2024年高二物理寒假提升（人教版）第9天 磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力 （解析版）

【淘寶店鋪：向陽(yáng)百分百】【淘寶店鋪：向陽(yáng)百分百】第9天磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力（預(yù)習(xí)篇）目錄新知導(dǎo)航：熟悉課程內(nèi)容、掌握知識(shí)脈絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)：知識(shí)點(diǎn)全面梳理，掌握必備小試牛刀：基礎(chǔ)題+中等難度題，合理應(yīng)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(wèn)題一、安培力的方向1．安培力：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受的力．2．左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線穿過(guò)，并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向．3．安培力方向與磁場(chǎng)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(chǎng)B的方向放置的長(zhǎng)為l的通電導(dǎo)線，當(dāng)通過(guò)的電流為I時(shí)，所受安培力為F＝IlB.2．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與電流方向成θ角時(shí)，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(chǎng)中受到安培力而偏轉(zhuǎn)，線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大，被測(cè)電流就越大．根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測(cè)電流的方向．2．構(gòu)造：磁體、線圈、螺旋彈簧、指針、極靴．3．特點(diǎn)：極靴與鐵質(zhì)圓柱間的磁場(chǎng)沿半徑方向，線圈無(wú)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(yīng)強(qiáng)度大小相等．4．優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，可以測(cè)出很弱的電流；缺點(diǎn)：線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過(guò)的電流很弱．1．下圖表示一根放在磁場(chǎng)里的通電直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直，圖中已經(jīng)標(biāo)明電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度和安培力這三個(gè)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(dǎo)線受到的安培力方向應(yīng)為垂直導(dǎo)線向下，故A錯(cuò)誤；B．根據(jù)左手定則，通電導(dǎo)線受到的安培力方向應(yīng)為垂直導(dǎo)線向下，故B錯(cuò)誤；C．根據(jù)左手定則，通電導(dǎo)線受到的安培力方向應(yīng)為垂直導(dǎo)線向上，故C正確；D．根據(jù)左手定則，通電導(dǎo)線受到的安培力方向應(yīng)為垂直導(dǎo)線向右，故D錯(cuò)誤。故選C。2.長(zhǎng)度為L(zhǎng)、通有電流為I的直導(dǎo)線放入一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電流方向與磁場(chǎng)方向分別如圖所示，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B，對(duì)于下列各圖中導(dǎo)線所受安培力的大小計(jì)算正確的是()答案A解析題A圖中，導(dǎo)線不和磁場(chǎng)垂直，將導(dǎo)線投影到垂直磁場(chǎng)方向上，故F＝BILcosθ，A正確；題B圖中，導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直，故F＝BIL，B錯(cuò)誤；題C圖中，導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直，故F＝BIL，C錯(cuò)誤；題D圖中，導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直，故F＝BIL，D錯(cuò)誤．3．如圖所示,足夠長(zhǎng)的導(dǎo)體棒MN固定在相互平行的金屬導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌間距離為0.5m,通過(guò)的電流為1A,導(dǎo)體棒MN與導(dǎo)軌的夾角為30°,且處于垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.2T,則導(dǎo)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(dǎo)體棒MN在導(dǎo)軌間的有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)=0.5sin30°m=1m,導(dǎo)體棒受到的安培力F=BIL=0.2×1×1N=0.4．如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)中通電導(dǎo)線中邊與磁場(chǎng)方向平行，邊與磁場(chǎng)方向垂直，線段長(zhǎng)度相等，通電導(dǎo)線所受的安培力大小為F?，F(xiàn)將通電導(dǎo)線以為軸逆時(shí)針（俯視看）旋轉(zhuǎn)，則此時(shí)導(dǎo)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(shè)通電導(dǎo)線中電流大小為，導(dǎo)線長(zhǎng)度由圖可知，垂直磁場(chǎng)方向，平行磁場(chǎng)方向，導(dǎo)線所受到的安培力大小將通電導(dǎo)線以為軸逆時(shí)針（俯視看）旋轉(zhuǎn)后，順著磁場(chǎng)方向看，如圖所示此時(shí)，導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度為導(dǎo)線所受到的安培力大小故選B。