6.4 磁场对电流的作用 同步作业 -2025-2026学年高二上学期（中职）物理高教版(2021)机械建筑类

主题六 电与磁及其应用 第四节 磁场对电流的作用同步作业 一、选择题（本题共12小题，每小题3分，共36分。每小题只有一项符合题目要求） 1. 下列关于安培力的说法，正确的是（ ） A. 安培力是磁场对运动电荷的作用力 B. 通电导线在磁场中一定受到安培力 C. 安培力的方向与电流方向、磁场方向都垂直 D. 安培力的大小与电流方向和磁场方向的夹角无关 2. 用左手定则判断安培力方向时，下列操作正确的是（ ） A. 让磁感线穿过掌心，四指指向安培力方向，大拇指指向电流方向 B. 让磁感线穿过掌心，四指指向电流方向，大拇指指向安培力方向 C. 让磁感线垂直穿过手背，四指指向电流方向，大拇指指向安培力方向 D. 让磁感线垂直穿过手背，四指指向安培力方向，大拇指指向电流方向 3. 建筑施工中，起重电磁铁的线圈通电后产生匀强磁场，磁感应强度B=2T，一根长度L=0.3m的通电导线垂直放入磁场中，电流I=4A，则导线受到的安培力大小为（ ） A. 2.4N B. 0.6N C. 1.2N D. 4.8N 4. 安培力的大小公式为F安=BILsinθ，其中θ的物理意义是（ ） A. 安培力与电流方向的夹角 B. 安培力与磁场方向的夹角 C. 电流方向与磁场方向的夹角 D. 导线与磁场方向的夹角 5. 通电导线平行于磁场方向放置时，受到的安培力大小为（ ） A. BIL B. 0 C. BILsin45° D. BILcosθ 6. 机械直流电机的转子导线在匀强磁场中受到安培力作用而转动，若磁场方向垂直纸面向外，电流方向从左向右，则安培力的方向为（ ） A. 竖直向上 B. 竖直向下 C. 水平向左 D. 水平向右 7. 关于安培力的应用，下列说法正确的是（ ） A. 电磁起重机利用安培力实现对钢铁的吸附 B. 电动机利用安培力使线圈转动，将电能转化为机械能 C. 发电机利用安培力将机械能转化为电能 D. 电磁铁利用安培力产生强磁场 8. 建筑施工中，若要增大通电导线在磁场中受到的安培力，下列措施可行的是（ ） A. 减小导线中的电流 B. 减小磁场的磁感应强度 C. 增大导线与磁场方向的夹角（从0°到90°） D. 缩短导线在磁场中的有效长度 9. 一根通电导线在匀强磁场中受到的安培力F安=1.2N，若将电流增大为原来的2倍，磁场磁感应强度增大为原来的1.5倍，导线长度不变且始终垂直磁场，则新的安培力大小为（ ） A. 1.8N B. 2.4N C. 3.6N D. 4.8N 10. 机械加工中，某匀强磁场的磁感应强度B=3T，一根长度L=0.2m的通电导线与磁场方向成60°角放置，电流I=5A，则导线受到的安培力大小为（ ） A. 1.5√3 N B. 3√3 N C. 1.5N D. 3N 11. 关于安培力与电场力的区别，下列说法正确的是（ ） A. 安培力作用于电荷，电场力作用于电流 B. 安培力的方向与磁场方向垂直，电场力的方向与电场方向平行或反平行 C. 安培力与电荷运动状态无关，电场力与电荷运动状态有关 D. 安培力和电场力都只能做正功 12. 建筑中的电磁制动装置，其工作原理是利用安培力阻碍导体的运动，下列说法正确的是（ ） A. 制动时，导体中产生感应电流，受到的安培力与运动方向相同 B. 制动时，导体中产生感应电流，受到的安培力与运动方向相反 C. 制动时，不需要磁场，仅靠电流产生的力制动 D. 制动时，安培力大小与导体运动速度无关 二、填空题（本题共6小题，共24分） 13. 磁场对__________的作用力叫做安培力，其符号为__________；安培力的产生条件是：导线中有__________，导线处于__________中，且电流方向与磁场方向不平行。 14. 