1.1磁场对通电导线的作用力（分层训练）-（解析版）-A4

第页选择性必修二（人教版2019）物理大单元设计第一单元安培力与洛伦兹力1.1磁场对通电导线的作用力[基础达标练]知识点1安培力的方向左手定则1．如图甲所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻R，金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向下，磁感应强度随时间的变化关系如图乙所示（以向下为正方向），时间内ab始终保持静止。则下列说法正确的是（）A．时间内ab中的感应电流方向总是由b到aB．时间内ab棒所受的安培力向左C．时间内ab棒所受的静摩擦力向右D．时间内穿过回路的磁通量逐渐减小【答案】C【解析】AD．根据题意，结合题图乙可知，时间内，磁场方向向下，穿过回路的磁通量逐渐减小，由楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向向下，由右手螺旋定则可知，回路中电流方向为顺时针（俯视），即ab中的感应电流方向为由a到b，时间内，磁场方向向上，穿过回路的磁通量逐渐增大，由楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向向下，由右手螺旋定则可知，回路中电流方向为顺时针（俯视），即ab中的感应电流方向为由a到b，故AD错误；B．根据上述分析可知，时间内，金属棒ab中电流方向为a→b，磁场方向向下，由左手定则可知，ab棒所受的安培力向右，故B错误；C．根据上述分析可知，时间内，金属棒ab中电流方向为a→b，磁场方向向上，由左手定则可知，ab棒所受的安培力向左，由平衡条件可知，ab棒所受的静摩擦力向右，故C正确。故选C。2．如图所示，空间存在着匀强磁场，两根相同的通电直导线P和Q用相同的绝缘细线悬挂在水平天花板下，导线中通有图示方向的电流时，两根细绳恰好与天花板垂直，则匀强磁场的方向可能是（）

