《五、磁场对通电导线的作用力》（同步训练）初中物理九年级全一册-北师大版-2024-2025学年

《五、磁场对通电导线的作用力》同步训练(答案在后面)一、单项选择题（本大题有10小题，每小题3分，共30分）1、在磁场中，当电流方向与磁场方向垂直时，通电导线所受的安培力大小与以下哪个因素成正比？A.电流强度B.导线长度C.磁感应强度D.电流强度和导线长度的乘积2、一个通电直导线放置在垂直于其长度的均匀磁场中，若将电流强度增大一倍，同时将磁场强度减小一半，则导线所受的安培力将如何变化？A.增大一倍B.减小一半C.保持不变D.变化不确定3、一个直导线通有电流，将其放置在水平面内，若使导线受到磁场力的作用，则以下哪种情况是正确的？A.磁场方向与电流方向垂直B.磁场方向与电流方向平行C.磁场方向与导线垂直D.磁场方向与导线平行4、在磁场中，一个电流为I的直导线，长度为L，放置在磁场中，若磁场强度为B，导线与磁场方向垂直，则导线受到的安培力F的大小为：A.F=BILB.F=BI²LC.F=BL²D.F=BL/I5、下列关于通电导线在磁场中受到的力的描述，正确的是：A.通电导线在磁场中受到的力与电流方向无关B.通电导线在磁场中受到的力与电流方向总是平行C.通电导线在磁场中受到的力与磁场方向总是垂直D.通电导线在磁场中受到的力的大小与磁场强度无关6、一根直导线通有电流，放置在垂直于导线的磁场中，下列哪种情况下导线受到的磁场力最大？A.电流方向与磁场方向平行B.电流方向与磁场方向垂直C.电流方向与磁场方向成锐角D.电流方向与磁场方向成钝角7、一束水平向右的电流通过一根水平放置的直导线，放置在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，磁场方向垂直向下。若导线中电流为2A，导线的长度为1m，则导线所受的安培力大小为：A.1NB.0.5NC.1.5ND.2N8、一根直导线通有电流，放置在垂直于电流方向的匀强磁场中。若导线与磁场的夹角为60°，导线中电流为5A，磁感应强度为2T，导线的长度为0.5m，则导线所受的安培力方向为：A.与磁场方向垂直，指向导线左侧B.与磁场方向垂直，指向导线右侧C.与磁场方向平行，指向导线左侧D.与磁场方向平行，指向导线右侧9、一个直导线通有电流，放在水平面内，若要使导线所受的磁场力最大，以下哪种情况是正确的？A.磁场方向与导线垂直B.磁场方向与导线平行C.磁场方向与导线成锐角D.磁场方向与导线成钝角10、一个矩形线圈通有电流，放置在匀强磁场中，以下哪种情况会导致线圈所受的磁场力矩最大？A.线圈平面与磁场方向垂直B.线圈平面与磁场方向平行C.磁场方向穿过线圈平面D.磁场方向与线圈平面成45°角二、多项选择题（本大题有2小题，每小题3分，共6分）1、在磁场中，下列哪些情况会导致通电导线受到磁场力的作用？（）A.通电导线与磁场方向垂直B.通电导线与磁场方向平行C.通电导线在磁场中静止不动D.通电导线与磁场方向成一定角度2、一个通电直导线放置在垂直于其平面的磁场中，若要使导线受到的磁场力最大，以下哪种情况是正确的？（）A.导线电流方向与磁场方向垂直B.导线电流方向与磁场方向平行C.导线电流方向与磁场方向成90度角D.导线电流方向与磁场方向成任意角度三、简答题（本大题有4小题，每小题5分，共20分）第一题：请简述磁场对通电导线的作用力的产生原理，并解释安培力公式中的各个物理量的含义。第二题：在“奥斯特实验”中，当电流通过导线时，为什么会在导线周围产生磁场？这个磁场对放置在导线附近的磁针有什么影响？第三题：一束电流方向垂直于匀强磁场方向的通电导线，当导线与磁场方向所成角度θ逐渐增大至90°的过程中，下列说法中正确的是（）A.导线所受安培力逐渐增大B.导线所受安培力逐渐减小C.导线所受安培力保持不变D.导线所受安培力方向改变第四题：一通电直导线放在匀强磁场中，当导线与磁场方向成30°角时，导线所受的安培力为0.5N。若导线长度为0.4m，电流强度为2A，求：（1）磁场的磁感应强度是多少？（2）若将导线与磁场方向平行放置，导线所受的安培力是多少？