2023-2025北京高三（上）期末物理汇编：磁场对通电直导线的作用力

第1页/共1页2023-2025北京高三（上）期末物理汇编磁场对通电直导线的作用力一、单选题1．（2025北京通州高三上期末）磁电式电流表的构造如图甲所示，其最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈。两磁极间装有极靴，极靴中间又有一个用软铁制成的圆柱，极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，如图乙所示。当线圈中通以恒定电流时，安培力带动线圈偏转，在螺旋弹簧的反向作用下最终使线圈稳定。下列说法正确的是（）A．极靴与圆柱间的磁场是匀强磁场B．线圈转动过程中不产生感应电动势C．线圈通电转动停止后，不再受到安培力D．若线圈a、b两边通以如图乙所示方向的电流时，a边受到的安培力方向向上2．（2023北京石景山高三上期末）如图（a），直导线MN被两等长且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴OO′上，其所在区域存在方向垂直指向OO′的磁场，与OO′距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化，其截面图如图（b）所示。导线通以电流I，静止后，悬线偏离竖直方向的夹角为θ。下列说法正确的是（

）A．当导线静止在图（a）右侧位置时，导线中电流方向由N指向MB．电流I增大，静止后，导线对悬线的拉力不变C．tanθ与电流I成正比D．sinθ与电流I成正比3．（2023北京西城高三上期末）如图所示，质量为、长为的直导线用两条绝缘细线悬挂于、，并处于匀强磁场中。当导线中通以沿轴正方向的电流，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为。该磁场的磁感应强度可能是（）A．方向沿轴正方向，大小为 B．方向沿轴正方向，大小为C．方向沿悬线向上，大小为 D．方向垂直悬线向上，大小为4．（2024北京朝阳高三上期末）如图所示，在盛有导电液体的水平玻璃皿中心放一个圆柱形电极接电源的负极，沿边缘内壁放另一个圆环形电极接电源的正极做“旋转液体实验”，其中蹄形磁铁两极间正对部分的磁场可视为匀强磁场，磁铁上方为S极。电源的电动势，限流电阻。闭合开关S后，当导电液体旋转稳定时理想电压表的示数为3.5V，理想电流表示数为0.5A。则（）A．从上往下看，液体顺时针旋转B．液体消耗的电功率为1.75WC．玻璃皿中两电极间液体的电阻为D．电源的内阻为5．（2024北京通州高三上期末）图甲是磁电式电流表表头的结构简图，线圈绕在一个与指针、转轴相连的铝框骨架上，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，同一圆周上磁感应强度大小处处相等，当线圈位于水平面内，通有如图乙所示方向的电流时，下列说法正确的是（）A．电流表表盘刻度不均匀B．a、b导线所受安培力方向相同C．线圈匝数增加，电流表表头的满偏电流减小D．磁铁磁性增强，电流表表头的满偏电流增大6．（2025北京朝阳高三上期末）如图所示，两平行金属导轨固定在一绝缘斜面上，空间存在方向垂直于斜面斜向上的匀强磁场。现把一个导体棒垂直放在金属导轨上且接触良好，当导体棒通有某一电流时恰好不发生滑动。斜面置于水平面且始终保持静止，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。若通过导体棒的电流变大，下列选项正确的是（）A．导体棒一定沿斜面下滑 B．导体棒一定沿斜面上滑C．地面对斜面的支持力一定不减小 D．地面对斜面的摩擦力一定不减小二、多选题7．（2025北京海淀高三上期末）为了测定某沿水平方向的匀强磁场的磁感应强度（远大于地磁场的磁感应强度），某同学在北京地区利用如图所示装置进行了如下操作：①在水平地面放置的灵敏电子秤的绝缘托盘上，沿东西方向放置一根金属直杆，杆的两端与外电源相连（图中未画出）；②在杆内通以沿方向、大小为的恒定电流后，绕点沿逆时针改变杆的摆放角度，俯视图如图甲所示；③测量杆与正东方向的夹角及对应的电子秤示数，绘制出图乙所示的图线，图线上的最大值和最小值分别为和对应的角度为。已知杆的长度为、重力加速度为，下列说法正确的是（）A．金属直杆的质量为B．待测磁场的方向与正东方向的夹角为C．待测磁场的磁感应强度大小为D．若考虑地磁场，通过该方法测得的磁感应强度偏小三、解答题8．（2024北京大兴高三上期末）如图所示，表面粗糙的平行金属导轨倾斜放置，间距d=0.4m，与水平面夹角θ=37º，导轨上端接有定值电阻R0=4Ω，电源电动势E=3V，内阻r=2Ω。导轨中间整个区域有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度B=2.5T。闭合开关后，将一质量m=0.2kg的导体棒ab垂直导轨放置，导体棒接入电路中的电阻R=4Ω，导体棒恰好处于静止状态。导轨电阻不计，重力加速度取，，。最大静摩擦力等于滑动摩擦力。求：（1）导体棒中的电流大小；（2）导轨对导体棒的摩擦力大小和方向；（3）导体棒与导轨间的动摩擦因数。

