2024年高二物理寒假提升（人教版）第9天 磁場對通電導線的作用力 （解析版）

【淘寶店鋪：向陽百分百】【淘寶店鋪：向陽百分百】第9天磁場對通電導線的作用力（預習篇）目錄新知導航：熟悉課程內(nèi)容、掌握知識脈絡基礎知識：知識點全面梳理，掌握必備小試牛刀：基礎題+中等難度題，合理應用安培力方向的判定安培力的大小的確定安培力作用下的平衡問題一、安培力的方向1．安培力：通電導線在磁場中受的力．2．左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線穿過，并使四指指向電流的方向，這時拇指所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向．3．安培力方向與磁場方向、電流方向的關(guān)系：F⊥B，F(xiàn)⊥I，即F垂直于B與I所決定的平面．二、安培力的大小1．垂直于磁場B的方向放置的長為l的通電導線，當通過的電流為I時，所受安培力為F＝IlB.2．當磁感應強度B的方向與電流方向成θ角時，公式F＝IlBsin_θ.三、磁電式電流表1．原理：安培力與電流的關(guān)系．通電線圈在磁場中受到安培力而偏轉(zhuǎn)，線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大，被測電流就越大．根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測電流的方向．2．構(gòu)造：磁體、線圈、螺旋彈簧、指針、極靴．3．特點：極靴與鐵質(zhì)圓柱間的磁場沿半徑方向，線圈無論轉(zhuǎn)到什么位置，它的平面都跟磁感線平行，且線圈左右兩邊所在處的磁感應強度大小相等．4．優(yōu)點：靈敏度高，可以測出很弱的電流；缺點：線圈的導線很細，允許通過的電流很弱．1．下圖表示一根放在磁場里的通電直導線，導線與磁場方向垂直，圖中已經(jīng)標明電流、磁感應強度和安培力這三個物理量的方向，其中關(guān)于三者方向的關(guān)系正確的是（）A．B．C． D．【答案】C【詳解】A．根據(jù)左手定則，通電導線受到的安培力方向應為垂直導線向下，故A錯誤；B．根據(jù)左手定則，通電導線受到的安培力方向應為垂直導線向下，故B錯誤；C．根據(jù)左手定則，通電導線受到的安培力方向應為垂直導線向上，故C正確；D．根據(jù)左手定則，通電導線受到的安培力方向應為垂直導線向右，故D錯誤。故選C。2.長度為L、通有電流為I的直導線放入一勻強磁場中，電流方向與磁場方向分別如圖所示，已知磁感應強度均為B，對于下列各圖中導線所受安培力的大小計算正確的是()答案A解析題A圖中，導線不和磁場垂直，將導線投影到垂直磁場方向上，故F＝BILcosθ，A正確；題B圖中，導線和磁場方向垂直，故F＝BIL，B錯誤；題C圖中，導線和磁場方向垂直，故F＝BIL，C錯誤；題D圖中，導線和磁場方向垂直，故F＝BIL，D錯誤．3．如圖所示,足夠長的導體棒MN固定在相互平行的金屬導軌上,導軌間距離為0.5m,通過的電流為1A,導體棒MN與導軌的夾角為30°,且處于垂直于紙面向外的勻強磁場中,勻強磁場的磁感應強度大小為0.2T,則導體棒MN所受的安培力大小為 ()A.0.02NB.0.05NC.0.1ND.0.2N答案D解析導體棒MN在導軌間的有效長度為L=0.5sin30°m=1m,導體棒受到的安培力F=BIL=0.2×1×1N=0.4．如圖所示，勻強磁場中通電導線中邊與磁場方向平行，邊與磁場方向垂直，線段長度相等，通電導線所受的安培力大小為F。現(xiàn)將通電導線以為軸逆時針（俯視看）旋轉(zhuǎn)，則此時導線所受到的安培力大小為（）A． B． C． D．【答案】B【詳解】根據(jù)題意，設通電導線中電流大小為，導線長度由圖可知，垂直磁場方向，平行磁場方向，導線所受到的安培力大小將通電導線以為軸逆時針（俯視看）旋轉(zhuǎn)后，順著磁場方向看，如圖所示此時，導線的有效長度為導線所受到的安培力大小故選B。5．(多選)如圖，在勻強磁場中有一傾角為α的光滑斜面，在斜面上放了一根長L、質(zhì)量為m的導線，當通以圖示方向的電流I后，導線恰能保持靜止，則磁感應強度可能為（）

