作业(一) 磁场对通电导线的作用力-2024年高二物理暑假作业（人教版）

[每日格言]在世界的历史中，每一伟大而高贵的时刻都是某种热忧的胜利。 高二物理 作业（一） 今 月 星期 磁场对通电导线的作用力 天气 1考点突破 A.两根导线之间将相互排斥 B.AB受到的力是由I,的磁场施加的 知识点一安培力的方向 C.若I1>I2,则AB受到的力大于CD受 1.安培力的方向：不管电流方向与磁场方向 到的力 是否垂直，安培力的方向总是垂直于磁场 D.I1产生的磁场在CD所在位置方向垂 方向和电流方向所决定的平面，即总有 直纸面向里 F⊥I和F⊥B 2.如图所示，水平悬挂的直导 LL∠iitiitttiittiiit (1)已知I、B的方向，可唯一确定F的 体棒ab中通有从a到b的 方向。 恒定电流，在该空间加上下 (2)已知F、B的方向，且导线的位置确定 列哪种磁场时，可能使悬挂αb棒的细线弹 时，可唯一确定1的方向。 力为零 (3)已知F、I的方向时，磁感应强度B的 A.水平向右的匀强磁场 方向不能唯一确定。 B.水平向左的匀强磁场 2.安培定则（右手螺旋定则）与左手定则的 C.垂直纸面向里的匀强磁场 比较 D.垂直纸面向外的匀强磁场 安培定则（右手螺旋定则） 左手定则 知识点二安培力的大小 判断电流在磁 1.同一通电导线，按不同方式放在同一磁场 用途 判断电流的磁场方向 场中的受力 中，受力情况不同，如图所示。 方向 适用 环形电流或在磁场中的 直线电流 对象 通电螺线管 电流 四指弯曲的 磁感线垂直穿 丙 拇指指向 应用 方向表示电 过掌心，四指 (1)如图甲所示，通电导线与磁场方向垂 电流的方 方法 流的环绕方 指向电流的 向 直，此时安培力最大，F=IlB。 向 方向 (2)如图乙所示，通电导线与磁场方向平 四指弯曲 拇指指向轴 行，此时安培力最小，F=0。 拇指指向电流 的方向表 结果 线上磁感线 受到的安培力 (3)如图丙所示，通电导线与磁场方向成日 示磁感线 的方向 的方向 角，此时可以分解磁感应强度，如图丁所 的方向 示，于是有安培力大小为F=IIBsin 0,这 ■跟踪训练 是一般情况下安培力的表达式。 1.两条平行的通电直导线AB、CD 2.电场力与磁场力的比较：与磁场力相比，电 通过磁场发生相互作用，电流方 场力是纵向力，其方向总是与电场方向平 向如图所示。下列说法正确的是 行，而磁场力是横向力，其方向总是与磁场 方向垂直。 署假作业懋登高蜂要不畏农险，实现梦想要勇于奋斗。 [每日格言] ■跟踪训练 C.A端向纸内运动，B端向纸外运动，悬 3.如图所示，一根长为L且××× + 线张力变大 通有恒定电流1的直导 D.A端向纸内运动，B端向纸外运动，悬 线固定在纸面内，与水平×婴文×， 线张力变小 方向的夹角为0，并处于×××× 6.如图所示，一个可以自 垂直纸面向里的匀强磁场中，磁场的磁感 由运动的圆形线圈水平 应强度大小为B,则该通电直导线所受磁 放置并通有电流i,电流 场的作用力大小为 方向俯视为顺时针方 A.BIL B.BILsin 0 向，一根固定的竖直放置直导线通有向上 C.BILcos 0 D.BILtan 0 的电流1，线圈将 ( 4.如图所示，“L”形导线abc× A.a端向上，b端向下转动，且向左运动 固定并垂直于磁场放置在 B.a端向上，b端向下转动，且向右运动 C.a端向下，b端向上转动，且向左运动 磁感应强度大小为B=1T D.a端向下，b端向上转动，且向右运动 的匀强磁场中。已知ab=× bc=l=1m,ab垂直bc。导线通入恒定电 2综合训练 流I=1A时，导线abc受到的安培力大 1.关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培 小为 ( 力，下列说法正确的是 () A.IN B.2 N A.