1.1 磁场对通电导线的作用力专项测试（Word版含答案）

1.1、磁场对通电导线的作用力
一、选择题（共17题）
1．在图中，已标出磁场B的方向，通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受磁场力F的方向，其中正确的是（　　）
A． B． C． D．
2．如图所示，匀强磁场磁感应强度为B，方向竖直向上，移动导轨长度为L，流过导轨的电流为I，则导轨受到的安培力的大小和方向是(　　)
A． ，水平向右 B．BIL，水平向右
C．BIL，水平向左 D．，水平向左
3．如图所示，用悬线悬挂一电流为I的导体棒．悬线中的张力小于导体棒的重力，要想使悬线中张力为零，则(　　)
A．适当增大电流
B．减少磁感应强度
C．改变磁场方向
D．使原电流反向
4．如图AC是一段以O为圆心，R为半径的四分之一圆弧导线，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。当在该导线中通以由C到A，大小为I的恒定电流时，该导线受到的安培力的大小和方向是（　　）
A．BIR，平行于OC向右
B．BIR，平行于OC向左
C．，垂直AC的连线指向左下方
D．，垂直AC的连线指向右上方
5．如图所示，由相同材料制成的半径为r的圆形硬质线圈放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直．若通以图示方向的电流，且已知从P端流入的总电流为I.则线圈受到的总磁场力的大小为：
A．0 B．BIr
C．2BIr D．2πBIr
6．如图所示，一根可以自由转动的通电导线，放在条形磁铁附近，其中点恰好与磁铁中线在同一直线上，电流方向由a到b，则导线（ ）．
A．不受磁场力作用
B．垂直纸面向外平移
C．a端向外b端向里转动，且靠向磁铁
D．a端向里b端向外转动，且远离磁铁
7．条形磁铁放在水平桌面上，它的上方靠近S极一侧悬挂一根与它垂直的导电棒，如图所示（图中只画出棒的截面图）。在棒中通以垂直纸面向里的电流的瞬间，可能产生的情况是（　　）
A．磁铁对桌面的压力减小 B．磁铁对桌面的压力增大
C．磁铁不受摩擦力作用 D．磁铁受到向右的摩擦力
8．下列说法中正确的是
A．安培力的方向可以不垂直于通电立导线
B．—小段通电导线在某处不受磁场力作用,则该处磁感应强度一定为0
C．将通电直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半
D．表征磁场中某点磁场的强弱，把一小段通电导线垂直放在该点时受到的磁场力与该小段导线长度和电流乘积的比值
9．我们可以用如图所示的装置探究影响安培力方向的因素．实验中把磁铁的N极放置在金属棒上端，给金属棒通以A→B的电流，则金属棒将（ ）
A．向磁铁外摆动 B．向磁铁内摆动
C．静止不动 D．上下振动
10．以下说法哪一个是正确的（ ）
A．如果电流在磁场中不受力，说明此处无磁场． B．判断安培力方向的方法是安培定则．
C．磁通量有正负，是矢量． D．电流磁效应是由丹麦的奥斯特发现的．
11．在如图3所示电路中，电池均相同，当开关S分别置于a、b两处时，导线MM'与NN'之间的安培力的大小为Fa、Fb，判断这两段导线
A．相互吸引，Fa＞Fb B．相互吸引，Fa＜Fb
C．相互排斥，Fa＜Fb D．相互排斥，Fa＞Fb
12．2019年1月，出现在中国海军坦克登陆舰上的电磁轨道炮在全球“刷屏”，这是电磁轨道炮全球首次实现舰载测试。如图所示为电磁炮的简化原理示意图，它由两条水平放置的平行光滑长直轨道组成。轨道间放置一个导体滑块作为弹头。当电流从一条轨道流入，经弹头从另一条轨道流回时，在两轨道间产生磁场，弹头就在安培力推动下以很大的速度射出去。不计空气阻力，将该过程中安培力近似处理为恒力，为了使弹丸获得更大的速度，可适当（　 　）
