高一物理 安培力方向专题训练卷（含答案与解析）

高一物理·安培力方向专题训练卷（含答案与解析）适用对象：高一（提前学习磁场）或高二复习；江苏现行教学要求下，"安培力方向"对应"磁场对通电导线的作用力"一节（人教版2019课标教材选择性必修第二册第一章第1节）。试卷信息：满分100分建议用时60分钟题型：单项选择、多项选择、填空、作图、简答、综合计算使用说明：本卷为按安培力方向考点范围自编的专题训练卷，非某校原卷；题干中的"⊗"表示电流垂直纸面向里，"⊙"表示电流垂直纸面向外，"↓""↑"表示磁感线方向，"→"表示纸面内的方向。答题时先独立完成，再对照文末"参考答案与解析"逐题核对，最后看"考点主线与易错点"梳理判断流程。一、单项选择题（每小题4分，共24分）1.匀强磁场的方向竖直向下，一段直导线沿南北方向水平放置，导线中的电流方向由南向北。导线所受安培力的方向是（）A.向东B.向西C.向南D.向北2.两根平行的长直导线a、b中通有方向相同的电流，则两根导线（）A.相互吸引B.相互排斥C.之间没有相互作用D.无法判断3.一段通电直导线垂直放入匀强磁场中，导线所受安培力的方向向上。若只把导线中的电流方向反向，同时把磁场方向也反向，则导线所受安培力的方向（）A.向上B.向下C.水平向左D.水平向右4.下列四种情形中，通电直导线所受安培力一定为零的是（）A.导线与磁感线垂直B.导线与磁感线平行C.导线与磁感线成30°角D.导线与磁感线成60°角5.磁电式电流表的指针能够发生偏转，其原因是（）A.线圈中的电流产生的磁场使指针偏转B.线圈在磁场中受到安培力的作用而发生转动C.永久磁铁的磁场对指针直接产生作用力D.线圈在磁场中因磁通量变化而产生感应电流6.一矩形通电线框放入匀强磁场中，线框平面与磁感线垂直。关于线框受到的安培力，下列说法正确的是（）A.线框四边所受安培力的合力不为零，线框将平动B.线框四边所受安培力的合力为零，但线框有扩张的趋势C.线框四边所受安培力的合力为零，但线框有收缩的趋势D.线框各边均不受安培力二、多项选择题（每小题5分，共20分；全部选对得5分，选对但不全得3分，有错选得0分）7.关于安培力的方向与电流方向、磁场方向的关系，下列说法正确的是（）A.安培力的方向一定与磁场方向垂直B.安培力的方向一定与电流方向垂直C.安培力的方向一定垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面D.电流方向与磁场方向不垂直时，安培力的方向与二者都不垂直8.把一段弯曲导线放在匀强磁场中，导线两端点连线长为L，连线与磁场方向垂直，导线中通有电流I，磁感应强度为B。下列说法正确的是（）A.导线所受安培力的大小为BILB.导线所受安培力的大小与导线的弯曲形状无关C.导线所受安培力等于各小段导线所受安培力大小的总和D.导线所受安培力的方向垂直于两端点连线，且垂直于磁场方向9.两根平行的长直导线a、b中通有方向相反的电流，a中的电流大于b中的电流。下列说法正确的是（）A.两根导线相互排斥B.两根导线相互吸引C.a对b的作用力与b对a的作用力大小相等D.a受到的安培力比b大，因为a中的电流更大10.一段长为L的直导线中通有电流I，放在磁感应强度为B的匀强磁场中，导线与磁场方向的夹角为θ。下列说法正确的是（）A.θ=0时，导线不受安培力B.θ=90°时，导线所受安培力最大，大小为BILC.θ=30°时，导线所受安培力大小为BILD.导线所受安培力的大小随θ的增大而一直增大三、填空题（每空2分，共16分）11.用左手定则判断安培力的方向：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内；让磁感线垂直穿入________，并使四指指向________，这时________所指的方向就是通电导线所受安培力的方向。（3空）12.两根平行的长直导线，通以方向相同的电流时相互________；通以方向相反的电流时相互________。（2空）13.长0.5m的直导线中通有2A的电流，垂直放入磁感应强度为0.4T的匀强磁场中，导线所受安培力大小为________N；若导线与磁场方向平行，则安培力大小为________N。（2空）14.