第1章 1.磁场对通电导线的作用力-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册同步练测（人教版2019）

第一章 安培力与洛伦兹力 1.磁场对通电导线的作用力 学习目标 L.知道什么是安培力，会推导安培力公式F=lB或F-=I(Bsin0,明确它们的使用条件。 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 自主学习探新知 课前预习双基落实 一、安培力 6.单位：力F、电流I、导线长度、磁感应强度B 1.安培力： 在磁场中受的力。 的单位分别为牛顿(N)、安培(A)、米(m)、特 2.决定安培力方向的因素 斯拉(T)。 (1) 的方向。 二、磁电式电流表 (2) 的方向。 1.构造：最基本的组成部分是 3.左手定则：如图所示，伸开左手，使 和放在磁体两极之 拇指与其余四个手指 ,并 间的 且都与手掌在同一个平面内：让 2.原理 线网 磁感线从 垂直进入，并 (1)通电线圈在磁场中受到 使四指指向 的方向，这时拇指所指 安培力的作用发生 螺旋弹簧变 的方向就是通电导线在磁场中所受 形，以 线圈的转动。 的方向。 (2)线圈偏转的 越大，被测电流就越 4.安培力方向的特点：与电流的方向、磁感应强 大，所以根据线圈偏转角度的大小，可以确定 度的方向都 ,即安培力F 通过电流的 :根据指针偏转的 于B和I所决定的平面。 ,可以知道被测电流的方向。 5.安培力的大小 (3)优，缺点 ①优点：灵敏度高，可以测出 的 垂直时 电流。 B与I 平行时 ②缺点：线圈的导线 ,允许通过的电 成0角时 F 流很弱。 ●高中物理·选择性必修第二册（人教版】 赵自我诊断 :2.如图所示，在匀强磁场中放有下列各种形状 1.判断下列说法的正误（正确的画“√”，错误的 的通电导线，电流强度均为【，磁感应强度均 画“×”)。 为B,求各导线所受到的安培力。 (1)安培力的方向与磁感应强度的方向相同。 ( (2)安培力的方向与磁感应强度的方向垂直。 ( (3)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇 指指向安培力方向。 (4)通电导线在磁场中不一定受安培力。 ( (5)一通电导线放在磁场中某处不受安培力， 该处的磁感应强度不一定是零。 (6)在磁场一定，导线的长度和电流也一定的 情况下，导线平行于磁场时，安培力最大，垂 直于磁场时，安培力最小。 () (7)磁电式电流表只能测定电流的大小不能 确定被测电流的方向 (8)增加线图匝数和增加线圈面积都可以提 高磁电式电流表的灵敏度。 (9)磁电式电流表内是均匀辐射磁场，不是匀 强磁场。 互动探究解疑难 要点归纳重难类玻 要点一安培力的方向 2问题导引 (2)改变导线中电流的方向，导线受力的方向是 如图所示的实验装置，通电导线悬挂放置 否改变？ 在蹄形磁体之间，改变磁极方向或电流方向，观 (3)仔细分析实验结果，说明安培力的方向与磁 察导线摆动的方向。思考并探究下面的问题： 场方向、电流方向有怎样的关系？ (1)上下交换磁极的位置以改变磁场方向，导线 受力的方向是否改变？ 2 第一章安培力与洛伦兹力 探究升华 ：3.电场力与磁场力的比较：与磁场力相比，电场 1.安培力的方向：不管电流方向与磁场方向是 力是纵向力，其方向总是与电场方向平行，而 否垂直，安培力的方向总是垂直于磁场方向 磁场力是横向力，其方向总是与磁场方向 和电流方向所决定的平面，即总有F⊥I 垂直。 和F⊥B。 (1)已知I、B的方向，可唯一确定F的方向。 典例剖析 (2)已知F、B的方向，且导线的位置确定时， [例1] 画出图中磁场对通电导线的安培力的 可唯一确定I的方向。 方向。 (3)已知F、I的方向时，磁感应强度B的方 向不能唯一确定。 2.