A．水平向右 B．水平向左C．竖直向上 D．竖直向下【答案】D【解析】两根导线相互相互排斥，根据题意两根细绳恰好与天花板垂直可知两根导线所受的安培力在水平方向，对左边导线受力分析，导线所受安培力水平向右，根据左手定则可知匀强磁场的方向竖直向下。故选D。3．下列几幅图中表示磁场对电流作用，方向判断错误的是（）A． B．C． D．【答案】C【解析】A．根据左手定则可知，力F的方向正确，A正确；B．根据左手定则可知，力F的方向正确，B正确；C．根据左手定则可知，力F的方向向下，C错误；D．根据左手定则可知，力F的方向正确，D正确。本题选不正确项，故选C。4．我国西电东送“大动脉”超高压银东直流输电工程，西起宁夏银川，东至山东青岛，线路全长1333公里，额定输送量400万千瓦，设某段沿东西方向的两条平行输电线在同一水平面内，且与电源、负载组成闭合回路，已知这段输电线所在处的地磁场方向与地面平行，则（）A．两条输电线中电流间相互作用的安培力为斥力B．两条输电线中电流间相互作用的安培力为引力C．地磁场对两条输电线中电流的作用力方向均竖直向上D．地磁场对两条输电线中电流的作用力均为零【答案】A【解析】AB．两条输电线，电流方向相反，根据电流同向相吸，异向相斥，即两条输电线中电流间相互作用的安培力为斥力，故A正确，B错误；C．电流方向不相同，在同一地磁场中，受到的磁场作用力方向不一样，故C错误；D．地磁场方向与电流垂直，由左手定则，知地磁场对两条输电线中电流的作用力一个向上一个向下，故D错误。故选A。知识点2安培力的大小5．如图，导体棒a放置在光滑绝缘水平面上，固定的长为L的长直导线b与a平行放置在同一水平面上，导体棒a与力传感器相连a、b中分别通有大小为Ia、Ib的恒定电流，Ia方向如图所示，Ib方向未知，导体棒a静止时，通过分析传感器数据，发现a受到b的吸引力大小为F，则Ib的方向和Ia在b处产生的磁感应强度的大小为（）A．与Ia同向， B．与Ia同向，C．与Ia反向， D．与Ia反向，【答案】A【解析】根据同向电流相吸，异向电流相斥，则它们的电流方向相同，a受到的安培力为F，电流为Ia，长度为L，则所以Ia在b处产生的磁感应强度的大小为故选A。6．通电直导线ab的质量为m、长为l，用两根细线把导线水平吊起，导线上的电流为I，方向如图所示。在竖直方向加一个方向向上的匀强磁场，导线处于平衡时悬线与竖直方向成，已知：，重力加速度为g。则磁感应强度B的大小为（）A． B． C． D．【答案】B【解析】对导线进行受力分析，受重力、安培力和细线拉力，如图所示，根据平衡条件可得即故选B。7．如右图所示，由六根相同的导体棒连接而成的正六边形导线框abcdef固定在垂直纸面向里的匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直，线框顶点a、b与恒压直流电源（内阻不计）两端相接，已知闭合开关后，导体fe受到的安培力大小为F（不计导体棒间相互作用），则下列说法正确的是（）A．导体棒ab受到的安培力大小也为F B．导体棒cd、ef受到的安培力相同C．导线框abcdef所受安培力的合力为6F D．导线框abcdef所受安培力的合力为l.2F【答案】C【解析】A．设ab的电阻为R，由电阻定律知afedcb的电阻为5R，若ab中的电流为I，则afedcb中的电流为，由安培力F=BIL可知，导体棒ab受到的安培力大小为5F，故A错误；B．由左手定则可知导体棒cd、ef受到的安培力方向不同，故B错误；CD．af与dc所受安培力大小相等，方向相反；fe与cb所受安培力大小相等，方向相反，ab所受安培力为5F，则ed所受安培力为F且方向与ab所受安培力方向相同，所以线框受到的安培力合力大小为6F，故C正确，D错误。故选C。8．如图所示，纸面内有粗细均匀的相同金属导体弯制成的两个相同的正三角形金属框和，边中间断开，用导线连接两点，并从端通入大小恒定的电流，从端引出电流，同时将金属框放入垂直纸面向里的匀强磁场中，则（）A．两点间与两点间的电压之比为B．两点间与两点间的电压之比为C．金属框和所受的安培力大小之比为D．金属框和所受的安培力大小之比为【答案】C【解析】AB．设三角形金属框每个边的电阻为，电流流过时，电路中与串联，再与并联，有电流流过时，电路中与串联，故则两点间与两点间的电压之比为故AB错误；CD．流过的电流是流过和电流的2倍，和的有效长度与相等，由左手定则可知，边所受安培力向上，与边所受安培力的合力向上，故金属框所受的安培力大小为同理，金属框所受的安培力大小为所以故C正确，D错误。故选C。知识点3磁电式电流表9．如图甲是磁电式电流表的结构图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布。线圈中a、b两条导线长度均为l，未通电流时，a、b处于图乙所示位置，两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。通电后，a导线中电流方向垂直纸面向外，大小为I，则（）

A．该磁场是匀强磁场B．线圈平面总与磁场方向垂直C．线圈将逆时针转动D．a导线受到的安培力大小始终为BIl【答案】D【解析】A．由图乙可知，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，磁感应强度大小均为B，可方向均不相同，因此该磁场不是匀强磁场，A错误；B．由图乙可知，线圈平面总与磁场方向平行，B错误；C．通电后，a导线中电流方向垂直纸面向外，b导线中电流方向垂直纸面向里，由左手定则判定，a导线受安培力方向向上，b导线受安培力方向向下，则线圈将顺时针转动，C错误；D．a导线中电流方向始终与磁场方向垂直，磁感应强度B与电流I均大小不变，由安培力公式可知，a导线受到的安培力大小始终为BIl，D正确。故选D。10．图甲为实验室里某型号磁电式电流表结构。矩形线圈匝数为n，电阻为R。矩形线圈处在均匀辐射状磁场中，如图乙所示，线圈左右两边所在之处的磁感应强度大小均为B。若线圈受到的安培力和螺旋弹簧的弹力达到平衡时，指针达到稳定。下列说法正确的是（

