1.1磁場對通電導(dǎo)線的作用力（分層訓(xùn)練）-（解析版）-A4

第頁選擇性必修二（人教版2019）物理大單元設(shè)計第一單元安培力與洛倫茲力1.1磁場對通電導(dǎo)線的作用力[基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]知識點1安培力的方向左手定則1．如圖甲所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌置于水平面內(nèi)，導(dǎo)軌之間接有電阻R，金屬棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，整個裝置放在勻強磁場中，磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向下，磁感應(yīng)強度隨時間的變化關(guān)系如圖乙所示（以向下為正方向），時間內(nèi)ab始終保持靜止。則下列說法正確的是（）A．時間內(nèi)ab中的感應(yīng)電流方向總是由b到aB．時間內(nèi)ab棒所受的安培力向左C．時間內(nèi)ab棒所受的靜摩擦力向右D．時間內(nèi)穿過回路的磁通量逐漸減小【答案】C【解析】AD．根據(jù)題意，結(jié)合題圖乙可知，時間內(nèi)，磁場方向向下，穿過回路的磁通量逐漸減小，由楞次定律可知，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向向下，由右手螺旋定則可知，回路中電流方向為順時針（俯視），即ab中的感應(yīng)電流方向為由a到b，時間內(nèi)，磁場方向向上，穿過回路的磁通量逐漸增大，由楞次定律可知，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向向下，由右手螺旋定則可知，回路中電流方向為順時針（俯視），即ab中的感應(yīng)電流方向為由a到b，故AD錯誤；B．根據(jù)上述分析可知，時間內(nèi)，金屬棒ab中電流方向為a→b，磁場方向向下，由左手定則可知，ab棒所受的安培力向右，故B錯誤；C．根據(jù)上述分析可知，時間內(nèi)，金屬棒ab中電流方向為a→b，磁場方向向上，由左手定則可知，ab棒所受的安培力向左，由平衡條件可知，ab棒所受的靜摩擦力向右，故C正確。故選C。2．如圖所示，空間存在著勻強磁場，兩根相同的通電直導(dǎo)線P和Q用相同的絕緣細(xì)線懸掛在水平天花板下，導(dǎo)線中通有圖示方向的電流時，兩根細(xì)繩恰好與天花板垂直，則勻強磁場的方向可能是（）

A．水平向右 B．水平向左C．豎直向上 D．豎直向下【答案】D【解析】兩根導(dǎo)線相互相互排斥，根據(jù)題意兩根細(xì)繩恰好與天花板垂直可知兩根導(dǎo)線所受的安培力在水平方向，對左邊導(dǎo)線受力分析，導(dǎo)線所受安培力水平向右，根據(jù)左手定則可知勻強磁場的方向豎直向下。故選D。3．下列幾幅圖中表示磁場對電流作用，方向判斷錯誤的是（）A． B．C． D．【答案】C【解析】A．根據(jù)左手定則可知，力F的方向正確，A正確；B．根據(jù)左手定則可知，力F的方向正確，B正確；C．根據(jù)左手定則可知，力F的方向向下，C錯誤；D．根據(jù)左手定則可知，力F的方向正確，D正確。本題選不正確項，故選C。4．我國西電東送“大動脈”超高壓銀東直流輸電工程，西起寧夏銀川，東至山東青島，線路全長1333公里，額定輸送量400萬千瓦，設(shè)某段沿東西方向的兩條平行輸電線在同一水平面內(nèi)，且與電源、負(fù)載組成閉合回路，已知這段輸電線所在處的地磁場方向與地面平行，則（）A．