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

第 1 页 共 6 页 第1节 磁场对通电导线的作用力 课时检测 一、选择题: 1．把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用。关于安培力的方向，下列说法中正确的是(　　) A．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同 B．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直 C．安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度方向垂直 D．安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直 2.如图所示，“L”形导线abc固定并垂直放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，ab⊥bc，ab长为2l，bc长为l，导线通入恒定电流I，设导线受到的安培力大小为F，方向与bc夹角为θ，则(　　) A．F＝3BIl，tan θ＝ B．F＝BIl，tan θ＝ C．F＝7BIl，tan θ＝ D．F＝BIl，tan θ＝2 3．如图所示，光滑水平桌面上，a和b是两条固定的平行长直导线，通以相等电流强度的恒定电流。通有顺时针方向电流的矩形线框位于两条导线的正中央，在a、b产生的磁场作用下处于静止状态，且有向外扩张的形变趋势，则a、b导线中的电流方向(　　) A．均向上 B．均向下 C．a向上，b向下 D．a向下，b向上 4.如图所示，长直导线与矩形线框同处于光滑水平面上，长直导线固定，线框可以在桌面上自由滑动，当通以图中所示电流时，矩形线框的运动情况是(　　) A．靠近通电直导线 B．远离通电直导线 C．保持静止不动 D．顺时针转动 5.如图所示，在倾角为30°的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为l、质量为m的直导体棒，导体棒中电流为I。要使导体棒静止在斜面上，需要外加匀强磁场的磁感应强度B的值不可能为(　　) A. B. C. D. 6．电流天平是一种测量磁场力的装置，如图所示。两相距很近的多匝通电平行线圈Ⅰ和Ⅱ，线圈Ⅰ固定，线圈Ⅱ置于天平托盘上。 当两线圈均无电流通过时，天平示数恰好为零。下列说法正确的是(　　) A．两线圈电流方向相同时，天平示数为正数 B．两线圈电流方向相反时，天平示数为负数 C．线圈Ⅰ的匝数越少，天平越灵敏 D．线圈Ⅱ的匝数越多，天平越灵敏 7.(多选)如图所示，两根通电长直导线a、b平行放置，a、b中的电流大小分别为2I和I，电流方向如图中箭头所示，此时a受到的安培力大小为F。若在a、b的正中间再放置一根与a、b平行共面的通电长直导线c后，a受到的安培力大小变为2F，则b受到的安培力可能是(　　) A．大小为，方向向左 B．大小为，方向向右 C．大小为，方向向右 D．大小为，方向向左 8．(多选)全球性“超导热”的兴起，使超导电磁船的制造成为可能。如图是电磁船的简化原理图，MN和CD是与电源相连的两个电极，MN与CD之间部分区域有垂直纸面向内的匀强磁场(磁场由超导线圈产生，其独立电路部分未画出)，两电极之间的海水会受到安培力的作用，船体就在海水的反作用力推动下向前驶动，下列说法正确的是(　　) A．要使船前进，图中MN导体棒应接直流电源的正极 B．改变电极的正负或磁场方向，可控制船前进或后退 C．增大电极间的电流，可增大船航行的速度 D．增大匀强磁场的磁感应强度，可减小船体的推动力 9．(多选)如图所示，直导线处于足够大的匀强磁场中，与磁感线成θ＝30°角，导线中通过的电流为I，为了增大导线所受的安培力，可采取的办法是(　　) A．增大电流I B．增加直导线的长度 C．使导线在纸面内顺时针转30°角 D．使导线在纸面内顺时针转45°角 10．(多选)如图所示，质量为m、长度为L的直导线用两绝缘细线悬挂于M、N两点，并处于匀强磁场中，M、N连线水平，建立空间直角坐标系，x轴、y轴水平，z轴竖直。