高中人教版 (2019)磁场对通电导线的作用力一课一练

这是一份高中人教版 (2019)磁场对通电导线的作用力一课一练，共7页。试卷主要包含了安培力，左手定则，优点等内容，欢迎下载使用。
考点一：安培力的方向
1．安培力：通电导体在磁场中受的力．
2．左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．
3．安培力方向、磁场方向、电流方向的关系．
F⊥B、F⊥I，即F垂直于B和I所决定的平面．
考点二：安培力的大小
三种情形eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(1B与I垂直时：F＝BIL.,2B与I平行时：F＝0.,3B与I成θ角时：F＝BILsin θ.))
重难点升华理解：
1．对安培力F＝ILBsin θ的理解
(1)当B与I垂直，即θ＝90°时，F＝ILB；当B与I成θ角时，F＝ILBsin θ，θ是B与I的夹角．
(2)公式F＝ILBsin θ中：
①B对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁感应强度的影响．
②L是有效长度，匀强磁场中弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图)；相应的电流沿L由始端流向末端．
2．F＝ILBsin θ的适用条件：导线所处的磁场应为匀强磁场；在非匀强磁场中，公式仅适用于很短的通电导线．
考点三：磁电式电流表
1．原理：安培力与电流的关系．通电线圈在磁场中受到安培力而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越大．根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向．
2．构造：磁体、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴．
3．特点：极靴与铁质圆柱间的磁场沿半径方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，且线圈左右两边所在处的磁感应强度大小相等．
4．优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流．
缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱．
二：考点题型归纳
题型一：安培力的方向(左手定则)
1．(2022·北京·杨镇第一中学高二期中)在图所示的四幅图中，正确标明了通电导线所受安培力F方向的是( )
A． B． C． D．
2．(2022·贵州·凯里一中高二期中)下列情景中，关于通电导线在磁场中所受安培力的方向判断正确的是( )
A．如图甲所示，通电导线静止，磁场垂直纸面向里
B．如图乙所示，磁场与竖直方向的夹角为，电流方向垂直纸面向里
C．如图丙所示，磁场竖直向上，导轨水平放置
D．如图丁所示，导体棒静止，磁场竖直向上
3．(2022·新疆喀什·高二期末)下列各图中标出了匀强磁场中通电直导线受安培力的方向，正确的是( )
A． B． C． D．
题型二:两根通电电流的相互作用力
4．(2022·重庆·高二期末)如图所示，纸面内固定有甲、乙两平行长直导线，分别通有电流强度为、且方向相同的恒定电流，点位于纸面内并且是两平行长直导线间中点，下列说法正确的是( )
A．甲、乙互相排斥，点磁场方向垂直纸面向外 B．甲、乙互相排斥，点磁场方向垂直纸面向里
C．甲、乙互相吸引，点磁场方向垂直纸面向里 D．甲、乙互相吸引，点磁场方向垂直纸面向外

5．(2022·北京四中高二期末)如图所示，两平行直导线1和2竖直放，通以方向相反大小相等的电流，a点在导线1的左侧，位于两导线所在的平面内。不考虑地磁场的作用，则下列说法正确的是( )
A．a点的磁感应强度可能为零B．a点的磁场方向可能垂直于纸面向外
C．导线1受到的安培力方向向右D．导线2受到的安培力方向向右
6．(2022·浙江宁波·高二期中)如图所示，垂直穿过纸面的三根导线a，b和c分别位于等边三角形的三个顶点，通有大小为I、I和的恒定电流，方向如图。导线c所受安培力的方向( )
A．与边平行，竖直向上B．与边平行，竖直向下
C．与边垂直，指向左边D．与边垂直，指向右边
题型三：安培力的计算和应用
7．(2022·福建·光泽县第二中学高二阶段练习)长度为L、通有电流为I的直导线放入一匀强磁场中，电流方向与磁场方向如图所示，已知磁感应强度为B，对于下列各图中，导线所受安培力的大小计算不正确的是( )
A．B．
C．D．
8．(2022·辽宁·凤城市第一中学高二期中)如图所示，质量为m、长为L的导体棒电阻为，初始时静止于光滑的水平轨道上，电源电动势为E，内阻为，匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与轨道平面成角斜向上方，开关闭合后导体棒开始运动，则( )
A．导体棒向左运动 B．开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为
C．开关闭合瞬间导体棒MN所受安培力为 D．开关闭合瞬间导体棒的加速度

