课时作业一 磁场对通电导线的作用力(Word练习)-【金榜题名】2026-2027学年高二物理选择性必修第二册高中同步学案（人教版）

课时作业(一) A基础达标 1．关于安培力，下列说法正确的是(　　) A．安培力只能做负功 B．安培力做功可以把电能转化为机械能 C．安培力的方向可能和磁场方向相同也可能相反 D．如果一电流所受安培力为零，则磁感应强度也一定为零 【解析】　A．安培力既可以做正功，也可以做负功，故A错误；B.安培力做功可以把电能转化为机械能，故B正确；C.安培力的方向一定和磁场方向垂直，故C错误；D.如果一电流所受安培力为零，则可能是电流方向与磁感线平行，而磁感应强度不一定为零，故D错误。故选B。 【答案】　B 2.匀强磁场垂直纸面向内，纸面内有一通电导体棒，电流方向如图所示。保持电流大小不变，以导体棒的中点为转轴，在纸面内逆时针转过180°的过程中，导体棒所受的安培力大小(　　) A．不变　　　　　　 　 B．一直变大 C．先变大后变小 D．先变小后变大 【解析】　导体棒在纸面内逆时针转过180°的过程中，电流方向始终与磁场方向垂直，根据安培力的表达式：F安＝BIL，易知，导体棒所受的安培力大小不变。故A正确；BCD错误。故选A。 【答案】　A 3．四个相同的条形磁铁固定在水平面上，甲图中N、N极正对，乙图中N、S极正对。在甲、乙两图中两磁铁的竖直对称轴上某点分别固定一垂直于纸面的长直导线，通以向里的恒定电流，甲图中长直导线受到的安培力为F1，乙图中长直导线受到的安培力为F2，则下列说法正确的是(　　) A．F1方向竖直向下，F2方向水平向右 B．F1方向水平向右，F2方向竖直向下 C．F1方向竖直向上，F2方向水平向左 D．F1方向水平向左，F2方向竖直向上 【解析】　甲图中长直导线处的磁场强度竖直向上，根据左手定则可知F1方向水平向右；乙图中长直导线处的磁场强度水平向右，根据左手定则可知F2方向竖直向下。故选B。 【答案】　B 4．如图所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转动轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、磁感应强度大小B＝0.5 T的匀强磁场中，CO间的距离为10 cm，当CO间闸片所受安培力为1 N时，闸刀开关会自动跳开。则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为(　　) A．电流大小为2 A，方向为C→O B．电流大小为2 A，方向为O→C C．电流大小为20 A，方向为O→C D．电流大小为20 A，方向为C→O 【解析】　根据左手定则，闸刀开关中通以O→C方向的电流时，闸刀开关受到的安培力方向向左，从而完成跳闸，由安培力公式可得此时CO中通过的电流的大小为I＝＝20 A，故选C。 【答案】　C 5．如图所示，甲、乙、丙、丁四幅图中，平行导轨间距均为L，回路中电流大小均为I，磁感应强度大小均为B。甲、乙、丙图中导轨处在水平面内，丁图中导轨倾斜，倾角为θ；甲、乙、丁图中磁场方向竖直向上，丙图中磁场与水平方向夹角为θ，且与导轨垂直；甲、丙、丁图中导体棒垂直导轨放置，乙图中导体棒与导轨夹角为θ.则甲、乙、丙、丁四图中导体棒所受安培力的大小分别为(　　) A．BIL、BIL、BILsin θ、BIL B．BIL、BIL、BILsin θ、BILcos θ C．BIL、、BILcos θ、BILcos θ D．