周周练11 磁场、磁感应强度和安培力-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

周周练11 磁场、磁感应强度和安培力 满分：100分 时间：75分钟 一、选择题（本题共11小题，每题4分，共44分，全对得4分，少选得2分，多选错选得0分） 1、中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角∶“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图。结合上述材料，下列说法不正确的是（　　） A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合 B.地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近 C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行 D.地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用 2、设想地磁场是由地球内部的环形电流形成的，那么这一环形电流的方向应该是（　　） 3、如图所示，在平面直角坐标系中，a、b、c是等边三角形的三个顶点，三个顶点处分别放置三根互相平行的长直导线，导线中通有大小相等的恒定电流，方向垂直纸面向里。对于顶点c处的通电直导线所受安培力的方向，下列说法中正确的是（　　） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.沿y轴正方向 B.沿y轴负方向 C.沿x轴正方向 D.沿x轴负方向 4、利用如图所示装置探究匀强磁场中影响通电导线受力的因素，导线垂直匀强磁场方向放置。先保持导线通电部分的长度L不变，改变电流I的大小，然后保持电流I不变，改变导线通电部分的长度L，得到导线受到的安培力F分别与I和L的关系图象，则正确的是（　　） A．B．C．D． 5、如图，在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零。如果让P中的电流反向、其他条件不变，则a点处磁感应强度的大小为　（　　） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　A.0 B.B0 C.B0 D.2B0 6、如图所示，一金属直棒MN两端接有细导线悬挂于线圈上方，为使MN垂直纸面向外运动，可以将（　　） A.a、c端接电源正极，b、d端接电源负极 B.a、d端接电源正极，b、c端接电源负极 C.b、d端接电源正极，a、c端接电源负极 D.b、c端用导线连接，a接电源正极，d端接电源负极 7、如图所示，把一根柔软的金属弹簧悬挂起来，弹簧静止时，它的下端刚好跟槽中的水银接触。通电后，关于弹簧，下列说法中正确的是（　　） A.弹簧始终不动 B.弹簧不断上下振动 C.弹簧向上收缩后，保持静止 D.弹簧向下伸长后，保持静止 8、北京首条磁悬浮轨道交通S1线在门头沟开通试运营，标志着我国成为世界第二个掌握中低速磁悬浮技术的国家。其简化后的结构原理简图如图所示，其中悬浮线圈和导向线圈分别位于车体的底部和侧面。间隙传感器能够控制悬浮线圈和导向线圈中电流大小，下列说法中正确的是（　　） A.导向线圈的主要作用是使列车处于悬浮状态 B.当列车沿水平直轨道平稳运行时，悬浮线圈中的电流不变 C.通电的悬浮线圈和导向线圈与金属导轨之间都是斥力作用 D.间隙传感器控制导向线圈中的电流发生改变是为了使列车加速 9、如图所示，两个同心放置的平面金属圆环，条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直，则通过两圆环的磁通量Φa、Φb间的关系是(　　) A．Φa＞Φb B．Φa＜Φb C．Φa＝Φb D．不能确定 10、（多选）如图，纸面内有两条相互垂直的长直绝缘导线L1、L2，L1中的电流方向向上，L2中的电流方向向右；L1的右边有a、b两点，它们相对于L2对称。整个系统处于某匀强磁场中，该匀强磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外。已知a、b两点的磁感应强度大小分别为和，方向均垂直于纸面向里。则（　　） A．流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为，方向垂直纸面内 B．流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为，方向垂直纸面向内 C．流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为，方向垂直纸面向外 D．