2027届高考物理一轮复习专项练 专题11.2 通电导线在磁场中受力

专题11.2 通电导线在磁场中受力 1安培力(左手定则) 1. 一段长0.2 m，通过2.5 A电流的直导线，关于在磁感应强度为B的匀强磁场中所受安培力F的情况，正确的是( ) A.如果B＝2T，F一定是1N B.如果F＝0，B也一定为零 C.如果B＝4T，F有可能是1N D.如果F有最大值时，通电导线一定与B平行 2. 如图所示四种情况中，匀强磁场磁感应强度相同，载流导体长度相同，通过的电流也相同，导体受到的磁场力最大，且方向沿着纸面的情况是( ) A.甲 乙 B.丙 丁 C.甲 丙 D.乙 丁 3. 如图所示，导线框中电流为I，导线框垂直于磁场放置，匀强磁场的磁感应强度为B，AB与CD相距为d，则MN所受安培力大小为( ) A.F=BId B.F=BIdsinθ C.F= D.F=BIdcosθ 2有效长度 4. 如图所示，导线abc为垂直折线，其中电流为I，ab=bc=L，导线所在的平面与匀强磁场垂直，匀强磁场的磁感应强度为B，则导线abc所受安培力的大小和方向. 5. 如图所示，长为2L的直导线折成边长相等，夹角为60o的“V”形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该“V”形通电导线受到的安培力大小为( ) A.BIL B.2BIL C.BIL D.0 6. 如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直.线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示.导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力( ) A.方向沿纸面向上，大小为(＋1)ILB B.方向沿纸面向上，大小为(－1)ILB C.方向沿纸面向下，大小为(＋1)ILB D.方向沿纸面向下，大小为(－1)ILB 7. 如图所示通电闭合线框abc处在匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面向里，线框中的电流方向如图所示，那么三角形线框受到的安培力( ) A.方向垂直于ab斜向上 B.方向垂直于ac斜向上 C.方向垂直于bc向下 D.为零 8. 如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度.下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长 MN 相等，将它们分别挂在天平的右臂下方.线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态.若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是( ) 9. 如图所示，边长为L的等边三角形导体框是由3根电阻为3r的导体棒构成，磁感应强度为B的匀强磁场垂直导体框所在平面，导体框两顶点与电动势为E，内阻为r的电源用电阻可忽略的导线相连，则整个线框受到的安培力大小为( ) A. 0 B. C. D.  10. 如图所示，一圆形线圈左右两边均处于磁感应强度为B的磁场中，左边磁场垂直纸面向里，右边磁场方向垂直纸面向外，线圈半径为R，线圈中的恒定电流为I，则线圈所受安培力的大小为( ) A.0 B.4BIR C.2πBIR D.BIR 3安培力的力学问题 3.1导线与导线之间的相互作用 11. 一个可以自由运动的线圈L2和一个固定的线圈L1互相绝缘，垂直放置，且两个线圈都通过如图所示方向的电流时，则从左向右看，线圈L2将( ) A.不动 B.顺时针转动 C.逆时针转动 D.向纸外平动 12. 如图所示，一弓形线圈通以逆时针电流，在其圆弧的圆心处，垂直于纸面放一直导线，当直导线通有指向纸内的电流时，线圈将( ) A.a端向纸内，b端向纸外转动，且靠近导线 B.a端向纸内，b端向纸外转动，且远离导线 C.b端向纸内，a端向纸外转动，且靠近导线 D.b端向纸内，a端向纸外转动，且远离导线 13. 