BIL、、BILsin θ、BIL 【解析】　甲图导体棒有效长度为L，磁场与导体棒垂直，故安培力为F＝BIL；乙图导体棒有效长度为，磁场与导体棒垂直，故安培力为F＝；丙图导体棒有效长度为L，磁场与导体棒夹角为θ，故安培力为F＝BILsin θ；丁图导体棒有效长度为L，磁场与导体棒垂直，导轨倾角不影响安培力大小，故安培力为F＝BIL；故ABC错误，D正确。故选D。 【答案】　D 6.竖直导线ab与水平面上放置的圆线圈隔有一小段距离，其中直导线固定，线圈可自由运动，当同时通以图示方向的电流时(圆线圈内电流从上向下看是逆时针方向电流)，则从左向右看，线圈将(　　) A．逆时针转动，同时远离导线 B．顺时针转动，同时靠近导线 C．顺时针转动，同时远离导线 D．逆时针转动，同时靠近导线 【解析】　根据安培定则可知，通电导线ab在右侧产生的磁场方向垂直纸面向里。采用电流元法，将圆环分成前后两半，根据左手定则可知，外侧半圆受到的安培力向上，内侧受到的安培力向下，圆环将逆时针转动。又特殊位置：圆环转过90°时，通电直导线AB对左半圆环产生吸引力，对右半圆环产生排斥力，由于吸引力大于排斥力，圆环靠近AB。则从左向右看，线圈将逆时针转动，同时靠近直导线AB。故选D。 【答案】　D 7．(多选)电流计等磁电式电表是利用永久磁铁对通电线圈的作用原理制成的，其优点是灵敏度高。构造如图甲所示，圆柱形铁芯固定于U形磁铁两极间，其中磁场是均匀辐向分布，铁芯外面套有缠绕着线圈并可转动的铝框，铝框的转轴上装有指针和游丝(又称螺旋弹簧)。下列说法中正确的是(　　) A．线圈在磁场中转动时，磁感线始终与线圈平面垂直 B．根据指针偏转角度的大小可以知道被测电流的大小 C．根据指针的偏转方向不能判断被测电流的方向 D．图乙中当线圈左侧a导线中电流垂直纸面向外时，图中指针往右偏 【解析】　AB.电流表由于蹄形磁铁和铁芯间的磁场是辐向均匀分布的，因此不管铜电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行。因此磁力矩与线圈中电流成正比(与线圈位置无关)。当铜电线圈转动时，螺旋弹簧将被扭动，产生一个阻碍线圈转动的阻力矩，其大小与线圈转动的角度成正比，当磁力矩与螺旋弹簧中的阻力矩相等时，线圈停止转动，此时指针偏向的角度与电流成正比，故电流表的刻度是均匀的，根据指针偏转角度的大小可以知道被测电流的大小，选项A错误，B正确；C.电流的方向不同，则受安培力方向不同，则指针偏转的方向不同，则根据指针的偏转方向可判断被测电流的方向，选项C错误；D.图乙中当线圈左侧a导线中电流垂直纸面向外时，导线a受安培力向上，则图中指针往右偏，选项D正确。故选BD。 【答案】　BD 8．如图所示，水平桌面上有一正三角形线框abc，线框由粗细相同的同种材料制成，边长为L，线框处在与桌面成60°斜向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，ac边与磁场垂直。现a、c两点接到直流电源上，流过ac边的电流为I，线框静止在桌面上，则线框受到的摩擦力大小为(　　) A.BIL B.BIL C.BIL D．2BIL 【解析】　根据题意可知abc边的电流为I′＝，正三角形框架接入电路后，受安培力的等效长度为L，总电流为I总＝I＋I′＝ 所受安培力大小为F＝Bcos 30°I总L＝，故选C。 【答案】　C 9.