5．(多選)如圖，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一傾角為α的光滑斜面，在斜面上放了一根長(zhǎng)L、質(zhì)量為m的導(dǎo)線，當(dāng)通以圖示方向的電流I后，導(dǎo)線恰能保持靜止，則磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)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(dǎo)線處于平衡狀態(tài)，此時(shí)支持力恰好為零，則得故B正確；C．磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直斜面向上，導(dǎo)線受到的安培力沿斜面向下，導(dǎo)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(cuò)誤；D．磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直斜面向下，導(dǎo)線受到的安培力沿斜面向上，導(dǎo)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(cuò)誤。故選AB。6．在正三角形ABC的三個(gè)頂點(diǎn)A、B、C處，各固定有一根垂直于三角形的長(zhǎng)直導(dǎo)線，每根導(dǎo)線通有大小相同的恒定電流，電流方向如圖所示，已知導(dǎo)線A受到的安培力大小為F，則導(dǎo)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(shè)兩長(zhǎng)直導(dǎo)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(duì)長(zhǎng)直導(dǎo)線A研究，受力分析如圖所示

根據(jù)力的合成可得解得對(duì)長(zhǎng)直導(dǎo)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(dǎo)線AB用懸線懸掛在電磁鐵的正上方，直導(dǎo)線可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，則接通開關(guān)（）A．A端向紙外運(yùn)動(dòng)，B端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，懸線張力變小B．A端向紙外運(yùn)動(dòng)，B端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，懸線張力變大C．A端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，B端向紙外運(yùn)動(dòng)，懸線張力變大D．A端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，B端向紙外運(yùn)動(dòng)，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(dǎo)線左半部分磁場(chǎng)斜向右上方，右半部分磁場(chǎng)斜向右下。根據(jù)左手定則，通電導(dǎo)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(yùn)動(dòng)，B端向紙外運(yùn)動(dòng)。通電導(dǎo)線旋轉(zhuǎn)至垂直紙面向里方向，而磁場(chǎng)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(zhǎng)為L(zhǎng)，通過(guò)的電流為I，處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面夾角為θ斜向上，金屬桿ab始終靜止于水平導(dǎo)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(duì)導(dǎo)軌壓力可以為0D．僅使磁感應(yīng)強(qiáng)度B反向，其它條件不變，摩擦力大小不變【答案】D【詳解】AB．對(duì)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(cuò)誤；C．豎直方向，由平衡條件得由牛頓第三定律得金屬桿對(duì)導(dǎo)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(duì)導(dǎo)軌壓力不可以為0。D．僅使磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)驗(yàn)時(shí)要滿足的條件或者實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)法正確的是（）A．甲圖為奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，圖中的通電導(dǎo)線應(yīng)沿東西方向放置B．乙圖中當(dāng)通電直導(dǎo)線附近的小磁針如圖所示，則導(dǎo)線中的電流方向向下C．丙圖中當(dāng)兩通電導(dǎo)線的電流方向相同時(shí)，兩通電導(dǎo)線會(huì)互相排斥D．丁圖中當(dāng)導(dǎo)線環(huán)中沿逆時(shí)針?lè)较蛲ㄟ^(guò)電流時(shí)，小磁針最后靜止時(shí)N極指向紙內(nèi)【答案】B【詳解】A．如圖的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明電流的磁效應(yīng)，奧斯特發(fā)現(xiàn)的，即電流周圍存在磁場(chǎng)，為了避免地磁場(chǎng)的影響，通電導(dǎo)線是沿南北方向放置的，故A錯(cuò)誤；B．乙圖中當(dāng)通電直導(dǎo)線附近的小磁針如圖所示，根據(jù)右手螺旋定則知?jiǎng)t導(dǎo)線中的電流方向向下，故B正確；C．根據(jù)通電平行直導(dǎo)線間的相互作用規(guī)律可知，同向電流相互吸引，故C錯(cuò)誤；D．