兩條輸電線中電流間相互作用的安培力為斥力B．兩條輸電線中電流間相互作用的安培力為引力C．地磁場對兩條輸電線中電流的作用力方向均豎直向上D．地磁場對兩條輸電線中電流的作用力均為零【答案】A【解析】AB．兩條輸電線，電流方向相反，根據(jù)電流同向相吸，異向相斥，即兩條輸電線中電流間相互作用的安培力為斥力，故A正確，B錯誤；C．電流方向不相同，在同一地磁場中，受到的磁場作用力方向不一樣，故C錯誤；D．地磁場方向與電流垂直，由左手定則，知地磁場對兩條輸電線中電流的作用力一個向上一個向下，故D錯誤。故選A。知識點2安培力的大小5．如圖，導(dǎo)體棒a放置在光滑絕緣水平面上，固定的長為L的長直導(dǎo)線b與a平行放置在同一水平面上，導(dǎo)體棒a與力傳感器相連a、b中分別通有大小為Ia、Ib的恒定電流，Ia方向如圖所示，Ib方向未知，導(dǎo)體棒a靜止時，通過分析傳感器數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)a受到b的吸引力大小為F，則Ib的方向和Ia在b處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度的大小為（）A．與Ia同向， B．與Ia同向，C．與Ia反向， D．與Ia反向，【答案】A【解析】根據(jù)同向電流相吸，異向電流相斥，則它們的電流方向相同，a受到的安培力為F，電流為Ia，長度為L，則所以Ia在b處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度的大小為故選A。6．通電直導(dǎo)線ab的質(zhì)量為m、長為l，用兩根細(xì)線把導(dǎo)線水平吊起，導(dǎo)線上的電流為I，方向如圖所示。在豎直方向加一個方向向上的勻強磁場，導(dǎo)線處于平衡時懸線與豎直方向成，已知：，重力加速度為g。則磁感應(yīng)強度B的大小為（）A． B． C． D．【答案】B【解析】對導(dǎo)線進(jìn)行受力分析，受重力、安培力和細(xì)線拉力，如圖所示，根據(jù)平衡條件可得即故選B。7．如右圖所示，由六根相同的導(dǎo)體棒連接而成的正六邊形導(dǎo)線框abcdef固定在垂直紙面向里的勻強磁場中，線框平面與磁場方向垂直，線框頂點a、b與恒壓直流電源（內(nèi)阻不計）兩端相接，已知閉合開關(guān)后，導(dǎo)體fe受到的安培力大小為F（不計導(dǎo)體棒間相互作用），則下列說法正確的是（）A．導(dǎo)體棒ab受到的安培力大小也為F B．導(dǎo)體棒cd、ef受到的安培力相同C．導(dǎo)線框abcdef所受安培力的合力為6F D．導(dǎo)線框abcdef所受安培力的合力為l.2F【答案】C【解析】A．設(shè)ab的電阻為R，由電阻定律知afedcb的電阻為5R，若ab中的電流為I，則afedcb中的電流為，由安培力F=BIL可知，導(dǎo)體棒ab受到的安培力大小為5F，故A錯誤；B．由左手定則可知導(dǎo)體棒cd、ef受到的安培力方向不同，故B錯誤；CD．a(chǎn)f與dc所受安培力大小相等，方向相反；fe與cb所受安培力大小相等，方向相反，ab所受安培力為5F，則ed所受安培力為F且方向與ab所受安培力方向相同，所以線框受到的安培力合力大小為6F，故C正確，D錯誤。故選C。8．如圖所示，紙面內(nèi)有粗細(xì)均勻的相同金屬導(dǎo)體彎制成的兩個相同的正三角形金屬框和，邊中間斷開，用導(dǎo)線連接兩點，并從端通入大小恒定的電流，從端引出電流，同時將金屬框放入垂直紙面向里的勻強磁場中，則（）A．兩點間與兩點間的電壓之比為B．兩點間與兩點間的電壓之比為C．