如图所示，质量为m＝0.04 kg的导电细杆ab置于倾角为θ＝30°的平行放置的导轨上，导轨宽为d＝0.4 m，细杆ab与导轨垂直，导轨所在区域存在垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度为B＝1 T，已知电源电动势E＝1.5 V，内阻r＝0.2 Ω，导轨和细杆的电阻均忽略不计(g取10 m/s2)。 (1)若导轨光滑，为保证释放细杆后ab保持静止不动，则滑动变阻器接入电路的阻值是多大？ (2)若导轨粗糙，且与细杆的动摩擦因数μ＝，为保证释放细杆后ab仍保持静止不动，则通过细杆的电流范围是多少？(已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力) 【解析】　(1)通电细杆在磁场中受到的安培力方向沿斜面向上，设电流为I时，细杆刚好静止不动，根据受力平衡有mgsin θ＝BId 由闭合电路欧姆定律可得E＝I(R＋r) 联立解得R＝2.8 Ω (2)当摩擦力沿斜面向下的时候，根据受力平衡有N＝mgcos θ，mgsin θ＋f1＝BI1d 物体恰好静止时有f1＝μN 联立解得I1＝1.25 A 当摩擦力沿斜面向上的时候， 根据受力平衡有N＝mgcos θ，mgsin θ＝BI2d＋f2 由于mgsin θ＜μmgcos θ 故当f2＝mgsin θ，可得I2＝0 A 故电流的范围为0≤I≤1.25 A。 【答案】　(1)2.8 Ω　(2)0≤I≤1.25 A B能力提升 10．如图所示，质量为m的三根完全相同的导体棒垂直于纸面放置，其中a、b两导体棒放置在粗糙的水平面上，c导体棒被竖立的轻质弹簧悬挂，三根导体棒中均通入垂直纸面向里、大小相等的恒定电流后，呈等边三角形排列，且保持稳定。重力加速度为g，下列说法正确的是(　　) A．弹簧的弹力小于c导体棒的重力 B．水平面对a导体棒的摩擦力可能为零 C．水平面对a导体棒的支持力小于mg D．若在地面上对称地缓慢增大a、b导体棒间的距离，弹簧长度将增大 【解析】　A．三根导体棒的电流方向相同，由“同向电流相吸，反向电流相斥“知a导体棒和b导体棒对c导体棒都是吸引力力，作用力的合力方向竖直向下，故弹簧的拉力大于c导体棒的重力，故A错误；B.b、c导体棒对a导体棒的合力垂直bc向上，在水平方向的分力不为零，而a导体棒静止，所以a导体棒必定受到水平面的摩擦力，故B错误；C.对a、b、c整体研究，弹簧弹力竖直向上，所以地面对a的作用力小于mg，故C正确；D.若对称地缓慢增大ab导体棒间的距离，a导体棒和b导体棒对c导体棒的作用力都在减小，且二力的夹角增大，故二力的合力减小，则弹簧的弹力减小，长度减小，故D错误。故选C。 【答案】　C 11．央视《是真的吗》节目做了如下实验：用裸露的铜导线绕制成一根无限长螺旋管，将螺旋管放在水平桌面上，用一节干电池和两磁铁制成一个“小车”，两磁铁的同名磁极粘在电池的正、负两极上，只要将这辆小车推入螺旋管中，小车就会加速运动起来，如图所示。关于小车的运动，以下说法正确的是(　　) A．该小车能前进利用了电磁感应原理 B．图中小车加速度方向向左 C．将小车上某一磁铁改为S极与电池粘连，小车仍能加速运动 D．将小车上两磁铁均改为S极与电池粘连，小车的加速度方向不变 【解析】　AB.两磁极间的磁感线如图甲所示 图甲 干电池与磁体及中间部分线圈组成了闭合回路，在两磁极间的线圈中产生电流，左端磁极的左侧线圈和右端磁极的右侧线圈中没有电流。其中线圈中电流方向的左视图如图乙所示，由左手定则可知中间线圈所受的安培力向右，根据牛顿第三定律有“小车”向左加速，显然该小车能前进不是利用电磁感应原理，故A错误，B正确。 C．