A．方向豎直向下，大小等于B．方向水平向左，大小等于C．方向垂直斜面向上，大小等于D．方向垂直斜面向下，大小等于【答案】AB【詳解】A．磁感應強度B的方向豎直向下，則物體受到水平向左的安培力、垂直于斜面向上的支持力和豎直向下的重力，處于平衡狀態(tài)得故A正確；B．磁感應強度B的方向水平向左，則物體受到豎直向上的安培力、豎直向下的重力，導線處于平衡狀態(tài)，此時支持力恰好為零，則得故B正確；C．磁感應強度B的方向垂直斜面向上，導線受到的安培力沿斜面向下，導線受到重力、垂直斜面的支持力和沿斜面向下的安培力，不可能處于平衡狀態(tài)，故C錯誤；D．磁感應強度B的方向垂直斜面向下，導線受到的安培力沿斜面向上，導線受到重力、垂直斜面的支持力和沿斜面向上的安培力處于平衡狀態(tài)得故D錯誤。故選AB。6．在正三角形ABC的三個頂點A、B、C處，各固定有一根垂直于三角形的長直導線，每根導線通有大小相同的恒定電流，電流方向如圖所示，已知導線A受到的安培力大小為F，則導線C受到的安培力（

）

A．大小為F，方向平行AB向左 B．大小為，方向平行AB向右C．大小為，方向垂直AB向下 D．大小為F，方向垂直AB向上【答案】C【詳解】設兩長直導線間的相互作用力大小為，反向電流相互排斥，同向電流相互吸引，對長直導線A研究，受力分析如圖所示