安培定则（右手螺旋定则）与左手定则的比较 安培定则 左手定则 (右手螺旋定则) 判断电流在磁 作用 判断电流的磁场方向 场中的受力 D 方向 ·B 具体 环形电流 或通电螺 电流在磁场中 情况 直线电流 线管 四指弯曲 川规律方法川 磁感线穿过手 应用 拇指指向 的方向表 应用左手定则的两个要点 内 方法 电流的方向 示电流的 掌心，四指指向 (1)安培力的方向既垂直于电流的方向，又垂直于 容 电流的方向 环绕方向 磁场的方向，所以应用左手定则时，必须使挥指指向与 四指指向和磁场方向均垂直 四指弯曲 拇指指向轴 拇指指向电流 (2)由于电流方向和磁场方向不一定垂直，所以磁 的方向表 结果 线上磁感线 受到的磁场力 场方向不一定垂直车入手掌，可能与四指方肖成某 示磁感线 的方向 的方向 夹角，但四指一定要指向电流方向。 的方向 要点二 安培力的大小 口问题导引 口探究升华 把盛有导电液体的玻璃 1.公式F=IlBsin0中B对放人的通电导线来 器皿放在两磁极中间，接通电 说是外加磁场的磁感应强度，不必考虑导线 源后，会看到液体旋转起来。 自身产生的磁场对外加磁场的影响。 (1)通电液体为何会旋转，液 2.公式F=IIBsin0中l指 体的旋转方向如何判断？ 的是导线在磁场中的 (2)如果增大电流，将会看到什么现象？ “有效长度”，弯曲导线 的有效长度1，等于两端点连线的长度（如图 所示)：相应的电流沿两端点的连线由始端流 向末端。 3.公式F=IIBsin0中0是B和I方向的夹角， 当0=90时sin0=1,公式变为F=IlB。当 0=0°或180°即两者平行时，不受安培力。 3 》高中物理·选择性必修第二册（人教版】 典例剖析 ×XXX x×x [例2]长度为1、通有电流为【的直导线放 入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向如 A.F=IBcos 0 B.F=IlBcos 0 图所示，已知磁感应强度为B,对于下列 各图中，导线所受安培力的大小计算正确 的是 C.=IBsin 0 D.F=llBsin 0 要点三 安培力作用下导体运动方向的判断 问题导引 续表 如图所示，两条平行的通电直导线之间会 转动通电导线到某个便于分析的特殊位置（如 通过磁场发生相互作用，在什么情况下两条直 特殊 转过90)，然后判断其所受安培力的方向，从 位置法 导线相互吸引，什么情况下两条直导线相互 而确定其运动方向 排斥？ 接电源 两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋 结论法 势，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 接屯御 定性分析磁体在电流场作用下如何运动的 问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培 转换研究 力，然后由牛顿第三定律确定磁体所受电流酸 对象法 场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动 方向 典例剖析 [例3] 如图所示，将通电直 导线AB用丝线悬挂在电 口探究升华 磁铁的正上方，直导线可自 不管是电流还是磁体，对通电导线的作用 由转动，则接通开关S的 都是通过磁场来实现的，因此必须要清楚导线 瞬间 ( 所在位置的磁场分布情况，然后结合左手定则 A.A端向上运动，B端向下运动，悬线张力 准确判断导线的受力情况或将要发生的运动， 不变 在实际操作过程中，往往采用以下五种方法： B.A端向下运动，B端向上运动，悬线张力 把整段导线分为许多段直电流元，先用左手定 不变 电流元法 则判断每段电流元受力的方向，然后判断整段 导线所受合力的方向，从而确定导线运动方向 C.A端向纸外运动，B端向纸内运动，悬线 张力变小 环形电流可以等效成小磁针，通电螺线管可以 等效法 等效成条形磁体或多个环形电流，反过来等效 D.A端向纸内运动，B端向纸外运动，悬线 也成立 张力变大 第一章安培力与洛伦兹力《 要点四 安培力作用下的导体平衡 问题导引 (1)明确研究对象。 