2022届高三物理一轮复习磁场2：安培力(答案)

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2021届高三物理一轮复习磁场2：安培力

班级__________ 座号_____ 姓名__________ 分数__________

一、选择题

1． (粤教版选修3－1· P 84·T 1)把一小段通电直导线放入磁场中，导线受到安培力的作用．关于安培力的方向，下列说法中正确的是（ ）

A ．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向相同

B ．安培力的方向一定跟磁感应强度的方向垂直，但不一定跟电流方向垂直

C ．安培力的方向一定跟电流方向垂直，但不一定跟磁感应强度方向垂直

D ．安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直 【答案】D ．

【解析】根据左手定则可知，安培力的方向一定跟电流方向垂直，也一定跟磁感应强度方向垂直，故D 正确． 2． （2020海南）如图，在一个蹄形电磁铁的两个磁极的正中间放置一根长直导线，当导线中通有垂直于纸面向里的电流I 时，导线所受安培力的方向为（ ） A. 向上 B. 向下 C. 向左 D. 向右

【答案】B

【解析】根据安培定则，可知蹄形电磁铁的磁感应线分布情况，如图示

故导线所处位置的磁感应线的切线方向为水平向右，根据左手定则，可以判断导线

所受安培力的方向为向下。 故选B 。

3． 在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，紧贴边缘内壁放一个圆环形电极，并把它

们与电池的两极相连，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，如图所示，通过

所学的知识可知，当接通电源后从上向下看（ ） A ．液体将顺时针旋转 B ．液体将逆时针旋转

C ．若仅调换N 、S 极位置，液体旋转方向不变

D ．若仅调换电源正、负极位置，液体旋转方向不变

【答案】B

【解析】解：AB 、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；

器皿所在处的磁场竖直向上，由左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转，故A 错误，B 正确；

CD 、仅仅调换N 、S 极位置或仅仅调换电源的正负极位置，安培力方向肯定改变，故CD 错误；

4． (2017·沙坪坝区校级模拟)均匀带正电的薄圆盘的右侧，用绝缘细线A 、B 悬挂一根水平通电直导线ab ，电流方向由a 到b ，导线平行于圆盘平面．现圆盘绕过圆心的水平轴沿如图所示方向匀速转动，细线仍然竖直，与圆盘静止时相比，下列说法正确的是（ ） A ．细线上的张力变大

左

右

上 下

I 左

右

上 下

I

第 2 页，共 6 页 B ．细线上的张力变小

C ．细线上的张力不变

D ．若改变圆盘转动方向，细线上的张力变大

【答案】 A

【解析】 ABC 项，圆盘绕过圆心的水平轴沿如图所示方向匀速转动，产生环形电流，在导体棒ab 处会产生磁场，根据右手螺旋定则可知，磁场垂直于ab 向外，根据左手定则可知，受到的安培力竖直向下，根据共点力平衡可知，细线所受到的弹力变大，故A 项正确，B 项错误，C 项错误；D 项，若改变圆盘转动方向，环形电流的方向相反，磁场方向相反，安培力变为向上，故细线上的张力变小，故D 项错误．

5． 如图所示，由均匀电阻丝组成的正六边形导体框垂直磁场放置，将a 、b 两点接入

电源两端，若通电时ab 段电阻丝受到的安培力大小为F ，则此时导体框受到的安培力

的合力大小为（ ）

A ．0.5F

B.F C ．1.2F

D.3F

【答案】C.

【解析】设通过ab 段电阻丝的电流为I ，正六边形的边长为L ，磁感应强度大小为B ，ab 段电阻丝所受的安培

力F ab ＝BIL ＝F ，通过其他五边中的电流为1

5

I ，由左手定则可知af 、fe 、dc 和cb 这四段所受安培力的矢量和为零，ed 段所受安培力F ed ＝15BIL ＝15

F ，ab 段和ed 段所受安培力方向均向上，故该导体框受到的安培力的合力大小为1.2F ，C 正确．

6． (2019·上海等级考)如图，在薄金属圆筒表面上通以与其轴线平行、分布均匀的恒定电流时，该圆筒的形变趋势为（ ）

A. 沿轴线上下压缩

B. 沿轴线上下拉伸

C. 沿半径向内收缩

D. 沿半径向外膨胀

【答案】C

【解析】

【详解】根据电流间的相互作用力关系：同向电流相互吸引，反向电流相互排斥，所以通以同向电流后，电流间相互吸引，所以整个圆筒有沿半径向内收缩的趋势，ABD 错误C 正确

