高二物理同步精编分层课时专练
第1节 磁场对通电导线的作用力
一、基础专练
1．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．通电导线静止，磁场垂直纸面向里
B．磁场与竖直方向的夹角为，电流方向垂直纸面向里
C．磁场竖直向上，导轨水平放置
D．导体棒静止，磁场竖直向上
【答案】B
【详解】
A．由左手定则可知A图，通电导线受到的安培力F竖直向上，故A错误；
B．B图通电导线受到的安培力F斜向右上方且与磁场B垂直，故B正确；
C．C图通电导线受到的安培力F水平向右，故C错误；
D．D图导体棒受到的安培力F水平向右，故D错误；
故选B。
2．如图所示的三维空间内，匀强磁场方向沿+x方向，在平面xOz内有一通电直导线，若它所受的安培力方向沿+y方向，则（ ）
A．该通电导线可能沿Ox方向放置
B．该通电导线一定平行Oz方向放置
C．无论通电导线怎样放置，它总受到+y方向的安培力
D．沿+x方向观察导线中的电流方向，应该为向右方向
【答案】D
【详解】
AC．若通电导线方向与Ox方向平行，则电流方向与磁场方向平行，不受安培力，故AC错误；
B．通电导线在xOz平面内，只要不与Ox方向平行，电流方向合适，根据左手定则，总会受到+y方向上的安培力，故B错误；
D．根据左手定则知，沿+x方向观察导线中的电流方向，应该向右方向，故D正确。
故选D。
3．如图所示，三根导体杆的长度和流过其中的电流均相等，（a）图中磁场方向垂直纸面向里，导体杆与水平面间的夹角为；（b）图中磁场方向竖直向上，导体杆水平放置；（c）图中磁场方向水平向右，导体杆水平放置。若三图中的磁感应强度大小均相等，则三根导体杆受到的安培力Fa、Fb、Fc之间的大小关系为（ ）
A． B． C． D．
【答案】D
【详解】
（a）图中和（b）图中，根据左手定则可得
（c）图中磁场方向水平向右，导体杆水平放置，则可得故有，ABC错误，D正确。
故选D。
4．质量为、长为的直导体棒放置于四分之一光滑圆弧轨道上，整个装置处于竖直向上的磁感应强度为的匀强磁场中，直导体棒中通有恒定电流，平衡时导体棒与圆弧圆心的连线与竖直方向成角，其截面图如图，则导体棒中电流方向、大小分别为（ ）
A．垂直纸面向外， B．垂直纸面向里，
C．垂直纸面向外， D．垂直纸面向里，
【答案】B
【详解】
对导体棒受力分析，受水平向右的安培力，则电流的方向垂直纸面向里，由平衡可知
解得故选B。
5．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
【答案】D
【详解】
A．该磁场不是匀强磁场而是均匀辐向磁场，匀强磁场应该是一系列平行的磁感线方向相同，故A错误；
B．由左手定则可知，a受到的安培力向上，b受到的安培力向下，故线圈顺时针旋转，故B错误；
C．由图可知，线圈平面总与磁场方向平行，故C错误；
D．a、b导线始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小总为IlB，故D正确。
故选D。
6．实验室经常使用的电流表是磁电式仪表。这种电流表的构造如图甲所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的。当线圈通以如图乙所示的电流，下列说法不正确的是（ ）
A．线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行
B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动
C．当线圈转到如图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向上
D．当线圈转到如图乙所示的位置，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动
【答案】C
【详解】
A．磁场是均匀地辐向分布，所以磁感线始终与线圈平面平行，故A正确；
B．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，故B正确；
C．由左手定则可判定，当线圈转到如图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向下，故C错误；
D．由左手定则可判定，当线圈转到如图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向下，a端受到的安培力方向向上，因此安培力使线圈沿顺时针方向转动，故D正确。
本题选不正确的，故选C。
提升专练
7．两平行通电直导线P、Q靠得较近且具有弹性。如图所示，通电后P、Q均向外拓张，关于此现象，下列说法正确的是（ ）
A．导线P、Q受力大小相等
B．若只增大通过导线P的电流，导线Q则保持原来形变
C．导线P、Q间电流同向
D．导线P、Q间电流反向
【答案】AD
【详解】