安培力的方向可以不垂直于直导线 C.2N D.5N B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向 知识点三 判断导体在磁场中运动情况 C.安培力的大小与通电导线和磁场方向 的常规思路 的夹角无关 1.不管是电流还是磁体，对通电导体的作用 D.将直导线从中折成直角，安培力的大小 都是通过磁场来实现的，因此必须要清楚 一定变为原来的一半 导体所在位置的磁场分布情况。 2.(2023·东营一模)如图所 2.结合左手定则准确判断导体所受安培力的 示，把一重力不计的通电直 导线水平放在蹄形磁铁两 方向。 极的正上方，导线可以自由 3.由导体的受力情况判定导体的运动方向。 转动，当导线通入图示方向电流「时，导线 ■跟踪训练 的运动情况是（从上往下看） 5.如图所示，将通电直导线 A.顺时针方向转动，同时下降 AB用悬线悬挂在电磁铁 B.顺时针方向转动，同时上升 的正上方，直导线可自由转 C.逆时针方向转动，同时下降 动，则接通开关 ( D.逆时针方向转动，同时上升 A.A端向纸外运动，B端向纸内运动，悬 3.(多选)(2024·恩施质检)如图所示，台秤 线张力变小 上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻 B.A端向纸外运动，B端向纸内运动，悬 质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此 线张力变大 时台秤读数为F,现在磁铁上方中心偏左 [每日格言们世上最快乐的事，莫过于为梦想面奋斗。 高二物理 位置固定一导体棒，当导体棒中通以方向 6.(多选)(2024·邯郸检 如图所示的电流后，台秤读数为F2,则以 测)如图所示，平行于纸 60° 下说法正确的是 面水平向右的匀强磁场， 磁感应强度B,=1T。位于纸面内的细直 导线，长L=1m,通有I=1A的恒定电 流。当导线与B,成60°夹角时，发现其受 到的安培力为零。则该区域同时存在的 另一匀强磁场的磁感应强度B,的大小可 能为 ( A.弹簧长度将变长B.弹簧长度将变短 C.F>F D.F<F 号 &9 4.(2024·太原检测)如图 C.IT D.√3T 所示，边长为(、质量为 7.(多选)如图所示，质 m的等边三角形导线框 量为m、长为L的直 用绝缘细线悬挂于天花 导线用两绝缘细线悬 板，导线框中通一逆时 挂于O、O,并处于匀 针方向的电流，图中虚线过ab边和ac边 强磁场中。当导线中通以沿x正方向的 中点，在虚线的下方有一垂直于导线框向 电流I,且导线保持静止时，悬线与竖直方 里的匀强磁场，其磁感应强度大小为B,此 向的夹角为日。则磁感应强度的方向和大 时导线框处于静止状态，细线中的拉力为 小可能为 F:保持其他条件不变，现将虚线下方的 磁场移至虚线上方，此时细线中拉力为 A.:正向，瓷an0 F,。导线框中的电流大小为 A.F-F B.Fr-F, By正向凳 Bl 2BL C.2(F-E) C:负向，2an0 BL D.2(E,-F) 3BL D.沿悬线向上登sin0 5.在两个倾角均为α的光滑斜面上，放有两 8.如图所示，等边三角形线框××【x 个相同的金属棒，分别通有电流I1和I2, LMV由三根相同的导体棒 磁场的磁感应强度大小相同，方向如图所 连接而成，固定于匀强磁场 示，两金属棒均处于平衡状态。则两种情 中，线框平面与磁感应强度 况下的电流之比1：I2为 方向垂直，线框顶点M、N与直流电源两 端相接。已知导体棒MN受到的安培力 大小为F,则线框LMN受到的安培力的 大小为 ) A.sin a B.1 sin a A.2F B.1.5F C.cos a D.1:cos a C.0.5F D.0 3 署假作业生活的智慧大概就在于遇事问个为什么。 「每日格言] 9.(2023·大同一模)如 ××××× 圆心，通过读取反射光射到PQ上的位置， 图所示，金属梯形框架 可以测得电流的大小。