根據(jù)力的合成可得解得對長直導線C研究，受力分析如圖所示

根據(jù)力的合成可得，C受到的安培力為解得方向垂直AB向下。故選C。7．如圖所示，將通電直導線AB用懸線懸掛在電磁鐵的正上方，直導線可自由轉(zhuǎn)動，則接通開關(guān)（）A．A端向紙外運動，B端向紙內(nèi)運動，懸線張力變小B．A端向紙外運動，B端向紙內(nèi)運動，懸線張力變大C．A端向紙內(nèi)運動，B端向紙外運動，懸線張力變大D．A端向紙內(nèi)運動，B端向紙外運動，懸線張力變小【答案】C【詳解】接通開關(guān)，由線圈電流方向，根據(jù)安培定則，可知電磁鐵左端為N極，右端為S極。則通電直導線左半部分磁場斜向右上方，右半部分磁場斜向右下。根據(jù)左手定則，通電導線左半部分受安培力向里，右半部分受安培力向外，即A端向紙內(nèi)運動，B端向紙外運動。通電導線旋轉(zhuǎn)至垂直紙面向里方向，而磁場向右，則安培力向下，則懸線張力變大。故選C。8．如圖所示，金屬桿ab的質(zhì)量為m，長為L，通過的電流為I，處在磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向與導軌平面夾角為θ斜向上，金屬桿ab始終靜止于水平導軌上，則以下正確的是（）A．金屬桿受到的安培力的大小為B．金屬桿所受摩擦力大小為C．金屬桿對導軌壓力可以為0D．僅使磁感應強度B反向，其它條件不變，摩擦力大小不變【答案】D【詳解】AB．對金屬桿做受力分析，如圖所示金屬桿受到的安培力的大小為。水平方向，由平衡條件得故AB錯誤；C．豎直方向，由平衡條件得由牛頓第三定律得金屬桿對導軌壓力大小因水平方向必須存在摩擦力才能保持平衡，故金屬桿對導軌壓力不可以為0。D．僅使磁感應強度B反向，其它條件不變，受力分析如圖所示摩擦力大小不變。故選D。9．下列有關(guān)實驗時要滿足的條件或者實驗現(xiàn)象說法正確的是（）A．甲圖為奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應的實驗，圖中的通電導線應沿東西方向放置B．乙圖中當通電直導線附近的小磁針如圖所示，則導線中的電流方向向下C．丙圖中當兩通電導線的電流方向相同時，兩通電導線會互相排斥D．丁圖中當導線環(huán)中沿逆時針方向通過電流時，小磁針最后靜止時N極指向紙內(nèi)【答案】B【詳解】A．如圖的實驗說明電流的磁效應，奧斯特發(fā)現(xiàn)的，即電流周圍存在磁場，為了避免地磁場的影響，通電導線是沿南北方向放置的，故A錯誤；B．乙圖中當通電直導線附近的小磁針如圖所示，根據(jù)右手螺旋定則知則導線中的電流方向向下，故B正確；C．根據(jù)通電平行直導線間的相互作用規(guī)律可知，同向電流相互吸引，故C錯誤；D．根據(jù)右手螺旋定則，丁圖中當導線環(huán)中沿逆時針方向通過電流時，導線環(huán)中心軸線上的磁場垂直紙面向外，故小磁針最后靜止時N極指向紙外，故D錯誤。故選B。10．一條形磁體放在水平桌面上，在其左上方固定一根與磁體垂直的長直導線，當導線中通以如圖所示方向的電流時（）A．磁體對桌面的壓力增大，且磁體受到向右的摩擦力作用B．磁體對桌面的壓力減小，且磁體受到向右的摩擦力作用C．磁體對桌面的壓力增大，且磁體受到向左的摩擦力作用D．磁體對桌面的壓力減小，且磁體受到向左的摩擦力作用【答案】B【詳解】根據(jù)條形磁體磁感線分布情況得到通電導線所在位置的磁場方向（切線方向），再根據(jù)左手定則判斷安培力方向，如圖甲根據(jù)牛頓第三定律，電流對磁體的作用力F安′與F安等大反向，如圖乙所示，根據(jù)平衡條件，可知通電后桌面對磁體的支持力變小，由牛頓第三定律知磁體對桌面的壓力減小，且磁體有向左運動的趨勢，所以受到方向向右的摩擦力，故ACD錯誤，B正確。故選B。11．(多選)如圖所示，在條形磁鐵S極附近懸掛一個線圈，線圈與水平磁鐵位于同一平面內(nèi)。當線圈中通以圖示方向的電流時，將會出現(xiàn)的現(xiàn)象是（）A．線圈向左擺動B．線圈向右擺動C．從上往下看，線圈順時針轉(zhuǎn)動D．從上往下看，線圈逆時針轉(zhuǎn)動【答案】AD【詳解】線圈通以順時針的電流，由于處于S極的磁體附近，根據(jù)左手定則可得，線圈左邊安培力垂直紙面向外，右邊安培力垂直紙面向里。從上往下看，導致線圈逆時針轉(zhuǎn)動。將通電線圈等效成小磁針，根據(jù)右手螺旋定則，可知左端為小磁針的N極，異名磁極相互吸引，因此線圈向左擺動，故BC錯誤，故AD正確。故選AD。12．如圖所示，水平放置的兩導軌P，Q間的距離，垂直于導軌平面的豎直向上的勻強磁場的磁感應強度，垂直于導軌放置的棒的質(zhì)量，系在棒中點的水平繩跨過定滑輪與重量的物塊相連。已知棒與導軌間的動摩擦因數(shù)，電源的電動勢、內(nèi)阻，導軌的電阻及棒的電阻均不計。棒與導軌圍成的平面的面積S為。重力加速度g取。（1）求通過平面的磁通量；（2）若使棒處于靜止狀態(tài)，R最小值應為多少？（3）若磁場方向在豎直面內(nèi)順時針轉(zhuǎn)動角度，變?yōu)榉较颍鐖D所示，方向與原B的方向夾角，且仍與棒垂直。為了使棒仍處于靜止狀態(tài)，R最大值應為多少？【答案】（1）；（2）；（3）【詳解】（1）根據(jù)磁通量的定義有（2）若使棒處于靜止狀態(tài)，即合外力為零，R取最小值時，電流最大，安培力向左最大，則最大靜摩擦力向右，受力分析如圖根據(jù)平衡條件可得由閉合電路的歐姆定律可得聯(lián)立解得（3）磁感應強度變向后，R取最大值時，電流最小，安培力最小，則最大靜摩擦力向左，受力分析如圖所示根據(jù)平衡條件可得由閉合電路的歐姆定律可得聯(lián)立解得13．如圖所示，在傾角θ=37°的傾斜平行導軌的上端接入一個電動勢E=6.0V，內(nèi)阻r=1.5Ω的電源，導軌間距L=1.00m，將一個質(zhì)量m=100g、電阻R=2.5Ω的導體棒放置在導軌上，導軌所在的空間存在勻強磁場，導體棒始終保持水平與導軌方向垂直且緊密接觸，導軌足夠長且電阻不計，重力加速度g取，，。求：（1）若導軌光滑，閉合開關(guān)S，導體棒剛好靜止在導軌上，則勻強磁場磁感應強度的最小值Bmin為多少？（2）若導軌粗糙，導體棒與導軌間的動摩擦因數(shù)為μ=0.5，僅將第（1）問中磁場的方向改為反方向，磁感應強度的大小不變，則閉合開關(guān)，導體棒在導軌上運動的加速度a為多少？

【答案】（1）；（2）【詳解】（1）導軌光滑，閉合開關(guān)S，導體棒剛好靜止在導軌上，根據(jù)平衡條件，做出導體棒的受力分析如圖所示

顯然，當安培力垂直支持力，即當安培力平行導軌斜面向上時此時安培力有最小值，而安培力最小是磁感應強度則有最小值，根據(jù)平衡條件有而根據(jù)閉合電路的歐姆定律有聯(lián)立解得方向垂直導軌平面向下。（2）根據(jù)題意，由牛頓第二定律有解得14．電磁軌道炮工作原理如圖所示，待發(fā)射彈體可在兩平行光滑軌道之間自由移動，并與軌道保持良好接觸。電流I0從一條軌道流入，通過導電彈體后從另一條軌道流回。軌道電流可在彈體處形成垂直于軌