A．根据牛顿第三定律，导线P、Q受力大小相等，A正确；
B．若只增大通过导线P的电流，斥力增大，导线Q形变量增大，B错误；
CD．根据同向电流相互吸引，反向电流相互排斥规律，导线P、Q间电流反向，C错误，D正确。
故选AD。
8．一个可以自由运动的线圈和一个固定的线圈互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，如图所示，当两线圈中通以图示方向大小相同的电流的一瞬间（已知每个圆环在其圆心O处独立产生的磁感应强度为），则（ ）
A．O处的磁感应强度大小为
B．O处的磁感应强度大小为
C．从左向右看，线圈将顺时针转动
D．从左向右看，线圈将逆时针转动
【答案】BC
【详解】
AB．根据安培定则以及磁感应强度的叠加法则可知通电一瞬间，O处的磁感应强度大小
故A错误，B正确；
CD．根据左手定则可知L1上半部分受到的安培力方向垂直纸面向外，下半部分受到的安培力方向垂直纸面向里，所以从左向右看，线圈将顺时针转动，故C正确，D错误。
故选BC。
9．如图，AC是一个半径为R的四分之一圆弧，将其放置在与平面AOC垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中。当该导线中通以由A到C，大小为I的恒定电流时，该导线受到安培力的大小和方向是（ ）
A．安培力大小为
B．安培力大小为为
C．安培力方向为垂直AC的连线指向左下方
D．安培力方向为垂直AC的连线指向右上方
【答案】BD
【详解】
直导线折成半径为R的圆弧形状，在磁场中的有效长度为则安培力大小为
安培力的方向与等效长度的直线垂直，根据左手定则可得，安培力的方向垂直AC的连线指向右上方。
故选BD。
10．如图所示天平可用来测定磁感应强度，天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽为，共匝，线圈下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面，当线圈中通有电流时（方向如图），在天平左右两边加上质量分别为、的砝码，天平平衡；当电流反向（大小不变）时，右边再加上质量为的砝码后，天平重新平衡，重力加速度取。由此可知（ ）
A．磁场方向垂直纸面向里
B．磁场方向垂直纸面向外
C．磁感应强度的大小为
D．仅使磁场反向和仅使电流反向等效
【答案】AD
【详解】
AB．当电流反向（大小不变）时，右边再加上质量为m
的砝码后，天平重新平衡，可知电流反向时安培力变为向上，则由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里，选项A正确，B错误；
C．由题意可知，当开始时安培力向下，则电流反向后
解得选项C错误；
D．根据左手定则可知，仅使磁场反向和仅使电流反向等效，选项D正确。
故选AD。
11．在同一光滑倾斜导轨上放同一导体棒A，下图所示是两种情况的剖面图。它们所在空间有磁感应强度大小相等的匀强磁场，但方向不同，一次垂直斜面向上，另一次竖直向上，两次导体通有相同电流分别为I1和I2，都处于静止平衡。已知斜面的倾角为θ=37°，（已知sin37°=0.6，cos37°=0.8）则（ ）
A．I1∶I2=3：5
B．I1∶I2=4∶5
C．导体棒A所受安培力大小之比F1∶F2=4∶5
D．斜面对导体棒A的弹力大小之比N1∶N2=3∶4
【答案】BC
【详解】
两种情况下，导体棒受力如图所示，I1所受的安培力沿斜面向上，I2所受的安培力水平向右；
I1所受的安培力沿斜面向上，如左图，根据共点力平衡得F1=mgsinθ；N1=mgcosθ
I2所受的安培力水平向右，如右图，根据共点力的平衡得F2=mgtanθ；
又F1=BI1L；F2=BI2L所以斜面对导体A的弹力大小之比
AD错误，BC正确。
故选BC。
12．如图所示，有两根长为L、质量为m的细导体棒a、b，a被水平放置在倾角为45°的光滑斜面上，b被水平固定在与a在同一水平面的另一位置，且a、b平行，当两细棒中均通以电流强度为I的同向电流时，a恰能在斜面上保持静止，重力加速度为g，则下列关于b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度及a的状态说法正确的是（ ）
A．方向竖直向上
B．大小为
C．同时增大细导体棒a、b的电流，a棒仍可静止
D．若使b下移，a将不能保持静止
【答案】ABD
【详解】
AB﹒根据安培定则可知通电导体棒b周围磁感线为顺时针方向，在a棒处的磁场方向竖直向上，通电导体棒a在竖直向下的重力mg、水平向右的安培力BIL、垂直斜面向上的支持力FN作用下恰能保持静止，如图
根据平衡条件有解得选项AB正确；
C﹒同时增大a、b棒中电流，a所受安培力增大，合力沿斜面向上，棒不能静止，选项C错误；
D﹒b下移后离a远一些，a受到安培力顺时针转动，且大小在减小，沿斜面方向的分力将小于重力沿斜面向下的分力，a导体棒受力不平衡，选项D正确。
故选ABD。