如图所示，一圆环用细橡皮筋悬吊着处于静止状态，环中通以逆时针方向的电流，在环的两侧放有平行于橡皮筋的直导线，导线和环在同一竖直面内，两导线到橡皮筋的距离相等.现在直导线中同时通以方向如图所示、大小相等的电流，则通电的瞬间( ) A.环将向右摆动 B.俯视看环会发生顺时针转动 C.橡皮筋会被拉长 D.环有收缩的趋势 14. 如图所示，在同一平面内，同心的两个导体圆环中通以同向电流时( ) A.两环都有向内收缩的趋势 B.两环都有向外扩张的趋势 C.内环有收缩趋势，外环有扩张趋势 D.内环有扩张趋势，外环有收缩趋势 15. 如右图所示，把两个同样的导线环同轴平行悬挂，相隔一小段距离，当同时给两导线环通以同向电流时，我们可以观察到两导线环将( ) A.吸引 B.排斥 C.保持静止 D.边吸引边转动 16. 把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来，使它的下端刚好跟杯里的水银面相接触，并使它组成如右图所示的电路图.当开关S接通后，将看到的现象是( ) A.弹簧向上收缩 B.弹簧被拉长 C.弹簧上下跳动 D.弹簧仍静止不动 17. 如右图所示，固定的长直导线竖直放置，通过竖直向上的直流电.在导线右侧放一可以自由移动的矩形通电线框，它们在同一平面内，则线框的运动情况是( ) A.线框平动，远离直导线 B.线框平动，靠近直导线 C.从上向下看线框顺时针转动，并靠近直导线 D.从上向下看线框逆时针转动，并远离直导线 18. (多选)如图，三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距，均通有电流I，L1中电流方向与L2中的相同，与L3中的相反，下列说法正确的是( ) A.L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直 B.L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直 C.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶ D.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为∶∶1 19. 边长为L的正方形线圈A，通有逆时针方向的恒定电流I，用两根轻质绝缘细线静止地悬挂在水平长直导线MN的正下方h处，如图所示.当导线MN中无电流时，两细绳中张力均为T；当通过MN的电流为 I1时，两细绳中张力均减为aT(0<a<1) ；而当通过MN的电流为 I2时，细绳中张力恰好为零.已知长直通电导线周围磁场的磁感应强度B与到导线的距离r成反比(即B=，k为常数).由此可知，MN中的电流方向和电流大小之比 I1：I2分别为( ) A.向左，1+a B.向右，1+a C.向左，1－a D.向右，1－a 20. 如图所示，在绝缘的水平面上等间距固定着三根相互平行的通电直导线a、b和c，各导线中的电流大小相同，其中a、c导线中的电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向内.每根导线都受到另外两根导线对它的安培力作用，则关于每根导线所受安培力的合力，以下说法中正确的是( ) A.导线a所受合力方向水平向右 B.导线c所受合力方向水平向右 C.导线c所受合力方向水平向左 D.导线b所受合力方向水平向左 21. 在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图.过c点的导线所受安培力的方向( ) A.与ab边平行，竖直向上 B.与ab边平行，竖直向下 C.与ab边垂直，指向左边 D.与ab边垂直，指向右边 3.2导线与磁铁之间的相互作用力 22. 如图所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线中通过如图所示方向的电流I时，试判断导线的运动情况. 23. 