已知弹簧的劲度 ××× 导轨放置在竖直平面 系数为k,磁场磁感应强度大小为B,线圈 内，顶角为0，底边ab C的匝数为N。沿水平方向的长度为l,细 0 长为，垂直于梯形平 杆D的长度为d,圆弧PQ的半径为r,r> 面有一个磁感应强度为B的匀强磁场。 d,d远大于弹簧长度改变量的绝对值。 在导轨上端再放置一根水平金属棒cd,质 量为m,导轨上接有电源，使abcd构成回 反射光 路，回路电流恒为I,cd棒恰好静止。已知 0人射光 金属棒和导轨之间接触良好，不计摩擦阻 力，重力加速度为g。求： (1)cd棒所受磁场力； (1)若在线圈中通入的微小电流为I,求 (2)cd棒与ab边之间的高度差h。 平衡后弹簧长度改变量的绝对值△x及 PQ上反射光点与O点间的弧长s; (2)某同学用此装置测一微小电流，测量 前未调零，将电流通入线圈后，PQ上反射 光点出现在O点上方，与O点间的弧长为 :保持其他条件不变，只将该电流反向接 入，则反射光点出现在O点下方，与O点 间的弧长为2。求待测电流的大小。 10.(2022·全国甲卷)光点式检流计是一种 可以测量微小电流的仪器，其简化的工作 原理示意图如图所示。图中A为轻质绝 缘弹簧，C为位于纸面上的线圈，虚线框 内有与纸面垂直的匀强磁场：M为置于 平台上的轻质小平面反射镜，轻质刚性细 杆D的一端与M固连且与镜面垂直、另 一端与弹簧下端相连，PQ为圆弧形的、 带有均匀刻度的透明读数条，PQ的圆心 位于M的中心。使用前需调零：使线圈 内没有电流通过时，M竖直且与纸面垂 直：入射细光束沿水平方向经PQ上的O 点射到M上后沿原路反射。线圈通入电 自眼微信扫码 ●错题一键拍 流后弹簧长度改变，使M发生倾斜，入射 ◆基础大巩因 ◆知识抢先学 光束在M上的入射点仍近似处于PQ的 ▣花[每日格言]只有一条路不能选择一一那就是放弃的路；只有一条路不能拒绝一一那就是成长的路。 高二物理 参考答案 作业（一）磁场对通电导线的作用力 4.A磁场在虚线下方时，由左手定则知，导线框所受安 [考点突破]—跟踪训练 1.B电流产生的磁场对另一电流有磁扬力的作用，根据 培力方向向上，由平衡条件得，F十BI气=mg,磁场 安培定则及左手定则可得，同向电流相互吸引，A错 在虚线上方时，由左手定则知，导线框所受安培力方向 误，B正确：由于力的作用是相互的，故AB受到的力等 于CD受到的力，故C错误：根据安培定则，I1产生的 向下，由平衡条件得，F=mg十B1气，由以上两式解 磁场在CD所在位置方向垂直纸面向外，D错误。 2.C若使悬挂b棒的细线弹力为零，则只需细线受向 得1= F一E,选项A正确。 上的安培力，因电流方向从到b,据左手定则可得匀 5.D由题图甲有BI1 Lcos a=ngsin a,由题图乙有BI2L 强磁场方向垂直纸面向里，故选C =mngsin a,联立解得11：12=1：csa,选项D正确 3.A由题图可知，【垂直于B,根据安培力公式可知，该 6.BCD导线与B1成60°夹角时，发现其受到的安培力为 通电直导线所受磁场的作用力F=BL,故选A。 零，说明合磁场方向与导线方向平行，也与B1成60°角。 4.B有效长度为L有=√+2=√2m,则安培力大小为 所以B,≥B1in60°=5T,B.C,D均有可能。 F=BL有=1X1X√2N=2N,故选B。 2 5.C接通开关，由线圈电流方向和安培定则，可知电磁 7.BC若B沿：正向，则从O向O看，导线受到的安培 铁左瑞为N极，右端为S极。则通电直导线左半部分 力F=LB,方向水平向左，如图甲所示，导线无法平 磁场斜向右上方，右半部分磁场斜向右下方。根据左 衡，A错误：若B沿y正向，导线受到的安培力竖直向 手定则，通电导线左半部分受安培力向里，右半部分受 上，如图乙所示。当FT=0,0=0且满足ILB=mg,即 安培力向外，即A瑞向纸内运动，B端向纸外运动。