，其他条件不变，则仍然为零 【答案】BD 【详解】因开始时线圈、对线圈的合力为零，说明线圈和线圈对线圈的作用力等大反向；根据电流的磁效应和磁场的叠加原理，因电流之间的作用力为相互作用力，再结合对称性可知，无论是仅改变的还是的电流的大小或方向，线圈和线圈对线圈的作用力总是等大反向，即线圈和线圈对的合力均为零，AC错误，BD正确。 故选BD。 9．超级电容器储存的大量电能是电磁炮瞬间大电流发射的重要基础，如图所示。若超级电容器的电容为C，充电电压为U，发射一枚电磁炮的炮弹所需电量为超级电容所存储电荷的5%，炮弹质量为m，导轨宽为l，导体推杆垂直导轨并良好接触，垂直导轨平面的磁场的磁感应强度为B，不计空气阻力和摩擦，则炮弹出膛的速度为（    ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】电容器所带电荷量为 设炮弹出膛的速度为，根据动量定理可得 又 联立解得 故选A。 10．据报道，我国福建号航母舰载机弹射起飞的电磁弹射技术与他国不同，采用的储能方式是超级电容。某科学探究小组制作了一个简易的电容式电磁弹射装置，如图所示，间距为l的水平平行金属导轨左端连接充好电的电容器，电容为C，电压为U，导轨右端放置质量为m的光滑金属棒，匀强磁场沿竖直方向（图中未画出），磁感应强度大小为B，开关闭合后金属棒向右离开导轨后水平射出，若某次试验金属棒弹射出去后电容器两端的电压减为，不计一切阻力，则金属棒离开导轨的速度为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据电容器的定义式，有 可知金属棒在导轨上运动过程中通过它的电荷量为 由动量定理，可得 又 联立，解得 故选C。 11．如图所示，空间中同一水平面上有两根平行固定的，通有相同电流的长直导线L1、L2，电流方向均垂直于纸面向外。现将另一根质量为m，长为L的导线L3平行于L1、L2放置在二者连线的中垂线上，当给L3通以电流Ⅰ时，其恰好能静止。已知重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A．L3可能处于导线L1、L2连线的中点 B．L3中电流的方向一定垂直于纸面向里 C．L3中电流的方向一定垂直于纸面向外 D．L3所在位置的磁感应强度大小为 【答案】D 【详解】BC．由安培定则和左手定则可知，通电长直导线之间的安培力的特点是“同向相吸、反向相斥”，如图所示 由受力分析可知L3中电流的方向可能垂直于纸面向里，也可能垂直于纸面向外，BC错误； A．当L3位于L1、L2连线的中点时，L1、L2对L3的安培力等大反向，L3所受合力大小等于其重力，无法保持静止，A错误； D．由受力平衡 可知L3所在位置的磁感应强度大小为 D正确。 故选D。 12．（多选题）如图甲所示，匀质导体棒MN通以由M到N的恒定电流，用两根等长的平行绝缘、轻质细线悬挂在点静止于匀强磁场中，细线与竖直方向的夹角为，磁场方向与绝缘细线平行且向上。现使磁场方向顺时针缓慢转动（由M到N观察），同时改变磁场的磁感应强度大小，保持细线与竖直方向的夹角不变，该过程中每根绝缘细线拉力F大小与磁场转过角度的正切值关系如图乙所示。重力加速度g取，磁场变化过程中MN中的电流不变。下列说法正确的是（    ） A．导体棒的质量为 B． C．导体棒所受安培力可能为 D．可能为 【答案】ABC 【详解】A．由图可知当时，N，根据共点力平衡条件可知 当时，N，根据共点力平衡条件可知 解得 即 ，kg 故AB正确； C．由上述分析可知导体棒重力为10N，根据力的矢量合成作图如下 可知导体棒所受安培力可能为12N，故C正确； D．转过90°时，安培力与细线拉力在同一直线，导体棒受力不平衡，故D错误； 故选ABC。 13．（多选题）如图所示是一种采用电磁铁的电磁泵，C形铁芯由硅钢片叠成的，铁芯右侧绕有线圈，左侧开口中嵌入输送导电液体的管道，管道两侧有电极。管道内的导电液体和线圈联通，与电源构成导电回路。通电后，电磁泵驱使管道内液体从纸面内持续流向纸面外，或从纸面外持续流向纸面内，下列说法正确的是（    ） A．当a端接直流电源正极时，液体向纸面内方向持续流动 B．当b端接直流电源正极时，液体向纸面外方向持续流动 C．当a，b端接交流电源时，液体不可能单方向持续流动 D．当a，b端接交流电源时，液体可以向纸面内单方向持续流动 【答案】AD 【详解】AB．