1.1 磁场对通电导线的作用力 练习-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

安培力练习 一、单选题（每题5分，共计50分） 1．如图甲所示是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的，线圈中a、b两条导线长均为L，分别通以图乙所示方向的电流I，两条导线处的磁感应强度大小均为B，则（    ） A．该磁场是匀强磁场 B．在辐向磁场中磁感线总是与线圈平面垂直 C．线圈将逆时针方向转动 D．a、b导线各自受到的安培力大小总为ILB 2．截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线，若中心直导线通入电流，四根平行直导线均通入电流，，电流方向如图所示，下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是（　　） A． B． C． D． 3．如图所示，水平天花板下方通过绝缘细线吊着通电金属杆1、2，金属杆1、2中电流方向分别垂直于纸面向外、向里，电流大小相等，不计外部电路对金属杆的作用力。空间中加上竖直向上的匀强磁场，两金属杆重新静止后，两金属杆位置的关系图可能正确的是（　　） A． B． C． D． 4．如图所示，原来静止的圆线圈可以自由移动，在圆线圈直径MN上靠近N点处放置一根垂直于线圈平面的固定不动的通电直导线，导线中电流从外向里流动．当在圆线圈中通以逆时针方向的电流I时，圆线圈将会(    ) A．受力向左平动 B．受力向右平动 C．不受力，平衡不动 D．以MN为轴转动 5．如图所示，在匀强磁场中，一段长为0.6m的导线通有1A的电流，该段通电导线在磁场中所受安培力大小F，电流方向与磁场方向夹角为θ。F与θ的函数关系图像如图所示，则磁感应强度大小为（　　） A．0 B．0.02T C．0.04T D．0.06T 6．利用如图所示的电流天平，可以测量匀强磁场中的磁感应强度B。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，b段导线长为l，导线a、b、c段处于匀强磁场中，磁感应强度方向与线圈平面垂直。当线圈没有通电时，天平处于平衡状态。当线圈中通入电流I时，通过在右盘加质量为m的砝码（或移动游码）使天平重新平衡。下列说法中错误的是（　　） A．若仅将电流反向，线圈将不能保持平衡状态 B．线圈通电后，a、c段导线受到的安培力等大反向，b段导线的安培力向上 C．线圈受到的安培力大小为mg D．由以上测量数据可以求出磁感应强度 7．如图所示，在马蹄形磁铁内部（S极在上、N极在下）放置盛有导电液的玻璃皿，玻璃皿中央电极接电源负极，玻璃皿内贴着玻璃壁放置一圆环电极接电源正极。电源的电动势E（未知），内阻，电阻、，正负电极间导电液的等效电阻。闭合开关，液体转动稳定时理想电压表的示数为4.2V，理想电流表的示数为0.5A，下列说法不正确的是（　　） A．液体按逆时针转动（俯视看） B．1分钟内液体产生的热量是300J C．电源的电动势 D．导电液两端电压U与流过其电流I的关系满足 8．我国对电磁轨道炮的研究已获得较大成功，如图甲为我国某次电磁轨道炮试验发射情景，图乙为原理图。假设轨道水平，匀强磁场方向垂直于纸面向里，不计空气及摩擦阻力。下列说法正确的是（　　） A．若磁场方向改为与炮弹发射方向平行，可增大炮弹发射的速度 B．增大回路中的电流可增加炮弹的发射速度 C．炮弹的发射速度与炮弹质量成正比 D．炮弹的发射速度与磁感应强度成反比 9．电磁船是一种不需要螺旋桨推进的低噪声新型船，其结构简图如图所示，AB和CD是与电源相连的导体板，AB与CD之间的区域浸没在海水中，其中部分区域处在垂直纸面向里的匀强磁场中（磁场由固定在船上的线圈产生，其独立电路图中未画出）。下列说法正确的是（　　） A．使船前进的力，是磁场对海水的安培力 B．为使船前进，AB板应接电源的正极 C．同时改变磁场的方向和电源正负极，海水所受的安培力将反向 D．图中电源消耗的电能等于电磁船获得的动能与电路中产生的焦耳热之和 10．为测量局域磁场，科学家基于电阻应变片开发出一种磁场检测芯片，其简化结构如图甲所示。长度均为、通有恒定电流（方向相反）的两刚性金属杆、，与具有良好弹性的绝缘悬梁、构成“”形支架，对称固定于底座处。在悬梁上、下表面对称安装四个相同的电阻应变片（各自引出两导线），其阻值分别为、、和，将它们按图乙与电动势为的电源（不计内阻）相连。未加磁场时，支架处于水平平衡状态，此时，测得、两端的电势差为0。现施加待测磁场，其方向水平向右、且垂直于金属杆，则金属杆、受安培力作用，使悬梁、产生形变，四个应变片的阻值均发生变化，且其变化量的绝对值均相等，可测得此时、两端的电势差。已知每个应变片电阻变化量的绝对值与每个金属杆所受安培力大小成正比关系，且比例系数为。