根據(jù)右手螺旋定則，丁圖中當(dāng)導(dǎo)線環(huán)中沿逆時(shí)針?lè)较蛲ㄟ^(guò)電流時(shí)，導(dǎo)線環(huán)中心軸線上的磁場(chǎng)垂直紙面向外，故小磁針最后靜止時(shí)N極指向紙外，故D錯(cuò)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(zhǎng)直導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中通以如圖所示方向的電流時(shí)（）A．磁體對(duì)桌面的壓力增大，且磁體受到向右的摩擦力作用B．磁體對(duì)桌面的壓力減小，且磁體受到向右的摩擦力作用C．磁體對(duì)桌面的壓力增大，且磁體受到向左的摩擦力作用D．磁體對(duì)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(dǎo)線所在位置的磁場(chǎng)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(duì)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(duì)磁體的支持力變小，由牛頓第三定律知磁體對(duì)桌面的壓力減小，且磁體有向左運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，所以受到方向向右的摩擦力，故ACD錯(cuò)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(gè)線圈，線圈與水平磁鐵位于同一平面內(nèi)。當(dāng)線圈中通以圖示方向的電流時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)的現(xiàn)象是（）A．線圈向左擺動(dòng)B．線圈向右擺動(dòng)C．從上往下看，線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D．從上往下看，線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)【答案】AD【詳解】線圈通以順時(shí)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(dǎo)致線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dòng)，故BC錯(cuò)誤，故AD正確。故選AD。12．如圖所示，水平放置的兩導(dǎo)軌P，Q間的距離，垂直于導(dǎo)軌平面的豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，垂直于導(dǎo)軌放置的棒的質(zhì)量，系在棒中點(diǎn)的水平繩跨過(guò)定滑輪與重量的物塊相連。已知棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)，電源的電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻，導(dǎo)軌的電阻及棒的電阻均不計(jì)。棒與導(dǎo)軌圍成的平面的面積S為。重力加速度g取。（1）求通過(guò)平面的磁通量；（2）若使棒處于靜止?fàn)顟B(tài)，R最小值應(yīng)為多少？（3）若磁場(chǎng)方向在豎直面內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)角度，變?yōu)榉较?，如圖所示，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?fàn)顟B(tài)，R最大值應(yīng)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?fàn)顟B(tài)，即合外力為零，R取最小值時(shí)，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(yīng)強(qiáng)度變向后，R取最大值時(shí)，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(dǎo)軌的上端接入一個(gè)電動(dòng)勢(shì)E=6.0V，內(nèi)阻r=1.5Ω的電源，導(dǎo)軌間距L=1.00m，將一個(gè)質(zhì)量m=100g、電阻R=2.5Ω的導(dǎo)體棒放置在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌所在的空間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，導(dǎo)體棒始終保持水平與導(dǎo)軌方向垂直且緊密接觸，導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)，重力加速度g取，，。求：（1）若導(dǎo)軌光滑，閉合開關(guān)S，導(dǎo)體棒剛好靜止在導(dǎo)軌上，則勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值Bmin為多少？（2）若導(dǎo)軌粗糙，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.5，僅將第（1）問(wèn)中磁場(chǎng)的方向改為反方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變，則閉合開關(guān)，導(dǎo)體棒在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的加速度a為多少？

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

顯然，當(dāng)安培力垂直支持力，即當(dāng)安培力平行導(dǎo)軌斜面向上時(shí)此時(shí)安培力有最小值，而安培力最小是磁感應(yīng)強(qiáng)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(dǎo)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(dòng)，并與軌道保持良好接觸。電流I0從一條軌道流入，通過(guò)導(dǎo)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