当导线中通以沿x轴正方向的电流I，且导线保持静止时细线与竖直方向的夹角为θ。则磁感应强度的方向和大小可能为(　　) A．沿z轴正方向，tan θ B．沿y轴正方向， C．沿z轴负方向，tan θ D．沿细线向上，sin θ 二、计算题(要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位) 11.如图所示，两平行导轨间的距离L＝0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ＝37°，在导轨所在的平面内，分布着磁感应强度B＝0.50 T、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E＝4.5 V、内阻r＝0.50 Ω的直流电源。现把一个质量m＝0.04 kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R＝2.5 Ω，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2。已知sin 37°＝0.60，cos 37°＝0.80，求： (1)通过导体棒的电流； (2)导体棒受到的安培力大小； (3)导体棒受到的摩擦力。 12.一电流表的原理示意图如图所示。质量为m的匀质细金属棒MN的中点处通过一挂钩与一竖直悬挂的绝缘弹簧相连，绝缘弹簧的劲度系数为k。在矩形区域abcd内有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外。与MN的右端N连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的示数，MN的长度大于。当MN中没有电流通过且处于平衡状态时，MN与矩形区域的cd边重合，当MN中有电流通过时，指针示数可表示电流的大小。重力加速度为g。 (1)当电流表示数为零时，弹簧的伸长量为多少？ (2)若要电流表正常工作，MN的哪一端应与电源正极相接？ (3)若k＝2.0 N/m，＝0.20 m，＝0.05 m，B＝0.20 T，则此电流表的量程是多少？(不计通电时电流产生的磁场的作用) (4)在(3)的条件下，若将量程扩大为原来的2倍，磁感应强度应变为多大？ 13.如图所示，PQ和EF为水平放置的平行金属导轨，间距L＝1.0 m，导体棒ab跨放在导轨上，棒的质量m＝20 g，棒的中点用细绳经轻滑轮与物体c相连，物体c的质量M＝30 g。在垂直导轨平面方向存在磁感应强度B＝0.2 T的匀强磁场，磁场方向竖直向上，重力加速度g取10 m/s2。导轨是粗糙的，且导体棒与导轨间的最大静摩擦力为导体棒ab重力的0.5倍。若要保持物体c静止不动，应该在棒中通入多大的电流？电流的方向如何？ 参考答案： 1.解析：D　根据左手定则可知，安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直，但磁感应强度的方向不一定跟电流方向垂直，故D正确。 2.解析：B　连接ac，根据几何关系得ac＝l，则F＝BIl，F与bc的夹角θ满足tan θ＝＝，选项B正确。 3.解析：C　由于在a、b产生的磁场作用下处于静止状态，且有向外扩张的形变趋势，线框的左边的作用力方向向左，由左手定则可知，导线框左边所处磁场的方向垂直于纸面向里，则a导线电流向上，线框的右边的作用力方向向右，b导线电流向下，即a向上，b向下。故选C。 4.解析：A　根据同向电流相互吸引、异向电流相互排斥，则知线框左侧的电流受到的安培力向左，右侧的安培力向右，由于左侧靠近电流I1，则I1对左侧的安培力大于对右侧的安培力，线圈所受的安培力合力方向向左，则线圈将向左运动。故A正确。 5.解析：D　当磁场方向垂直于斜面向下时，此时磁感应强度最小，由共点力平衡可知：mgsin θ＝BIl，解得：B＝＝，方向垂直于斜面向下，故A、B、C项的值均可能，D项的值不可能，故选D。 6.