A．减小平行轨道间距 B．减小轨道中的电流
C．增大轨道的长度 D．增大弹丸的质量
13．如图所示．水平面内有相距为的两平行定金属导轨，导轨左端接有电动势、内阻的电源，金属棒跨接在金属导轨上，与两金属导轨垂直并与导轨接触良好，棒接入电路部分的电阻，金属导轨电阻不计，整个装置处于磁感应强度大小的匀强磁场中，磁场方向与棒垂直且与水平面成角斜向右上方，棒始终静止于导轨上，下列说法正确的是（　　）
A．棒所受摩擦力水平向左 B．通过棒的电流为
C．棒所受安培力大小为 D．棒所受摩擦力大小为
14．如图所示，通电直导线PQ位于两平行导线的横截面MN连线的中垂线上，导线MN固定，PQ可自由转动，电流I0方向如图所示，当平行导线MN通以如图所示大小相等的电流I时，以下说法中正确的是（ ）
A．PQ顺时针旋转
B．PQ逆时针旋转
C．P端向外，Q端向里旋转
D．P端向里，Q端向外旋转
15．xy平面内，在y<0的区域存在垂直xy平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B．abcd为半径为R 的闭合圆形铝线圈，圆心的坐标为（0，0.5R），通有方向为abcda的恒定电流，线圈竖直放置，此时线圈恰好静止．重力加速度为g．下列能使线圈的加速度大小变为2g的是
A．仅将磁感应强度大小改为3B
B．仅将线圈以y轴为轴转90°
C．仅将线圈以x轴为轴转180°
D．仅将线圈向下移动至圆心位于原点
16．如图所示，小波同学在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极接电路中，沿边缘放一个圆环形电极接电路中完成“旋转的液体”实验，若蹄形磁铁两极间正对部分的磁场视为匀强磁场，电源电动势为，内阻，电阻，玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为，闭合开关后当液体稳定旋转时电压表（视为理想电压表）的示数恒为，则
A．玻璃皿中的电流方向由边缘流向中心
B．由上往下看，液体做顺时针旋转
C．流过电阻的电流为
D．闭合开关后，液体热功率为
17．在倾角的绝缘斜面上，固定一光滑金属框，宽，接入电动势、内阻的电池．垂直框面放置一根质量的金属棒，金属棒接入电路的电阻的阻值为，整个装置放在磁感应强度方向垂直框面向上的匀强磁场中，调节滑动变阻器R的阻值使金属棒静止在框架上如图所示，（框架的电阻与摩擦不计，框架与金属棒接触良好，取）则下列说法正确的是（ ）
A．金属棒受到的安培力的大小为1N
B．通过金属棒的电流强度的大小为
C．滑动变阻器R接入电路的阻值为
D．电源的输出功率为
二、填空题
18．匀强磁场中有一段长为的直导线，它与磁场方向垂直，当通过3A的电流时，直导线受到的磁力作用，拿走直导线后，该磁场的磁感应强度是______
19．与磁感线垂直放置的通电导线在磁场中受到_______力的作用，这个力的大小既跟导线的________成正比，又跟流过导线的_________________成正比。
20．安培力：______在磁场中受的力。
