1.1磁场对通电导线的作用力（原卷版）-【帮课堂】2024-2025学年高二物理 同步学与练（ 人教版2019选择性必修第二册）

1.1磁场对通电导线的作用力学习目标学习目标课程标准物理素养1.通过实验，认识安培力。2.能判断安培力的方向，会计算安培力的大小。3.了解安培力在生产生活中的应用。物理观念：通过类比电场对电荷的作用力和磁场对通电导线的作用力建立场的物质观和相互用观。科学思维：经历得出安培力、磁感应强度和电流三者方向关系的过程，体会归纳推理的方法。经历般情况下安培力表达式的得出过程，体会矢量分析的方法。科学探究：通过实验认识安培力的方向及大小，了解安培力在生产生活中的运用，会用左手定则判断安培力的方向。科学态度与责任：观察磁电式电流表的结构，知道磁电式电流表的工作原理，体会物理知识与科学技术的关系。002思维导图003知识梳理课前研读课本，梳理基础知识：一、安培力的方向1．安培力：在磁场中受的力。2．左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线，并使四指指向的方向，这时的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。3．安培力方向、磁场方向、电流方向的关系：F⊥B、F⊥I，即F垂直于B和I所决定的平面。二、安培力的大小1.垂直于的方向放置的长为l的通电导线，当通过的电流为I时，所受安培力为F=2.当磁感应强度B的方向与方向成θ角时，公式F=三、磁电式电流表1．构造：最基本的组成部分是和放在磁体两极之间的。2．原理(1)通电线圈在磁场中受安培力发生。螺旋弹簧，线圈的转动。(2)线圈偏转的越大，被测电流就越大，所以根据线圈偏转角度的，可以判断通过电流的大小；电流方向改变时，指针的偏转方向也随着改变，根据指针的偏转，可以知道被测电流的方向。3．特点：表盘刻度。4．优、缺点(1)优点：灵敏度高，可以测出的电流。(2)缺点：线圈的导线，允许通过的电流很弱。004题型精讲【题型一】安培力的方向1.安培力的方向既垂直于电流的方向，又垂直于磁场的方向。即安培力的方向垂直于电流跟磁场决定的平面，所以判断安培力的方向时，首先确定磁场和电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，再根据左手定则判断安培力的具体方向。2．电流方向和磁场方向之间没有因果关系，这两个方向的关系是不确定的。这两个方向共同决定了安培力的方向，所以，已知电流方向和磁场方向时，安培力的方向是唯一确定的，但已知安培力和磁场方向时，电流方向不确定。3．与磁场力相比，电场力是纵向力，其方向总是与电场方向平行，而磁场力是横向力，其方向总是与磁场方向垂直。【典型例题1】长直导线MN和L型金属棒处于同一平面内，L型金属棒的AB段和BC段长度相等且互相垂直，通以如图所示方向的电流，则L型金属棒受到安培力的方向可能正确的是（）A．沿F1方向B．沿F2方向C．沿F3方向D．沿F4方向【典型例题2】物理实验小组的同学研究通电直导线在磁场中受力情况的小实验，装置如图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一轻质挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤读数为F1；现在磁铁上方中心偏左位置固定一导体棒，当导体棒中通入方向垂直纸面向里的电流后，台秤读数为F2，则以下说法正确的是（）A．弹簧长度将变长B．弹簧长度将不会变化C．F1<F2D．F2<F1【对点训练1】如图是两个有趣的实验，第一个实验叫“旋转的液体”，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，把它们分别与电池的两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体，例如盐水，如果把玻璃皿放在磁场中，液体就会旋转起来，见图甲。第二个实验叫“振动的弹簧”，把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，通电后，发现弹簧不断上下振动，见图乙。