金屬框和所受的安培力大小之比為D．金屬框和所受的安培力大小之比為【答案】C【解析】AB．設(shè)三角形金屬框每個邊的電阻為，電流流過時，電路中與串聯(lián)，再與并聯(lián)，有電流流過時，電路中與串聯(lián)，故則兩點間與兩點間的電壓之比為故AB錯誤；CD．流過的電流是流過和電流的2倍，和的有效長度與相等，由左手定則可知，邊所受安培力向上，與邊所受安培力的合力向上，故金屬框所受的安培力大小為同理，金屬框所受的安培力大小為所以故C正確，D錯誤。故選C。知識點3磁電式電流表9．如圖甲是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)圖，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場均勻輻向分布。線圈中a、b兩條導(dǎo)線長度均為l，未通電流時，a、b處于圖乙所示位置，兩條導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強度大小均為B。通電后，a導(dǎo)線中電流方向垂直紙面向外，大小為I，則（）

A．該磁場是勻強磁場B．線圈平面總與磁場方向垂直C．線圈將逆時針轉(zhuǎn)動D．a(chǎn)導(dǎo)線受到的安培力大小始終為BIl【答案】D【解析】A．由圖乙可知，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場均勻輻向分布，磁感應(yīng)強度大小均為B，可方向均不相同，因此該磁場不是勻強磁場，A錯誤；B．由圖乙可知，線圈平面總與磁場方向平行，B錯誤；C．通電后，a導(dǎo)線中電流方向垂直紙面向外，b導(dǎo)線中電流方向垂直紙面向里，由左手定則判定，a導(dǎo)線受安培力方向向上，b導(dǎo)線受安培力方向向下，則線圈將順時針轉(zhuǎn)動，C錯誤；D．a(chǎn)導(dǎo)線中電流方向始終與磁場方向垂直，磁感應(yīng)強度B與電流I均大小不變，由安培力公式可知，a導(dǎo)線受到的安培力大小始終為BIl，D正確。故選D。10．圖甲為實驗室里某型號磁電式電流表結(jié)構(gòu)。矩形線圈匝數(shù)為n，電阻為R。矩形線圈處在均勻輻射狀磁場中，如圖乙所示，線圈左右兩邊所在之處的磁感應(yīng)強度大小均為B。若線圈受到的安培力和螺旋彈簧的彈力達(dá)到平衡時，指針達(dá)到穩(wěn)定。下列說法正確的是（

）A．如圖甲所示，線圈順時針轉(zhuǎn)動過程中，穿過鋁框的磁通量減少B．在線圈轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)，線圈所受安培力大小與電流大小有關(guān)，而與所處位置無關(guān)C．通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)角度就越小D．更換勁度系數(shù)更小的螺旋彈簧，可以減小電流表的靈敏度（靈敏度即）【答案】B【解析】A．順時針旋轉(zhuǎn)的過程中，穿過鋁框的磁感線根數(shù)增加，磁通量增加，故A錯誤；B．線圈左右兩邊所在之處的磁感應(yīng)強度大小均為B，無論什么位置磁感應(yīng)強度大小都相等，根據(jù)安培力的表達(dá)式可知，安培力的大小只與電流大小相關(guān)，與所在位置無關(guān)，故B正確；C．線圈中的電流越大，線框所受到的安培力越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)也就越大，故C錯誤；D．更換勁度系數(shù)更小的螺旋彈簧，電流變化量相等時，安培力變化量相等，但轉(zhuǎn)動角度變化量大，故靈敏度增加，故D錯誤。