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

第１节　磁场对通电导线的作用力 跟踪检测 1、 选择题: 1．关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是(　　) A．安培力的方向可以不垂直于直导线 B．安培力的方向总是垂直于磁场的方向 C．安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关 D．将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半 2．如图所示为安培力演示器，将蹄形磁体置于两导轨ab、a′b′之间，然后把薄壁铜管P垂直放置在导轨上，并与导轨接触良好。若用导线将演示器上的两个接线柱与电池连接时，下列说法正确的是(　　) A．铜管受到向右的安培力 B．若改变电池的正负极，铜管受向左的安培力 C．若将铜管的起始位置移近磁极，铜管所受安培力不变 D．若并排增加一个同型号的磁体，铜管所受安培力变大 3．已知长沙市区地磁场的磁感应强度B约为4.0×10－5 T，其水平分量约为3.0×10－5 T；若市区一高层建筑安装了高50 m的竖直金属杆作为避雷针，在某次雷雨天气中，当带有正电的乌云经过避雷针的上方时，电荷经避雷针开始放电，电流方向自上而下，大小为1.0×105 A，此时金属杆受到地磁场对它的安培力方向和大小分别为(　　) A．方向向西，大小约为150 N B．方向向西，大小约为200 N C．方向向东，大小约为150 N D．方向向东，大小约为200 N 4．如图所示，台秤上放一光滑平板，其左端固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁体连接起来，此时台秤的示数为FN1。现在磁体上方中心偏右位置固定一通电导线，当通以如图所示电流后，台秤的示数为FN2，则下列说法中正确的是(　　) A．FN1>FN2，弹簧长度将变长 B．FN1>FN2，弹簧长度将变短 C．FN1<FN2，弹簧长度将变长 D．FN1<FN2，弹簧长度将变短 5. 如图所示，边长为l、质量为m的等边三角形导线框用绝缘细线悬挂于天花板，导线框中通入逆时针方向的电流，图中虚线过ab边中点和ac边中点，在虚线的下方有一垂直于导线框平面向里的匀强磁场，其磁感应强度大小为B，此时导线框处于静止状态，细线中的拉力为F1；保持其他条件不变，现将虚线下方的磁场移至虚线上方，此时细线中拉力为F2。则导线框中的电流大小为(　　) A. B. C. D. 6．如图甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁体和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，边长为l的正方形线圈中通以电流I，线圈中的某一条导线a中的电流方向垂直纸面向外，导线b中的电流方向垂直纸面向里，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。则当线圈处在图乙所示位置时，下列说法正确的是(　　) A．该磁场是匀强磁场 B．通过该线圈的磁通量为Bl2 C．a导线受到的安培力方向向下 D．b导线受到的安培力大小为IlB 7．(多选)如图所示，在光滑的水平桌面上，a和b是两条固定的平行长直导线，通过的电流强度相等。矩形线框位于两条导线的正中间，通有顺时针方向的电流，在a、b产生的磁场作用下静止。则a、b的电流方向可能是(　　) A．均向左 B．均向右 C．a的向左，b的向右 D．a的向右，b的向左 8. (多选)如图所示是一种将药物透过皮肤注入体内的高压喷射器，喷射器的泵体是一个长方体槽，泵体上部与竖直绝缘细管相连。已知槽高为h，槽的左、右是间距为L、电压为U的导电金属壁，上、下、前、后均为绝缘壁，其中前、后壁间距为d，垂直于前壁向后有磁感应强度大小为B的匀强磁场。喷射器正常工作时，导电药液从长方体的左壁流向右壁，药液受安培力作用被压到细管中完成注射。已知药液的电阻率为ρ1、密度为ρ2，重力加速度大小为g。则(　　) A．槽的右壁应接电源正极 B．药液受到的安培力大小为 C．喷射器正常工作时，U＞ D．喷射器正常工作时，U＞ 9．(多选)如图所示为“旋转液体的实验”装置。盛有液体的玻璃容器放入蹄形磁体中，蹄形磁体内的磁场视为匀强磁场，磁感应强度B＝0.2 T，容器内侧边缘和中心分别通过电极与电源的正极、负极相连接。