下列说法正确的是（）A．图甲中，如果从上往下看，液体旋转方向为逆时针B．图甲中，如果改变电流的方向，液体的旋转方向不变C．图乙中，如果将水银换成纯净水，依然可以观察到弹簧不断上下振动D．图乙中，如果改变电流的方向，将观察不到弹簧不断上下振动【对点训练2】如图，一个薄圆盘和通电直导线处在同一平面内，圆盘上带有均匀的负电荷，导线中电流方向如图中所示。当圆盘绕着圆心O顺时针匀速转动时，通电直导线受到的安培力方向为（）A．水平向左 B．水平向右C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向内【题型二】安培力的大小1．对安培力F＝ILBsinθ的理解(1)θ是B与I的夹角，当B与I垂直，即sin90°＝1时，F＝ILB。(2)B对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁感应强度的影响。(3)L是有效长度，匀强磁场中弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图)；相应的电流沿L由始端流向末端。2．F＝ILBsinθ的适用条件：导线所处的磁场应为匀强磁场；在非匀强磁场中，公式仅适用于很短的通电导线。3．电荷在电场中一定会受到电场力作用，但是电流在磁场中不一定受安培力作用，当电流方向与磁场方向平行时，电流不受安培力作用。【典型例题3】仔细观察图片，回答下列问题：（1）根据必修课的学习，垂直于磁场B的方向放置的长为l的一段导线，当通过的电流为I时，它所受的安培力是多大？（2）实验发现，当磁感应强度B的方向与通电导线的方向平行时，导线受力为0。那么图甲中长为l的一段导线所受安培力是多大？（3）图乙中设磁感应强度为B，电流大小为I，，试求解整个导线ABC所受安培力。（4）将（3）的结果与公式对比，可以得到什么结论？【典型例题4】由均匀的电阻丝制成的半径为r的圆形导线框，存在导线框平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，将P、Q两点接入如图示的电压恒定的电源两端，通电时电流表示数为I，则线框所受安培力大小为（）A．BIr B． C． D．【对点训练3】如图所示，金属杆的质量为m，长为l，通过的电流为I，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面为角斜向上，结果静止于水平导轨上。下列说法正确的是（

）A．金属杆所受安培力大小为B．金属杆所受安培力水平向左C．金属杆受到的摩擦力，方向水平向左D．金属杆对导轨的压力大小为【对点训练4】如图所示，粗细均匀的正六边形线框abcdef由相同材质的导体棒连接而成，顶点a、b用导线与直流电源相连接，正六边形abcdef处在垂直于框面的匀强磁场中，若ab直棒受到的安培力大小为5N，则整个六边形线框受到的安培力大小为（）A．4N B．5N C．6N D．10N【题型三】电流天平 如图所示为电流天平，可以测量匀强磁场的磁感应强度B.它的右臂挂着矩形线圈，线圈匝数为n，b段导线长为l，导线a、b、c段处于匀强磁场中，磁感应强度方向与线圈平面垂直。当线圈没有通电时，天平处于平衡状态。当线圈中通入电流I时，在右盘加质量为m的砝码可使天平重新平衡。根据左手定则可知线圈中受到的安培力方向竖直向上。根据题意可知：解得。电流天平作用：可以测量匀强磁场的方向和大小。【典型例题5】利用如图所示的电流天平，可以测量匀强磁场中的磁感应强度B。它的右臂挂着等腰梯形线圈，匝数为n，上下底边水平且ab长为l，cd长为2l，线圈一半的高度处于方框内的匀强磁场中，磁感应强度方向与线圈平面垂直。当线圈中通入电流I时，调节砝码使两臂达到平衡；当线圈中通入大小不变、方向相反的电流时，在左盘中增加质量为m的砝码，两臂再次达到新的平衡，重力加速度为g。则方框内磁场的磁感应强度大小为（）A． B． C． D．【典型例题6】（多选）如图所示为电流天平，可用来测量匀强磁场中的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为L，处于虚线方框的被测匀强磁场中，磁场方向与线圈平面垂直。当线圈中通过如图所示的电流I时，调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向，大小不变，这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使天平再次平衡。重力加速度为g。下列说法正确的是（