如图所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方向的电流后，则线圈( ) A.向左运动 B.向右运动 C.静止不动 D.无法确定 24. 如图所示，放在台秤上的条形磁铁两极未知，为了探明磁铁的极性，在它中央的正上方固定一导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则( ) A.如果台秤的示数增大，说明磁铁左端是北极 B.如果台秤的示数增大，说明磁铁右端是北极 C.无论如何台秤的示数都不可能变化 D.以上说法都不正确 25. (多选)一条形磁铁放在水平桌面上，它的上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直的导电棒，图中只画出此棒的截面图，并标出此棒中的电流是流向纸内的，在通电的一瞬间可能产生的情况是( ) A.磁铁对桌面的压力减小 B.磁铁对桌面的压力增大 C.磁铁受到向右的摩擦力 D.磁铁受到向左的摩擦力 26. 如右图所示，条形磁铁放在光滑斜面上，用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡，A为水平放置的直导线的截面，导线中无电流时磁铁对斜面的压力为FN1；当导线中有垂直纸面向外的电流时，磁铁对斜面的压力为FN2，则下列关于压力和弹簧的伸长量的说法中正确的是( ) A.FN1<FN2，弹簧的伸长量减小 B.FN1＝FN2，弹簧的伸长量减小 C.FN1>FN2，弹簧的伸长量增大 D.FN1>FN2，弹簧的伸长量减小 27. 如右图所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘线水平吊起通电直导线A.A与螺线管垂直，“×”表示导线中电流的方向垂直于纸面向里.电键S闭合后，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是( ) A.水平向左 B.水平向右 C.竖直向下 D.竖直向上 3.3导线在磁场中受力 28. (多选)如图所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直斜面放置一根长为L、质量为m的直导线，当通以电流I时，欲使导线静止在斜面上，外加匀强磁场B的大小和方向可能是( ) A.B＝，方向垂直斜面向上 B.B＝，方向垂直斜面向下 C.B＝，方向竖直向上 D.B＝，方向水平向左 29. (多选)如图所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为L，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B.垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒.从t=0 时刻起，棒上有如图的变化电流I、周期为T，电流值为Im ，图中I所示方向为电流正方向.则金属棒( ) A.一直向右移动 B.速度随时间周期性变化 C.受到的安培力随时间周期性变化 D.受到的安培力在一个周期内做正功 30. 如图，两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电源E，导轨平面与水平面间的夹角θ=30o.金属杆ab垂直导轨放置，导轨与金属杆接触良好.整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中.当磁场方向垂直导轨平面向上时，金属杆ab刚好处于静止状态.要使金属杆能沿导轨向上运动，可以采取的措施是( ) A.减小磁感应强度B B.调节滑动变阻器使电阻减小 C.减小导轨平面与水平面间的夹角θ D.将电源正负极对调使金属杆中的电流方向改变 31. 质量为m=0.02kg的通电细杆ab置于倾角为θ=37o的平行放置的导轨上，导轨的宽度d=0.2m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.4，磁感应强度B=2T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，试求出为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流范围为多少? 