上题中，若导线与磁场方向成30°角，导线所受安培力大小为________N。（1空）四、作图题（共10分）15.（4分）下列两种情形中，导线均与磁感线垂直。请分别画出导线所受安培力的方向，并在横线上用文字注明（如"水平向右"）。（1）磁感线竖直向下（↓），导线中的电流垂直纸面向外（⊙）。答：________________（2）磁感线竖直向下（↓），导线中的电流垂直纸面向里（⊗）。答：________________16.（6分）一根通电直导线放在纸面内，电流方向水平向右（→），磁感线垂直纸面向外（⊙）。（1）画出导线所受安培力的方向并注明；（2）若只把磁场方向改为垂直纸面向里而电流方向不变，安培力的方向如何变化？五、简答与原理分析（每小题5分，共10分）17.磁电式电流表的线圈处在永久磁铁的磁场中，线圈两端连着游丝（螺旋弹簧），指针固定在线圈上。请说明：线圈通电后为什么会转动？为什么电流越大指针偏转的角度越大？游丝在其中起什么作用？18.两根平行的长直导线a、b通以方向相同的电流时相互吸引。请用安培定则（右手螺旋定则）和左手定则说明其中的原因，并说明若两根导线中的电流方向相反，它们之间的相互作用会怎样变化。六、综合计算（每小题10分，共20分）19.两根平行光滑导轨水平放置，相距0.2m，导轨沿南北方向。一根长0.2m、质量0.1kg的导体棒垂直搁在两导轨上，与导轨接触良好。整个装置处在方向竖直向下、磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中。当棒中通以2A、由西向东的电流时，棒由静止开始沿导轨运动。（g取10m/s²，不计摩擦）（1）求棒所受安培力的大小和方向；（3分）（2）求棒的加速度大小；（4分）（3）求棒在2s末的速度大小。若此时把磁场方向反向而电流方向不变，此后棒将怎样运动？（3分）20.两根平行光滑导轨与水平面成θ=37°角固定，导轨间距L=0.5m，斜面左低右高。一根质量m=0.1kg的导体棒垂直搁在两导轨上（棒垂直于纸面放置，其中电流方向垂直纸面向里⊗），整个装置处在竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中，棒处于静止状态。（g取10m/s²，sin37°=0.6，cos37°=0.8，不计摩擦）（1）判断棒所受安培力的方向，并说明该力能否使棒保持静止；（3分）（2）求磁感应强度B的大小；（4分）（3）若保持电流不变而把磁场方向反向，求此时棒沿导轨方向的加速度大小和方向。（3分）参考答案与解析一、单项选择题（每小题4分）题号答案解析1B磁场竖直向下，磁感线沿掌心穿入，掌心朝上；四指指向电流方向（向北），大拇指指向西，故安培力向西。也可用矢量判断：电流向北、磁场向下，安培力必然沿东西方向，且垂直于二者。2Aa的电流在b处产生的磁场，由安培定则判断与两导线连线垂直；b处在该磁场中，用左手定则判断其所受安培力指向a。由牛顿第三定律，a也受到指向b的力，故同向电流相互吸引。3A电流反向，安培力反向；磁场再反向，安培力又反向一次。两次反向相互抵消，安培力方向不变，仍向上。这一结论可记作"电流与磁场同时反向，安培力方向不变"。4B安培力F=BILsin5B线圈通电后处在永久磁铁的磁场中，各边受到安培力，这些力使线圈绕轴转动，指针随之偏转。指针偏转不是电流自身磁场的直接作用，也不是磁通量变化引起的感应现象。6B线框平面与磁感线垂直时，四条边中的电流方向均与磁场垂直。逐边判断可知，四条边所受安培力都垂直于对应边、指向线框外侧，因此合力为零、磁力矩为零，线框整体不平动也不转动，只有向外扩张的趋势。二、多项选择题（每小题5分）题号答案解析7ABC安培力垂直于电流方向，也垂直于磁场方向，因此垂直于二者所决定的平面；D错：电流与磁场不垂直时，二者仍能决定一个平面，安培力仍垂直于该平面，因而与二者都垂直（夹角均为90°）。8ABD弯曲导线可看作许多小段直导线的组合，安培力是各小段受力的矢量和，等效于"从起点到终点的直导线"，故大小为BIL、方向垂直于两端点连线与磁场，与弯曲形状无关。C错：各小段受力方向不同，大小相加不等于矢量和。9AC反向电流时，b处a产生的磁场方向与同向电流时相反，b受力背离a，两导线相互排斥。相互作用力是一对作用力与反作用力，大小始终相等，与两导线中电流大小是否相等无关，故D错。