1.1 磁场对通电导线的作用力 分层同步练习 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

1. 磁场对通电导线的作用力 一、必备知识基础 题组一 安培力的方向 1.(2025如皋期中)如图所示,纸面内有一环形线圈,线圈中通入顺时针方向的电流,在线圈内部放入一小段通电导线,导线与线圈共面,且通过导线的电流方向如图所示。则线圈所受的安培力(　　) A.大小为0 B.垂直于导线向左 C.垂直于导线向右 D.垂直于纸面向内 2.铁环上绕有绝缘的通电导线,电流方向如图所示,若在铁环中心O点处放置垂直于纸面的电流元,电流方向向外,则电流元受到的安培力方向为(　　) A.方向① B.方向② C.方向③ D.方向④ 3.(2025扬州期中)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 题组二 安培力大小的分析与计算 4.关于磁感应强度B、电流I、导线长度l和电流所受磁场力F的关系,下列说法正确的是(　　) A.在B=0的地方,F一定等于0 B.在F=0的地方,B一定等于0 C.若B=1 T,I=1 A,l=1 m,则F一定等于1 N D.若l=1 m,I=1 A,F=1 N,则B一定等于1 T 5.(2025无锡期末)如图所示,长为2l的直导线折成边长相等、夹角为60°的V形,并固定在绝缘水平桌面上,导线所在空间有一匀强磁场,磁感应强度为B,方向竖直向下。当导线中通以图示电流I时,该V形导线受到的安培力(　　) A.大小为BIl B.大小为BIl C.方向向前 D.方向向后 6.(2025常州期末)Oxy坐标系中,圆心在O点的圆导线通以顺时针方向大小相等的恒定电流,若各象限存在如下图所示磁感应强度大小相等、方向垂直坐标平面的匀强磁场,则圆导线受安培力最大的是(　　) A. B. C. D. 7.(2025南通启东期中质量监测)如图所示,金属杆ab的质量为m,长度为l,通过的电流为I,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向与导轨平面成θ=45°角斜向上,金属杆始终静止于水平导轨上。则(　　) A.金属杆对导轨的压力大小为mg B.金属杆对导轨的压力大小为mg+BIl C.金属杆受到的摩擦力大小为BIl D.金属杆受到的摩擦力大小为BIl 题组三 磁电式电流表 8.磁电式电流表的外部构造如图甲所示,在蹄形磁体的两极间有一个可以绕轴转动的线圈,转轴上装的螺旋弹簧和指针如图乙所示。蹄形磁体和铁芯间的磁场均匀辐向分布。当电流通过线圈时,线圈在安培力的作用下转动,如图丙所示,螺旋弹簧被扭动,线圈停止转动时满足NBIS=kθ,式中N为线圈的匝数,S为线圈的面积,I为通过线圈的电流,B为磁感应强度,θ为线圈(指针)偏角,k为与螺旋弹簧有关的常量。不考虑电磁感应现象,下列说法错误的是(　　) A.铁芯内部的磁感线会相交 B.线圈转动过程中受到的安培力始终与线圈平面垂直 C.若线圈中通以如图丙所示的电流,线圈将沿顺时针方向转动 D.更换k值相对较小的螺旋弹簧,则电流表的灵敏度(灵敏度即)将会增大 二、关键能力提升 9.(2025盐城期中)图甲所示为扬声器的实物图,图乙为剖面图,线圈处于磁场中,当音频电流信号通过线圈时,线圈带动纸盆振动发出声音。俯视图丙表示处于辐射状磁场中的线圈,磁场方向如图中箭头所示。则下列说法正确的是(　　) 甲 乙　　　丙 A.线圈匝数对扬声效果无影响 B.环形磁体产生的磁感线是不闭合的 C.图丙中线圈上各点的磁感应强度相同 D.图丙中当电流沿逆时针方向时,对应图乙中线圈所受安培力向下 10.(2025南京期中)等边三角形abc,d是bc延长线上一点,c是bd中点,三条通电长直导线垂直穿过纸面,分别位于等边三角形的三个顶点,三条导线电流大小相等,电流方向如图。此时位于c处的导线受到的安培力为F。把位于a处的导线移到d点处,位于c的导线受到的安培力为(　　) A.F B.2F C.F D.F 11.(2025徐州期末)如图所示,由两段半圆弧导线和两段直导线构成一闭合回路,P是两段圆弧导线的公共圆心,大圆半径是小圆半径的2倍,当通入的电流为I时,小半圆在P处产生的磁感应强度大小为B0。已知通电圆环在圆心处产生的磁感应强度大小表达式为B=k(k为比例系数,r为通电圆环的半径,I为通电圆环中的电流)。在回路所在平面内的P处放一电流元I0l,其所受安培力大小为(　　) A.2B0I0l B.B0I0l C.B0I0l D.B0I0l 12.一边长为L的正三角形线框abc悬挂在弹簧测力计下面,线框中通有恒定电流I(方向沿顺时针或逆时针方向),直线MN是匀强磁场的边界线,磁场方向垂直于△abc所在平面向里。