13．如图所示，倾角为30°的光滑斜面上放置一质量为m，长为L的通电直导线，导线内电流大小为I，方向垂直纸面向里，空间内存在平行纸面的匀强磁场，导线受到安培力作用且保持静止，已知重力加速度为g，磁感应强度大小可能是（ ）
A． B． C． D．
【答案】BCD
【详解】
导线在重力mg、安培力F和支持力N作用下保持平衡状态，如图所示，作出一系列满足要求的矢量三角形，可知当安培力与支持力垂直时，安培力有最小值，为
则磁感应强度的最小值为故A不可能，BCD可能。
故选BCD。
14．如图所示，倾角为的粗糙绝缘斜面处于垂直斜面向下的匀强磁场中，在斜面上有一根有效长度为、质量为、水平放置的导体棒，当导体棒中分别通入方向相同的电流、时，导体棒均能沿斜面匀速运动。已知，重力加速度为，则下列说法正确的是（ ）
A．通入电流时导体棒沿斜面向上运动
B．匀强磁场的磁感应强度为
C．导体棒与斜面间的动摩擦因数为
D．若电流，通入电流时也能使导体棒沿斜面做匀速直线运动
【答案】BC
【详解】
A．由题意可知通电流I1和I2时，导体棒均能沿斜面匀速运动，且I1BC．两种情况下，导体棒均匀速运动，均处于平衡状态，由平衡条件可知导体棒沿斜面向下运动时，有
导体棒沿斜面向上运动时，有
联立解得；故BC正确；
D．因I1和I2可分别使导体棒沿斜面向下或向上做匀速直线运动，而根据磁场方向可知安培力一定在沿斜面方向，摩擦力大小不变，重力沿斜面分力不变，故不存在其它电流让导体棒做匀速直线运动，故D错误。
故选BC。
15．有一固定光滑的四分之一绝缘圆弧柱形槽，如图图示为截面图，半径为R，将其放入匀强磁场中，磁感应强度方向未知，现将一质量为m、长为L、通有垂直于纸面向外、电流恒为I的直导体棒水平放于圆弧槽某位置，其与纸平面垂直，导体棒除重力、圆弧槽弹力，安培力以外其余力都忽略不计，为使导体棒分别在如图A、B两位置处于静止状态（OA与竖直方向呈30°角，OB与竖直方向呈60°角），磁场方向平行于纸面，重力加速度为g，以下说法正确的是（ ）
A．若在A处静止，所加的磁场方向由A指向O时磁感应强度最小，且大小为
B．若在B处静止，所加的磁场方向由O指向B时磁感应强度最小，且大小为
C．分别在A、B处静止时，磁场分别最小时导体棒对轨道的压力大小之比
D．若施加磁感应强度大小为，方向竖直向下的磁场，导体棒自然静止时对轨道的压力为2mg
【答案】BCD
【详解】
导体棒受重力、安培力和支持力三个力的作用下处于静止状态，三个力合力为零，即三个力可以构成一个封闭的矢量三角形，如图所示
当安培力和支持力垂直时，安培力有最小值
A．若在A处静止，安培力最小值
解得磁感应强度的最小值为故A错误；
B．若在B处静止，由解得根据左手定则可判断磁场方向为O指向B，故B正确；
C．当在A处时，磁场最小时，支持力为当在B处时，磁场最小时，支持力为
则故C正确；
D．若施加磁感应强度大小为，则安培力由左手定则知，方向水平向右，弹力与重力和安培力的合力等大反向，如图所示
得故D正确。故选BCD。高二物理同步精编分层课时专练
第1节 磁场对通电导线的作用力
一、基础专练
1．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．通电导线静止，磁场垂直纸面向里
B．磁场与竖直方向的夹角为，电流方向垂直纸面向里
C．磁场竖直向上，导轨水平放置
D．导体棒静止，磁场竖直向上
2．如图所示的三维空间内，匀强磁场方向沿+x方向，在平面xOz内有一通电直导线，若它所受的安培力方向沿+y方向，则（ ）
A．该通电导线可能沿Ox方向放置
B．该通电导线一定平行Oz方向放置
C．无论通电导线怎样放置，它总受到+y方向的安培力
D．沿+x方向观察导线中的电流方向，应该为向右方向
3．如图所示，三根导体杆的长度和流过其中的电流均相等，（a）图中磁场方向垂直纸面向里，导体杆与水平面间的夹角为；（b）图中磁场方向竖直向上，导体杆水平放置；（c）图中磁场方向水平向右，导体杆水平放置。若三图中的磁感应强度大小均相等，则三根导体杆受到的安培力Fa、Fb、Fc之间的大小关系为（ ）
A． B． C． D．
4．质量为、长为的直导体棒放置于四分之一光滑圆弧轨道上，整个装置处于竖直向上的磁感应强度为的匀强磁场中，直导体棒中通有恒定电流，平衡时导体棒与圆弧圆心的连线与竖直方向成角，其截面图如图，则导体棒中电流方向、大小分别为（ ）
A．垂直纸面向外， B．垂直纸面向里，
C．垂直纸面向外， D．垂直纸面向里，
5．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
6．实验室经常使用的电流表是磁电式仪表。这种电流表的构造如图甲所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的。当线圈通以如图乙所示的电流，下列说法不正确的是（ ）
A．线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行
