第一章 第1节 磁场对通电导线的作用力-【高中必刷题】2025-2026学年高中物理选择性必修2同步课件(人教版 江苏专用)

物理 选择性必修 第二册 江苏专用 1 1 第1节 磁场对通电导线的作用力 刷基础 2 1. ［河北沧衡八校联盟2025高二上联考］如图所示，图中分别标明了通电直导线中电流 、 匀强磁场的磁感应强度和导线所受安培力 的方向，用“·”表示磁感线垂直于纸面向外，“×” 表示磁感线垂直于纸面向里；“ ”表示电流垂直于纸面向里，“ ”表示电流垂直于纸面向 外，则下列四个选项中正确的是( ) A A. B. C. D. 题型1 安培力的方向（左手定则的应用） 3 解析 A选项图中磁场方向垂直于纸面向里,电流水平向右,根据左手定则可知,导线所受安培力 竖 直向上,故A正确；B选项图中电流与磁场方向平行,故导线不受安培力,故B错误；C选项图中磁场 方向水平向左,电流方向垂直于纸面向外,根据左手定则可知,导线所受安培力 竖直向下,故C错误； D选项图中磁场方向向上,电流水平向右,根据左手定则可知,安培力 垂直于纸面向外,故D错误. 题型1 安培力的方向（左手定则的应用） 4 教材变式 本题目由教材P6第1题演变而来,解答本题的关键是明确安培力的方向既与磁场方向垂直,又与电流 方向垂直,也就是说,安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面. 题型1 安培力的方向（左手定则的应用） 5 2.［辽宁本溪一中2024高二上期中］磁场对电流的作用力通常称为安培力.关于安培力，下列说法 正确的是( ) D A.通电直导线在匀强磁场中受到的安培力的方向不总是垂直于磁场的方向 B.放在匀强磁场中的通电直导线一定受磁场的作用力 C.通电直导线跟磁场方向平行时安培力最大 D.将处在匀强磁场中的通电直导线从中点折成直角，安培力的大小可能变为原来的 题型2 安培力的大小 6 解析 根据左手定则可知,通电直导线在匀强磁场中所受的安培力的方向垂直于电流与磁场确定的 平面,则安培力方向与磁场方向一定垂直,A错误;放在匀强磁场中的通电直导线,如果电流与磁场方 向平行,则不受磁场的作用力,B错误;当通电直导线跟磁场方向垂直时安培力最大,C错误;假设初始 时直导线与磁场垂直,将直导线从中点折成直角后,若弯折部分与磁场平行,则直导线的有效长度为 原来的一半,安培力变为原来的一半；若弯折部分与磁场仍垂直,则直导线的有效长度为原来的 , 安培力变为原来的 ,D正确. 题型2 安培力的大小 7 方法总结 判断通电直导线所受安培力的方向应用左手定则,当电流方向与磁场方向不垂直时,需将磁感应强 度分解到垂直于电流和平行于电流两个方向上,平行于电流方向的磁场对电流没有力的作用. 题型2 安培力的大小 8 3.［河南信阳高级中学2025高二上月考］一段圆心角为 的圆弧形导线，通以电流 .如图甲 所示，若导线所在平面与纸面平行，匀强磁场方向垂直纸面向里，导线所受安培力的大小为 ； 如图乙所示，若磁感应强度大小不变，方向改为平行于纸面沿半径 向右，导线所受安培力的 大小为.则 为( ) A 甲 乙 A. B. C. D. 题型2 安培力的大小 9 解析 （1）当磁场方向垂直纸面向里： （2）当磁场方向平行于纸面沿半径 向右： 题型2 安培力的大小 10 关键点拨 解答本题的关键是知道安培力公式中, 为导线在磁场中受力的有效长度,而不是导线的实 际长度. 题型2 安培力的大小 11 4.［江苏扬州邗江区2025高二上期中］如图所示，、、 三根导体棒构成一等腰直角三角形线 框，直角边长为；磁感应强度为的匀强磁场平行于三角形所在平面，且垂直于 棒，线框内通 以大小为 的顺时针方向电流，则( ) C A.棒所受安培力方向垂直纸面向里 B.棒所受安培力大小为 C.棒、棒所受安培力合力大小为 D.