如图所示是小丽自制 (2)先把立体图改画成平面图，并将题中的角 的电流表原理图。质量为 度、电流的方向、磁场的方向标注在图上。 m的均匀细金属杆MN与 (3)正确受力分析，然后根据平衡条件F。=0 一竖直悬挂的绝缘轻质弹 列方程求解。 簧相连，弹簧劲度系数为k,在边长ab=l1、 2.分析求解安培力时需要注意的问题 bc=l2的矩形区域abd内有匀强磁场，磁感应 (1)首先画出通电导体所在处的磁感线的方 强度大小为B,方向垂直于纸面向外。MN的 向，再根据左手定则判断安培力方向。 右端连接一绝缘轻指针，可指示出标尺上的刻 (2)安培力大小与导体放置的角度有关，但一 度，MN的长度大于ab。当MN中没有电流通 般情况下只要求导体与磁场垂直的情况，其中！ 过且MN处于静止状态时，MN与ab边重合， 为导体垂直于磁场方向的长度，为有效长度。 且指针指在标尺的零刻度线处；当MN中有电 典例剖析 流时，指针示数可表示电流大小。MN始终在：[例4门如图所示，在与水平方 纸面内且保持水平，重力加速度为g。 向夹角为60°的光滑金属导轨 (1)要使电流表正常工作，金属杆中电流方向应 间有一电源，在相距1m的平 该怎样？ 行导轨上垂直导轨放一质量 人60 (2)该电流表的刻度在0~I范围内是不是均 为0.3kg的金属棒ab,ab中 匀的？ 有由b→a、I=3A的电流。磁场方向竖直向 上，这时金属棒恰好静止。求：(g=10m/s) (1)匀强磁场磁感应强度的大小： (2)ab棒对导轨的压力。 探究升华 1.解决安培力作用下的平衡问题与解决一般物 体的平衡问题方法类似，只是多画出一个安 培力。一般解题步骤为： 随堂巩固促应用 验证反馈迁移运用 1,(安培力的方向)电磁炮利用电磁系统中的安 培力对金属炮弹进行加速，使其达到打击目 出 标所需的巨大动能，如图甲所示。简化原理 炮弹 图如图乙所示，磁场方向垂直于轨道平面向 乙 上，则当弹体中通过图乙所示的电流时，炮弹 A.水平向左 B.水平向右 加速度的方向为 C.垂直于纸面向外D.垂直于纸面向里 5 ●高中物理·选择性必修第二册（人教版】 2.(安培力的大小)如图所示，一根导线位于磁：4.（安培力作用下的导体平衡）如图 感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀 所示，电流天平的右臂挂着矩形 强磁场中，其中AB=BC=CD=DE=1,且 线圈，匝数为，线圈的水平边长 ∠C=120°、∠B=∠D=150°。现给这根导 XXx 线通入由A至E的恒定电流I,则导线受到 为1，处于匀强磁场内，磁感应强 磁场作用的合力大小为 ( 度大小为B,方向与线圈平面垂 电流天半 ￥C 直。当线圈中通过方向如图所示的电流1 ××150X120义150 时，调节砝码使两臂达到平衡，然后使电流反 X D X E X 向，大小不变，这时为使天平两臂再达到新的 A.23 IIB B.2+IB 2 平衡，则需 ( C.(2+√3)IlB D.4IB A.在天平右盘中增加质量m=nB的砝码 3.(安培力作用下导体运动方向 的判断)一个可以自由运动的 B.在天平右盘中增加质量m=2mlB 的砝码 线圈L和一个固定的线圈L g 互相绝缘垂直放置，且两个线 C,在天平左盘中增加质量m=nB的砝码 g 圈的圆心重合，如图所示。当两线圈中通以 图示方向的电流时，从左向右看，线圈L将 D.在天平左盘中增加质量m=2mB 砝码 ( A.不动 B.顺时针转动 提示请完成《素能提升训练》训练一 C.逆时针转动 D.向纸面内平动 2.磁场对运动电荷的作用力 学习目标 L.知道通电导线受到的安培力是洛伦兹力的宏观表现。 2,会判断洛伦兹力的方向，理解洛伦兹力对带电粒子不做功。 3.会推导洛伦兹力的公式F=B,并掌握其适用条件。 4.了解电视显像管的工作原理 自主学习探新知 课前预习双基落实 一、洛伦兹力的大小和方向 :2.洛伦兹力的方向 1.