流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为，方向垂直纸面向内 11、（多选）如图所示，两平行导轨在同一水平面内。一导体棒垂直放在导轨上，棒与导轨间的动摩擦因数恒定。整个装置置于匀强磁场中，磁感应强度大小恒定，方向与金属棒垂直、与水平向右方向的夹角θ可调。导体棒沿导轨向右运动，现给导体棒通以图示方向的恒定电流，适当调整磁场方向，可以使导体棒沿导轨做匀加速运动或匀减速运动。已知导体棒加速时，加速度的最大值为g；减速时，加速度的最大值为g，其中g为重力加速度大小。下列说法正确的是（　　） A．棒与导轨间的动摩擦因数为 B．棒与导轨间的动摩擦因数为 C．加速阶段加速度大小最大时，磁场方向斜向下，θ=60° D．减速阶段加速度大小最大时，磁场方向斜向上，θ=150° 二、非选择题 12、（10分）如图为演示“通电导线之间通过磁场发生相互作用”的实验示意图，接通电源时，发现两导线会相互靠近或远离。已知接线柱是按如图所示方式连接的。 （1）请在图中虚线框中标出B导线在A导线周围产生的磁场的方向（用“×”或“·”表示）； （2）在图中标出A导线所受安培力的方向。 13、（10分）如图所示，两光滑平行金属导轨固定在倾角为θ的同一斜面内，间距为l，其下端有内阻为r的电源，整个装置处在垂直导轨平面向下，磁感应强度为B的匀强磁场中，一质量为m、电阻为R的导体棒ab垂直导轨放置在导轨上，接触良好，且保持静止状态。不计导轨电阻。已知重力加速度为g。求∶ （1）导体棒所受安培力F的大小和方向； （2）电源的电动势E。 14、（12分）我们知道∶电流周围有磁场。图1所示为环形电流周围磁场的分布情况。根据电磁学理论可知，半径为R、电流为I的环形电流中心处的磁感应强度大小，其中k为已知常量。 图1 （1）正切电流计是19世纪发明的一种仪器，它可以利用小磁针的偏转来测量电流。图2为其结构示意图，在一个竖直放置、半径为r、匝数为N的圆形线圈的圆心O处，放一个可以绕竖直轴在水平面内转动的小磁针（带有刻度盘）。线圈未通电流时，小磁针稳定后所指方向与地磁场水平分量的方向一致，调整线圈方位，使其与静止的小磁针在同一竖直平面内。给线圈通上待测电流后，小磁针偏转了α角。已知仪器所在处地磁场的磁感应强度水平分量大小为BC。求∶ 图2 a.待测电流在圆心O处产生的磁感应强度BO的大小； b.待测电流Ix的大小。 （2）电流的本质是电荷的定向移动，电流可以产生磁场意味着运动的电荷也可以产生磁场。如图3所示，一个电荷量为q的点电荷以速度v运动，这将在与速度垂直的方向上、与点电荷相距为d的A点产生磁场。请你利用上面电流产生磁场的规律，自己构建模型，求出该点电荷在此时的运动将在A点产生的磁场的磁感应强度大小BA。 图3 15、（14分）如图所示，两条平行的光滑金属导轨所在平面与水平面的夹角为θ，间距为d．导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与导轨平面垂直．质量为m的金属棒被固定在导轨上，距底端的距离为s，导轨与外接电源相连，使金属棒通有电流．金属棒被松开后，以加速度a沿导轨匀加速下滑，金属棒中的电流始终保持恒定，重力加速度为g．求下滑到底端的过程中，金属棒： （1）末速度的大小v； （2）通过的电流大小I； （3）通过的电荷量Q． 参考答案 1、答案　C　由题意可知，地理南、北极与地磁场的南、北极不重合，存在磁偏角，A正确；磁感线是闭合的，再由图可推知地球内部存在磁场，地磁南极在地理北极附近，故B正确；只有赤道上方附近的磁感线与地面平行，故C错误；射向地球赤道的带电宇宙射线粒子的运动方向与地磁场方向不平行，故地磁场对其有力的作用，这是磁场的基本性质，故D正确。 2、答案　A　地磁的北极在地理的南极附近，由于地球绕地轴自西向东旋转，故地球上所带电荷的运动形成了一个环形电流，根据安培定则可知右手的拇指指向地理的南极附近，则弯曲的四指的指向是自东向西，故环形电流的方向应该由东向西，故A正确，B、C、D错误。 3、答案　B　对b、a处的通电直导线分别用右手螺旋定则，可判得a、b处电流在c处产生磁场的方向如图所示，再利用左手定则，可以判断c处通电直导线所受安培力的方向沿y轴负方向。 4、【答案】B 【解析】根据 F = BIL 可知先保持导线通电部分的长度L不变，改变电流I的大小，则F—I图象是过原点的直线。同理保持电流I不变，改变通过电部分的长度L，则F-L图象是过原点的直线。 故选B。 5、答案　C　两导线中通电流I时，两电流在a点处的磁感应强度与匀强磁场的磁感应强度的矢量和为0，则两电流磁感应强度的矢量和为-B0，如图甲得B0。P中电流反向后，如图乙，B合=B=B0，B合与B0的矢量和为B总=B0，故C项正确。 