线框所受安培力大小为 题型2 安培力的大小 12 解析 根据左手定则可知,棒所受安培力方向垂直纸面向外,故A错误；由题意可知, 棒电流与磁场 方向的夹角为 ,棒的长度为,根据安培力的定义,可得 棒所受安培力大小为 ,故B错误；根据左手定则和安培力公式可得, 棒所受安培力大小为 ,方向垂直纸面向外,棒所受安培力大小为,棒所受安培力大小 ,方向垂直 纸面向里,则线框所受安培力大小为零,故C正确,D错误. 题型2 安培力的大小 13 关键点拨 根据左手定则判断安培力的方向,注意各边与磁场方向的夹角,根据安培力的计算公式求安培力的大小. 题型2 安培力的大小 14 5.［山东百师联考2025高二上期中］磁电式电流表的构造如图甲所示，在蹄形磁铁的两极间有一 个可以绕轴转动的线圈，转轴上装有螺旋弹簧和指针.蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如 图乙所示.当电流通过线圈时，线圈在安培力的作用下转动，螺旋弹簧被扭动，线圈停止转动时满 足 ，式中为线圈的匝数，为线圈的面积，为通过线圈的电流，为磁感应强度， 为线圈（指针）偏角， 是与螺旋弹簧有关的常量.不考虑电磁感应现象，由题中的信息可知 ( ) 题型3 磁电式电流表 15 甲 乙 A.线圈转动过程中受到的安培力逐渐变大 B.若线圈中通以如图乙所示的电流，线圈将沿逆时针方向转动 C.线圈（指针）偏角 与通过线圈的电流 成正比 D.电流表的灵敏度定义为，更换 值更大的螺旋弹簧，可以增大电流表的灵敏度 √ 题型3 磁电式电流表 16 解析 磁场均匀辐向分布,线圈转动过程中各个位置的磁感应强度大小相等,由安培力公式 可知,线圈受到的安培力大小不变,故A错误；若线圈中通以如题图乙所示的电流,根据左手定则,左 侧安培力向上,右侧安培力向下,线圈将沿顺时针方向转动,故B错误；根据题意,线圈停止转动时满 足 ,解得,可知线圈（指针）偏角 与通过线圈的电流 成正比,故C正确；根据 题意有 ,解得,可知更换值更大的螺旋弹簧, 减小,即电流表的灵敏度减小,故 D错误. 题型3 磁电式电流表 17 注意说明 磁电式电流表内部磁场辐向分布,可保证线圈无论转到哪个位置,线圈平面总和磁场方向平行,线圈 左右两边所在之处的磁感应强度大小相等,故线圈受到的安培力大小不变. 题型3 磁电式电流表 18 6.［黑龙江牡丹江第一高级中学2025高二上期中］如图所示，放置在水平面上的条形磁铁上方， 以 点所在竖直线为轴可以水平自由旋转的轻弹簧下端悬挂了一根直导线，某一时刻给该导线通 以由到 方向的电流，磁铁始终保持静止.下列说法正确的是( ) C A.端向里转动， 端向外转动 B.当直导线最终达到稳定时，与开始时相比，条形磁铁受到水平面的支持力 不变 C.当直导线最终达到稳定时，弹簧的弹力变大 D.当直导线最终达到稳定时，弹簧可能被压缩 题型4 通电导线在安培力作用下的运动 19 解析 在端选一小段，由左手定则可知，这一小段所受安培力垂直纸面向外，同理，在 端选一 小段，由左手定则可知，这一小段所受安培力垂直纸面向里，故端向外转动， 端向里转动，故 A错误；当直导线稳定时，端在外， 端在里，即电流方向垂直纸面向里，由左手定则可知，直 导线所受安培力竖直向下，通电前，弹簧弹力等于直导线重力，通电后，弹簧弹力等于直导线重 力与安培力之和，则弹簧的弹力变大，弹簧长度变长，由牛顿第三定律知，直导线对磁铁有向上 的力，则水平面对磁铁的支持力变小，故C正确，B、D错误. 题型4 通电导线在安培力作用下的运动 20 7.［江苏连云港2025高二上期末］电磁炮是利用电磁发射技术制成的新型武器，如图所示为电磁 炮的原理结构示意图.若某水平发射轨道长，宽，发射的炮弹质量为 ，炮弹被发射 时从轨道左端由静止开始加速.当电路中的电流恒为，轨道间匀强磁场 时，不 计空气及摩擦阻力，不考虑电磁感应现象.下列说法正确的是( ) C A.磁场方向为竖直向下 B.炮弹的加速度大小为 C.炮弹在轨道中加速的时间为 D.