32. 如右图所示，在倾角θ＝30°的斜面上，固定一金属框，宽l＝0.25 m，接入电动势E＝12 V、内阻不计的电池.垂直框面放有一根质量m＝0.2 kg的金属棒ab，它与框架的动摩擦因数μ＝.整个装置放在磁感应强度B＝0.8 T，垂直框面向上的匀强磁场中.当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时，可使金属棒静止在框架上？(框架与棒的电阻不计，g取10 m/s2) 33. 如右图所示，在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4 m，质量为6×10－2 kg的通电直导线，电流强度I＝1 A，方向垂直于纸面向外，导线用平行于斜面的轻绳拴住不动，整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4 T，方向竖直向上的磁场中，设t＝0时，B＝0，则需要几秒，斜面对导线的支持力为零？(g取10 m/s2) 34. 如图所示，PQ和MN为水平平行放置的金属导轨，相距L=1m.导体棒ab跨放在导轨上，棒的质量为m=0.2kg，棒的中点用细绳经定滑轮与一物体相连(绳与棒垂直)，物体的质量为M=0.3kg.导体棒与导轨的动摩擦因数为μ=0.5(g取10m/s2)，匀强磁场的磁感应强度B=2T，方向竖直向下，为了使物体匀速上升，应在棒中通入多大的电流？方向如何？ 参考答案 1. 答案：C 解析：当导线与磁场方向垂直放置时，F＝BIL，力最大，当导线与磁场方向平行放置时，F＝0，当导线与磁场方向成任意其他角度放置时，0<F<BIL，A、D两项不正确，C项正确；磁感应强度是磁场本身的性质，与受力F无关，B项不正确. 2. 答案：D 解析：利用左右定则，可判断乙、丁正确. 3. 答案：C 解析：根据左右定则，实际有效长度为MN的杆长，即，故C正确. 4. 答案：ILB，与纸面平行，指向斜右上，与水平夹角为45度. 解析：将导线为两段直导线，根据左手定则分别判断出安培力的大小，根据F＝BIL计算出安培力的大小，再求合力.导线所受合力F＝2BILsin 45°＝ILB.即实际长度为L，根据左手定则，与纸面平行，指向斜右上，与水平夹角为45度. 5. 答案：A 解析：根据左手定则，有效长度为LI，故安培力为BIL. 6. 答案：A 解析：将导线分为三段直导线，根据左手定则分别判断出安培力的大小，根据F＝BIL计算出安培力的大小，再求合力.导线所受合力F＝BIL＋2BILsin 45°＝(＋1)ILB. 7. 答案：D 解析：由于回路闭合，故有效长度为0，故安培力合力为0. 8. 答案：D 解析：有效长度为磁场交点的连线，D项有效长度最长，则安培力最大，最容易失去平衡. 9. 答案：B 解析：根据左手定则判断出各段受到的安培力的方向， 等效电路为3r和6r并联，并联后总电阻为：=2r，则路端电压 U=×2r= ，根据欧姆定律： I12= ， I3= ， 则安培力F1=F2=BI12L，F1，F2 的夹角为120° ，F3=BI3L ，故三角形框架受到的安培力的合力大小为：由以上联立解得 F= ，故 B 正确； 10. 答案：B 解析：安培力的方向由左手定则判断，对于左边磁场，其安培力作用方向向右，大小为2BIR；对于右边磁场，其安培力作用方向也向右，大小为2BIR，因此总的安培力大小为4BIR.故 B 正确； 11. 答案：B 解析：由于L1和L2中的电流的方向是相同的，它们会互相吸引，由于L1是不动的，所以L2会向L1靠近，所以从左向右看，线圈L2将顺时针转动，所以B正确. 12. 答案：A 13. 答案：D 解析：直导线通电后，由安培定则可知，两导线间平面上的磁场方向垂直于纸面向里，由于磁场分布具有轴对称性，将圆环分成若干段小的直导线，由左手定则可知，各段受到的安培力都指向圆心，根据对称性可知，它们的合力为零，因此环不会摆动，也不会转动，橡皮筋的拉力也不会增大，只是环有收缩的趋势，A、B、C项错误，D项正确. 14. 