）A．如图甲所示，线圈顺时针转动过程中，穿过铝框的磁通量减少B．在线圈转动范围内，线圈所受安培力大小与电流大小有关，而与所处位置无关C．通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度就越小D．更换劲度系数更小的螺旋弹簧，可以减小电流表的灵敏度（灵敏度即）【答案】B【解析】A．顺时针旋转的过程中，穿过铝框的磁感线根数增加，磁通量增加，故A错误；B．线圈左右两边所在之处的磁感应强度大小均为B，无论什么位置磁感应强度大小都相等，根据安培力的表达式可知，安培力的大小只与电流大小相关，与所在位置无关，故B正确；C．线圈中的电流越大，线框所受到的安培力越大，电流表指针偏转也就越大，故C错误；D．更换劲度系数更小的螺旋弹簧，电流变化量相等时，安培力变化量相等，但转动角度变化量大，故灵敏度增加，故D错误。故选B。[能力提升练]11．（多选）兼善中学“物理魔法社”的同学研究通电直导线在磁场中受力情况的小实验，装置如图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一轻质挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤读数为F1；现在磁铁上方中心偏左位置固定一导体棒，当导体棒中通入方向垂直纸面向里的电流后，台秤读数为F2；则以下说法正确的是（）

A．弹簧长度将变长 B．弹簧长度将变短C．F1＜F2 D．F2＜F1【答案】BD【解析】AB．以导体棒为研究对象，根据左手定则判断可知，其所受安培力斜向右下方，根据牛顿第三定律可知，磁铁受到导体棒对它的作用力斜向左上方，则磁铁将向左运动，弹簧被压缩，长度变短，故A错误，B正确；CD．由于磁铁受到导体棒对它的作用力斜向左上方，则可知磁铁对弹簧秤的压力减小，因此有故C错误，D正确。故选BD。12．（多选）特高压直流输电是国家重点工程，如图所示，高压输电线上使用“正方形间隔棒”支撑导线L1、L2、L3、L4，其目的是固定各导线间距，防止导线互相碰撞，图中导线L1、L2、L3、L4水平且恰好处在正四棱柱的四条棱上，的几何中心为点，点到导线的距离远小于导线的长度，忽略地磁场，当四根导线通有等大、同向的电流时，则（）A．点的磁感应强度为零B．点的磁感应强度沿连线方向C．L1对L2的安培力比L1对L3的安培力大D．L1所受安培力的方向为从L1指向L2【答案】AC【解析】AB．根据安培定则以及对称性，L1和L3在O点处的磁感应强度为零，L2和L4在O点处的磁感应强度为零，所以O点处的磁感应强度为零，故A正确，B错误；C．越靠近通电直导线，磁感应强度越强，所以L1导线在L2处产生的磁感应强度大于在L3处的磁感应强度，所以L1对L2的安培力大于L1对L3的安培力，故C正确；D．若通电导线均通垂直纸面向外的电流，根据安培定则可得L2、L3、L4在L1处的磁感应强度的方向从L4指向L2，再根据左手定则可以确定，L1受到的安培力的方向应与磁感应强度方向垂直，即从L1指向L3，故D错误。故选AC。13．（多选）将一段裸铜导线弯成如图甲所示形状的线框，将它置于一节5号干电池上（线框上端的弯折位置A与正极良好接触），一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极，使铜导线框下面的两端P、Q与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会开始转动，成为一个“简易电动机”。关于该“简易电动机”，下列说法中正确的是（）A．如果导线框下面的两端P、Q有一端与磁铁表面不接触，线框也会发生转动B．如果磁铁吸附在电池负极的磁极调换一下，线框转动的方向也应该改变C．如果磁铁吸附在电池负极的是S极，则从上向下看，线框做逆时针转动D．如果线框下面只有一端导线与磁铁良好接触，则线框将上下振动【答案】ABC【解析】假设磁铁下端为N极，上端为S极，则线框周围的磁场方向向上，由于线框的下端靠近磁极，所以受力较大，起主要作用，根据电池正、负极画出电流的方向如图所示，根据左手定则判断出安培力的方向如图所示，说明从上向下看，线框逆时针转动，线框中有电流就能够转动，当导线框下面两端P、Q有一端与磁铁表面不接触时，线框中也有电流，能够发生转动，改变磁场的方向，则线框转动的方向改变。故选ABC。14．（多选）某电子天平原理如图甲所示，E形磁铁的两侧为N极，中心为S极，两极间的磁感应强度大小均为B，磁极宽度均为L，忽略边缘效应，一总电阻为R的均匀导线绕成的正方形线圈套于中心磁极，其骨架与秤盘连为一体，当质量为m的重物放在秤盘上时，弹簧被压缩，秤盘和线圈一起向下运动（骨架与磁极不接触），随后线圈两端C、D与外电路接通对线圈供电，使秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止，由此时对应的供电电流可确定重物的质量。为了确定该天平的性能，某同学把该天平与电压可调的直流电源（如图乙）相接，经测量发现，当质量为M的重物放在秤盘上时，直流电源输出电压为U即可使秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止，重力加速度为g。则下列说法正确的是（）A．当线圈两端C、D与外电路接通对线圈供电时，线圈的C端应与外电路中的H端相接，D端应与G端相接B．线圈的匝数为C．当质量为2M的重物放在秤盘上时，直流电源输出电压为2UD．若增加线圈的匝数，则能增大电子天平能称量的最大质量【答案】BC【解析】A．线圈两端C、D与外电路接通对线圈供电，使秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止，说明线圈受到的安培力向上，根据左手定则可知，电流应该从D端流入线圈，故线圈的D端应与外电路电源的正极（H端）相接，C端应与外电路中的G端（负极）相接，故选项A错误；B．设线圈的匝数为n，外电路接通使秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止时根据平衡条件得Mg＝2nBIL其中I＝联立上述两式得Mg＝2nBL解得故选项B正确；C．根据Mg＝2nBL知，当质量为2M的重物放在秤盘上时，直流电源输出电压为2U，选项C正确；D．设线圈电阻的电阻率为ρ，导线的横截面积为S，则R＝ρ可得可见增加线圈的匝数，无法增大电子天平能称量的最大质量，故选项D错误。故选BC。15．（多选）实验室常用的电流表是磁电式仪表，其结构示意图如图甲所示，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布如图乙所示。当线圈通以如图乙所示的电流时端电流方向为垂直纸面向外，下列说法正确的是（）A．根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱B．线圈在转动过程中，它的磁通量都在变化C．线圈中电流增大时，螺旋弹簧被扭紧，阻碍线圈转动D．当线圈转到如图乙所示的位置，安培力的作用使线圈沿逆时针方向转动【答案】AC【解析】A.电流在磁场中由于受安培力而发生转动，电流方向始终与磁场方向垂直，电流越大则偏角越大，所以根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱，A正确；B.内部磁场为幅状磁场，其方向始图与线圈平行，故磁通量始终为零，B错误；C.当通电后，处于磁场中的线圈受到安培力作用，使其转动，螺旋弹簧被扭动，则受到弹簧的阻力，从而阻碍线圈转动，当力矩平衡时指针达到静止，C正确；D.由左手定则可知，a端线圈受力向上，b端受力向下，安培力使线圈顺时针转动，D错误。故选AC。16．（多选）利用如图所示的实验装置可以测量磁感应强度，其中2为力敏传感器，3为数字电压表，5为底部长为L的线框。当外界拉力作用于力敏传感器的弹性梁上时，数字电压表上的读数U与所加外力F成正比，即U=kF，式中k为比例系数。用绝缘悬丝把线框固定在力敏传感器的挂钩上，并用软细铜丝连接线框与电源，当线框中电流为零时，数字电压表的读数为U0；当线框中电流为I时，输出电压为U。则下列说法中正确的是（）