B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动
C．当线圈转到如图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向上
D．当线圈转到如图乙所示的位置，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动
提升专练
7．两平行通电直导线P、Q靠得较近且具有弹性。如图所示，通电后P、Q
均向外拓张，关于此现象，下列说法正确的是（ ）
A．导线P、Q受力大小相等
B．若只增大通过导线P的电流，导线Q则保持原来形变
C．导线P、Q间电流同向
D．导线P、Q间电流反向
8．一个可以自由运动的线圈和一个固定的线圈互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，如图所示，当两线圈中通以图示方向大小相同的电流的一瞬间（已知每个圆环在其圆心O处独立产生的磁感应强度为），则（ ）
A．O处的磁感应强度大小为
B．O处的磁感应强度大小为
C．从左向右看，线圈将顺时针转动
D．从左向右看，线圈将逆时针转动
9．如图，AC是一个半径为R的四分之一圆弧，将其放置在与平面AOC垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中。当该导线中通以由A到C，大小为I的恒定电流时，该导线受到安培力的大小和方向是（ ）
A．安培力大小为
B．安培力大小为为
C．安培力方向为垂直AC的连线指向左下方
D．安培力方向为垂直AC的连线指向右上方
10．如图所示天平可用来测定磁感应强度，天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽为，共匝，线圈下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面，当线圈中通有电流时（方向如图），在天平左右两边加上质量分别为、的砝码，天平平衡；当电流反向（大小不变）时，右边再加上质量为的砝码后，天平重新平衡，重力加速度取。由此可知（ ）
A．磁场方向垂直纸面向里
B．磁场方向垂直纸面向外
C．磁感应强度的大小为
D．仅使磁场反向和仅使电流反向等效
11．在同一光滑倾斜导轨上放同一导体棒A，下图所示是两种情况的剖面图。它们所在空间有磁感应强度大小相等的匀强磁场，但方向不同，一次垂直斜面向上，另一次竖直向上，两次导体通有相同电流分别为I1和I2，都处于静止平衡。已知斜面的倾角为θ=37°，（已知sin37°=0.6，cos37°=0.8）则（ ）
A．I1∶I2=3：5
B．I1∶I2=4∶5
C．导体棒A所受安培力大小之比F1∶F2=4∶5
D．斜面对导体棒A的弹力大小之比N1∶N2=3∶4
12．如图所示，有两根长为L、质量为m的细导体棒a、b，a被水平放置在倾角为45°的光滑斜面上，b被水平固定在与a在同一水平面的另一位置，且a、b平行，当两细棒中均通以电流强度为I的同向电流时，a恰能在斜面上保持静止，重力加速度为g，则下列关于b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度及a的状态说法正确的是（ ）
A．方向竖直向上
B．大小为
C．同时增大细导体棒a、b的电流，a棒仍可静止
D．若使b下移，a将不能保持静止
13．如图所示，倾角为30°的光滑斜面上放置一质量为m，长为L的通电直导线，导线内电流大小为I
，方向垂直纸面向里，空间内存在平行纸面的匀强磁场，导线受到安培力作用且保持静止，已知重力加速度为g，磁感应强度大小可能是（ ）
A． B． C． D．
14．如图所示，倾角为的粗糙绝缘斜面处于垂直斜面向下的匀强磁场中，在斜面上有一根有效长度为、质量为、水平放置的导体棒，当导体棒中分别通入方向相同的电流、时，导体棒均能沿斜面匀速运动。已知，重力加速度为，则下列说法正确的是（ ）
A．通入电流时导体棒沿斜面向上运动
B．匀强磁场的磁感应强度为
C．导体棒与斜面间的动摩擦因数为
D．若电流，通入电流时也能使导体棒沿斜面做匀速直线运动
15．有一固定光滑的四分之一绝缘圆弧柱形槽，如图图示为截面图，半径为R，将其放入匀强磁场中，磁感应强度方向未知，现将一质量为m、长为L、通有垂直于纸面向外、电流恒为I的直导体棒水平放于圆弧槽某位置，其与纸平面垂直，导体棒除重力、圆弧槽弹力，安培力以外其余力都忽略不计，为使导体棒分别在如图A、B两位置处于静止状态（OA与竖直方向呈30°角，OB与竖直方向呈60°角），磁场方向平行于纸面，重力加速度为g，以下说法正确的是（ ）
A．若在A处静止，所加的磁场方向由A指向O时磁感应强度最小，且大小为
B．若在B处静止，所加的磁场方向由O指向B时磁感应强度最小，且大小为
C．分别在A、B处静止时，磁场分别最小时导体棒对轨道的压力大小之比
D．若施加磁感应强度大小为，方向竖直向下的磁场，导体棒自然静止时对轨道的压力为2mg