若线框全部在磁场中,平衡时,弹簧测力计的示数为F;若将线框上提,使磁场边界线MN刚好过ab和ac边的中点,其他条件都不改变,再次平衡时,弹簧测力计的示数为3F。求: (1)线框中的电流方向; (2)匀强磁场的磁感应强度大小。 参考答案 1.C　解析 根据右手螺旋定则可知,线圈内部磁场方向垂直于纸面向里,由左手定则可知,直导线受安培力垂直于导线向左,由牛顿第三定律可知,线圈所受的安培力垂直于导线向右。故选C。 2.B　解析 根据右手螺旋定则可知,铁环内的磁场方向由上到下,根据左手定则可知,电流元受到的安培力方向为水平向右,故选B。 3.A　解析 根据右手螺旋定则可知,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FAB竖直向上,BC段受到的安培力FBC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FAB>FBC,根据平行四边形定则可知,FAB与FBC的合力方向可能沿F1方向。故选A。 4.A　解析 在B=0的地方,导线一定不受磁场力,F一定等于0,A正确;在F=0的地方,B不一定等于0,也有可能是导线与磁场方向平行,B错误;应用公式B=或F=BIl时要注意导线必须垂直于磁场方向放置,C、D错误。 5.D　解析 导线在磁场内有效长度为L=2lsin 30°=l,故该V形通电导线受到安培力大小为F=BIl,由左手定则可得安培力方向向后。故选D。 6.B　解析 A图中,圆环导线在垂直于坐标平面向里的匀强磁场中的等效长度为R,可知这部分圆环受到的安培力大小为F=BIR=BIR,圆环导线在垂直于坐标平面向外的匀强磁场中的等效长度为R,可知这部分圆环受到的安培力大小为F=BIR=BIR,根据左手定则知安培力方向相同,故圆导线受安培力的合力为2BIR;同理C图中,圆导线受安培力的合力为2BIR;D图中,圆导线在垂直于坐标平面向外的匀强磁场中的等效长度为零,圆环受到的安培力大小为零;B图中圆环导线在垂直于坐标平面向里的匀强磁场中的等效长度为2R,这部分圆环受到的安培力大小为F=BI·2R=2BIR,圆环导线在垂直于坐标平面向外的匀强磁场中的等效长度为2R,可知这部分圆环受到的安培力大小为F=BI·2R=2BIR,根据左手定则知安培力方向相同,故圆导线受安培力的合力为4BIR,故圆导线受安培力最大的是B图的情况。故选B。 7.C　解析 对金属杆进行受力分析,根据共点力平衡Ff=BIlsin θ,mg+BIlcos θ=FN,导轨对金属杆的支持力FN=mg+BIl,根据牛顿第三定律得金属杆对导轨的压力大小为F压=mg+BIl,A、B错误;金属杆受到的摩擦力大小为Ff=BIl,C正确,D错误。 8. A　解析 根据磁感线分布特点(磁感线是闭合曲线,磁体外部的磁感线从N极出发,回到磁体的S极,任意两条磁感线不相交)可知,蹄形磁体外部和铁芯内部的磁场如图所示,A错误;线圈转动过程中磁场的方向始终与切割磁感线的两条边垂直,受到的安培力始终与线圈平面垂直,B正确;若线圈中通以如题图丙所示的电流,根据左手定则,线圈将沿顺时针方向转动,C正确;根据NBIS=kθ,解得,更换k值更小的螺旋弹簧,电流表的灵敏度增大,D正确。 9.D　解析 线圈匝数越多,磁场越强,扬声效果越明显,A错误;磁感线是闭合的曲线,B错误;磁感应强度是矢量,线圈上各点的磁感应强度大小相同,方向不同,C错误;根据左手定则可判定,线圈所受安培力方向竖直向下,D正确。 10.B　解析 根据安培定则,a、b处导线在c处产生的磁感应强度Ba、Bb大小相等,方向成120°,如图所示: 合成后的磁感应强度为B,则有B=Ba=Bb,把位于a处的导线移到d点处后,b、d两处的导线在c处产生的磁场等大同向,都是垂直于bc边向上,合成后的磁感应强度为2B,因此F'=2F。故选B。 11.C　解析 当通入的电流为I时,小半圆在P处产生的磁感应强度大小为B0,则有B0=k,则大半圆在P处产生的磁感应强度大小B=k;由电流方向及安培定则可知,大、小圆弧在圆心O处产生的磁场方向相同,则P处的合磁感应强度为B'=,电流元I0l所受安培力大小F=B'Il=B0I0l。故选C。 12.解析 (1)开始时线框有效长度为0,上提后有效长度变大,所受安培力变大,弹簧测力计示数变大,可知线框所受安培力向下,线框中电流沿顺时针方向(c→b→a→c)。 (2)线框全部在磁场中时,受到安培力作用的有效长度为0,则满足关系F=mg。直线MN刚好过ab和ac边的中点时,导线框受到安培力的有效长度为,安培力方向竖直向下,大小为F安=BI·。对导线框,由平衡条件得3F=mg+F安,联立解得B=。 答案 (1)顺时针方向(c→b→a→c)　(2) 学科网（北京）股份有限公司 $