下列说法正确的是（　　） A．施加该待测磁场时，应变片电阻和会被拉伸而电阻变大 B．待测磁场的磁感应强度大小 C．选用更小的电动势，有利于提高测量磁感应强度的灵敏度 D．仅改变金属杆通入电流的方向，也可以测得磁感应强度 二、多选题（6分） 11．如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在其右上方固定一根与磁铁垂直的长直导线，当导线通以如图所示方向电流时，下列判断中正确的是（　　）。 A．磁铁对桌面的压力增大，且受到向右的摩擦力 B．磁铁对桌面的压力减小，且受到向左的摩擦力 C．若将导线移至磁铁中点的正上方，电流反向，则磁铁对桌面的压力会减小 D．若将导线移至磁铁中点的正上方，电流反向，则磁铁对桌面的压力会增大 三、解答题（12题10分，13题16分，14题18分） 12．如图所示，U形金属杆上边长为，质量为，下端插入导电液体中，导电液体连接电源，金属杆所在空间有垂直纸面向里的匀强磁场。若插入导电液体部分深，闭合电键后，金属杆飞起后，其下端离液面高度，设杆中电流不变，求金属杆离开液面时的速度大小和金属杆中的电流有多大？（）    13．如图所示，金属棒ab质量m=5g，放在相距L=1m、处于同一水平面上的两根光滑的平行金属导轨最右端，导轨距地高h=0.8m，电容器C=400μF，电源电动势E=16V，整个装置放在方向竖直向上、磁感强度B=0.5T的匀强磁场中．开关S先打向1，稳定后再打向2，金属棒被抛到水平距离x=6.4cm的地面上，空气阻力忽略不计，取g=10m/s2．求：金属棒抛出后电容器两端电压有多高？ 14．质量为的通电细杆ab置于倾角为的平行放置的导轨上，导轨间的距离，杆ab与导轨间的动摩擦因数，磁感应强度的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图所示。现调节滑动变阻器的触头，为使杆ab静止不动，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，（，，g取）求： （1）通过杆ab电流大小的范围。 （2）若ab杆中的电流为0.2A，且导轨是光滑的，其他条件不变，则要使ab杆静止至少要施加一个多大的力？方向如何？ 《安培力练习》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D C A D C D C B B B 题号 11 答案 BD 1．D 【详解】A．该磁场明显不是匀强磁场，匀强磁场应该是一系列平行的磁感线，方向相同，故A错误； B．由图可知，线圈平面总与磁场方向平行，故B错误； C．由左手定则可知，a受到的安培力向上，b受到的安培力向下，故线圈顺时针旋转，故C错误； D．a、b导线始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小总为ILB，故D正确。 故选D。 2．C 【详解】因，则可不考虑四个边上的直导线之间的相互作用；根据两通电直导线间的安培力作用满足“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”，则正方形左右两侧的直导线要受到吸引的安培力，形成凹形，正方形上下两边的直导线要受到排斥的安培力，形成凸形，故变形后的形状如图C。 故选C。 3．A 【详解】根据左手定则可得，金属杆1受磁场的安培力向左，金属杆2受磁场的安培力向右。 根据得，金属杆受的安培力大小相等。 设连接天花板与金属杆1的细绳为a绳子，金属杆1与金属杆2之间的细绳为b绳子 将金属杆1、2看作一个系统，做受力分析可得，系统受金属杆1、2的重力，绳子a的拉力，磁场对金属杆1、2的安培力。根据受力平衡可知，绳子a的拉力方向向上，大小等于金属杆1、2的重力。 对金属杆2进行受力分析得，金属杆2受重力，绳子b的拉力，沿着绳子b向外的金属杆1斥力，水平向右的安培力。根据受力平衡可知，绳子b的拉力方向斜向左上方。 综上可得，绳子a保持竖直，绳子b位于金属杆2的左上方。 故选A。 4．D 【详解】长直导线通电后在它周围形成以导线上的点为圆心的圆形磁场区域，如图中虚线所示. 圆形线圈就是在该磁场中的通过导体，要受到安培力作用，其方向可由左手定则判断出；圆线圈下半部分所在处磁场方向斜向上，所以受的安培力方向垂直纸面向外；上半部分线圈受的安培力垂直纸面向里.因此线圈以MN为轴转动，故D正确，ABC错误； 故选D． 【点睛】圆形线圈就是在该磁场中的通过导体，要受到安培力作用，其方向可由左手定则判断出． 5．C 【详解】当电流方向与磁场方向垂直时，所受安培力最大，此是安培力大小为 F=BIL 由图知，安培力最大值为 F=0.024N 由题意，电流大小为1A，导线长为0.6m，代入安培力公式可知磁感应强度大小为 B=0.04T 故选C。 6．