故選B。[能力提升練]11．（多選）兼善中學(xué)“物理魔法社”的同學(xué)研究通電直導(dǎo)線在磁場中受力情況的小實驗，裝置如圖所示，臺秤上放一光滑平板，其左邊固定一輕質(zhì)擋板，一輕質(zhì)彈簧將擋板和一條形磁鐵連接起來，此時臺秤讀數(shù)為F1；現(xiàn)在磁鐵上方中心偏左位置固定一導(dǎo)體棒，當(dāng)導(dǎo)體棒中通入方向垂直紙面向里的電流后，臺秤讀數(shù)為F2；則以下說法正確的是（）

A．彈簧長度將變長 B．彈簧長度將變短C．F1＜F2 D．F2＜F1【答案】BD【解析】AB．以導(dǎo)體棒為研究對象，根據(jù)左手定則判斷可知，其所受安培力斜向右下方，根據(jù)牛頓第三定律可知，磁鐵受到導(dǎo)體棒對它的作用力斜向左上方，則磁鐵將向左運動，彈簧被壓縮，長度變短，故A錯誤，B正確；CD．由于磁鐵受到導(dǎo)體棒對它的作用力斜向左上方，則可知磁鐵對彈簧秤的壓力減小，因此有故C錯誤，D正確。故選BD。12．（多選）特高壓直流輸電是國家重點工程，如圖所示，高壓輸電線上使用“正方形間隔棒”支撐導(dǎo)線L1、L2、L3、L4，其目的是固定各導(dǎo)線間距，防止導(dǎo)線互相碰撞，圖中導(dǎo)線L1、L2、L3、L4水平且恰好處在正四棱柱的四條棱上，的幾何中心為點，點到導(dǎo)線的距離遠(yuǎn)小于導(dǎo)線的長度，忽略地磁場，當(dāng)四根導(dǎo)線通有等大、同向的電流時，則（）A．點的磁感應(yīng)強度為零B．點的磁感應(yīng)強度沿連線方向C．L1對L2的安培力比L1對L3的安培力大D．L1所受安培力的方向為從L1指向L2【答案】AC【解析】AB．根據(jù)安培定則以及對稱性，L1和L3在O點處的磁感應(yīng)強度為零，L2和L4在O點處的磁感應(yīng)強度為零，所以O(shè)點處的磁感應(yīng)強度為零，故A正確，B錯誤；C．越靠近通電直導(dǎo)線，磁感應(yīng)強度越強，所以L1導(dǎo)線在L2處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大于在L3處的磁感應(yīng)強度，所以L1對L2的安培力大于L1對L3的安培力，故C正確；D．若通電導(dǎo)線均通垂直紙面向外的電流，根據(jù)安培定則可得L2、L3、L4在L1處的磁感應(yīng)強度的方向從L4指向L2，再根據(jù)左手定則可以確定，L1受到的安培力的方向應(yīng)與磁感應(yīng)強度方向垂直，即從L1指向L3，故D錯誤。故選AC。13．（多選）將一段裸銅導(dǎo)線彎成如圖甲所示形狀的線框，將它置于一節(jié)5號干電池上（線框上端的彎折位置A與正極良好接觸），一塊圓柱形強磁鐵吸附在電池的負(fù)極，使銅導(dǎo)線框下面的兩端P、Q與磁鐵表面保持良好接觸，放手后線框就會開始轉(zhuǎn)動，成為一個“簡易電動機(jī)”。關(guān)于該“簡易電動機(jī)”，下列說法中正確的是（）A．如果導(dǎo)線框下面的兩端P、Q有一端與磁鐵表面不接觸，線框也會發(fā)生轉(zhuǎn)動B．如果磁鐵吸附在電池負(fù)極的磁極調(diào)換一下，線框轉(zhuǎn)動的方向也應(yīng)該改變C．如果磁鐵吸附在電池負(fù)極的是S極，則從上向下看，線框做逆時針轉(zhuǎn)動D．