洛伦兹力 (1)左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个 (1)定义： 在磁场中受到的力。 手指 ,并且都与手掌在同一个平面 (2)洛伦兹力与安培力的关系：通电导线在磁 内：让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向 场中受到的 ,实际是 的宏 运动的方向，这时拇指所指的方向 观表现。 就是运动的 在磁场中所受洛伦兹力 6同步课堂讲义 AI伴学助手 在线答疑 区配套答案 区全面梳理 ?查漏补缺 日抖吾/信扫码 第一章 安培力与洛伦兹力 1.磁场对通电导线的作用力 自主学习探新知一、 1.通电导线 2.(1)电流(2)磁场 3.垂直 掌心 电流 安培力 4.垂直 垂直 5.IIB 0 IIBsinθ 二、 1.磁体 线圈 2.(1)转动 反抗 (2)角度 大小 方向(3)①很弱 ②很细 自我诊断 1.(1)×(2)√ (3)√ (4)√ (5)√ (6)×(7)× (8)√(9)√ 2. FA=IlBcos α Fp=IB Fc=√2IB Fp=0 Fg=0 互动探究解疑难 要点一 问题导引 提示(1)受力的方向改变；(2)受力的方向改变；(3)安 培力的方向与磁场方向、电流方向的关系满足左手 定则。 典例剖析 [例1] 如图所示 F 4? F ×B B o ⑩ F A B C F BB F (F垂直纸面向外) FD E *B 域 F.10 p (F垂直纸面向外) G H 要点二 问题导引 提示(1)通电液体之所以旋转是因为受到力的作用， 其旋转方向可以用左手定则判断。 (2)电流增大，液体旋转加快，说明通电的液体受力 变大。 典例剖析 [例2] [解析] A图中，导线不和磁场垂直，将导线投 影到垂直磁场方向上，故 F=IBcos θ,A正确；B图中， 导线和磁场方向垂直，故F=ILB,B错误；C图中，导线 和磁场方向垂直，故 F=IIB,C错误；D图中，导线和磁 场方向垂直，故 F=IlB,D错误。 [答案] A 要点三 问题导引 提示 两导线中电流方向相同时相互吸引，电流方向相 反时相互排斥。 典例剖析 [例3] [解析] 当开关S接通时， 222722222 A 根据安培定则知电磁铁附近磁感 线的分布如图所示，由左手定则 知通电直导线此时 A 端受力指向 s纸内，B端受力指向纸外，故导线 将转动，由特殊位置法知当导线 转到与磁感线垂直时，整个导线 IB 受到的磁场力方向竖直向下，故悬线张力变大，D正确。 [答案] D 要点四 问题导引 提示 (1)要使电流表正常工作，金属杆应向下移动，所 受的安培力应向下，由左手定则知金属杆中的电流方向 应从M至N。 (2)当该电流表的示数为零时，MN与ab 边重合，弹簧 的弹力与杆的重力平衡，弹簧处于伸长状态，设当电流 表示数为零时，弹簧的伸长量为x。,由平衡条件得 mg x?=mg,当电流为I时，安培力为F=Il?B,=kx。,解得 相比静止时弹簧伸长量的增加量为 △x,根据胡克定律 x=F=kBI,,故该电流表的刻度有△F=k△x,得△ 是均匀的。 典例剖析 [例4] [解析](1)ab棒静止，受力情 B 况如图所示，沿导轨方向受力平衡，则 mgsin 60°=Fcos 60°, Fn F 又F=IB, mg 解得B=mgtan 60°=0.33×0××3r 60° =√3 T。 (2)根据牛顿第三定律得，ab棒对导轨的压力： FA=F---80N-6N 方向垂直导轨向下。 [答案](1)√3 T(2)6 N,方向垂直导轨向下 随堂巩固促应用 1.A 根据左手定则，炮弹受到水平向左的安培力，故炮 弹所受合外力水平向左，则炮弹加速度的方向水平向 左，故选 A。 2.C 据题图和几何关系求得A、E两点间的距离为：l等= (2+√3)l。据安培力公式得F=Il,B=(2+√3)IIB,故 A、B、D错误，C正确。 3.B 方法一(电流元法):把线圈L?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L? 