21．如图所示，质量为m、边长为L的正方形线圈ABCD由n匝导线绕成，线圈中有如图所示方向、大小为I的电流，在AB边的中点用细线竖直悬挂于一小盘子的下端，而小盘子通过弹簧固定在O点。在图中虚线框内有与线圈平面垂直的匀强磁场，磁感强度为B，平衡时，CD边水平且线圈ABCD有一半面积在磁场中，如图甲所示，忽略电流I产生的磁场，则穿过线圈的磁通量为____；现将电流反向（大小不变），要使线圈仍旧回到原来的位置，如图乙所示，在小盘子中必须加上质量为m的砝码。由此可知磁场的方向是垂直纸面向____（填“里”或“外”），磁感应强度大小B为____（用题中所给的B以外的其它物理量表示）。
综合题
22．某同学自制一电流表，其原理如图所示，质量Wiem的均匀细金属杆MN与一竖直悬挂的绝缘弹簧相连，弹簧的劲度系数为k，在矩形区域abcd内有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，MN的右端连接一绝缘轻指针，可指示处标尺上的刻度，MN的长度大于ab，当MN中没有电流通过且处于静止时，MN与矩形区域的ab边重合，且指针指在标尺的零刻度，当MN中有电流时，指针示数可表示电流强度．MN始终在纸面内且保持水平，重力加速度为g．
（1）当电流表的示数为零时，求弹簧的伸长量；
（2）为使电流表正常工作，判断金属杆MN中电流的方向；
（3）若磁场边界ab的长度为，bc的长度为，此时电流表的量程是多少？
23．如图所示，空间有竖直方向匀强磁场，一电阻不计，间距为20cm的光滑平行金属导轨水平放置，左端经开关接理想电源，右端向上弯成一半径r=20cm的圆弧，质量m=60g的导体棒ab垂直导轨置于圆弧最低处并接触良好，闭合开关S，导体棒运动到虚线位置时速度最大，对应的圆心角θ=53°。（sin53°=0.8，g=10m/s2，不考虑导体棒运动过程中的感应电动势）
(1)指明磁场方向和运动过程中导体棒所受的安培力大小；
(2)导体棒运动过程中的最大动能。
24．一质量为m的导体棒MN两端分别放在两个固定的光滑圆环导轨上，两导轨平行且间距为L，导轨处在竖直向上的匀强磁场中，当导体棒中通有自左向右的电流I时，导体棒恰好能静止在与竖直方向成37°角的导轨上，如图所示。已知，，重力加速度为g；
(1)试求磁场的磁感应强度大小B；
(2)若磁场大小和方向可以改变，试求能使导体棒静止在图示位置的磁感应强度的最小值Bm。
25．如图所示，当导线在与其垂直的匀强磁场中做切割磁感线运动时，中的电流方向如图所示，在图中标出导线的运动方向（用v表示），并标出导线所受安培力的方向（用表示）．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
A．由左手定则可知，所受磁场力F的方向应竖直向下，A错误；
B．由左手定则可知，B正确；
C．通电导线与磁场平行，不受磁场力的作用，C错误；
D．由左手定则可知，所受磁场力F的方向应垂直磁场指向右下方，D错误。
故选B。
2．B
【详解】
解：导体棒所受安培力为：F=BIL
根据左手定则，安培力方向水平向右，故B正确
故选B
3．A
【详解】
导体棒处于平衡有
则
A．增大电流，安培力增大，电流方向不变，则安培力方向不变，可知拉力减小，可以使拉力减为零，故A正确；
BC．适当减弱磁场，安培力大小减小，或磁场方向反向，则安培力方向反向，可知拉力增大，张力不可能减为零，故BC错误；
D．电流方向反向，则安培力方向反向，可知拉力增大，张力不可能减为零，故D错误．
故选A.
4．C
【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的连线指向左下方。
故选C。
5．C
【详解】
根据电流的串并联关系可知，流过每一个半圆的电流为I′＝I,每个半圆受到的安培力为F=BI′ 2r=BIr，方向都向上，故受到的安培力为F=2F=2BIr，故C正确，故选C.