答案：D 解析：同向电流相互吸引，异向电流相互排斥，知两线圈的运动情况是相互吸引.所以内环有扩张趋势，外环有收缩趋势，故D正确. 15. 答案：A 解析：同向电流相互吸引，A选项正确，也可等效为两个小磁针来分析. 16. 答案：C 解析：如右图所示，通电后，弹簧的每一圈都相当于一个环形电流，且各圈的电流绕向相同.任取其中两圈，其相邻两侧一定形成相异极性，因此互相吸引(或者，也可把任意两圈的相邻各段，看做两个同向电流而相互吸引).弹簧的各圈互相吸引后，弹簧收缩，下端脱离水银面，使电路断开.电路断开后，弹簧中的电流消失，磁场作用失去，弹簧在自身重力及弹力作用下下落.于是，电路又接通，弹簧又收缩……如此周而复始，弹簧上下跳动.C项正确. 17. 答案：B 解析：可据同向电流吸引，反向电流排斥来判断. 18. 答案：BC 解析：由安培定则可判断出L2在L1处产生的磁场(B21)方向垂直L1和L2的连线竖直向上，L3在L1处产生的磁场(B31)方向垂直L1和L3的连线指向右下方，根据磁场叠加原理，L3和L2在L1处产生的合磁场(B合1)方向如图1所示，根据左手定则可判断出L1所受磁场作用力的方向与L2和L3的连线平行，选项A错误；同理，如图2所示，可判断出L3所受磁场(B合3)作用力的方向(竖直向上)与L1、L2所在的平面垂直，选项B正确；同理，如图3所示，设一根长直导线在另一根导线处产生的磁场的磁感应强度大小为B，根据几何知识可知，B合1＝B，B合2＝B，B合3＝B，由安培力公式可知，L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小与该处的磁感应强度大小成正比，所以L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶，选项C正确，D错误. 19. 答案：C 解析：当MN通以方向从N向M的电流时，则ab边所受的安培力的向上，cd边所受安培力方向向下，因离MN越近，则安培力越大，知此时线框所受安培力合力方向竖直向上，所以MN中电流的方向向左； 当MN内通电流I时，根据题意可知：ab所受安培力为：F1=①，cd所受安培力为：F2=②， 因它们受到的安培力方向相反，此时线圈所受安培力的合力大小为F= kII0L(－)；可知，线圈受到的安培力的合力大小与通入电流的大小成正比，当MN分别通以I1、I2的电流时，线框受到的安培力的合力的大小之比为I1：I2.当通过MN的电流为I1时，两细绳中张力均减为aT(0<a<1)，所以安培力的大小：F合1=2T−2aT；而当通过MN的电流为I2时，细绳中张力恰好为零，则安培力的大小：F合2=2T，所以：I1：I2=F合1：F合2=(2T−2aT)：2T=(1−a)：1 20. 答案：B 解析：首先用安培定则判定导线所在处的磁场方向，要注意是合磁场的方向，然后用左手定则判定导线的受力方向.可以确定B是正确的. 21. 答案：C 解析：导线a在c处的磁场方向垂直ac斜向下，b在c处的磁场方向垂直bc斜向下，两者的合磁场方向为竖直向下，根据左手定则可得c点所受安培力方向为与ab边垂直，指向左边，C正确． 22. 答案：由上向下看导线逆时针转动，同时向下落. 解析：在导线两侧取两小段，左边一小段所受的安培力方向垂直纸面向外，右侧一小段所受安培力的方向垂直纸面向里，从上往下看，知导线逆时针转动，当转动90度时，导线所受的安培力方向向下，所以导线的运动情况为，逆时针转动，同时下降. 23. 答案：A 解析：根据右手螺旋定则，环形电流可以等效为小磁针，小磁针的N极指向右，根据异性相吸，知线圈向左运动.故A正确. 24. 答案：A 解析：如果台秤的示数增大，说明电流对磁铁的作用力向下，根据牛顿第三定律得到磁体对电流的安培力向上，根据左手定则，电流所在位置磁场向右，故磁体左侧为N极，右侧为S极，故A正确. 25. 答案：AD 解析：如右图所示.对导体棒，通电后，由左手定则，导体棒受到斜向左下方的安培力，由牛顿第三定律可得，磁铁受到导体棒的作用力应斜向右上方，所以在通电的一瞬时，磁铁对桌面的压力减小，磁铁受到向左的摩擦力，因此A、D正确. 26. 