9．(2022·辽宁·凤城市第一中学高二期中)如图所示，三根长度均为L的直线电流在空间构成等边三角形，电流的方向垂直纸面向里。电流大小均为I，其中A、B电流在C处产生的磁感应强度的大小均为，直线电流C的质量为，重力加速度为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，C位于水平面恰好处于静止状态，则C受到的摩擦力方向和C与水平面的动摩擦因数分别是( )
水平向右，B．水平向左，
C．水平向右，D．水平向左，
题型四：计算非直安培力的大小和方向
10．(2022·安徽·定远县育才学校高二期末)如图所示，边长为L的等边三角形线框PMN由三根相同的导体棒连接而成，线框平面与磁感应强度方向垂直，当流入M点的电流为I时，导体棒MP受到的安培力大小为F，则( )
A．MN边受到的安培力的大小为0.5F B．整个线框受到的安培力的大小为2F
C．匀强磁场的磁感应强度大小为 D．匀强磁场的磁感应强度大小为

11．(2022·江苏省高邮市教育局高二期中)如图所示，空间存在磁感应强度大小为B、方向水平向右的匀强磁场。现将一段圆弧形导线ab竖直置于磁场中，圆弧的圆心为O点，半径为R。当导线中通以从a到b的恒定电流I时，通电导线受到的安培力( )
A．大小为 B．大小为 C．方向垂直纸面向外 D．方向垂直ab向下
12．(2022·陕西·西安博爱国际学校高二期末)如图所示，将长为2L的直导线折成边长相等、夹角为60°的“V”形，并置于与其所在平面垂直的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度大小为B。当该“V”形导线受到的安培力大小为F时，通电导线中的电流为( )
A．B．C．D．
题型五：磁电式电流表原理
13．(2022·陕西·西安高新唐南中学高二期中)电流计等磁电式电表是利用永久磁铁对通电线圈的作用原理制成的，其优点是灵敏度高。构造如图甲所示，圆柱形铁芯固定于U形磁铁两极间，其中磁场是均匀辐向分布，铁芯外面套有缠绕着线圈并可转动的铝框，铝框的转轴上装有指针和游丝(又称螺旋弹簧)。下列说法中正确的是( )
A．图乙中当线圈通以如图所示电流，图中指针往左偏
B．线圈中电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也越大，线圈偏转的角度也越大
C．极靴和铁质圆柱之间磁场是匀强磁场
D．线圈无论转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，所以线圈不受安培力
14．(2022·江苏省震泽中学高二期中)中学实验室使用的电流表是磁电式电流表，内部结构示意图如图所示，其最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈，两磁极间装有极靴(软铁)，极靴中间又有一个铁质圆柱(软铁)，极靴与圆柱间有磁场区。当电流通过线圈时，线圈左右两边导线受到安培力的方向相反，于是安装在轴上的线圈就要转动，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。下列说法正确的是( )
A．为了使电流表表盘的刻度均匀，极靴与圆柱间的磁场为匀强磁场
B．线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线垂直
C．将线圈绕在闭合的铝框上，可使指针摆动幅度增大
D．在运输时用导线将电流表两个正负接线柱连在一起，可减缓运输过程指针的摆动，保护电流表
15．(2022·浙江温州·高二期末)如图甲为磁电式电流表的结构，图乙为极靴和铁质圆柱间的磁场分布，线圈、两边通以图示方向的电流，线圈两边所在处的磁感应强度大小相等。则( )
A．该磁场为匀强磁场 B．线圈将逆时针转动
C．线圈平面总与磁场方向垂直 D．线圈转动过程中两边、受安培力大小不变
题型六：斜面上导体棒的受力分析
16．(2022·湖北·高二期末)如图，在倾角为的光滑斜面上垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒，在空间加一匀强磁场，使导体棒内通有垂直纸面向外的电流I时，导体棒恰好静止在斜面上(重力加速度为g)，则下列选项正确的是( )
A．所加磁感应强度最小为，方向垂直斜面斜向下 B．所加磁感应强度最小为，方向垂直斜面斜向上
C．若所加磁场方向竖直向上，则磁感应强度大小为 D．若所加磁场方向竖直向上，则磁感应强度大小为