6．C
【详解】
条形磁铁的磁感线如图所示
则由图示可知左侧导体所处的磁场方向斜向上，右侧导体所处的磁场斜向下，则由左手定则可知，左侧导体受力方向向外，右侧导体受力方向向里，故从上向下看，小磁针应为逆时针转动；当导体转过90°时，由左手定则可得导体受力向下，故可得出导体运动为逆时针转动的同时还要向下运动。即为a端转向纸外，b端转向纸里，且靠近磁铁。
A. 不受磁场力作用与分析不符，故A错误。
B. 垂直纸面向外平移与分析不符，故B错误。
C. a端向外b端向里转动，且靠向磁铁与分析相符，故C正确。
D. a端向里b端向外转动，且远离磁铁与分析不符，故D错误。
7．A
【详解】
在磁铁外部磁感线由N极指向S极，通电导体棒处在右偏下方向的磁场中，由左手定则可知其受安培力指向左下方，则条形磁铁也受到右上方的反作用力作用，这种作用力会产生两种效果，其一向上提起的效果；其二向右有运动的趋势的效果，即磁铁对桌面的压力减小，同时磁铁受到向左的摩擦力作用，故A正确，BCD错误；
故选A。
8．D
【详解】
A项：根据左手则，安培力垂直于导线和磁场决定的方向，A错误；
B项：若一小段通电导线平行磁感线放在磁场中，它不受磁场力的作用，但该处的磁感应强度不为零，故B错误；
C项：当导线从中间折成直角时，有效长度，安培力变为原来的，故C错误；
D项：根据可知，磁场中某点磁场的强弱，把一小段通电导线垂直放在该点时受到的磁场力与该小段导线长度和电流乘积的比值，故D正确．
9．B
【详解】
试题分析：磁场方向向下，电流方向向里，由左手定则可知安培力的方向水平向左，故选B
10．D
【详解】
如果电流在磁场中不受力，可能是直导线与磁场方向平行，此处不一定无磁场，选项A错误．判断安培力方向的方法是左手定则，选项B错误．磁通量是穿过某一面的磁感线的条数，虽有正负，但是标量，选项C错误．电流磁效应是由丹麦的奥斯特发现的，选项D正确；故选D．
11．C
【详解】
当电键S置于a处时电源为一节干电池电流的方向是M′MNN′，电流大小为，由于导线MM′与NN′中电流方向相反故两段导线相互排斥；当电键S置于b处时电源为两节干电池，电流的方向仍是M′MNN′，由于导线MM′与NN′中电流方向相反故两段导线相互排斥．又由于电路中灯泡电阻不变，此时电路中电流大小为；显然Ib＞Ia，MM′在NN′处的磁感应强度Ba＜Bb，应用安培力公式F=BIL可知Fa＜Fb．综上所述这两段导线相互排斥，Fa＜Fb．故C正确，ABD错误，故选C．
点睛：励磁电流越大，产生的磁场越强，而安培力F=BIL，故两通电导线之间的安培力越大．通电导线处于磁场中要受到安培力作用，可得：同向电流相互吸引，异向电流相互排斥．可作为结论让学生记住．
12．C
【详解】
A．根据题意，安培力的功等于弹头获得的动能。减小轨道间距，安培力减小，安培力做功减小，弹头获得动能减小，速度减小，故A错误；
B．减小轨道中电流，安培力减小，安培力做功减少，弹头获得动能减少，速度减小，故B错误；
C．增大轨道长度，安培力作用位移增加，做功增加，弹头获利动能增加，速度增加，故C正确；
D．只增大弹丸质量，安培力做功不变，弹头获得动能不变，所以速度减小，D错误；
故选C。
13．C
【详解】
A．对导体棒进行受力分析，可知导体棒所受的安培力方向斜向左上，与竖直方向夹角为，故棒所受的摩擦力方向水平向右，A错误；
B．通过导体棒的电流
B错误；
C．棒所受的安培力
C正确；
D．棒所受的摩擦力大小
D错误。
故选C。
14．C
【详解】
导线M和N的磁感线都是同心圆．因此对PQ上半段，M导线的磁感线指向右下，N导线的磁感线指向右上，则合磁场水平向右，用左手定则判断P端受到向外的力．同理也可以分析出Q端受向里的力．从而使得P端转向纸外，Q端转向纸里.