答案：C 解析：采用“转换研究对象法”：由于条形磁铁的磁感线是从N极出发到S极，所以可画出磁铁在导线A处的一条磁感线，此处磁感应强度方向斜向左下方，如图，导线A中的电流垂直纸面向外，由左手定则可判断导线A必受斜向右下方的安培力，由牛顿第三定律可知磁铁所受作用力的方向是斜向左上方，所以磁铁对斜面的压力减小，FN1>FN2.同时，由于导线A比较靠近N极，安培力的方向与斜面的夹角小于90°，所以电流对磁铁的作用力有沿斜面向下的分力，使得弹簧弹力增大，可知弹簧的伸长量增大，所以正确选项为C. 27. 答案：C 解析：电键闭合后根据安培定则可判定导线所在位置处磁感线的方向为水平向右，再由左手定则判定导线受到安培力的方向为竖直向下，C项正确. 28. 答案：BD 解析：导线在重力、支持力和安培力三力作用下平衡，当磁场方向垂直斜面向上时，安培力沿斜面向下，三力不可能平衡，A错；当磁场方向垂直斜面向下时安培力沿斜面向上，则有mgsinα＝BIL，故B＝mgsinα/IL，B项正确；当磁场方向竖直向上时，安培力水平向右，三力不可能平衡，C错；若磁场方向水平向左时，安培力竖直向上，则有mg＝BIL，即B＝，故D正确. 29. 答案：ABC 解析：根据题意得出v­t图象如图所示，金属棒一直向右运动，A正确.速度随时间做周期性变化，B正确.据F安＝BIL及左手定则可判定，F安大小不变，方向做周期性变化，则C项正确.F安在前半周期做正功，后半周期做负功，则D项错. 30. 答案：A 解析：对金属杆受力分析，沿导轨方向：－mgsin θ＝0，若想让金属杆向上运动，则增大，A项正确，B项错误；若增大θ，则mgsin θ增大，C项错误；若电流反向，则金属杆受到的安培力反向，D项错误. 31. 答案：ab杆的电流范围为0.23A≤I≤0.07A. 解析：当电流较大时，导体有向上的运动趋势，所受静摩擦力向下，当静摩擦力达到最大时，磁场力为最大值F1，此时通过ab的电流最大为Imax；同理，当电流最小时，应该是导体受向上的最大静摩擦力，此时的安培力为F2，电流为Imin. ①当摩擦力沿斜面向下，由平衡条件可得：F1=mgsinθ+Ff1，Ff1=μmgcosθ，F1=BImaxd，解得：Imax=0.23A ②当摩擦力沿斜面向上，由平衡条件可得：F2=mgsinθ+Ff2，Ff2=μmgcosθ，F2=BImaxd，解得：Imax=0.07A 则通过ab杆的电流范围为：0.23A≤I≤0.07A 32. 答案：1.6 Ω≤R≤4.8 Ω 解析：金属棒受到四个力作用：重力mg，垂直框面向上的支持力FN，沿框面向上的安培力F安，沿框面的静摩擦力Ff静.金属棒静止在框架上时，摩擦力Ff静的方向可能沿框面向上，也可能向下，需分两种情况考虑.当变阻器R取值较大时，I较小，安培力F较小，在金属棒重力分力mgsin θ作用下棒有沿框架下滑趋势，框架对棒的摩擦力沿框面向上，受力如图甲所示.金属棒刚好不下滑时满足平衡条件 Bl＋μmgcos θ－mgsin θ＝0，得R＝＝Ω＝4.8 Ω. 当变阻器R取值较小时，I较大，安培力F安较大，会使金属棒产生沿框面上滑趋势.因此，框架对棒的摩擦力沿框面向下，受力如图乙所示.金属棒刚好不上滑时满足平衡条件.Bl－μmgcos θ－mgsin θ＝0得R＝＝1.6 Ω. 所以滑动变阻器R的取值范围应为1.6 Ω≤R≤4.8 Ω. 33. 答案：5 s 解析：斜面对导线的支持力为零时导线受力如右图所示. 由图知FTcos 37°＝F FTsin 37°＝mg，解得：F＝＝0.8 N. 由F＝BIL得：B＝＝ T＝2 T. 由B＝0.4t T.解得t＝5 s. 34. 答案：电流的方向为由a到b，I=2A. 解析：导体棒的滑动摩擦力大小为：f=μmg=0.5×0.2×10=1N，摩擦力小于重力，M的重力为G=Mg=3N，摩擦力小于重力，要保持导体棒匀速上升，则安培力方向必须水平向左，则根据左手定则判断得知棒中电流的方向为由a到b. 根据受力分析，由共点力平衡，则有F安=T−f 又：F安=BIL，联立得：I=2A 学科网（北京）股份有限公司 $