炮弹发射过程中安培力的最大功率为 题型4 通电导线在安培力作用下的运动 21 解析 炮弹向右加速，根据左手定则可知,磁场方向为竖直向上,故A错误；根据牛顿第二定律有 ,解得,故B错误；根据位移公式有 ,结合上述分析，解得 ,故C正确；炮弹发射过程中的最大速度 ,炮弹发射过程中安培力的最大功率 ,联立解得 ,故D错误. 题型4 通电导线在安培力作用下的运动 22 8.［四川遂宁2025高二上期中］质量均匀分布的直导体棒放置于四分之一的光滑圆弧轨道上，其 截面如图所示.导体棒总质量为,长度为，其中通有大小为 的电流，空间存在磁感应强度大小为 的匀强磁场，磁场的方向竖直向上.导体棒平衡时，导体棒与轨道圆心的连线跟竖直方向的夹角 为，轨道与导体棒间的弹力为.重力加速度为 ，下列说法正确的是( ) C A.若仅将电流缓慢增大，则 逐渐减小 B.若仅将电流缓慢增大，则 逐渐减小 C.若 ，则 D.若仅将磁场方向沿逆时针缓慢转过 时，则 题型5 通电导线在磁场中的平衡问题 23 解析 对导体棒受力分析,受重力、弹力和安培力,如图所示,若仅将电流 缓慢增大,安培力逐渐增大, 根据受力平衡和平行四边形定则可知 逐渐增大,逐渐增大,故A、B错误；若 ,则 ,得,故C正确；由平衡条件可得,磁场竖直向上时 ,又 ,故,若仅将磁场方向沿逆时针缓慢转过 时,安培力大小不变,方向竖直向上. 因为,故 ,故D错误. 题型5 通电导线在磁场中的平衡问题 24 9.［山东泰安一中2025高二上检测］如图所示，粗细均匀的正六边形线框 由相同材质的导 体棒连接而成，顶点、用导线与直流电源相连接，正六边形 处在垂直于框面的匀强磁 场中，若导体棒受到的安培力大小为 ，则整个六边形线框受到的安培力大小为( ) B A. B. C. D. 易错点 不能正确判断导线的有效长度及电流大小 25 思路导引 解题的关键是知道导体棒 与另外5根导体棒是并联关系,根据电路特征判断流过各导体棒的电流 大小,再结合安培力公式 求解. 易错点 不能正确判断导线的有效长度及电流大小 26 解析 设棒的电阻为,则（不包含）的电阻为,若棒中的电流为,则 （不包含）中的电流为,由安培力公式,可知对棒,有 ,方向竖直向上,对 （不包含）,其有效长度为,则其所受安培力 ,方向竖直向上, 则整个六边形线框受到的安培力大小为 ,故B正确,A、C、D错误. 易错点 不能正确判断导线的有效长度及电流大小 27 易错分析 本题易因为并联部分的有效长度计算错误,导致错选.棒和（不包含 ）的有效长度相同, 但是通过的电流不相同,故二者所受安培力大小不相同. 易错点 不能正确判断导线的有效长度及电流大小 28 1 第1节 磁场对通电导线的作用力 刷提升 29 1.［辽宁县级重点高中协作体2025高二上期中］如图甲所示为旋转电枢式直流电动机的原理图， 处于匀强磁场中的矩形线圈可以绕位于线圈平面内的中心轴线转动， 垂直于磁场 方向.线圈通电时在安培力的作用下会绕中心轴线转动，当线圈经过图甲所示位置时，沿 看 如图乙所示，则此时 边受到的安培力方向沿图乙中的( ) C 甲 乙 A.① B.② C.③ D.④ 30 解析 应用左手定则，磁感线垂直进入掌心，四指指向电流方向，大拇指指向即为安培力的方向， 可知此时 边受到的安培力方向沿题图乙中的③，故C正确. 31 2.如图所示，纸面内有粗细均匀的相同金属导体弯制成的两个相同的正三角形金属框 和 ，边中间断开，用导线连接、两点，并从端通入大小恒定的电流，从 端引出电流， 同时将金属框放入垂直纸面向里的匀强磁场中，则( ) C A.、两点间与、两点间的电压之比为 B.、两点间与、两点间的电压之比为 C.金属框和所受的安培力大小之比为 D.金属框和所受的安培力大小之比为 32 解析 设三角形金属框每个边的电阻为,电流流过时,电路中与串联,再与 并联,有 ,电流流过时,电路中与串联,故,则、两点间与、 两点间 的电压之比为,A、B错误.分析电路的结构可知流过的电流是流过和 电流的2倍, 和的有效长度与相等,由左手定则可知,边所受安培力向上,与 边所受安培力的合力向 上,故金属框所受的安培力大小为,同理,金属框 所受的安培力大 小为,所以 ,C正确,D错误. 33 易错分析 本题易错误认为并联的两部分有效长度相同,则所受安培力大小相同.