A．PQ顺时针旋转，与结论不相符，选项A错误；
B．PQ逆时针旋转，与结论不相符，选项B错误；
C．P端向外，Q端向里旋转，与结论相符，选项C正确；
D．P端向里，Q端向外旋转，与结论不相符，选项D错误；
15．AC
【详解】
由几何关系可知， ；开始时；当磁感应强度大小改为3B，则F安=3BIL，则加速度，选项A正确；若仅将线圈以y轴为轴转90°，则所受的安培力变为零，则加速度变为g，选项B错误；仅将线圈以x轴为轴转180°，则安培力大小不变方向变为向下，则加速度为，选项C正确；仅将线圈向下移动至圆心位于原点，则安培力变为F′安=2BIR，则加速度变为，选项D错误，故选AC.
16．AD
【详解】
A．A较B点电势高，说明玻璃皿中的电流方向由边缘流向中心，故A正确；
B．磁场方向竖直向上，电流方向指向圆心，由左手定则可知，液体逆时针旋转，故B错误；
C．由闭合电路欧姆定律可得，
流过电阻的电流为，故C错误；
闭合开关后，液体热功率为
，
故D正确．
17．ABD
【详解】
试题分析：由于金属棒处于静止状态，则：，则安培力，故选项A正确；同时可以得到：，故选项B正确；根据闭合电路欧姆定律：，可以得到：故选项C错误；电源的输出功率为，故选项D正确．
18．0.1
【详解】
由题，通电导线与磁场垂直，则磁场的磁感强度为，磁场的磁感强度由磁场本身决定，与通电导线的有无无关，故磁场的磁感强度仍为0.1T；
19． 安培 长度 电流
【详解】
与磁感线垂直放置的通电导线在磁场中受到的力叫安培力，安培力公式
F安＝
B指的是磁场强度，I指的是导线中的电流，L值得是导线的长度，所以安培力的大小既跟导线的长度成正比，又跟流过导线的电流成正比。
20．通电导线
【详解】
略
21． 外
【详解】
有效面积只有正方形面积的一半，则穿过线圈的磁通量为
由题意可知，电流反向之后，需要在盘里增加砝码，则乙图中CD边所受安培力向上，据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向外。
电流反向前，即甲图中CD边所受安培力向下，令弹簧的弹力为F，则有
F=G+nBIL
电流反向后，则有
F+nBIL=G+mg
联立解得
22．（1）；（2）M→N；（3）
【详解】
（1）设当电流表示数为零时，弹簧的伸长量为，
由平衡条件得
解得
、；
（2）电流表正常工作，金属棒所受安培力应向下，由左手定则可知，金属杆中的电流方向为：M→N；
（3）设电流表满偏时通过MN的电流为，此时金属棒到达位置，由平衡条件得
23．(1)磁场方向竖直向下，0.8N；(2)0.08J
【详解】
(1)当开关S闭合时，导体棒中电流方向从a到b，导体棒沿圆弧摆动，说明其所受安培力水平向右，由左手定则可知，磁场方向竖直向下。导体棒ab速度最大时，虚线与竖直方向的夹角
则
解得
(2)根据动能定理得
解得
24．(1)；(2)
【详解】
(1)由平衡条件得
解得
(2)当安培力与与导轨的支持力垂直时，安培力最小
解得
25．
【详解】
在R1中的电流方向向上，则ab中的电流方向向下，伸开右手，使大拇指与其余四指垂直，让磁感线穿进手心，四指则代表感应电流的方向，则大拇指代表导体的运动方向，所以ab导线的运动方向向左。
通电导体在磁场中会受到磁场对它的作用，磁场力方向用左手定则判定，伸开左手，使大拇指与其余四指垂直，让磁感线穿进手心，四指则代表感应电流的方向，则大拇指代表导体的受力方向，所以ab导线所受安培力的方向向右（见图）。
答案第1页，共2页