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

**基本信息** 该同步练习按A/B/C组分层，题量9:5:1，梯度从基础概念到综合应用再到创新实践，覆盖安培力方向、大小及磁电式电流表，通过情境化设计落实科学思维与科学态度。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A组|安培力方向判断、大小计算、磁电式电流表原理|基础题（1-3题方向判断、4-6题大小计算）强化物理观念| |B组|多导线系统、圆形导线框、实际电路应用|提升题（12题AG60E飞机、13题电子秤）培养科学推理与模型建构| |C组|简易电动机工作原理|拔高题（15题）结合生活情境，渗透科学探究与社会责任|

1.磁场对通电导线的作用力 A组 必备知识基础练 题组一　安培力的方向 1.下列四图中标出了磁场中磁感应强度B的方向、通电直导线中电流I的方向以及通电直导线所受安培力F的方向,其中正确的是(　　) 2.如图所示,D为置于电磁铁两极间的一段通电直导线,电流方向垂直于纸面向里。在开关S闭合后,导线D所受安培力的方向是(　　) A.向上 B.向下 C.向左 D.向右 3.(多选)如图所示,用轻质导线将一根硬直金属棒与电源、开关连接,并将金属棒置于正方体的上表面,且与ad'平行,正方体处在匀强磁场中。闭合开关,发现金属棒竖直向上跳起,由此可知,该区域的磁场方向可能(　　) A.垂直于abc'd'平面 B.平行于abc'd'平面 C.平行于abb'a'平面 D.垂直于abb'a'平面 题组二　安培力的大小 4.如图所示,金属杆MN中电流为I,与导轨CD夹角为θ,导轨垂直于磁场放置,磁感应强度为B,AK与CD相距为d,则MN所受安培力大小为(　　) A.IdB B.IdBsin θ C. D.IdBcos θ 5.(多选)一根长为0.2 m、电流为2 A的通电直导线,放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中,受到安培力的大小可能是(　　) A.0.4 N B.0.2 N C.0.1 N D.0 6.(多选)将粗细均匀、边长为L的正三角形铜线框用两根不可伸长的绝缘线a、b悬挂于天花板上,置于垂直于线框平面向外、大小为B的磁场中,现用细导线给三角形线框通有大小为I的电流,则(　　) A.通电后两绝缘线上的拉力变大 B.通电后两绝缘线上的拉力变小 C.三角形线框所受安培力大小为BIL D.三角形线框所受安培力大小为2BIL 7.一个固定在天花板上的弹簧测力计下悬挂一水平导线AB,导线中通有如图所示向右的电流I1,导线中心的正下方有与导线AB垂直的另一长直导线,当长直导线中通入向里的电流I2时,关于导线AB的运动及弹簧测力计示数的变化正确的是(　　) A.A端向外、B端向里转动,弹簧测力计的示数增大 B.A端向里、B端向外转动,弹簧测力计的示数减小 C.A端向里、B端向外转动,弹簧测力计的示数增大 D.A端向外、B端向里转动,弹簧测力计的示数减小 题组三　磁电式电流表 8.磁电式电流表的优点是灵敏度很高,可以测出很弱的电流,蹄形磁体和铁芯间的磁场如图乙所示。线圈中通以图乙所示的电流,下列说法正确的是(　　) A.该磁场是匀强磁场 B.线圈转动时,螺旋弹簧被扭动阻碍线圈转动 C.当线圈转到图乙所示的位置时,b端受到的安培力方向向上 D.转动时线圈所受安培力的方向不变 B组 关键能力提升练 9.如图所示,两根相互平行的长直导线与一“凸”形导线框固定在同一竖直平面内,导线框的对称轴与两长直导线间的距离相等。已知左、右两长直导线中分别通有方向相反的恒定电流I1、I2,且I1>I2,则当导线框中通有顺时针方向的电流时,导线框所受安培力的合力方向(　　) A.竖直向上 B.竖直向下 C.水平向左 D.水平向右 10. xOy坐标系中,若圆心在O点的圆导线通以沿顺时针方向、大小相等的恒定电流,各象限存在如下图所示磁感应强度大小相等、方向垂直于坐标平面的匀强磁场,则下列情境圆导线所受安培力最大的是(　　) 11.