解析：D　当天平示数为负时，说明两线圈相互吸引，两线圈电流方向相同，当天平示数为正时，说明两线圈相互排斥，两线圈电流方向相反，故A、B错误；线圈Ⅱ的匝数越多，相同情况下受到的力越大，则天平越灵敏，故C错误，D正确。 7.解析：BD　未放c导线时，a、b导线之间的安培力是吸引力，大小相等，置入c导线后，a导线受到的安培力大小为2F，方向可能向左，也可能向右，故c导线对a导线的作用力为向右、大小为F，或向左、大小为3F，所以c导线对b导线的作用力可能向右、大小为，或向左、大小为，则b导线受到的安培力为向右、大小为，或向左、大小为。选项B、D正确。 8.解析：BC　当MN接直流电源的正极时，海水中电流方向由MN指向CD，根据左手定则，海水受到的安培力指向船头方向，根据牛顿第三定律可知，船体受到指向船尾方向的反作用力，故使船体向后运动，选项A错误；改变电极的正负或磁场方向，可改变安培力的方向，可控制船前进或后退，选项B正确；增大电极间的电流，根据安培力公式可知增大了安培力(动力)，使船航行的速度增大，选项C正确；增大匀强磁场的磁感应强度，由安培力公式F＝BIL知，可增大船体的推动力，选项D错误。 9.解析：AB　由公式F＝BIlsin θ知，当增大电流时，可增大通电导线所受的安培力，故A正确；由公式F＝BIlsin θ 知，当增加直导线的长度时，可增大通电导线所受的安培力，故B正确；当使导线在纸面内顺时针转30°时，导线沿垂直磁场方向投影长度为零，则所受安培力为零，故C错误；当使导线在纸面内顺时针转45°时，导线沿垂直磁场方向投影长度缩短，则所受安培力变小，故D错误。 10.解析：BC　若磁感应强度沿z轴正方向，则从M向N看，导线受到的安培力F＝ILB，方向水平向左，如图甲所示，导线不可能处于平衡状态，A错误。若磁感应强度沿y轴正方向，导线受到的安培力竖直向上，如图乙所示，当FT＝0，且满足ILB＝mg，即B＝时，导线可以处于平衡状态，B正确。若磁感应强度沿z轴负方向，导线受到的安培力水平向右，如图丙所示，若满足FTsin θ＝ILB，FTcos θ＝mg，即B＝，导线可以处于平衡状态，C正确。若磁感应强度沿细线向上，导线受到的安培力垂直于细线指向左下方，如图丁所示，导线不能处于平衡状态，D错误。 11.解析：(1)导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路， 根据闭合电路欧姆定律，有I＝＝1.5 A。 (2)导体棒受到的安培力F安＝BIL＝0.30 N。 (3)导体棒所受重力沿斜面向下的分力F1＝mgsin 37°＝0.24 N。 由于F1小于安培力，故导体棒受沿斜面向下的摩擦力Ff，导体棒的受力分析如图所示。 根据共点力平衡条件，有mgsin 37°＋Ff＝F安 解得Ff＝0.06 N，方向沿导轨向下。 答案：(1)1.5 A　(2)0.30 N　(3)0.06 N，方向沿导轨向下 12.解析：(1)设电流表示数为零时，弹簧的伸长量为Δx， 则有mg＝kΔx，解得Δx＝。 (2)为使电流表正常工作，通有电流的金属棒MN所受的安培力必须向下，由左手定则分析知，M端应接正极。 (3)设电流表满偏时通过MN的电流为Imax，则有 BImax·＋mg＝k(＋Δx) 联立并代入数据解得Imax＝2.5 A，故电流表的量程为0～2.5 A。 (4)设量程扩大后，磁感应强度为B′，则有 2B′Imax·＋mg＝k(＋Δx) 解得B′＝0.1 T。 答案：(1)　(2)M端　(3)0～2.5 A　(4)0.1 T 13.解析：因为导轨粗糙，设导体棒的最大静摩擦力大小为Ffmax，则Ffmax＝0.5mg＝0.1 N，物体c的重力G＝Mg＝0.3 N，可知最大静摩擦力小于物体c的重力，即要保持导体棒静止，则安培力方向必须水平向左，根据左手定则判断知棒中电流的方向为由a到b。 若安培力大于物体c的重力时，电流较大，设此时电流为I1， 则由平衡条件有BI1L－Mg≤Ffmax＝0.1 N， 解得I1≤2 A。 若安培力小于物体c的重力时，电流较小，设此时电流为I2， 则由平衡条件有 Mg－BI2L≤Ffmax＝0.1 N，解得I2≥1 A。 综上所述，ab棒中电流为1 A≤I≤2 A。 答案：1 A≤I≤2 A　由a到b 学科网（北京）股份有限公司 $