如果改变某一磁铁S极与电源粘连，则磁感线不会向外发散，两部分受到方向相反的力，合力为零，不能加速运动，故C错误。D.将小车上两磁铁均改为S极与电池粘连，磁感线会向里聚集，小车受力方向将向右，车的加速度方向将变为向右，故D错误。故选B。 图乙 【答案】　B 12.(多选)某同学设计了一种天平，其装置如图所示。两相同的同轴圆线圈M、N水平固定，圆线圈P与M、N共轴且平行等距。初始时，线圈M、N通以等大反向的电流后，在线圈P处产生沿半径方向的磁场，线圈P内无电流且天平平衡。设从上往下看顺时针方向为正向。当左托盘放入重物后，要使线圈P仍在原位置且天平平衡，可能的办法是(　　) A．若P处磁场方向沿半径向外，则在P中通入正向电流 B．若P处磁场方向沿半径向外，则在P中通入负向电流 C．若P处磁场方向沿半径向内，则在P中通入正向电流 D．若P处磁场方向沿半径向内，则在P中通入负向电流 【解析】　AB.当左托盘放入重物后，要使线圈P仍在原位置且天平平衡，则需要线圈P需要受到竖直向下的安培力，若P处磁场方向沿半径向外，由左手定则可知，可在P中通入负向电流，故A错误，B正确；CD.若P处磁场方向沿半径向内，由左手定则可知，可在P中通入正向电流，故C正确，D错误。故选BC。 【答案】　BC 13．(多选)我军自主研发的强力武器轨道电磁炮在试射中将炮弹以5倍音速射向200千米外的目标，射程为常规武器的10倍，且破坏力惊人。电磁炮原理可简化如图所示，若炮弹质量为m，水平轨道长L，宽为d，轨道摩擦不计，假设炮弹在轨道上做匀加速运动，要使炮弹达到5倍音速(设音速为v)，则(　　) A．炮弹在轨道上加速的时间为 B．磁场力做的功为mv2 C．磁场力做功的最大功率为 D．磁场力的大小为 【解析】　A．炮弹在轨道上做初速度为零的匀加速直线运动，由公式L＝t，可得t＝，故A正确； B．不计摩擦，磁场力做的功等于炮弹增加的动能， 即W＝m(5v)2＝，故B正确； CD.由动能定理得FL＝m(5v)2 磁场力的大小F＝＝ 则磁场力的最大功率Pm＝F·(5v)＝·(5v)＝，故C错误，D正确；故选ABD。 【答案】　ABD 14．在竖直平面内固定两光滑平行导体圆环，两圆环正对放置，圆环半径均为R＝0.25 m，相距1 m。圆环通过导线与电源相连，电源的电动势E＝3 V，内阻不计。在两圆环上水平放置一导体棒，导体棒质量为0.12 kg，接入电路的电阻r＝1.5 Ω，圆环电阻不计，匀强磁场竖直向上。开关S闭合后，棒可以静止在圆环上某位置，该位置对应的半径与水平方向的夹角为θ＝53°，g取10 m/s2，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6。求： (1)导体棒静止在某位置时所受安培力的大小； (2)匀强磁场的磁感应强度的大小； (3)断开开关S后，导体棒下滑到轨道最低点时对单个圆环的压力。 【解析】　(1)导体棒受力分析如图所示 导体棒静止，由平衡条件得F＝ 代入数据解得F＝0.9 N (2)由闭合电路欧姆定律得I＝ 代入数据解得I＝2 A 由安培力公式得F＝BIL 代入数据解得B＝0.45 T (3)导体棒下滑到最低点的过程中， 由动能定理得mgR(1－sin θ)＝mv2－0 导体棒在最低点受力分析，由牛顿第二定律得2FN－mg＝m ，解得FN＝0.84 N 由牛顿第三定律可知压力与支持力是一对相互作用力，故有N＝FN＝0.84 N 方向竖直向下。 【答案】　(1)0.9 N　(2)0.45 T (3)0.84 N，方向竖直向下 学科网（北京）股份有限公司 $$