）A．测得的磁感应强度大小为 B．测得的磁感应强度大小为C．被测匀强磁场方向垂直线圈平面向里 D．被测匀强磁场方向垂直线圈平面向外【对点训练5】如图为电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度大小。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为l，线圈一部分处于匀强磁场内，磁感应强度大小为B，方向垂直于线圈平面向里。当线圈中通有电流I时，调节砝码使两臂达到平衡。(1)达到平衡时线圈所受安培力大小为（用字母n、l、B、I表示）。(2)达到平衡后使电流反向，大小不变，这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使两臂再次达到平衡，此时线圈所受安培力方向（填“向上”或“向下”）。(3)当，，，，重力加速度大小取时，根据上述条件得磁感应强度大小为T（保留2位有效数字）。【对点训练6】如图所示为某科技小组设计的等臂“电流天平”，其左臂挂一质量为m1的空饮料瓶作为挂盘，右臂挂一质量为m2的矩形线圈，其下半部分处于方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中。当线圈中通有大小为I、沿顺时针方向的电流时，“电流天平”平衡。在挂盘内放入100粒米泉大米后，当线圈中通有大小为、仍沿顺时针方向的电流时，“电流天平”再次平衡。已知矩形线圈的水平边长为L，重力加速度大小为g。（1）求匀强磁场的磁感应强度B的大小；（2）若，，求一粒米泉大米的平均质量m。00501强化训练【基础强化】1．下列选项中正确标明了通电导线所受安培力方向的是（）A． B．C． D．2．如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，直角三角形导线框abc通以恒定电流I，放置在磁场中。已知ab边长为l，与磁场方向平行；bc边长为2l，与磁场方向垂直。下列说法正确的是（

）A．ab边所受安培力大小为BIlB．bc边所受安培力大小为BIlC．ca边所受安培力大小为D．整个导线框所受安培力为03．如图所示，金属棒ab的质量为m，通过的电流为I，处在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向先是与导轨平面夹角为斜向右上方，后变为与原方向垂直斜向左上方，磁感应强度大小不变，ab始终静止在宽为L的水平导轨上。下列说法正确的是（）A．磁场方向改变前，金属棒受到的安培力大小为BILsinB．磁场方向改变前后金属棒受到的摩擦力方向发生了改变C．磁场方向改变前后金属棒受到的摩擦力大小发生了改变D．磁场方向改变后，金属棒对导轨的压力将减小4．把一根通电的硬直导线ab放在磁场中，导线中的电流方向由b到a，如图所示，导线可以在空中自由移动和转动，俯视看，导线在安培力的作用下先顺时针转动，转过一个小角度后，接着边转动边向下移动，则虚线框内的场源可能是（