如果線框下面只有一端導(dǎo)線與磁鐵良好接觸，則線框?qū)⑸舷抡駝印敬鸢浮緼BC【解析】假設(shè)磁鐵下端為N極，上端為S極，則線框周圍的磁場方向向上，由于線框的下端靠近磁極，所以受力較大，起主要作用，根據(jù)電池正、負(fù)極畫出電流的方向如圖所示，根據(jù)左手定則判斷出安培力的方向如圖所示，說明從上向下看，線框逆時針轉(zhuǎn)動，線框中有電流就能夠轉(zhuǎn)動，當(dāng)導(dǎo)線框下面兩端P、Q有一端與磁鐵表面不接觸時，線框中也有電流，能夠發(fā)生轉(zhuǎn)動，改變磁場的方向，則線框轉(zhuǎn)動的方向改變。故選ABC。14．（多選）某電子天平原理如圖甲所示，E形磁鐵的兩側(cè)為N極，中心為S極，兩極間的磁感應(yīng)強度大小均為B，磁極寬度均為L，忽略邊緣效應(yīng)，一總電阻為R的均勻?qū)Ь€繞成的正方形線圈套于中心磁極，其骨架與秤盤連為一體，當(dāng)質(zhì)量為m的重物放在秤盤上時，彈簧被壓縮，秤盤和線圈一起向下運動（骨架與磁極不接觸），隨后線圈兩端C、D與外電路接通對線圈供電，使秤盤和線圈恢復(fù)到未放重物時的位置并靜止，由此時對應(yīng)的供電電流可確定重物的質(zhì)量。為了確定該天平的性能，某同學(xué)把該天平與電壓可調(diào)的直流電源（如圖乙）相接，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)質(zhì)量為M的重物放在秤盤上時，直流電源輸出電壓為U即可使秤盤和線圈恢復(fù)到未放重物時的位置并靜止，重力加速度為g。則下列說法正確的是（）A．當(dāng)線圈兩端C、D與外電路接通對線圈供電時，線圈的C端應(yīng)與外電路中的H端相接，D端應(yīng)與G端相接B．線圈的匝數(shù)為C．當(dāng)質(zhì)量為2M的重物放在秤盤上時，直流電源輸出電壓為2UD．若增加線圈的匝數(shù)，則能增大電子天平能稱量的最大質(zhì)量【答案】BC【解析】A．線圈兩端C、D與外電路接通對線圈供電，使秤盤和線圈恢復(fù)到未放重物時的位置并靜止，說明線圈受到的安培力向上，根據(jù)左手定則可知，電流應(yīng)該從D端流入線圈，故線圈的D端應(yīng)與外電路電源的正極（H端）相接，C端應(yīng)與外電路中的G端（負(fù)極）相接，故選項A錯誤；B．設(shè)線圈的匝數(shù)為n，外電路接通使秤盤和線圈恢復(fù)到未放重物時的位置并靜止時根據(jù)平衡條件得Mg＝2nBIL其中I＝聯(lián)立上述兩式得Mg＝2nBL解得故選項B正確；C．根據(jù)Mg＝2nBL知，當(dāng)質(zhì)量為2M的重物放在秤盤上時，直流電源輸出電壓為2U，選項C正確；D．設(shè)線圈電阻的電阻率為ρ，導(dǎo)線的橫截面積為S，則R＝ρ可得可見增加線圈的匝數(shù)，無法增大電子天平能稱量的最大質(zhì)量，故選項D錯誤。故選BC。15．（多選）實驗室常用的電流表是磁電式儀表，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖甲所示，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻地輻向分布如圖乙所示。當(dāng)線圈通以如圖乙所示的電流時端電流方向為垂直紙面向外，下列說法正確的是（）A．根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以知道被測電流的強弱B．線圈在轉(zhuǎn)動過程中，它的磁通量都在變化C．線圈中電流增大時，螺旋彈簧被扭緊，阻礙線圈轉(zhuǎn)動D．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到如圖乙所示的位置，安培力的作用使線圈沿逆時針方向轉(zhuǎn)動【答案】AC【解析】A.