当a端接直流电源正极时，管道内导电液体中电流方向从左到右，根据安培定则，管道内导电液体中磁场方向由上到下，再根据左手定则，可判断受力方向指向纸面内，同理可得，当b端接直流电源正极时，液体向纸面内方向持续流动，故A正确，B错误； CD．当a、b端接交流电源时，设电路接通瞬间a端为正极，则受力方向指向纸面内，当a端变成负极之后，磁场方向也变了，受力方向依然指向纸面内，液体受力方向与电源极性变化无关，液体可以向纸面内单方向持续流动，故C错误，D正确。 故选AD。 14．（多选题）如图甲所示，一个半径为的绝缘圆柱面，有12根等长直导线均匀地紧紧贴在其表面且通有向上的电流，大小均为，其俯视图如图乙所示。已知通有电流的长直导线在距其距离为处产生的磁感应强度大小为（其中为一常数）。则（　　） A．第1和第11根直导线在圆心处的产生的磁感应强度大小相等，方向相反 B．第1和第11根直导线对第12根导线的安培力的合力小于第5和第6根直导线对第12根导线的安培力的合力 C．第1和第11根直导线对第12根导线的安培力的合力大小等于第1和第11根直导线对第6根导线的安培力的合力大小 D．第12根导线受到其他11根导线对它的安培力的合力方向沿指向12的方向 【答案】BC 【详解】 A． 分析图知，第1和第11根直导线在圆心处的产生的磁感应强度大小相等，方向成，故A错误； BC．如图所示，任意导线（以5号线举例）对12号导线安培力的水平分量可表示为 其中正比于，而 因此取值与角度无关，由力的合成规律可得第1和第11根直导线对第12根导线的安培力小于第5和第6根直导线对第12根导线的安培力，C项同理，故BC正确； D．第12根导线受到其他11根导线对它的安培力的合力方向沿12指向的方向，故D错误。 故选BC。 15．如图，一长L = 20cm，质量m = 60g的金属棒ab用两个完全相同的不可伸长的细线水平地悬挂在磁场中，已知金属棒受到磁场的安培力公式F安 = BIL中比例系数B的大小为0.2N/(A·m)，磁场方向垂直于纸面向里。金属棒通过开关与一电动势E = 12V的电池相连，电路总电阻R = 2Ω。闭合开关，系统重新平衡后，求：（注：细线始终处于弹性限度内，g = 10m/s2，结果均保留到小数点后两位） （1）每条细线上的拉力F1大小为多少？ （2）当磁场大小不变，方向垂直于纸面向外时，系统再次平衡后，每条细线上的拉力F2大小为多少？ 【答案】（1）0.42N；（2）0.18N 【详解】（1）金属棒上电流 金属棒在磁场中受到的安培力 F安 = BIL = 0.24N 磁场方向垂直于纸面向里时，金属棒受力平衡 2F1= mg＋F安 解得 F1= 0.42N （2）磁场方向垂直于纸面向外时，金属棒受力平衡 2F2＋F安 = mg 解得 F2= 0.18N 16．根据图片回答下列问题： （1）图甲是磁电式电流表的结构图，试根据图乙说明该电流表指针转动的原因。 （2）图甲电流表中的螺旋弹簧有什么作用？磁电式电流表是如何测量电流大小的？ （3）如图丙所示，电流表的两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱，这样，极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向。这样设计时，线圈左右两边所受安培力有什么特点？ （4）磁电式电流表能测出电流的方向吗？ 【答案】（1）见解析；（2）见解析；（3）见解析；（4）见解析 【详解】（1）当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，由左手定则可以判断，线圈左右两边所受的安培力方向相反，于是安装在轴上的线圈就要转动，从而带动指针转动。 （2）线圈转动时，图甲中的螺旋弹簧变形，以反抗线圈的转动，电流越大，安培力越大，螺旋弹簧的形变也就越大，线圈偏转的角度也越大，达到新的平衡，所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。 （3）如图丙所示，电流表的两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱，这样，极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向；这样设计时，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，线圈左右两边所受安培力始终垂直于线圈平面，且安培力的大小只与电流大小有关。 （4）磁电式电流表能测出电流的方向；线圈中的电流方向改变时，线圈所受安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变，所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。 1．（2024·浙江·高考真题）磁电式电表原理示意图如图所示，两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，两者之间有可转动的线圈。a、b、c和d为磁场中的四个点。下列说法正确的是（　　） A．图示左侧通电导线受到安培力向下 B．a、b两点的磁感应强度相同 C．圆柱内的磁感应强度处处为零 D．c、d两点的磁感应强度大小相等 【答案】A 【详解】A．由左手定则可知，图示左侧通电导线受到安培力向下，选项A正确；     B．a、b两点的磁感应强度大小相同，但是方向不同，选项B错误； C．磁感线是闭合的曲线，则圆柱内的磁感应强度不为零，选项C错误； D．因c点处的磁感线较d点密集，可知 c点的磁感应强度大于d点的磁感应强度，选项D错误。 故选A。 2．（2024·福建·高考真题）（多选题）将半径为r的铜导线半圆环AB用两根不可伸长的绝缘线a、b悬挂于天花板上， AB置于垂直纸面向外的大小为B的磁场中，现给导线通以自A到B大小为I的电流，则（　　） A．通电后两绳拉力变小 B．通电后两绳拉力变大 C．安培力为 D．安培力为 【答案】BD 【详解】AB．根据左手定则可知，通电后半圆环AB受到的安培力竖直向下，根据受力分析可知，通电后两绳拉力变大，故A错误，B正确； CD．半圆环AB所受安培力的等效长度为直径AB，则安培力大小为 故C错误，D正确。 故选BD。 3．（2023·北京·高考真题）2022年，我国阶段性建成并成功运行了“电磁撬”，创造了大质量电磁推进技术的世界最高速度纪录。一种两级导轨式电磁推进的原理如图所示。两平行长直金属导轨固定在水平面，导轨间垂直安放金属棒。金属棒可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨接触良好，电流从一导轨流入，经过金属棒，再从另一导轨流回，图中电源未画出。导轨电流在两导轨间产生的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度B与电流i的关系式为（k为常量）。金属棒被该磁场力推动。当金属棒由第一级区域进入第二级区域时，回路中的电流由I变为。已知两导轨内侧间距为L，每一级区域中金属棒被推进的距离均为s，金属棒的质量为m。求： （1）金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小F； （2）金属棒经过第一、二级区域的加速度大小之比； （3）金属棒从静止开始经过两级区域推进后的速度大小v。    【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）由题意可知第一级区域中磁感应强度大小为 金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小为 （2）根据牛顿第二定律可知，金属棒经过第一级区域的加速度大小为 第二级区域中磁感应强度大小为 金属棒经过第二级区域时受到安培力的大小为 金属棒经过第二级区域的加速度大小为 则金属棒经过第一、二级区域的加速度大小之比为 （3）金属棒从静止开始经过两级区域推进后，根据动能定理可得 解得金属棒从静止开始经过两级区域推进后的速度大小为 4．（2023·海南·高考真题）如图所示，U形金属杆上边长为，质量为，下端插入导电液体中，导电液体连接电源，金属杆所在空间有垂直纸面向里的匀强磁场。 （1）若插入导电液体部分深，闭合电键后，金属杆飞起后，其下端离液面高度，设杆中电流不变，求金属杆离开液面时的速度大小和金属杆中的电流有多大； （2）若金属杆下端刚与导电液体接触，改变电动势的大小，通电后金属杆跳起高度，通电时间，求通过金属杆截面的电荷量。    【答案】（1），4.17A；（2）0.085C 【详解】（1）对金属杆，跳起的高度为，竖直上抛运动由运动学关系式 解得 通电过程金属杆收到的安培力大小为 由动能定理得 解得 （2）对金属杆，通电时间，由动量定理有 由运动学公式 通过金属杆截面的电荷量 联立解得 第14页，共17页 第13页，共17页 学科网（北京）股份有限公司 $$