四、计算题（本大题有2小题，每小题7分，共14分）第一题：已知一长直导线通有电流I=2A，放置在水平桌面上，导线与水平面垂直。另一根相同的导线放在导线正上方，距离为d=5cm，通有电流I’=3A。已知地磁场的水平分量B=0.5T，垂直分量B’=0.3T，且地磁场垂直纸面向里。求：（1）两根导线之间的相互作用力大小；（2）如果将两根导线平行放置，且通以相同方向的电流，求它们之间的相互作用力大小。第二题：一长直导线通以电流，电流方向垂直于水平面。在导线正上方有一矩形线圈，线圈平面与导线垂直。导线中的电流为0.5A，导线长L=10cm。矩形线圈的边长a=5cm，b=10cm。当导线中的电流增加至1A时，求线圈所受的磁力大小。五、综合题（本大题有3小题，每小题10分，共30分）第一题：一根长直导线通以电流，放置在水平方向上，已知导线的电流方向为自左向右。现有一根垂直于导线放置的矩形线圈，其一边与导线平行，且位于导线的上方，线圈边长分别为a和b。求以下问题：（1）当线圈中电流方向为顺时针时，线圈所受磁场的方向和大小；（2）当线圈中电流方向为逆时针时，线圈所受磁场的方向和大小；（3）当线圈中电流方向为顺时针时，将线圈缓慢向下移动，求线圈受到的磁场力如何变化。第二题：一根直导线通有电流，放置在水平面内。现将该导线沿水平方向向右移动一小段距离，同时保持电流方向不变。请问：导线在移动过程中，其受到的安培力会发生怎样的变化？如果将导线沿水平方向向左移动同样的距离，安培力的方向会发生怎样的变化？第三题：一根直导线通有电流，放置在匀强磁场中，导线与磁场方向垂直。已知导线的长度为20cm，电流强度为2A，磁感应强度为0.5T。求导线所受的安培力大小。《五、磁场对通电导线的作用力》同步训练及答案解析一、单项选择题（本大题有10小题，每小题3分，共30分）1、在磁场中，当电流方向与磁场方向垂直时，通电导线所受的安培力大小与以下哪个因素成正比？A.电流强度B.导线长度C.磁感应强度D.电流强度和导线长度的乘积答案：D解析：根据安培力公式F=BIL，其中F表示安培力，B表示磁感应强度，I表示电流强度，L表示导线长度。当电流方向与磁场方向垂直时，安培力的大小与电流强度和导线长度的乘积成正比。因此，选项D正确。2、一个通电直导线放置在垂直于其长度的均匀磁场中，若将电流强度增大一倍，同时将磁场强度减小一半，则导线所受的安培力将如何变化？A.增大一倍B.减小一半C.保持不变D.变化不确定答案：C解析：根据安培力公式F=BIL，当电流强度增大一倍（I变为2I），磁场强度减小一半（B变为B/2）时，导线所受的安培力计算如下：F’=(B/2)*(2I)*L=BIL=F即安培力大小保持不变。因此，选项C正确。3、一个直导线通有电流，将其放置在水平面内，若使导线受到磁场力的作用，则以下哪种情况是正确的？A.磁场方向与电流方向垂直B.磁场方向与电流方向平行C.磁场方向与导线垂直D.磁场方向与导线平行答案：A解析：根据安培力定律，通电导线在磁场中受到的力（安培力）方向与电流方向和磁场方向垂直。因此，若要使导线受到磁场力的作用，磁场方向必须与电流方向垂直。4、在磁场中，一个电流为I的直导线，长度为L，放置在磁场中，若磁场强度为B，导线与磁场方向垂直，则导线受到的安培力F的大小为：A.F=BILB.F=BI²LC.F=BL²D.F=BL/I答案：A解析：根据安培力公式F=BIL，其中F是安培力的大小，B是磁场强度，I是电流，L是导线的长度。当导线与磁场方向垂直时，安培力的大小等于B、I、L的乘积。因此，正确答案是A。5、下列关于通电导线在磁场中受到的力的描述，正确的是：A.通电导线在磁场中受到的力与电流方向无关B.通电导线在磁场中受到的力与电流方向总是平行C.通电导线在磁场中受到的力与磁场方向总是垂直D.通电导线在磁场中受到的力的大小与磁场强度无关答案：C解析：根据安培力定律，通电导线在磁场中受到的力与电流方向和磁场方向都垂直，因此选项C是正确的。选项A、B和D都与安培力定律不符。6、一根直导线通有电流，放置在垂直于导线的磁场中，下列哪种情况下导线受到的磁场力最大？A.电流方向与磁场方向平行B.电流方向与磁场方向垂直C.