参考答案1．D【详解】A．磁场是辐向分布的，方向不同，故极靴与圆柱间的磁场不是匀强磁场，故A错误；B．线圈在转动过程中线圈在切割磁感线，会产生感应电动势，故B错误；C．线圈中通电流时，线圈受到安培力的作用使线圈转动，螺旋弹簧被扭紧，阻碍线圈转动，随着弹力的增加，当弹力与安培力平衡时线圈停止转动，故C错误；D．若线圈a、b两边通以如图乙所示方向的电流时，根据左手则，可知a边受到的安培力方向向上，故D正确。故选D。2．D【详解】A．当导线静止在图（a）右侧位置时，对导线做受力分析有可知要让安培力为图示方向，则导线中电流方向应由M指向N，A错误；BCD．由于与OO′距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化，有，FT=mgcosθ则可看出sinθ与电流I成正比，当I增大时θ增大，则cosθ减小，静止后，导线对悬线的拉力FT减小，BC错误、D正确。故选D。3．B【详解】A．若磁感应强度沿z轴正方向，则从O向O'看，导线受到的安培力方向水平向左，则导体受力如下图所示导线不可能处于平衡状态，故A错误；B．若磁感应强度沿y轴正方向，同理从O向O'看，导线受到的安培力竖直向上，如下图所示，当且满足即时，导线可以处于平衡状态，故B正确；C．若磁感应强度方向沿悬线向上，从O向O'看，则导线受力如下图所示导线不可能处于平衡状态，故C错误；D．若磁感应强度方向垂直悬线向上，从O向O'看，则导线受力如下图所示导线不可能处于平衡状态，故D错误；故选B。4．B【详解】A．由于中心放一个圆柱形电极接电源的负极，沿边缘内壁放一个圆环形电极接电源的正极，在电源外部电流由正极流向负极，因此电流由边缘流向中心，玻璃皿所在处的磁场方向竖直向上，由左手定则可知，导电液体受到的安培力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转，故A错误；B．液体消耗的电功率为故B正确；C．对于非纯电阻元件，不满足欧姆定律，即故C错误；D．电压表的示数为3.5V，电流表示数为0.5A，则根据闭合电路的欧姆定律有解得电源内阻故D错误。故选B。5．C【详解】A．依题意，在磁场中线圈的磁力矩大小都相等，线圈转动时，螺旋弹簧发生形变，产生反抗力矩，阻止线圈继续转动，线圈转角越大，反抗力矩越大，对于给定的待测电流，其磁力矩是一定的，所以线圈在某一转角处稳定下来，这时两个力矩达到平衡，可知待测电流与转角成正比，电流表表盘刻度均匀，故A错误；B．由左手定则可知，a导线受到的安培力向上，b导线受到的安培力向下，故B错误；CD．换磁性更强的磁铁或增加线圈匝数，会使得在相同电流情况下线圈所受安培力增大，电流表的量程减小，故C正确；D错误。故选C。6．D【详解】AB．因导体棒中的电流方向不明确，所以当导体棒通有某一电流时恰好不发生滑动，导体棒可能恰好不沿斜面向下滑动，也有可能恰好不沿斜面向上滑动。若导体棒恰好不沿斜面向下滑动，即导体棒所受最大静摩擦力沿斜面向上，导体棒所受安培力可能沿斜面向下，也有可能沿斜面向上，若电流变大则导体棒所受安培力变大，导体棒有可能沿斜面下滑，也有可能静止不动，也有可能沿斜面上滑。若导体棒恰好不沿斜面向上滑动，即导体棒所受最大静摩擦力沿斜面向下，则导体棒所受安培力沿斜面向上，若电流变大，则导体棒所受安培力变大，导体棒将沿斜面上滑。故AB错误；C．若开始时导体棒恰好不沿斜面向下滑动且所受安培力沿斜面向上、电流增大后导体棒仍静止不动，根据导体棒与斜面整体竖直方向受力平衡可知，电流增大后安培力增大，则安培力的竖直分力也增大，则地面对斜面的支持力减小，故C错误；D．若开始时导体棒恰好不沿斜面向下滑动且所受安培力沿斜面向上、电流增大后导体棒仍静止不动，因安培力增大，即安培力的水平分力增大，根据导体棒与斜面整体水平方向受力平衡可知，地面对斜面的摩擦力增大。若开始时导体棒恰好不沿斜面向下滑动且所受安培力沿斜面向上、电流增大后导体棒沿斜面向上滑动，则导体棒对导轨摩擦力大小不变但方向反向，导体棒对导轨的压力大小、方向都不变，所以导体棒对导轨摩擦力的水平分力与压力的水平分力的合力增大，根据导体棒与斜面整体水平方向受力平衡可知，地面对斜面的摩擦力增大。若开始时导体棒恰好不沿斜面向下滑动且所受安培力也沿斜面向下，则电流增大后安培力增大，导体棒将沿斜面向下滑动，这种情况导体棒对斜面的压力和摩擦力大小、方向均不变，地面对斜面的摩擦力也不变。若开始时导体棒恰好不沿斜面向上滑动且所受安培力也沿斜面向上，则电流增大后安培力增大，导体棒将沿斜面向上滑动，这种情况导体棒对斜面的压力和摩擦力大小、方向均不变，地面对斜面的摩擦力也不变。综上所述，地面对斜面的摩擦力一定不减小，故D正确。故选D。7．CD【详解】B．由题意可知，当OA与正东方向的夹角为θ1时受安培力最大，可知该位置直导线与磁场方向垂直，即待测磁场的方向与正东方向的夹角为，选项B错误；A．当电子秤读数最小时，直导线与磁场垂直且受安培力方向向上，则此时电子秤的读数小于金属杆的重力，即金属直杆的质量小于，选项A错误；C．由题意可知，解得待测磁场的磁感应强度大小为选项C正确；D．因该磁场方向为南偏东θ1方向，若考虑地磁场，因地磁场有正北方向，两个磁场夹角为锐角，合