甲　　　　　　　　　　　　乙 6、答案　B　a、c接电源正极，b、d接电源负极时，直棒MN中电流方向为M→N，螺线管中的电流方向为c→d，由右手螺旋定则判断可知，螺线管中电流在其上方产生的磁场方向向下，由左手定则判断，此时MN受垂直纸面向里的安培力，MN将垂直纸面向里运动，A错误；a、d接电源正极，b、c接电源负极时，直棒MN中电流方向为M→N，螺线管中的电流方向为d→c，由右手螺旋定则判断可知，螺线管中电流在其上方产生的磁场方向向上，由左手定则判断，此时MN受垂直纸面向外的安培力，将垂直纸面向外运动，B正确；b、d接电源正极，a、c接电源负极时，直棒MN中电流方向为N→M，螺线管中的电流方向为d→c，由右手螺旋定则判断可知，螺线管中电流在其上方产生的磁场方向向上，由左手定则判断，此时MN受垂直纸面向里的安培力，将垂直纸面向里运动，C错误；b、c用导线连接，a接电源正极，d接电源负极时，直棒MN中电流方向为M→N，螺线管中的电流方向为c→d，由右手螺旋定则判断可知，螺线管中电流在其上方产生的磁场方向向下，由左手定则判断，此时MN受垂直纸面向里的安培力，将垂直纸面向里运动，D错误。 7、答案　B　通电后，弹簧中通有电流，弹簧的每一圈相当于一个小磁针，由右手螺旋定则判断，知每一个小磁针的上端为S极下端为N极，根据异名磁极互相吸引可知，线圈之间互相吸引而使弹簧变短，使下端离开水银面，离开水银面后断电，没有了电流，弹簧又恢复到原长状态，然后又重复上述过程，故B选项正确。 8、答案　B　悬浮线圈的主要作用是使列车处于悬浮状态，A错；列车匀速直线运动时，F合=0，mg=F悬，则悬浮线圈中的电流不变，B对；当列车转弯时，通电的导向线圈与金属导轨之间可能会有引力，C错；导向线圈的主要作用是让列车转弯，D错。 9、A　解析：通过圆环的磁通量为穿过圆环的磁感线的条数，首先明确条形磁铁的磁感线分布情况，另外要注意磁感线是闭合的曲线。条形磁铁的磁感线在磁体的内部是从S极到N极，在磁体的外部是从N极到S极，内部有多少根磁感线，外部的整个空间就有多少根磁感线同内部磁感线构成闭合曲线。对两个圆环，磁体内部的磁感线全部穿过圆环，外部的磁感线 穿过多少，磁通量就抵消多少，所以 面积越大，磁通量反而越小，A正确。 10、BD 【详解】整个系统处于匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外，且a、b两点的磁感应强度大小分别为和，方向也垂于纸面向外，a、b两点相对于L2对称，根据对称性可知L1直导线电流在a、b两点产生的磁场大小相等，设其磁感应强度大小分别为B1a，B1b，根据安培定则，在a、b两点产生磁场方向垂直纸面向内；同理，根据对称性可知L2直导线的电流在a、b两点产生的磁场大小相等，设其大小为B2a，B2b，在a点磁场方向垂直纸面向外，在b点磁场方向垂直纸面向内；依据矢量叠加法则，因a点的合磁感应强度大小为，设垂直于纸面向里为正方向，有 同理有 联立上式可得； 故选BD。 11、【答案】BC 【解析】设磁场方向与水平方向夹角为θ1，θ1<90°;当导体棒加速且加速度最大时，合力向右最大，根据左手定则和受力分析可知安培力应该斜向右上方，磁场方向斜向右下方，此时有 令， 根据数学知识可得 则有 同理磁场方向与水平方向夹角为θ2，θ2<90°，当导体棒减速，且加速度最大时，合力向左最大，根据左手定则和受力分析可知安培力应该斜向左下方，磁场方向斜向左上方，此时有 有 所以有 当加速或减速加速度分别最大时，不等式均取等于，联立可得 带入 可得α=30°，此时 加速阶段加速度大小最大时，磁场方向斜向右下方，有 减速阶段加速度大小最大时，磁场方向斜向左上方，有 故BC正确，AD错误。 故选BC。 12、答案　见解析 解析　（1）由安培定则判断可知，B导线在A导线周围产生的磁场方向垂直纸面向里。 （2）由左手定则判断可知，A导线所受安培力的方向水平向左，如（1）中图所示。 13、答案　（1）mgsinθ　沿斜面向上　（2） 解析　（1）由题意可知，导体棒所受安培力F的方向沿斜面向上，导体棒的受力情况如图所示，根据平衡条件有F=mgsinθ （2）因为F=IlB 所以 14、答案　（1）a.BCtanα　b.　（2） 解析　（1）a.地磁场磁感应强度的水平分量BC与BO的关系如图所示 有BO=BCtan α b.由题可知BO=可得 （2）电流为I、半径为d的环形电流，可以看做是由Z个电荷量为q的点电荷，以相同的速率v沿半径为d的圆周做同方向定向移动而形成的 在Δt时间内通过环上某横截面的电荷量 电流 环心处的磁感应强度大小可以写成 而这个磁场可以看做是由Z个电荷量为q的点电荷共同产生的，且由对称性可知每个点电荷在环心处产生的磁感应强度相同（均为BA），所以有B=ZBA 点电荷在A点产生的磁场的磁感应强度大小BA= 15、【答案】（1）；（2）；（3）； 【解析】（1）匀加速直线运动v2=2as  解得 （2）安培力F安=IdB  金属棒所受合力 牛顿运动定律F=ma 解得 （3）运动时间  电荷量Q=It 解得 13 学科网（北京）股份有限公司 $