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 安培力均指向纸外，下半部分电流元所受安培力均指向 纸内，因此从左向右看，线圈L?将顺时针转动。方法二 (等效法):把线圈L?等效为小磁针，该小磁针刚好处于 环形电流I?的中心，通电后，小磁针的N极应指向该点 环形电流 I?的磁场方向。由安培定则知L?产生的磁 场方向在其中心处竖直向上，而L?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L?将顺时针转动。方 法三(结论法):环形电流I?、I?之间不平行，则必有相对 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L?将顺时针转动。 4.D 开始时线圈底边所受的安培力方向竖直向上，电流 反向后，所受安培力的方向变为竖直向下，相当于右边 多了两个安培力的重量，为使天平平衡，左边要加重力 大小为2FA的砝码，即mg=2FA,由于FA=nIlB,联立 得m=2mIl,,要重新平衡，需要在天平左盘中增加质量 m=2mIl的砝码，D正确。 2.磁场对运动电荷的作用力 自主学习探新知一、 1.(1)运动电荷(2)安培力 洛伦兹力 2.(1)垂直 正电荷 正电荷 相反(2)工 l B、v 3.(1)qvBsinθ(2)qvB (3)0 二、 1.偏转线圈 2.(1)发射高速电子 (2)偏转 3.不断变化 4.偏转线圈 自我诊断 1.(1)×(2)× (3)√(4)√ (5)×(6)√ (7)√ 2.B 电荷间的作用力是静电力，不是洛伦兹力，故 A错 误；磁场对运动电荷的作用力是洛伦兹力，故 B正确；磁 体对小磁针的作用力是磁场力，不是洛伦兹力，故C错 误；电场对电荷的作用力是电场力，不是洛伦兹力，故 D错误。 互动探究解疑难 要点一 问题导引 提示(1)洛伦兹力 向下 (2)磁场方向向里 电子所受洛伦兹力与磁场方向垂 直，与电子运动方向垂直，满足左手定则 典例剖析 [例1] [解析] A图中带负电的粒子向右运动，掌心向 外，四指所指的方向向左，大拇指所指的方向向下，A错 误；B图中带负电粒子的运动方向与磁感线平行，此时 不受洛伦兹力的作用，B错误；C图中带负电的粒子向 右运动，掌心向外，四指所指的方向向左，大拇指所指的 方向向下，C正确；D图中带负电的粒子向上运动，掌心 向里，四指应向下，大拇指的方向向左，D错误。 [答案] C 针对训练 1.C 地磁场的方向由地理南极指向北极，α射线和质子 流均带正电，根据左手定则可知，α射线、质子流均向东 偏转，β射线带负电，根据左手定则可知，β射线向西偏 转，C正确。 要点二 问题导引 提示 来自太阳的高能带电粒子到达地球附近，进入南 北两极上空的带电粒子的运动方向几乎和磁感线平行， 所受洛伦兹力几乎为零，当它们进入极地的高层大气 时，与大气中的原子和分子碰撞并激发，产生光芒，形成 极光。 典例剖析 [例2] [解析](1)因 v⊥B,所以F=quB,方向垂直v 指向左上方。 (2)v与B的夹角为30°,将v分解成垂直磁场的分量和 平行磁场的分量，v1= vsin 30°,F=qvBsin 30°= 2q0B,,方向垂直纸面向里。 (3)由于 v与B平行，所以不受洛伦兹力。 (4)v与B垂直，F=qvB,方向垂直v指向左上方。 [答案](1)quB 垂直 v指向左上方 (2)2goB垂直纸面向里(3)0 (4)qvB 垂直v指向左上方 针对训练 2.解析 (1)由左手定则可知物块带负 电荷。 quB (2)当物块离开斜面时，物块对斜面压 mg30°力为 0,受力如图所示，则 quB一 mgcos 30°=0,解得 v≈3.46 m/s。 (3)由动能定理得mgsin 30°·L=mv2,解得物块在 斜面上滑行的最大距离 L=1.2 m。 答案(1)负电荷 (2)3.46 m/s (3)1.2 m 2