通 电导线旋转至垂直纸面向里方向，而磁场向右，则安培 B=坚时，导线可以平衡，B正确：若B沿之负向，导线 力向下，悬线张力变大，故选C 受到的安培力水平向右，如图丙所示，若满足Ftsin0 6。A根据安培定则可知，通电导线在左侧产生的磁场方 几B,FTcos0=mg,即B=man9,导线可以平衡， 向垂直纸面向外。采用电流元法，将司形线图分成前 IL 后两半，根据左手定则可知，外侧半圆受到的安培力向 C正确：若B沿悬线向上，导线受到的安培力垂直于导 上，内侧受到的安培力向下，圆形线图将转动。再用特 线指向左下方，如图丁所示，导线无法平衡，D错误。 珠位置法：圆形线圈转过90°时，通电直导线对左半圆 故选BC。 形线圈产生吸引力，对右半圆形线图产生排斥力，圆形 0 线圈靠近通电直导线，所以圆形线圆向左运动。故A ILB 正确，B、C、D错误。 B 综合训练 1.B g 2.A如图甲所示，把直线电流等效为无数小段，中间的 B 点为O点，选择在O点左侧S极右上方的一小段为研 究对象，该处的磁场方向指向左下方，由左手定则判 8.B设导体棒MN长度为1，MN棒中电流为I,则其受 断，该小段受到的安培力的方向垂直纸面向里，在O点 到的安培力大小F=BIl。MLN的电阻是MN棒电阻 左侧的各段电流元都受到垂直纸而向里的安培力，把 的两倍，二者并联，两端电压相同，则流过MLN的电流 各段电流元受到的力合成，则O,点左侧导线受到垂直 为0.5I,MLN受到的安培力的合力为F,=0.5BIl 纸面向里的安培力：同理判断出O,点右侧的导线受到 0.5F,MN棒和MLN受到的安培力方向相同，故线框 垂直纸面向外的安培力。因此，由上向下看，导线沿顺 LMN受到的安培力大小为1.5F,B正确. 时针方向转动。分析导线转过90°时的情境：如图乙所 9.解析(1)对于金属棒cd,在安培力与重力的作用下处 示，导线中的电流向外，由左手定则可知，导线受到向 于平衡状态 下的安培力。由以上分析可知，导线在顺时针转动的 因此cd棒所受磁场力Fa一mg 同时向下运动，A正确」 方向竖直向上 (2)设cd棒的有效长度为1' 由cd棒静止得mg=BIl 因此= BI 根据几何关系知cd棒的有效长度'=l十2htan 3.BC如图甲所示，导体棒处的磁场方向指向右上方，根 据左手定则可知，导体棒受到的安培力方向垂直于磁 一 BI 场方向指向右下方，对条形磁铁受力分析，如图乙所 解得h= 09 示，FN1>F2,即台秤示数F>F2,在水平方向上，由 2tan 2 于F有向左的分力，磁铁压缩弹簧，所以弹簧长度将 变短。 一 答案 (1)mg,方向竖直向上 (2 BI 2an号 10.解析(1)由题意当线圈中通入微小电流【时，线圈 中的安培力为F=VBIl 根据胡克定律有F=NBI=k|△x 4x=VB1☑ 设此时细杆转过的孤度为日，则可知反射光线转过的 弧度为20，义因为d>△x,r>d 则sin0≈0，sin20≈2d 51 署假作业当一个人先从自己的内心开始奋斗，他就是个有价值的人。 [每日格言] 所以有△x=d·日 [综合训练] 8=r·20 1.D静止在磁场中的电荷不可能受到洛伦兹力，A错 联立可得：=子Ar=2NB业 误：尽管电场力对电荷可以做功，但如果电荷在电场中 dk 不动或沿等势面移动，电场力做功为零，B错误：洛伦 (2)因为测量前未调零，设没有道电流时偏移的弧长 兹力的方向与磁感线垂直，与运动方向垂直，C错误。 为s,当初始时反射光点在O点上方，通电流I'后根 2.C不管通入什么方向的电流，螺线管内部磁场方向始 据前面的结论可知有s1=2NB亚+ 终与轴线平行，带电粒子沿着磁感线方向运动时不受 dk 洛伦兹力，所以应该是一直保持原运动状态不变，故 当电流反向后有2=2NB亚一 选C。 dk 3.A由安培定则可知，通电导线右方磁场方向垂直纸面 联立可得/=dk(十s2) 向里，由左手定则可知，电子受洛伦兹力方向向右，所 4NBlr 以电子向右偏：由于洛伦兹力不做功，所以电子速率不 同理可得初始时反射光点在)点下方结果也相同，故 变，故选A。 