17．(2022·广东·饶平县第二中学高二期中)倾角为θ的光滑固定斜面体处于竖直向下的匀强磁场中，在斜面上有一根长为L、质量为m的导线，导线与磁场垂直，导线中电流为I，方向如图所示，导线恰能保持静止，重力加速度为g。则磁感应强度B的大小为( )
A．B．C．D．
18．(2022·安徽师范大学附属中学高二期中)如图，在倾角为的光滑斜面上垂直纸面放置一根长为，质量为的直导体棒，一匀强磁场垂直于斜面，当导体棒内通有垂直纸面向外的电流时，导体棒恰好静止在斜面上(重力加速度为)则( )
A．磁感应强度的大小为，方向垂直斜面斜向上 B．磁感应强度的大小为，方向垂直斜面斜向下
C．磁感应强度的大小为，方向垂直斜面斜向上 D．磁感应强度的大小为，方向垂直斜面斜向下
题型七：安培力的综合问题
19．(2022·江苏·海安高级中学高二期中)如图所示，在与水平方向成60°的光滑金属导轨间连一电源，在相距1m的平行导轨上放一重力为3N的金属棒ab，棒上通以3A的电流，磁场方向竖直向上，这时棒恰好静止。，求：(1)匀强磁场的磁感应强度B；
(2)如果磁场的大小方向可变，棒依然静止，磁场沿什么方向时磁感应强度最小，最小值为多少？
20．(2022·天津市第二南开中学高二期中)如图，两根倾斜金属导轨与地面的夹角，两导轨间距为d=0.5m，金属棒的质量为，放在导轨上且与导轨垂直。磁场的磁感应强度大小为B=1T，方向垂直导轨平面向下，电源的电动势为E=4V，R为滑动变阻器，其他电阻不计，调节滑动变阻器，使金属棒在导轨上静止。
(1)若导轨光滑，则滑动变阻器的阻值为多少？
(2)若金属棒与导轨间的动摩擦因数为，求滑动变阻器的阻值的取值范围。
21．(2022·广东·佛山市顺德区东逸湾实验学校高二期中)如图所示，平行金属导轨间距，其所在平面与水平面夹角，且处于磁感应强度、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场中。金属导轨顶端接有电动势、内阻的直流电源。现把一根质量的导体棒放在金属导轨上，此时导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨两接触点间的电阻，金属导轨电阻不计，取。已知，。求：
(1)流经导体棒的电流大小；
(2)导体棒受到的摩擦力大小及方向。
(3)若将磁场方向顺时针旋转，发现导体棒仍然保持静止，求此时导体棒受到的摩擦力。
三：课堂过关精练
一、单选题
22．(2023·江苏·高二)如图甲所示为“海影号”电磁推进实验舰艇，舰艇下部的大洞使海水前后贯通。舰艇沿海平面截面图如图乙所示，其与海水接触的两侧壁M和N分别连接舰艇内电源的正极和负极，使得M、N间海水内电流方向为，此时加一定方向的磁场，可使得M、N间海水受到磁场力作用而被推出，舰艇因此向右前进，则所加磁场的方向应为( )
水平向左 B．水平向右 C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向里

23．(2022·辽宁大连·高二期中)如图所示，通有恒定电流的、一定长度的直导线水平放置在两足够大的匀强磁场中，磁场方向如图所示，将导线在纸面内顺时针缓慢旋转的过程中，不考虑电磁感应的影响，关于甲、乙两种情况导线受到的安培力大小和方向的变化，下列说法正确的是( )
A．图甲导线受到的安培力大小一直在变，方向变化一次；图乙导线受到的安培力大小一直不变，方向一直在变
B．图甲导线受到的安培力大小一直在变，方向不变；图乙导线受到的安培力大小一直不变，方向一直在变
C．甲、乙两种情况导线受到的安培力大小不变，方向一直变化
D．甲、乙两种情况导线受到的安培力大小一直在变，方向不变
24．(2022·广东·饶平县第二中学高二)如图所示，质量为m的通电导体棒ab置于倾角为的导轨上。已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为。当导轨所在空间加如图所示的磁场时，导体棒均静止，则导体棒与导轨间摩擦力可能为零的情况是( )
A．B．C．D．
25．(2022·山东省济南市莱钢高级中学高二期中)如图所示，用两根轻细悬线将质量为m、长为l的金属棒ab悬挂在c、d两处，置于匀强磁场内。当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向θ角而处于平衡状态。为了使棒平衡在该位置上，所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为( )
A．，竖直向上 B．，竖直向下
C．，平行悬线向下 D．，平行悬线向上

26．(2022·陕西·西安市阎良区关山中学高二期中)如图所示，水平导体棒AB被两根竖直细线悬挂，置于垂直纸面向里的匀强磁场中，已知磁场的磁感应强度B=0.5T，导体棒长L=0.2m，质量m=0.1kg，重力加速度g=10m/s2，当导体棒中通以从A到B的电流时：
(1)判断导体棒所受安培力的方向；
(2)当电流I=4A时，求导体棒所受安培力的大小F；
(3)导体棒中通过的电流I'为多大时，细线中拉力刚好为0。
27．(2022·陕西·西安高新一中沣东中学高二期中)如图所示，长为0.3m、质量为0.2kg的导体棒ab，置于倾角为37°的光滑斜面上，导体棒与斜面的水平底边始终平行，已知导体棒通以从b向a的电流，电流为1A，重力加速度(，)
(1)若匀强磁场方向竖直向上，为使导体棒静止在斜面上，求磁感应强度B的大小；
(2)若匀强磁场的大小、方向都可以改变，要使导体棒能静止在斜面上，求磁感应强度的最小值和对应的方向。