等边三角形电阻丝与电源构成如图所示电路,D、E分别是边HC、AC的中点,当线圈处在同一匀强磁场的不同位置时,线圈所受安培力最小的是(　　) 12.(多选) 2024年1月3日,由我国自主研制的AG60E电动飞机在建德千岛湖通用机场圆满完成首飞。其依靠电动机而非内燃机工作,工作原理简化如图所示,通过电刷和换向环可使电流总是从矩形线框右侧导线流入、左侧导线流出,电路电流恒为i,匀强磁场的磁感应强度为B,线框的匝数为N,左、右两边长为L,则在图示位置时(　　) A.线框将沿顺时针方向转动 B.线框将沿逆时针方向转动 C.左侧导线受到的安培力大小为NBiL D.线框转过30°时左侧导线受到的安培力大小为NBiL 13.某实验小组设计了一款简易电子秤,其主要结构如图所示,一根带有指针的轻弹簧下端固定,弹簧处于自由状态时指针指在O点,然后在弹簧上端固定带有支架的矩形线框abcd,线框中金属线圈匝数为n,ad=bc=L,静止时线框平面水平,线框上再放上托盘(未画出)。以线框中心线ef为界,空间中,在ef左、右两侧分别加上垂直于ef,水平向左、向右的匀强磁场,磁感应强度的大小均为B,重力加速度大小为g。 (1)给线圈通入电流,ab边受到的安培力大小为　　　,要使指针重新指在O位置,从上往下看,给线圈通入电流的方向应为　　　　　　(选填“顺时针”或“逆时针”)。  (2)当线圈中通入大小为I0的电流时,指针重新指在O位置,则线框和托盘的总质量m0=　　　　　　(用给出的物理量符号表示)。  (3)在第(2)问的条件下,在托盘上放入被称量物体,同时改变线圈中电流的大小,当电流大小为I0'时,指针重新指在O位置,则被称量物体的质量为　　　　　　(用给出的物理量符号表示)。  14.绝缘水平桌面位于一竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=1 T,间距l=1 m的平行金属导轨固定在桌面上,左端连接电动势E=15 V、内阻r=1 Ω的电源。质量m=0.5 kg的金属棒垂直导轨放置,与导轨间的动摩擦因数为μ=0.5。细线一端系在金属棒的中点,另一端通过桌边光滑定滑轮挂一重物时,金属棒恰好静止且刚好不向右滑,细线水平且与金属棒垂直。已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度g取10 m/s2,金属棒接入电路的电阻R=2 Ω,导轨电阻不计,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6。 (1)求悬挂重物的质量。 (2)若锁定金属棒,保持磁感应强度大小不变,将磁场方向顺时针旋转53°后解锁金属棒,求重物加速度的大小。 C组 核心素养拔高练 15.将一段裸铜导线弯成线框,形状如图甲所示,使线框上端的弯折位置与一节五号干电池的正极良好接触,一块圆柱形强磁体N极吸附在电池的负极(N极在上,S极在下),线框下面的两端P、Q与磁体表面及电池的负极均保持良好接触,放手后线框就会转动,从而制成了一个“简易电动机”,如图乙所示。关于该“简易电动机”,下列说法正确的是(　　) A.线框转动的原因是受到电场力的作用 B.从上向下看,线框沿顺时针方向转动 C.从上向下看,线框沿逆时针方向转动 D.仅将磁体的磁极调换,线框转动的方向不变 参考答案 1.C　2.A 3.ACD　若磁场方向垂直于abc'd'平面,由左手定则得,金属棒所受安培力的方向可能竖直向上,当安培力方向竖直向上时,金属棒竖直向上跳起,故A正确;若磁场方向平行于abc'd'平面,则金属棒与磁场方向平行,金属棒可能不受安培力也可能受沿水平方向的安培力,金属棒不会竖直向上跳起,故B错误;若磁场方向平行于abb'a'平面,金属棒所受安培力的方向可能竖直向上,当安培力方向竖直向上时,金属棒竖直向上跳起,故C正确;若磁场方向垂直于abb'a'平面,由左手定则得,金属棒所受安培力的方向可能竖直向上,当安培力方向竖直向上时,金属棒竖直向上跳起,故D正确。 