D 【详解】线圈通电后，根据左手定则可知、段导线受到的安培力等大反向，段导线的安培力向上；当线圈没有通电时，天平处于平衡状态，设左盘质量为m1，右盘质量为m2，有 当线圈中通入电流时，向上的安培力大小为 在右盘加质量为的砝码（或移动游码）使天平重新平衡，则有 可得 则磁感应强度大小为 若仅将电流反向，则安培力方向向下，其他条件不变，由以上分析可知，线圈不能保持平衡状态，故ABC正确，D错误。 本题选错误项，故选D。 7．C 【详解】A．通过液体的电流由玻璃皿边缘流向中心，玻璃皿所在处的磁场竖直向上，由左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转（俯视看），故A说法正确，不符合题意； B．根据欧姆定律，电阻两端的电压为 电阻两端的电压为 可解得电流 所以流过玻璃皿的电流为 1分钟内液体产生的热量为，故B说法正确，不符合题意； C．根据欧姆定律，电源的电动势为，故C说法错误，符合题意； D．导电液两端的电压与电阻两端的电压相等为3V，可得导电液两端电压U与流过其电流I的关系，故D说法正确，不符合题意。 故选C。 8．B 【详解】A．炮弹在安培力作用下运动，为增大炮弹的最大发射速度，应使炮弹受到的安培力最大，故磁场方向与轨道（即炮弹的运动方向）垂直，故A错误； BCD．设炮弹的质量为m，磁场的磁感应强度为B，两平行导轨间距为L，轨道长度为x，则炮弹受到安培力F=BIL 由动能定理有 解得 则增大回路中的电流可增加炮弹的发射速度，发射速度与炮弹质量不成正比，与磁感应强度不成反比，故CD错误，B正确。 故选B。 9．B 【详解】A．使船前进的力是海水对船（或船上的磁场发生装置）的作用力，磁场对海水的安培力是作用在海水上的，方向向后，故A错误； B．船头向右，要使船前进，船受到的推力应向右，根据牛顿第三定律，海水受到的安培力应向左。磁场方向垂直纸面向里，根据左手定则，电流方向应向上，即从AB板流向CD板，所以AB板应接电源的正极，故B正确； C．同时改变磁场的方向和电源正负极（即电流方向），根据左手定则或安培力公式，磁场反向、电流反向，安培力方向不变，故C错误； D．根据能量守恒定律，电源消耗的电能转化为电路中产生的焦耳热、船获得的动能以及海水获得的动能（安培力对海水做功），故D错误。 故选B。 10．B 【详解】A．根据左手定则，原磁场中、电流方向相反，所受安培力方向相反，应变片、被拉伸（电阻增大），、被压缩（电阻减小），故 A错误； B．设电阻变化量绝对值为，则，，， 电路中，上支路总电阻 电流 点电势； 下支路总电阻 电流 点电势； 因此电势差 根据题意 代入得 整理得 故B正确； C．由 可知，越大，相同磁感应强度对应的越大，灵敏度越高。选用更小的会降低灵敏度，故C错误。 D．仅改变的电流方向后，、电流同向，安培力同向，对点的力矩大小相等、方向相反，总力矩抵消，悬梁不发生形变，，，无法测量磁感应强度，D错误。 故选B。 11．BD 【详解】AB．在磁铁外部，磁感线从N极指向S极，长直导线在磁铁的中央右上方，导线所在处磁场斜向左上方；导线电流垂直于纸面向外，由左手定则可知，导线受到的安培力斜向左下方；由牛顿第三定律可知，导线对磁铁的作用力斜向右上方，因此磁铁对桌面的压力减小，小于磁铁的重力，磁铁由向右的运动趋势，磁铁受到向左的摩擦力，故A错误，B正确； CD．若将导线移至磁铁中点的正上方，电流反向，则导线所在的位置磁场水平向左，由左手定则可知，则导线受安培力方向竖直向上，由牛顿第三定律可知，磁铁受向下磁场力，则磁铁对桌面的压力会增大，选项C错误，D正确。 故选BD。 12．， 【详解】对金属杆，跳起的高度为H，金属杆跳起后做竖直上抛运动，由运动学关系式可得 解得金属杆离开液面时的速度大小为 通电过程金属杆收到的安培力大小为 由动能定理得 解得 13．12V 【分析】根据动量定理,结合运动学公式,安培力、电量表达式,从而求出电量,并由即可求解, 【详解】解:设金属棒通过电量Q,安培力F作用时间为,平抛的初速度为,飞行时间为t, 根据动量定理: 以上式子联立: 得: 设S打向1时,电容器的电量为,则: 金属棒抛出后电容的电量为则: 金属棒抛出后电容两端电压: 14．（1）；（2）0.04N；方向沿导轨平面向上 【详解】（1）杆ab中的电流方向为由a到b，所受的安培力方向平行于导轨向上。当电流较大时，杆有向上的运动趋势，所受静摩擦力向下；当静摩擦力向下达到最大时，安培力为最大值，此时通过ab的电流最大，为；当通过ab的电流最小时，杆受到向上的最大静摩擦力，此时的安培力为，电流为。 如图所示 联立解得 如图所示 联立解得 所以通过杆ab电流大小的范围是 （2）因为 对ab杆受力分析，ab杆受重力、支持力和安培力作用，当施加的外力沿导轨平面向上时外力最小，如图所示 以沿导轨平面向上为正方向，根据平衡条件有 则 - 2 - 1 学科网（北京）股份有限公司 $