待测电流的大小为=k(十2) 4.BD根据左手定则可确定粒子带正电，A错误：由速度 4NBIr 选择器中电场力和洛伦兹力方向相反知，P1板带正电 答案1)NBI2NB业(2kCt dk 4NBIr B正确，根搭mB="m四得r一咒故C错误，D正确。 作业（二）磁场对运动电荷的作用力 5.AD带电离子打到屏P上，说明带电离子向下偏转， [考点突破]一跟踪训练 根据左手定则，可知a、b两离子均带正电，选项A正 1.B根据题意，由右手螺旋定则知b与d导线电流产生 确；口、b两离子垂直进入磁场的初速度大小相同，电荷 磁场正好相互抵消，而a与c导线产生磁场正好相互叠 加，由右手螺旋定则得磁场方向水平向左，当电子从正 童、质量相等，由r=m吧知半径相同。b在磁场中运动 aB 方形中心O点沿垂直于纸面的方向向里运动，根据左 了半个圆周，a的运动大于半个圆周，故a在P上的落 手定则可知，它所受洛伦兹力的方向向下，故B正确， 点与O点的距离比b的近，飞行的路程比b长，选项C A、C,D错误。 2.B由题图可知洛伦兹力的大小分别为F1=B,F2= 错误，D正确：根据)=知，口在磁场中飞行的时间 Bqveos30°-Bp,E=Bp,R=B,故F1=E= 比b的长，选项B错误。 6.C由运动轨迹和左手定则可知该粒子带负电，A错 F,>F2,故选B。 误；粒子在磁场中做匀速圆周运动，故粒子在b点速率 、3.D在磁场中，该质点微圆周运动的周期T-,g,因 等于在a点造率，B错误：由mB=mR得R=咒，若 为该粒子带负电，其运动轨迹如图所示，粒子离开磁场 仅减小磁感应强度，则R增大，如图所示，粒子将从b 时速度的偏转角a=2m-20,则运动的时间为1=爱T _(2x-20)m,A,B.C错误，D正确。 点右侧射出，故C正确：粒子运动周期T=2xR-2m gB' qB 若仅减小入射速率，则R减小，T不变，粒子运动轨远 所对应的圆心角0变大，由1一360T可知，粒子运动时 X 间将变长，故D错误。 XX 4.解析(1)由题意可知粒子沿顺时针方向运动，根据左 手定则可得粒子带负电。 (2)粒子的运动轨迹如图中虚线 所示，根据几何关系可得 a=R+Rsin30,R=号a ×R 根据牛顿第二定律有qB= ( 02 ,2,1=3m mR'm 2aB 答案负电(2器 7.BCD两离子所带电椅量之比为1：3，在电场中时由 qE=la知ucg,故加速度之比为1：3，A错误：离开 5.D离子束保持原运动方向未发生偏转，说明所受洛伦 电场区城时的动能由Ek=gU知Ekcg,故D正确：在 形，粒子逵度 兹力和电场力平衡，即gE=gB1,则= 猫场中运动的半径由B=mR,E=号m产知R 相同，进入品破场丰径不同，旅据尺=咒，可知粒子 1 mUc1,故B正确：设磁场区城的宽度为d,则 的比荷一定各不相同，它们的电量可能各不相同，动能 B q Jq E-(qB2R) 有sin0= d 大小不确定，质量大小也不确定，故D正 R 元·即sn301.故d=60°—20， OC- 2m sin= 确，A、B、C错误。 C正确。 Rv=9BR 6.D由洛伦滋力提供向心力，有gB=m 8.AD微粒进入场区后沿直线b运动，则微粒受到的合 力为零或者合力方向在直线ab上（垂直于运动方向的 则动能E=之m心=R,图北动能与加连电场的 合力仍为零)。若微粒所受合力不为零，则微粒必然做 2m 变速运动，由于速度的变化会导致洛伦兹力变化，则微 电压、领率无关，与磁感应强度大小和D形金属盒的半 粒在垂直于运动方向上的合力不再为零，微粒就不能 径有关，增大磁场的磁感应强度或D形金属盒的半径， 沿直线运动，故微粒所受合力只能为零，做匀速直线运 可以增加粒子的动能，故选D。 动；若微粒带正电，则受力分析如图甲所示，合力不可 52