实际上和可等效为 的 长度,但由于两支路的金属导体长度不同,电阻大小不同,故通过金属导体的电流不同,因此两支路所 受安培力大小不同. 34 3.［江苏扬州中学2025高二上月考］如图甲所示，高压输电线上有、、 三根相互平行的水平 长直导线，通有大小相等且方向相同的电流、、为同一竖直面上与导线、、 相交的三 个点，连接三点构成等腰直角三角形，为连线 的中点.顺着电流方向观察得到如 图乙所示的截面图.已知单独一根通电导线在处产生的磁感应强度大小为 ，不计地磁场的影响， 则下列说法正确的是( ) 甲 乙 35 A.点的磁感应强度大小为 B.点的磁感应强度方向是从指向 C.导线、在导线位置产生的磁感应强度大小为 D.导线 受到的安培力方向竖直向上 √ 36 解析 由题意可知,通电导线、、距点的距离相等，在处产生的磁感应强度大小均为 ,根据 安培定则可知方向分别为竖直向上、水平向左、竖直向下,如图甲所示,根据磁场的叠加原理可知, 点的磁感应强度大小为,方向从指向,故A错误,B正确；导线、在导线 位置产生的磁感应 强度如图乙所示,,则、在处产生的磁感应强度，可知导线 处的 合磁感应强度水平向右,大小不为,故C错误；根据左手定则可知导线 受到的安培力方向竖直 向下,故D错误. 甲 乙 37 4.［江苏淮安2024高二下期中］如图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻质弹 簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤读数为 .现在磁铁上方中心偏左位置固定一直导线， 当直导线中通以方向如图所示的电流后，台秤读数为 ，则以下说法正确的是( ) C A.弹簧长度将变长， B.弹簧长度将变长, C.弹簧长度将变短， D.弹簧长度将变短， 38 解析 通电直导线所在处的磁场是由磁铁产生的,方向指向右上方,根据左手定则知,通电直导线受 到的安培力方向指向右下方,根据牛顿第三定律知,磁铁受到直导线的作用力指向左上方,将直导线 对磁铁的作用力分解为水平向左的和竖直向上的,在水平方向根据磁铁平衡条件有 ,弹 簧弹力向右,因此弹簧长度将变短,在竖直方向有,因此 ,故C正确. 39 方法总结 通电直导线对磁铁作用力的分析方法：先根据左手定则分析通电直导线所受的安培力方向,再根据 牛顿第三定律分析通电直导线对磁铁的作用力方向. 40 5.［湖北黄冈2024高二上月考改编］如图所示，倾角为 的粗糙绝缘斜面处于垂直斜面向下的匀 强磁场中，在斜面上有一根有效长度为、质量为 、水平放置的导体棒，当导体棒中分别通入 方向相同的电流、时，导体棒均能沿斜面匀速运动.已知，重力加速度为 ，则下列说法 正确的是( ) C A.通入电流 时导体棒沿斜面向上运动 B.匀强磁场的磁感应强度大小为 C.导体棒与斜面间的动摩擦因数为 D.若电流满足，通入电流 时也能使导体棒沿斜面做匀速 直线运动 41 思路导引 解答本题的关键是从“当导体棒中分别通入方向相同的电流、 时,导体棒均能沿斜面匀速运动” 这个条件中判断出两点：（1）导体棒沿斜面向上和向下运动,摩擦力反向,列两个平衡方程；（2） 安培力一定沿斜面方向,摩擦力大小一定为 . 42 解析 由题意可知,通入方向相同的电流、时,导体棒均能沿斜面匀速运动,且 ,电流小时导 体棒受到的安培力小,对导体棒受力分析可知,通入电流时导体棒沿斜面向下运动,通入电流 时导 体棒沿斜面向上运动,A错误；两种情况下,导体棒均处于平衡状态,由平衡条件知,导体棒沿斜面向 下运动时,有 ,导体棒沿斜面向上运动时,有 ,联立解得, ,B错误,C正确；因为通入电流 、 可分别使导体棒沿斜面向下、向上做匀速直线运动,根据左手定则可知,安培力沿斜面方向向 上,摩擦力大小不变,重力沿斜面的分力不变,故不存在其他电流也能使导体棒沿斜面做匀速直线运 动,D错误. 43 6.