4.C　5.BCD　 6.AC　根据题意,由左手定则可知,通电后线框所受安培力向下,则通电后两绝缘线上的拉力变大,故A正确,B错误;根据题意可知,ab间折线是直线长度的2倍,且二者并联接入电路中,则通过直线的电流是折线的2倍,即通过直线的电流为I,通过折线的电流为I,三角形线框所受安培力大小为F=BL·I+BL·I=BLI,故C正确,D错误。 7.A 8.B　该磁场的磁感应强度不是处处大小相等、方向相同,所以该磁场不是匀强磁场,故A错误;线圈转动时,会使螺旋弹簧扭动,产生一个阻碍线圈转动的力从而阻碍线圈转动,故B正确;当线圈转动到题图乙所示的位置时,由左手定则可知,b端受到的安培力方向向下,故C错误;转动时线圈所受安培力的方向与磁感线垂直,时刻变化,故D错误。 9.C　根据右手螺旋定则可知导线框所在位置磁场方向向里,由于I1>I2,可知左侧的磁场强度大,同一竖直直线上的磁场强度相等,故导线框水平方向所受的安培力相互抵消,根据左手定则,结合F=BIL可知,左半边竖直方向的导线所受的水平向左的安培力大于右半边竖直方向的导线所受的水平向右的安培力,故导线框所受安培力的合力方向水平向左,故选C。 10.B　A图所示情境中二、三、四象限的导线的等效长度为R,第一象限的导线的等效长度为R,两部分导线中等效电流方向相反,所在位置的磁场方向也相反,因此受到的安培力方向相同,故圆导线所受安培力的合力大小为2BIR;同理,C图所示情境中,圆导线所受安培力的合力大小为2BIR;D图所示情境中,圆导线在垂直于坐标平面向外的匀强磁场中,等效长度为零,圆环受到的安培力大小为零;B图所示情境中,一、四象限中的导线的等效长度为2R,二、三象限中的导线的等效长度也为2R,两部分导线中等效电流方向相反,所在位置的磁场方向也相反,因此受到的安培力方向相同,故整个圆环所受安培力的合力为4BIR;综上所述,圆导线所受安培力最大的是B图所示情境,故选B。 11.C　四个电路中的电流I和磁场B都相同,根据F=BIL可知,线圈所受安培力的大小取决于线圈在磁场中的有效长度;设三角形边长为a,则A图中线圈的有效长度等于三角形的高,即LA=a,B图中线圈的有效长度等于ED的距离,即LB=a,C图中线圈的有效长度等于E点到AB的距离,即LC=a,D图中线圈的有效长度等于ED的距离,即LD=a,有效长度最短的是C,即C图线圈所受安培力最小。故选C。 12.AC　由左手定则可知,左侧导线受到的安培力向上,右侧导线受到的安培力向下,故线框将沿顺时针方向转动,故A正确,B错误;图示位置时,左、右两侧导线中的电流方向和磁场方向相互垂直,故左侧导线受到的安培力大小为F安=NBiL,故C正确;线框转过30°时,仍满足左、右两侧导线中的电流方向与磁场方向垂直,左侧导线受到的安培力大小仍为F安=NBiL,故D错误。 13.答案 (1)零　顺时针　(2)　(3) 解析 (1)由于ab边与磁场方向平行,给线圈通入电流,ab边受到的安培力为零;由题意知,要使指针重新指在O位置,线框ad、bc边受到的安培力必须向上,根据左手定则可得,从上往下看,给线圈通入电流的方向应为顺时针。 (2)由平衡条件有m0g=2nBLI0,解得m0=。 (3)由平衡条件有(m+m0)g=2nBLI0',结合m0g=2nBLI0,解得m=。 14.答案 (1)0.75 kg　(2)3.2 m/s2 解析 (1)金属棒恰好静止且刚好不向右滑 则BIl+μmg=m'g 流过金属棒的电流I= 解得m'=0.75 kg。 (2)设磁场旋转后轨道对金属棒的支持力为FN 由平衡条件得BIlsin 53°+FN=mg 磁场旋转后,安培力水平方向分量减小,金属棒向右加速 由牛顿第二定律有m'g-BIlcos 53°-μFN=(m+m')a 解得a=3.2 m/s2。 15.B　线框转动的原因是受到磁场力的作用,A错误;磁场和电流方向如图所示,根据左手定则,I1所受磁场力向外,I2所受磁场力向里,从上向下看,线框沿顺时针方向转动,B正确,C错误;仅将磁体的磁极调换,磁场反向,电流方向不变,磁场力方向反向,线框沿逆时针方向转动,D错误。 10 学科网（北京）股份有限公司 $