A．线框受到的安培力为 B．线框受到的安培力为C．磁感应强度的大小为 D．磁感应强度的大小为【答案】BD【解析】AB．当线框中电流为零时，线框受到重力和拉力，处于平衡状态，则有根据牛顿第三定律有根据题中函数表达式有当线框中电流为I时，线框受到重力、拉力和安培力，处于平衡状态，则有根据牛顿第三定律有根据题中函数表达式有解得故B正确，A错误；CD．根据安培力公式解得故C错误，D正确。故选BD。[高频考题实战练]17．（2024·贵州·高考真题）如图，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，且，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【答案】C【解析】根据右手螺旋定则可知导线框所在磁场方向向里，由于，可知左侧的磁场强度大，同一竖直方向上的磁场强度相等，故导线框水平方向导线所受的安培力相互抵消，根据左手定则结合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。18．（2024·浙江·高考真题）磁电式电表原理示意图如图所示，两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，两者之间有可转动的线圈。a、b、c和d为磁场中的四个点。下列说法正确的是（）A．图示左侧通电导线受到安培力向下 B．a、b两点的磁感应强度相同C．圆柱内的磁感应强度处处为零 D．c、d两点的磁感应强度大小相等【答案】A【解析】A．由左手定则可知，图示左侧通电导线受到安培力向下，选项A正确；

B．a、b两点的磁感应强度大小相同，但是方向不同，选项B错误