安培力的大小公式为F安=__________，其中B表示，I表示__________，L表示导线在磁场中的__________，θ表示__________与__________的夹角。 15. 判断安培力方向的定则是__________，其操作方法为：伸开左手，让__________穿过掌心，四指指向__________方向，大拇指所指的方向即为安培力的方向。 16. 当θ=90°（导线垂直磁场）时，安培力达到__________，公式简化为F安=__________；当θ=0°（导线平行磁场）时，安培力为__________。 17. 机械直流电机的工作原理是利用__________使线圈转动，将__________能转化为__________能；建筑起重电磁铁利用通电线圈产生__________，对钢铁构件产生吸引力，本质上也是安培力的应用。 18. 某建筑电磁制动装置中，匀强磁场的磁感应强度B=1.5T，一根长度L=0.4m的通电导线垂直放入磁场中，电流I=3A，则导线受到的安培力F安=__________N；若导线与磁场方向成30°角，安培力变为__________N。 三、简答题（本题共2小题，每小题8分，共16分） 19. 结合机械建筑专业场景，画出“建筑起重电磁铁的核心部件（通电螺线管）对钢铁构件的安培力受力分析示意图”（标注螺线管的N极、S极、磁场方向、钢铁构件中的感应电流方向、安培力方向），并简述左手定则在判断安培力方向中的应用步骤；说明起重电磁铁的吸力大小与哪些因素有关，如何通过调整这些因素增强吸力。 20. 机械直流电机的转子线圈在匀强磁场中转动，分析线圈中电流方向改变时，安培力方向如何变化，以及这种变化对线圈转动的影响；结合安培力公式F安=BILsinθ，说明电机工作时如何保证线圈持续转动；简述在建筑施工中，直流电机在塔吊、升降机等设备中的应用价值。 四、综合应用题（本题共2小题，第21题10分，第22题14分，共24分） 21. 建筑施工中使用的直流起重电机，其转子导线在匀强磁场中受到安培力作用，已知磁场磁感应强度B=2.5T，导线长度L=0.2m，电流I=6A，回答下列问题： （1）求导线垂直磁场时受到的安培力大小； （2）若导线与磁场方向成45°角，求此时的安培力大小（sin45°=√2/2≈0.707）； （3）若要使安培力增大到3.6N，保持磁场和导线长度不变，且导线垂直磁场，求所需的电流大小。 22. 结合磁场对电流的作用（安培力）的知识及机械建筑专业应用，回答下列问题： （1）机械加工中，某匀强磁场的磁感应强度B=4T，一根长度L=0.3m的通电导线垂直放入磁场中，受到的安培力F安=3.6N，求导线中的电流大小；若将电流增大为原来的1.5倍，安培力变为多大； （2）建筑中的电磁制动装置，其制动片为长度L=0.5m的导体，在磁感应强度B=2T的匀强磁场中运动，导体中产生的感应电流I=5A，求导体垂直磁场时受到的安培力大小，该安培力的方向与导体运动方向的关系（用左手定则判断）； （3）某直流电机的线圈匝数n=100匝，每匝线圈的有效长度L=0.1m，线圈所在处的磁感应强度B=0.5T，线圈中的电流I=2A，求每匝线圈受到的安培力大小及整个线圈受到的总安培力大小（忽略线圈各边的相互作用）； （4）建筑施工中，塔吊的直流电机工作时，若磁场磁感应强度突然减小，分析电机的输出功率会如何变化，并结合安培力公式和功率公式P=Fv说明原因。 参考答案 一、选择题（每小题3分，共36分） 1. C 2. B 3. A 4. C 5. B 6. A 7. B 8. C 9. C 10. A 11. B 12. B 二、填空题（每空2分，共24分） 13. 通电导线（电流）；F安；电流；磁场 14. BILsinθ；磁感应强度；电流大小；有效长度；电流方向；磁场方向 15. 左手定则；磁感线；电流 16. 最大值；BIL；零 17. 安培力；电；机械；强磁场 18. 