玻璃容器的横截面的半径a＝0.05 m，电源的电动势E＝6 V，内阻r＝2 Ω，限流电阻R0＝8 Ω。玻璃容器中液体不动时，测得两电极间的液体电阻R＝5 Ω；闭合开关液体开始旋转，经足够长时间后，电压表的示数恒为4 V。则(　　) A．由上往下看，液体顺时针旋转 B.由上往下看，液体逆时针旋转 C．液体所受的安培力大小为2×10－3 N D.液体的转动功率大小为3.2 W 10．(多选)我国正在研制航母电磁弹射器，其工作原理与电磁炮类似。用强迫储能器代替常规电源，它能在极短时间内释放所储存的电能，由弹射器转换为飞机的动能而将其弹射出去。如图所示，是电磁弹射器简化原理图，平行金属导轨与强迫储能器连接，相当于推进器的导体棒ab跨放在导轨上，并始终与两导轨保持垂直，匀强磁场垂直于导轨平面向上，闭合开关S，强迫储能器储存的电能通过推进器释放，使推进器受到磁场的作用力而沿平行导轨向前滑动，推动飞机使飞机获得比滑跃时大得多的加速度，从而实现短距离起飞的目标。假设弹射过程中飞机发动机推力恒定，流过ab的电流不随时间变化，一切摩擦和电阻消耗的能量都不计，对于电磁弹射器，下列说法正确的是(　　) A．强迫储能器上端为正极 B．只增大强迫储能器的输出电流，则飞机获得的推力增大 C．只减小平行导轨间距，同一飞机能获得的加速度将增大 D．只增大平行导轨间距，同一飞机起飞距离缩短 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．据报道，目前已研制出一种可以投入使用的电磁轨道炮，其原理如图所示。炮弹(可视为长方形导体)置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接。开始时，炮弹在导轨的一端，通入电流后炮弹会被安培力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出。设两导轨之间的距离d＝0.10 m，导轨长L＝5.0 m，炮弹质量m＝0.3 kg。导轨上的电流I的方向如图中箭头所示。可认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为B＝2.0 T，方向垂直纸面向里。若炮弹经过出口处时速度为v＝2.0×103 m/s，忽略摩擦力与重力的影响。求： (1)炮弹在导轨中运动的加速度大小； (2)通过导轨的电流I。 12．如图所示，电源电动势E＝2 V，内阻r＝0.5 Ω，竖直导轨宽l＝0.2 m，导轨电阻不计，另有一金属棒ab，质量m＝0.1 kg，电阻R＝0.5 Ω，它与轨道间的动摩擦因数μ＝0.4，金属棒靠在导轨的外面，为使金属棒静止不下滑，加一个与纸面夹角为30°的匀强磁场，g取10 m/s2，求： (1)磁场的方向； (2)磁感应强度B的取值范围。 参考答案： 1.答案　B解析　安培力的方向垂直于电流I和磁场B确定的平面，即安培力的方向既垂直于B又垂直于I，A错误，B正确；当电流I的方向平行于磁场B的方向时，直导线受到的安培力为零，当电流I的方向垂直于磁场B的方向时，直导线受到的安培力最大，可见，安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角有关，C错误；如图所示，电流I和磁场B垂直，直导线受到的安培力为F＝IlB，将直导线从中点折成直角，分段研究导线受到的安培力，电流I和磁场B垂直，根据平行四边形定则可得，导线受到的安培力的合力为F′＝IlB，D错误。 2.答案　D解析　由题图知，铜管中的电流方向为a′→P→a，磁场方向竖直向下，由左手定则可知，铜管所受安培力向左，A错误；若改变电池的正负极，使铜管中的电流方向反向，由左手定则可知，铜管所受安培力向右，B错误；若将铜管的起始位置移近磁极，因靠近磁极处磁感应强度较大，根据F＝IlB可知，铜管所受安培力变大，C错误；若并排增加一个同型号的磁体，铜管在磁场中的长度变长，由F＝IlB可知，铜管所受安培力变大，D正确。 3.答案　C解析　当带有正电的乌云经避雷针放电时，放电电流方向沿避雷针向下，若面向北方而立，则避雷针所在处地磁场水平分量的方向如图所示。由左手定则可知，金属杆所受安培力方向向东，大小约为F＝IlB＝1.0×105×50×3.0×10－5 N＝150 N，故C正确。 4.答案　A解析　根据条形磁体的磁场分布情况，利用左手定则可以判定通电导线受到的安培力方向为左偏下，由牛顿第三定律可知，磁体受到通电导线的反作用力的方向为右偏上，该作用力的竖直分力使磁体对台秤的压力减小，水平分力使弹簧弹力增大，弹簧长度将变长，故A正确。 