［陕西安康2025高二上联考］已知通电直导线产生磁场的磁感应强度大小与 通电导线的电流大小成正比，与到通电导线的距离成反比.如图所示，长直导 体棒通过两根等长绝缘细线悬挂在竖直绝缘光滑墙面上等高的、 两点的正 下方，并通以电流.另一导体棒也通过两根等长绝缘细线悬挂在、 两点， 并通以电流.静止时悬挂 的两细线与竖直墙面有一定夹角，然后缓慢增大导 体棒 中的电流.下列说法正确的是( ) C A.与 方向相同 B.悬挂 的细线拉力逐渐增大 C.悬挂 的细线拉力逐渐增大 D.若 中的电流增大一倍，则两导体棒的距离增大一倍 44 解析 根据同向电流相互吸引,异向电流相互排斥,可知,与 方向相反,故A错误；如图甲所示,对 导体棒受力分析，设距离为,与导体棒距离为,与导体棒距离为 ,根据共点力平衡 条件可知,故悬挂的细线拉力 大小不变,故B错误；如图乙所示,将两根导体棒视 为整体进行受力分析,设悬挂的细线与竖直方向的夹角为 ,有 ,缓 慢增大导体棒中的电流, 逐渐增大,故悬挂的细线拉力逐渐增大,故C正确；导体棒 在导体 棒处产生的磁场的磁感应强度,导体棒受到的安培力,解得 ,所以 ,若中的电流增大一倍,则两导体棒的距离变为原来的 倍,故D错误. 甲 乙 45 7. ［江苏镇江2025高二上期末］如图所示，质量为、长为的直导线放置在倾角为 的光滑平行金属导轨上，导线长度恰好等于导轨宽度，导线与导轨垂直且与导轨接触良好，电流 大小为，要求导线静止在导轨上（重力加速度为 ）. （1）若磁场的方向竖直向上，则磁感应强度为多大? [答案] 46 解析 若磁场的方向竖直向上,从向观察,导线受力情况如图甲所示,由平衡条件得 , 解得 . 甲 47 （2）若要求磁感应强度最小，则磁感应强度大小和方向如何? [答案] ,方向垂直于导轨平面向上 48 解析 导线受到重力、安培力和导轨对它的支持力的作用而处于平衡状态,构建力的矢量三角形,如 图乙所示,由三角形定则可知,当安培力垂直于支持力时,有最小值,此时磁感应强度有最小值,根据左 手定则可知,磁场方向垂直于导轨平面向上,根据平衡条件得 ,解得 . 乙 49 （3）如果导线静止在导轨上且要求垂直导线，以水平向右为 轴正方向建立坐标系，求磁场 的方向与轴正方向的夹角 的取值范围. [答案] 50 解析 分析两种临界状态：其一,当导线受到的安培力方向竖直向上且等于 时,磁感应强度方向水 丙 平向左,与轴正方向的夹角为 ；其二,结合三角形定则知,当安培力增大到无限接近 支持力、方向与支持力相反时,磁感应强度方向沿斜面向上,与轴正方向的夹角为 , 如图丙所示.综上所述,可知磁场的方向与轴正方向的夹角 的范围为 . 51 教材变式 本题目由教材P22第2题演变而来.教材考查金属杆恰好静止时,磁感应强度的大小和方向,本题则考 查了在磁感应强度垂直导线的条件下,磁场的方向与 轴正方向的夹角的取值范围. 8.［河南部分名校2025高二上联考］如图所示，一种测量磁感应强度的磁场秤装置竖直放置，边 长为的正方形区域内有垂直于竖直平面的匀强磁场，规定垂直纸面向里为磁场正方向.质量为 的细金属棒通过绝缘挂钩与竖直悬挂的弹簧相连，弹簧的劲度系数为 .金属棒的右端有轻质指针， 指针正对位置是竖直放置的刻度尺.通过轻细导线可以给金属棒供电.调整悬挂位置使金属棒处于 水平方向（不考虑轻细导线对金属棒的作用力），无磁场时金属棒处于静止状态且到磁场上下边 界等距，此时指针位置记为零.已知重力加速度为 .则下列选项错误的是( ) B A.当指针向上移动时，说明磁场为正方向 B.当电流表示数为时，指针向下移动 ，磁感应强度大小为 C.当电流表示数为时，该装置的量程为 D.增大电阻箱的阻值可以扩大该装置的量程 53 解析 当指针向上移动,说明安培力向上,根据左手定则可知,磁场方向垂直纸面向里,为正方向，A 正确；指针向下移动,有,所以 ,B错误；当金属棒到达磁场边界时有最大测量 值,此时有,,C正确；增大电阻箱的阻值,电流减小,则量程增大,D正确 符 合题意. 54 $$