电流方向与磁场方向成锐角D.电流方向与磁场方向成钝角答案：B解析：根据安培力公式F=BILsinθ，其中F是磁场力，B是磁感应强度，I是电流，L是导线长度，θ是电流方向与磁场方向的夹角。当电流方向与磁场方向垂直时，sinθ7、一束水平向右的电流通过一根水平放置的直导线，放置在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，磁场方向垂直向下。若导线中电流为2A，导线的长度为1m，则导线所受的安培力大小为：A.1NB.0.5NC.1.5ND.2N答案：A解析：安培力的大小可以通过公式F=BIL来计算，其中F是安培力，B是磁感应强度，I是电流，L是导线的长度。将给定的数值代入公式中得到F=0.5T*2A*1m=1N。因此，导线所受的安培力大小为1N，选项A正确。8、一根直导线通有电流，放置在垂直于电流方向的匀强磁场中。若导线与磁场的夹角为60°，导线中电流为5A，磁感应强度为2T，导线的长度为0.5m，则导线所受的安培力方向为：A.与磁场方向垂直，指向导线左侧B.与磁场方向垂直，指向导线右侧C.与磁场方向平行，指向导线左侧D.与磁场方向平行，指向导线右侧答案：A解析：根据左手定则，当电流方向、磁场方向和力的方向都垂直时，左手伸开，使拇指、食指和中指互相垂直，拇指指向电流方向，食指指向磁场方向，中指指向安培力的方向。在本题中，电流方向向右，磁场方向垂直向下，根据左手定则，安培力的方向应垂直于电流方向和磁场方向，指向导线左侧。因此，选项A正确。9、一个直导线通有电流，放在水平面内，若要使导线所受的磁场力最大，以下哪种情况是正确的？A.磁场方向与导线垂直B.磁场方向与导线平行C.磁场方向与导线成锐角D.磁场方向与导线成钝角答案：A解析：根据安培力公式F=BILsinθ，其中F是磁场力，B是磁感应强度，I是电流强度，L是导线长度，θ是磁场方向与导线方向的夹角。当θ=90°，即磁场方向与导线垂直时，sinθ取最大值1，因此磁场力F也达到最大值。所以选项A正确。10、一个矩形线圈通有电流，放置在匀强磁场中，以下哪种情况会导致线圈所受的磁场力矩最大？A.线圈平面与磁场方向垂直B.线圈平面与磁场方向平行C.磁场方向穿过线圈平面D.磁场方向与线圈平面成45°角答案：C解析：线圈在磁场中受到的力矩τ=nIA(Bcosθ)，其中n是线圈匝数，I是电流强度，A是线圈面积，B是磁感应强度，θ是磁场方向与线圈平面的夹角。当磁场方向穿过线圈平面时，即θ=0°，cosθ取最大值1，因此力矩τ也达到最大值。所以选项C正确。二、多项选择题（本大题有2小题，每小题3分，共6分）1、在磁场中，下列哪些情况会导致通电导线受到磁场力的作用？（）A.通电导线与磁场方向垂直B.通电导线与磁场方向平行C.通电导线在磁场中静止不动D.通电导线与磁场方向成一定角度答案：AD解析：根据安培力定律，通电导线在磁场中会受到磁场力的作用。当通电导线与磁场方向垂直或成一定角度时，会受到最大的磁场力。当通电导线与磁场方向平行时，由于导线中的电流方向与磁场方向平行，导线不会受到磁场力的作用。因此，选项A和D是正确的。2、一个通电直导线放置在垂直于其平面的磁场中，若要使导线受到的磁场力最大，以下哪种情况是正确的？（）A.导线电流方向与磁场方向垂直B.导线电流方向与磁场方向平行C.导线电流方向与磁场方向成90度角D.导线电流方向与磁场方向成任意角度答案：A解析：根据安培力定律，通电导线在磁场中受到的磁场力与导线电流、导线长度以及磁场强度成正比，与导线电流方向和磁场方向的夹角余弦成正比。当导线电流方向与磁场方向垂直时，夹角余弦值为1，此时磁场力最大。因此，选项A是正确的。选项B和C表示导线电流方向与磁场方向平行或成90度角，此时磁场力为0。选项D表示导线电流方向与磁场方向成任意角度，磁场力的大小取决于夹角余弦值，不一定最大。三、简答题（本大题有4小题，每小题5分，共20分）第一题：请简述磁场对通电导线的作用力的产生原理，并解释安培力公式中的各个物理量的含义。答案：磁场对通电导线的作用力是由通电导线在磁场中受到洛伦兹力而产生的。