1.8；0.9 三、简答题（每小题8分，共16分） 19. 起重电磁铁安培力受力分析示意图描述：画一个通电螺线管，标注左端为N极、右端为S极，内部磁感线方向从S极指向N极（箭头向左）；螺线管右侧放置钢铁构件，标注构件中因电磁感应产生的感应电流方向（顺时针环绕构件）；在构件上标注安培力方向，指向螺线管（水平向左）；同时标注螺线管的磁场方向、感应电流方向，明确三者的垂直关系。 左手定则应用步骤：①伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一平面内；②让磁感线从掌心穿入（若磁场方向不垂直掌心，需调整手掌角度，使磁感线垂直穿过）；③四指指向电流的方向（正电荷定向移动的方向）；④拇指所指的方向即为通电导线（或带电构件）受到的安培力方向。 起重电磁铁吸力影响因素及增强措施：①影响因素：磁场磁感应强度B（与线圈电流I、匝数n成正比）、导线在磁场中的有效长度L、电流方向与磁场方向的夹角θ；②增强措施：增大线圈中的电流（通过调大供电电压）、增加线圈的匝数、减小线圈的电阻（选用电阻率小的材料）、使钢铁构件尽可能靠近螺线管（处于磁感应强度更大的区域），确保电流方向与磁场方向垂直（θ=90°），最大化安培力。 20. 安培力方向变化与线圈转动分析：线圈在匀强磁场中转动时，当电流方向改变，根据左手定则，安培力方向会反向（与原方向垂直于电流和磁场的平面对称）；这种反向保证了线圈在转动过程中，安培力始终提供顺时针（或逆时针）的转动力矩，避免线圈反转，使线圈持续转动。 线圈持续转动的保证：电机通过换向器自动改变线圈中的电流方向，当线圈转过平衡位置（线圈平面与磁场方向垂直）时，电流方向反向，安培力方向随之反向，转动力矩方向不变；同时，根据F安=BILsinθ，线圈转动过程中θ在0°~90°~180°之间变化，安培力大小随之周期性变化，但始终能提供驱动线圈转动的力矩，从而保证线圈持续转动。 直流电机在建筑施工中的应用价值：①塔吊：利用直流电机提供强大的提升力矩，精准控制重物的升降和移动，满足建筑材料的吊装需求；②升降机：通过直流电机驱动轿厢上下运动，具有启动平稳、调速方便的特点，保障施工人员和材料的垂直运输安全；③电动工具：如直流电动扳手、电钻等，利用安培力驱动转子转动，将电能转化为机械能，提高施工效率。 四、综合应用题（共24分） 21. （1）导线垂直磁场时，F安=BIL=2.5T×6A×0.2m=3N （2）导线与磁场成45°角时，F安'=BILsin45°=2.5T×6A×0.2m×0.707≈2.12N （3）由F安''=BIL'得，所需电流I'=F安''/(BL)=3.6N/(2.5T×0.2m)=7.2A 答：（1）3N；（2）≈2.12N；（3）7.2A。 22. （1）由F安=BIL得，电流I=F安/(BL)=3.6N/(4T×0.3m)=3A；电流增大1.5倍后，I'=4.5A，安培力F安'=BI'L=4T×4.5A×0.3m=5.4N （2）安培力F安=BIL=2T×5A×0.5m=5N；方向判断：伸开左手，磁感线穿掌心，四指指向感应电流方向，大拇指指向与导体运动方向相反（阻碍运动） （3）每匝线圈受到的安培力F安=BIL=0.5T×2A×0.1m=0.1N；总安培力F总=nF安=100×0.1N=10N （4）输出功率变化分析：电机输出功率P=Fv，其中F为安培力提供的驱动力；根据安培力公式F安=BIL，当磁感应强度B突然减小时，安培力F安减小；在电机负载不变的情况下，驱动力F小于阻力，电机转速v降低；由于F和v均减小，根据P=Fv，电机的输出功率会下降；若要维持输出功率不变，需增大线圈中的电流，以补偿磁感应强度减小带来的安培力损失。 答：（1）电流3A，安培力5.4N；（2）安培力5N，方向与运动方向相反；（3）每匝安培力0.1N，总安培力10N；（4）输出功率下降，原因见解析。 学科网（北京）股份有限公司 $