10ABCF=BILsin⁡θ：θ=0时F=0；θ=90°时F=BIL为最大；θ=30°时三、填空题（每空2分）题号答案解析11（第1空）掌心磁感线要垂直穿入掌心，而不是从手背穿入；掌心朝向由磁场方向决定。11（第2空）电流方向四指指向电流方向（正电荷定向移动的方向）。11（第3空）大拇指大拇指所指方向即安培力方向；若拇指与四指不垂直，判断结果会出错。12吸引；排斥"同向电流相吸、反向电流相斥"，可用第9题的推理复现，不要与电荷"同种相斥"的规律混记。13（第1空）0.4导线与磁场垂直，F=BIL=0.4×2×0.5=0.4N。13（第2空）0导线与磁场平行，θ=0，sinθ=0，安培力为零（此时并非"最大"）。140.2F=BILsin四、作图题（共10分）题号答案解析15（1）水平向右磁场竖直向下，掌心朝上；电流垂直纸面向外，四指指向观察者；大拇指指向右，故安培力水平向右，且在纸面内（与磁场、电流均垂直）。15（2）水平向左磁场方向不变，电流反向，安培力方向随之反向，由"水平向右"变为"水平向左"。两小问对比可验证"只反电流则力反向"。16（1）竖直向下电流在纸面内向右，磁场垂直纸面向外。掌心朝向纸面内（磁感线穿入掌心），四指向右，大拇指竖直向下，故安培力竖直向下。16（2）变为竖直向上只把磁场反向、电流不变，安培力方向反向，由竖直向下变为竖直向上；大小仍为BIL，不变。五、简答与原理分析（每小题5分）17.参考答案线圈通电后，处在永久磁铁磁场中的各边电流方向不同，受到的安培力方向也不同，这些力对线圈转轴形成转动力矩，使线圈转动，指针随之偏转。电流越大，各边所受安培力越大，转动力矩越大，指针偏转的角度越大。游丝随线圈转动而发生形变，产生阻碍线圈转动的力矩（恢复力矩），其大小随偏角增大而增大；当游丝的力矩与安培力产生的力矩平衡时，指针停在某一位置。因此偏转角与电流成正比，表盘刻度是均匀的。18.参考答案先取a为磁场源：由安培定则（右手螺旋定则）判断，a中电流在b所在处产生的磁场方向垂直于a、b的连线。再取b为受力对象：b处在a产生的磁场中，用左手定则（磁感线穿入掌心、四指指向b中电流方向）判断，b所受安培力指向a。由牛顿第三定律，a受到b的作用力与b受到a的作用力大小相等、方向相反，也指向b。因此两根导线相互吸引。若把其中一根导线中的电流反向（两导线电流反向），b处的磁场方向随之反向，b所受安培力变为背离a，两导线由相互吸引变为相互排斥。六、综合计算（每小题10分）19.参考答案（1）导线与磁场垂直，安培力大小F=BIL=0.5×2×0.2=0.2电流由西向东，磁场竖直向下，由左手定则判断安培力方向水平向北。（3分）（2）棒在水平方向只受安培力（导轨光滑、无摩擦），由牛顿第二定律a=方向向北，棒做匀加速直线运动。（4分）（3）2s末速度v=at=2×2=4（1分）把磁场反向、电流不变，安培力反向，变为水平向南、大小仍为0.2N，与棒的运动方向相反。棒先向北做匀减速运动，加速度大小仍为2m/s²，经2s速度减为零；此后在向南的安培力作用下，棒向南做匀加速运动，加速度大小仍为2m/s²。（2分）20.参考答案（1）磁场竖直向上，电流垂直纸面向里，由左手定则判断，安培力方向水平向右（指向斜面顶端一侧）。安培力虽有沿斜面向上的分力，但其大小可以调节：只要Fcos（2）沿斜面方向列平衡方程FF=mg又F=BIL，故B=（4分）（3）磁场反向、电流不变，安培力反向，变为水平向左，其沿斜面向下的分力与重力沿斜面向下的分力同向。沿斜面方向的合力Fa=方向沿斜面向下，棒由静止开始沿斜面下滑。（3分）考点主线与易错点判断安培力方向的三步流程先定磁场方向。永磁体外部磁场由N极指向S极；若是电流（或通电线圈）产生的磁场，先用安培定则（右手）判断该处的磁场方向。再摆左手。让磁感线垂直穿入掌心，四指指向电流方向，拇指与其他四指垂直且与手掌在同一平面内。最后定向、定量。大拇指所指即安培力方向，该方向必然同时垂直于磁场方向和电流方向；大小另用F=BILsin易错点清单左右手混用。判断电流产生的磁场方向用右手（安培定则），判断安培力方向用左手（左手定则），两者极易记反。把安培力方向当成沿磁感线或沿电流方向。安培力与磁场、电流都垂直，三者构成相互垂直