電流在磁場中由于受安培力而發(fā)生轉(zhuǎn)動，電流方向始終與磁場方向垂直，電流越大則偏角越大，所以根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以知道被測電流的強弱，A正確；B.內(nèi)部磁場為幅狀磁場，其方向始圖與線圈平行，故磁通量始終為零，B錯誤；C.當(dāng)通電后，處于磁場中的線圈受到安培力作用，使其轉(zhuǎn)動，螺旋彈簧被扭動，則受到彈簧的阻力，從而阻礙線圈轉(zhuǎn)動，當(dāng)力矩平衡時指針達(dá)到靜止，C正確；D.由左手定則可知，a端線圈受力向上，b端受力向下，安培力使線圈順時針轉(zhuǎn)動，D錯誤。故選AC。16．（多選）利用如圖所示的實驗裝置可以測量磁感應(yīng)強度，其中2為力敏傳感器，3為數(shù)字電壓表，5為底部長為L的線框。當(dāng)外界拉力作用于力敏傳感器的彈性梁上時，數(shù)字電壓表上的讀數(shù)U與所加外力F成正比，即U=kF，式中k為比例系數(shù)。用絕緣懸絲把線框固定在力敏傳感器的掛鉤上，并用軟細(xì)銅絲連接線框與電源，當(dāng)線框中電流為零時，數(shù)字電壓表的讀數(shù)為U0；當(dāng)線框中電流為I時，輸出電壓為U。則下列說法中正確的是（）

A．線框受到的安培力為 B．線框受到的安培力為C．磁感應(yīng)強度的大小為 D．磁感應(yīng)強度的大小為【答案】BD【解析】AB．當(dāng)線框中電流為零時，線框受到重力和拉力，處于平衡狀態(tài)，則有根據(jù)牛頓第三定律有根據(jù)題中函數(shù)表達(dá)式有當(dāng)線框中電流為I時，線框受到重力、拉力和安培力，處于平衡狀態(tài)，則有根據(jù)牛頓第三定律有根據(jù)題中函數(shù)表達(dá)式有解得故B正確，A錯誤；CD．根據(jù)安培力公式解得故C錯誤，D正確。故選BD。[高頻考題實戰(zhàn)練]17．（2024·貴州·高考真題）如圖，兩根相互平行的長直導(dǎo)線與一“凸”形導(dǎo)線框固定在同一豎直平面內(nèi)，導(dǎo)線框的對稱軸與兩長直導(dǎo)線間的距離相等。已知左、右兩長直導(dǎo)線中分別通有方向相反的恒定電流，且，則當(dāng)導(dǎo)線框中通有順時針方向的電流時，導(dǎo)線框所受安培力的合力方向（）A．豎直向上 B．豎直向下 C．水平向左 D．水平向右【答案】C【解析】根據(jù)右手螺旋定則可知導(dǎo)線框所在磁場方向向里，由于，可知左側(cè)的磁場強度大，同一豎直方向上的磁場強度相等，故導(dǎo)線框水平方向?qū)Ь€所受的安培力相互抵消，根據(jù)左手定則結(jié)合可知左半邊豎直方向的導(dǎo)線所受的水平向左的安培力大于右半邊豎直方向的導(dǎo)線所受的水平向右的安培力，故導(dǎo)線框所受安培力的合力方向水平向左。故選C。18．（2024·浙江·高考真題）磁電式電表原理示意圖如圖所示，兩磁極裝有極靴，極靴中間還有一個用軟鐵制成的圓柱。極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向，兩者之間有可轉(zhuǎn)動的線圈。a、b、c和d為磁場中的四個點。下列說法正確的是（）A．圖示左側(cè)通電導(dǎo)線受到安培力向下 B．a(chǎn)、b兩點的磁感應(yīng)強度相同C．圓柱內(nèi)的磁感應(yīng)強度處處為零 D．c、d兩點的磁感應(yīng)強度大小相等【答案】A【解析】A．由左手定則可知，圖示左側(cè)通電導(dǎo)線受到安培力向下，選項A正確；

B．a(chǎn)、b兩點的磁感應(yīng)強度大小相同，但是方向不同，選項B錯誤