5.答案　A解析　当磁场在虚线下方时，导线框在磁场中的有效长度为，根据左手定则可知，导线框受到的安培力的方向竖直向上，大小为FA＝IlB，根据平衡条件，有F1＋FA＝mg，即F1＋IlB＝mg。当将虚线下方的磁场移至虚线上方时，导线框在磁场中的有效长度为，可得安培力大小为IlB，根据左手定则可知，安培力方向竖直向下，有F2＝mg＋IlB。解得I＝。故B、C、D错误，A正确。 6.答案　D解析　匀强磁场的磁感线是一系列等间距的平行直线，故该磁场不是匀强磁场，A错误；线圈平面与磁感线平行，故通过该线圈的磁通量为零，B错误；a导线中的电流方向垂直纸面向外，磁场向右，根据左手定则，其所受安培力方向向上，C错误；b导线与磁感线垂直，故受到的安培力大小为IlB，D正确。 7.答案　CD解析　若a、b中电流方向均向左，则a、b中电流I′在线框所在处产生的磁场方向如图1所示。根据电流元法分析可知，矩形线框AD边与BC边上半部分所受安培力大小相等、方向相反，AD边与BC边下半部分所受安培力也是大小相等、方向相反；而矩形线框靠近导线的两边AB、CD所受安培力方向相同，使线框向导线b移动。 同理可知，若a、b中电流均向右，线框向导线a移动，故A、B不符合题意。 若a导线的电流方向向左，b导线的电流方向向右，a、b中电流I′在线框所在处产生的磁场方向如图2所示，线框靠近导线的两边AB、CD所在处的磁感应强度相同，所受的安培力大小相等、方向相反；根据电流元法分析可知，矩形线框AD边与BC边所受安培力大小相等、方向相反，则线框静止。 同理可知，若a导线的电流方向向右，b导线的电流方向向左，线框也静止，C、D符合题意。 8.答案　BC解析　由题意知，槽内导电药液所受安培力应向上，根据左手定则，导电药液的电流方向由左指向右，所以槽的左壁应接电源正极，故A错误；槽内导电药液的电阻为R＝，受到的安培力大小为F＝BIL＝BL，联立解得F＝，故B正确；喷射器正常工作时，槽内导电药液所受安培力大于自身重力，则＞ρ2ghdL，解得U＞，故C正确，D错误。 9.答案　BC解析　根据电流的方向及磁场方向，结合左手定则可知，由上往下看，液体逆时针旋转，A错误，B正确；根据闭合电路欧姆定律有U＋I(r＋R0)＝E，解得I＝0.2 A，则液体所受的安培力大小为F＝IaB＝0.2×0.05×0.2 N＝2×10－3 N，C正确；液体的转动功率大小为P＝UI－I2R＝0.6 W，D错误。 10.答案　BD解析　推进器受到磁场的作用力而沿平行导轨向前滑动，所以推进器受到向右的安培力，根据左手定则可知，导体棒中的电流方向从b向a，所以强迫储能器下端为正极，故A错误；根据F＝ILB，只增大强迫储能器的输出电流，ab受到的安培力增大，则飞机获得的推力增大，B正确；根据F＝ILB可知，只减小平行导轨间距L，则ab所受安培力F减小，飞机受到的合外力减小，同一飞机能获得的加速度将减小，故C错误；同理分析可知，只增大平行导轨间距，同一飞机能获得的加速度增大，而同一飞机的起飞速度一定，根据v2＝2as，起飞距离缩短，故D正确。 11.答案　(1)4.0×105 m/s2(2)6.0×105 A 解析　(1)炮弹在两导轨间做匀加速直线运动，设炮弹的加速度大小为a， 有v2＝2aL 解得a＝4.0×105 m/s2。 (2)忽略摩擦力与重力的影响，在导轨通入电流I时，炮弹作为导体只受到磁场施加的安培力，为F＝IdB 又由牛顿第二定律有F＝ma 联立解得I＝6.0×105 A。 12.答案　(1)指向纸内且与竖直方向成30°角斜向下　(2)3.0 T≤B≤16.3 T 解析　(1)要使金属棒静止不下滑，通电金属棒所受安培力一定要有使ab压紧导轨的分量，由左手定则可判定磁场方向为：指向纸内且与竖直方向成30°角斜向下。 (2)电路中电流I＝＝ A＝2 A 根据平衡条件，若摩擦力向上达到最大，受力分析如图甲所示， 根据平衡条件则有：Fsin30°＋Ff＝mg，Ff＝μFN＝μFcos30° 即B1Ilsin30°＋μB1Ilcos30°＝mg 得B1＝＝ T＝3.0 T 若摩擦力方向向下达到最大，如图乙所示， 则：F′sin30°＝Ff′＋mg， Ff′＝μFN′＝μF′cos30° 即B2Ilsin30°－μB2Ilcos30°＝mg 得B2＝ 代入数据计算得出：B2＝16.3 T 故所求磁感应强度的取值范围是3.0 T≤B≤16.3 T。 学科网（北京）股份有限公司 $