）A． B．C． D．5．如图所示，在等腰直角三角形ABC的顶点上固定三根互相平行的长直导线A、B、C，三导线中通入的电流大小相等，其中导线A、C中的电流方向垂直纸面向外，导线B中的电流方向垂直纸面向里，O为BC边的中点。则（）A．导线A、C之间相互排斥B．导线B、C对导线A的合力方向平行于BC向左C．导线B在O点产生的磁场的磁感应强度方向垂直于BC向下D．三根导线在O点产生的磁场的磁感应强度方向平行于BC向右6．如图所示为磁电式电流表的结构图，其基本组成部分是磁体和放在磁体两级之间的线圈，线圈缠绕在铝框上。极靴和中间软铁制成的圆柱，形成辐向磁场，使磁场总沿半径方向，如图所示。当线圈中有恒定电流时，安培力带动线圈偏转，在螺旋弹簧的共同作用下最终稳定。下列说法正确的是（）A．线圈受到的安培力的大小随转动发生改变B．可以把线圈缠绕的铝框换成绝缘材料框架C．线圈在转动过程中不产生感应电动势D．增加线圈匝数，可增加测量的灵敏度【素养提升】7．电流天平是一种测量磁场力的装置，如图所示。两相距很近的通电平行线圈Ⅰ和Ⅱ，线圈Ⅰ固定，线圈Ⅱ置于天平托盘上。当两线圈中均无电流通过时，天平示数恰好为零。下列说法正确的是（）A．当天平示数为负时，两线圈中电流方向相同B．当天平示数为正时，两线圈中电流方向相同C．线圈Ⅰ对线圈Ⅱ的作用力大于线圈Ⅱ对线圈Ⅰ的作用力D．线圈Ⅱ的匝数越少，天平越灵敏8．如图所示，在条形磁体的右侧放置一个可以自由运动的矩形通电线圈abdc，线圈最初与条形磁体处于同一平面内，ac边、bd边与条形磁体的方向平行，且ac边、bd边中点的连线过条形磁体的中心。通以顺时针方向的电流后，该线圈的运动情况为（）A．ab边转向纸内，cd边转向纸外，同时靠近磁体B．ab边转向纸外，cd边转向纸内，同时靠近磁体C．ab边转向纸内，cd边转向纸外，同时远离磁体D．ab边转向纸外，cd边转向纸内，同时远离磁体9．如图所示，用细橡皮筋悬吊一轻质线圈，置于固定直导线上方，两者在同一竖直平面内，线圈可以自由运动，当给两者通以图示电流时，线圈将（）A．远离直导线，两者仍在同一竖直平面内B．靠近直导线，两者仍在同一竖直平面内C．靠近直导线，同时发生旋转D．远离直导线，同时发生旋转10．如图所示，有一个边长为L的立方体空间，一长度为的导体棒沿AP方向放置。空间内加上某一方向的匀强磁场（图中未画出）．磁感应强度的大小为B。在导体棒中通以从A至P、大小为I的电流，则关于导体棒受到的安培力，下列说法中正确的是（

）A．若磁场沿M指向A的方向，安培力的大小为B．若磁场沿M指向A的方向，安培力的大小为C．若磁场沿M指向Q的方向，安培力的大小为D．若磁场沿M指向Q的方向，安培力的大小为11．在光滑桌面上将长为的软导线两端固定，固定点的距离为，导线通有电流I，处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中，导线中的张力大小为（）A．BIL B．2BIL C．πBIL D．2πBIL12．（多选）如图所示，长为L、质量为m的导体棒ab，置于倾角为θ的光滑斜面上。导体棒与斜面的水平底边始终平行。已知导体棒通以从b向a的电流，电流为I，重力加速度为g。则（）A．若匀强磁场方向竖直向上，为使导体棒静止在斜面上，磁感应强度B的大小为B．若匀强磁场方向竖直向上，为使导体棒静止在斜面上，磁感应强度B的大小为C．若匀强磁场的大小、方向都可以改变，要使导体棒能静止在斜面上，磁感应强度的最小值为，方向沿斜面向上D．若匀强磁场的大小、方向都可以改变，要使导体棒能静止在斜面上，磁感应强度的最小值为，方向垂直于斜面向上13．（多选）磁电式电流表的构造如图甲所示，在蹄形磁铁的两极间有一个可以绕轴转动的线圈，转轴上装有螺旋弹簧和指针。蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示。当有电流通过线圈时，线圈在安培力的作用下转动，螺旋弹簧被扭动，线圈停止转动时满足，式中N为线圈的匝数，S为线圈的面积，I为通过线圈的电流，B为磁感应强度，为线圈（指针）偏角，k是与螺旋弹簧有关的常量。不考虑电磁感应现象，由题中的信息可知（）A．该电流表的刻度是均匀的B．图乙中穿过铁芯的磁感线都穿过铁芯横截面的圆心OC．若线圈中通以如图乙所示的电流时，线圈将沿顺时针方向转动D．更换k值更大的螺旋弹簧，可以增大电流表的灵敏度（灵敏度即）14．（多选）如图所示，由4根相同导体棒连接而成的正方形线框固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，顶点、与直流电源两端相接。已知导体棒受到的安培力大小为，导体棒水平放