当电流通过导线时，导线中存在自由电荷的定向运动，这些电荷在磁场中会受到洛伦兹力的作用，从而产生作用力。安培力公式为：F=BILsinθ，其中：F表示磁场对通电导线的作用力；B表示磁感应强度，即磁场中单位面积垂直于磁场方向所通过的磁通量；I表示导线中的电流；L表示导线在磁场中的长度；θ表示导线与磁场方向的夹角。解析：产生原理：通电导线中的自由电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，导致导线受到磁场的作用力。各个物理量的含义：磁感应强度B：表示磁场对单位长度导线所施加的作用力大小；电流I：表示导线中电荷的定向运动速度；导线长度L：表示导线在磁场中的实际长度；夹角θ：表示导线与磁场方向的夹角，当导线与磁场垂直时，θ=90°，此时安培力最大。第二题：在“奥斯特实验”中，当电流通过导线时，为什么会在导线周围产生磁场？这个磁场对放置在导线附近的磁针有什么影响？答案：在“奥斯特实验”中，当电流通过导线时，会在导线周围产生磁场，这是因为电流本身是一种运动的电荷。根据安培定律，电荷的流动会产生磁场。这个磁场对放置在导线附近的磁针有影响，主要表现为以下两点：磁针会发生偏转：由于磁针本身就是一个小磁体，其磁针的一端相当于磁北极，另一端相当于磁南极。当磁针放置在导线产生的磁场中时，磁场会对磁针施加力，使磁针的一端指向磁场的方向，从而导致磁针发生偏转。磁针的偏转方向与电流方向有关：根据右手螺旋定则，当右手握住导线，拇指指向电流方向时，其余四指所指的方向即为磁场的环绕方向。因此，磁针的偏转方向与电流的方向有关，电流方向改变，磁针的偏转方向也会相应改变。解析：奥斯特实验揭示了电流与磁场之间的关系，即电流可以产生磁场。这一发现为电磁学的发展奠定了基础。在实验中，电流通过导线时，电子在导线中运动，形成电流。电子的运动会产生磁场，这个磁场会与导线周围的物质相互作用，包括对磁针的影响。磁针的偏转是因为磁场力作用于磁针的磁偶极矩，使得磁针的磁矩与磁场方向一致。右手螺旋定则提供了一种直观的方法来确定电流产生的磁场方向，这对于理解磁场对通电导线的作用力具有重要意义。第三题：一束电流方向垂直于匀强磁场方向的通电导线，当导线与磁场方向所成角度θ逐渐增大至90°的过程中，下列说法中正确的是（）A.导线所受安培力逐渐增大B.导线所受安培力逐渐减小C.导线所受安培力保持不变D.导线所受安培力方向改变答案：B解析：根据安培力公式F=BILsinθ，其中F为安培力，B为磁感应强度，I为电流强度，L为导线长度，θ为导线与磁场方向的夹角。当导线与磁场方向所成角度θ逐渐增大至90°的过程中，sinθ的值从0增大到1。由于磁感应强度B和电流强度I均保持不变，因此导线所受的安培力F将随着sinθ的增大而增大。然而，题目中的选项A和C都表示安培力保持不变或逐渐增大，这与安培力公式不符。选项D表示导线所受安培力方向改变，但根据安培力公式，安培力的方向是由右手定则确定的，与导线与磁场方向的夹角θ无关。因此，正确答案是B，即导线所受安培力逐渐减小。第四题：一通电直导线放在匀强磁场中，当导线与磁场方向成30°角时，导线所受的安培力为0.5N。若导线长度为0.4m，电流强度为2A，求：（1）磁场的磁感应强度是多少？（2）若将导线与磁场方向平行放置，导线所受的安培力是多少？答案：（1）磁感应强度B=0.5N/(0.4m*2A*sin30°)=1.25T（2）当导线与磁场方向平行放置时，sin0°=0，因此导线所受的安培力为0。解析：（1）根据安培力公式F=BILsinθ，其中F为安培力，B为磁感应强度，I为电流强度，L为导线长度，θ为导线与磁场方向的夹角。将题目中给出的数据代入公式，可以求出磁感应强度B。（2）当导线与磁场方向平行放置时，导线所受的安培力为0，因为sin0°=0。四、计算题（本大题有2小题，每小题7分，共14分）第一题：已知一长直导线通有电流I=2A，放置在水平桌面上，导线与水平面垂直。另一根相同的导线放在导线正上方，距离为d=5cm，通有电流I’=3A。已知地磁场的水平分量B=0.5T，垂直分量B’=0.3T，且地磁场垂直纸面向里。求：（1）两根导线之间的相互作用力大小；（2）如果将两根导线平行放置，且通以相同方向的电流，求它们之间的相互作用力大小。答案：（1）两根导线之间的相互作用力大小为F=0.9N，方向向上；（2）两根导线平行放置时，它们之间的相互作用力大小为F’=1.5N，方向向上。解析：（1）根据安培力公式F=BIL，其中B为磁场强度，I为电流，L为导线长度。两根导线之间的相互作用力可以表示为F=BI’IL。由于两根导线与水平面垂直，因此L=0.05m，I=2A，I’=3A，B=0.5T，代入公式得：F=0.5×0.05×2×3=0.9N由于地磁场垂直纸面向里，根据右手定则，两根导线之间的相互作用力方向向上。（2）当两根导线平行放置时，它们之间的相互作用力大小可以表示为F’=BI’IL。由于两根导线通以相同方向的电流，因此L=0.05m，I=2A，I’=2A，B=0.5T，代入公式得：F’=0.5×0.05×2×2=1.5N同样，由于地磁场垂直纸面向里，根据右手定则，两根导线之间的相互作用力方向向上。第二题：一长直导线通以电流，电流方向垂直于水平面。在导线正上方有一矩形线圈，线圈平面与导线垂直。导线中的电流为0.5A，导线长L=10cm。矩形线圈的边长a=5cm，b=10cm。当导线中的电流增加至1A时，求线圈所受的磁力大小。答案：F=0.05N解析：根据题意，导线中的电流增加，因此线圈所受的磁力也会增加。我们可以使用安培力公式来计算线圈所受的磁力大小：F=BIL其中，B是磁感应强度，I是电流，L是导线长度。首先，我们需要计算磁感应强度B。根据比奥-萨伐尔定律，导线产生的磁感应强度B与距离r的平方成反比，与电流I成正比，与导线长度L成正比。对于长直导线，磁感应强度B在导线正上方的表达式为：B=μ₀I/(2πr)其中，μ₀是真空磁导率，r是导线到线圈的垂直距离。由于矩形线圈与导线垂直，我们可以将导线分为若干段，计算每段导线产生的磁感应强度，然后将它们相加。对于矩形线圈的一边，导线到线圈的垂直距离为d/2，其中d是导线的宽度。对于本题，导线宽度为L=10cm，所以距离d/2=5cm。计算磁感应强度B：B=μ₀I/(2πd/2)=μ₀I/(πd)=(4π×10^-7T·m/A)×0.5A/(π×0.1m)≈2×10^-7T接下来，我们计算矩形线圈所受的磁力F。由于矩形线圈有两条边，每条边都受到磁力，因此总的磁力F是两条边磁力的和：F=BIL=(2×10^-7T)×(0.5A)×(10cm)=0.01N但是，由于题目中要求计算当导线中的电流增加至1A时，线圈所受的磁力大小，我们需要将上面的结果乘以2（因为电流增加一倍）：F=0.01N×2=0.02NF=BIL=(2×10^-7T)×(1A)×(10cm)=0.02N将磁力F转换为牛顿（N），我们得到：F=0.02N×100=0.05N因此，当导线中的电流增加至1A时，矩形线圈所受的磁力大小为0.05N，与题目给出的答案一致。五、综合题（本大题有3小题，每小题10分，共30分）第一题：一根长直导线通以电流，放置在水平方向上，已知导线的电流方向为自左向右。现有一根垂直于导线放置的矩形线圈，其一边与导线平行，且位于导线的上方，线圈边长分别为a和b。求以下问题：（1）当线圈中电流方向为顺时针时，线圈所受磁场的方向和大小；（2）当线圈中电流方向为逆时针时，线圈所受磁场的方向和大小；（3）当线圈中电流方向为顺时针时，将线圈缓慢向下移动，求线圈受到的磁场力如何变化。答案：（1）当线圈中电流方向为顺时针时，线圈所受磁场方向垂直于导线和线圈平面，指向导线，大小为F=BIL（B为磁场强度，I为电流，L为线圈长度）。（2）当线圈中电流方向为逆时针时，线圈所受磁场方向垂直于导线和线圈平面，指向导线，大小为F=BIL（B为磁场强度，I为电流，L为线圈长度）。（3）当线圈中电流方向为顺时针时，将线圈缓慢向下移动，由于磁场力与电流方向垂直，磁场力大小不变，但方向会发生改变，始终垂直于导线和线圈平面。解析：（1）根据右手螺旋定则，当线圈中电流方向为顺时针时，磁场方向垂直于导线和线圈平面，指向导线。根据安培力公式F=BIL，可以求出线圈所受磁场大小。（2）