7． （2019·陕西省汉中中学高三）如图所示，三根相互平行的固定长直导线L 1、L 2和L 3两两等距，通过L 1、L 2、L 3中的电流大小相等，L 1、L 2中的电流方向垂直纸面向里，L 3中的电流方向垂直纸面向外，在三根导线与纸面的交点所构成的等边三角形的中心上放有一电流方向垂直纸面向外的通电长直导线则该导线受到的安培力的方向为（ ）

A．指向L1B．指向L2C．背离L3D．指向L3

【答案】D

【解析】

【分析】

根据同向电流相吸，异向电流相斥的原理，判断三条直导线对中心处的合力方向．

【详解】

根据同向电流相吸，异向电流相斥的原理可知，L1和L2对放在中心处的导线均为斥力，合力的方向指向L3；L3对放在中心处的导线为吸引力，方向指向L3；则三条直导线对放在中心处的导线的作用力的合力方向指向L3；故选D.

8．(2016·湖南师大附中月考)如图所示，两根平行放置、长度均为L的直导线a和b，放置在与导线所在平面垂直的匀强磁场中，当a导线通有电流强度为I、b导线通有电流强度为2I，且电流方向相反时，a导线受到的磁场力大小为F1，b导线受到的磁场力大小为F2，则a通电导线的电流在b导线处产生的

磁感应强度大小为()

A.

F2

2IL B.

F1

IL

C.

2F1－F2

2IL D.

2F1－F2

IL

【答案】C

【解析】a、b导线中电流方向相反，两导线之间的磁场力为斥力，设大小为F，对a有F1＝F＋BIL，对b有F2＝F＋2BIL，解得F＝2F1－F2，对于导线b，F＝2F1－F2＝B′·2IL，解得B′＝

2F1－F2

2IL，故C正确。

9．如图所示，一劲度系数为k的轻质弹簧，下面挂有匝数为n的矩形线框abcd，bc边长为l，线框的下半部分处在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与线框平面垂直(在图中垂直于纸面向里)，线框中通以电流I，方向如图所示，开始时线框处于平衡状态．令磁场反向，磁感应强度的大小仍为B，线框达到新的平衡，则在此过程中线框位移的大小Δx及方向是（）

A．Δx＝

2nBIl

k

，方向向上B．Δx＝2nBIl

k

，方向向下

C．Δx＝

nBIl

k

，方向向上D．Δx＝nBIl

k

，方向向下

【答案】B．

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第 4 页，共 6 页 【解析】线框在磁场中受重力、安培力、弹簧弹力处于平衡状态，安培力为F A ＝nBIl ，且开始时方向向上，改变磁场方向后安培力方向向下，大小不变．设在磁场反向之前弹簧的伸长量为x ，则磁场反向之后弹簧的伸

长量为(x ＋Δx )，由平衡条件知kx ＋nBIl ＝mg 及k (x ＋Δx )＝nBIl ＋mg ，联立解得Δx ＝2nBIl k ，且线框向下移动，B 对． 【总结提升】 (1)安培力作用下的平衡问题与力学中的平衡问题分析方法是相同的，只不过多了安培力，解题的关键仍是受力分析．

(2)视图转换：对于安培力作用下的力学问题，线框的受力边及金属棒的受力往往分布在三维空间的不同方向上，这时应利用俯视图、剖面图或侧视图等，变立体图为二维平面图．

(3)在剖面图中，线框的受力边及金属棒可用小圆圈代替，垂直剖面方向的电流可用“?”或“⊙”表示，垂直剖面方向的磁场可用“×”或“·”表示，但垂直剖面方向的力不能用“×”或“·”表示．

10．(多选)(2014·名校质检)如图所示，一质量为m 的导体棒MN 两端分别放在两个固定的光滑圆形导轨上，两导轨平行且间距为L ，导轨处在竖直方向的匀强磁场中，当导体棒中通一自左向右的电流I 时，导体棒静止在与竖直方向成37°角的导轨上，取sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，则（ ）

A.磁场的磁感应强度B=3mg 4IL

； B.磁场的磁感应强度B=IL

mg 45 C.每个圆导轨对导体棒的支持力大小F N =58mg D.每个圆导轨对导体棒的支持力大小F N =

45mg 【答案】AC

【解析】(1)从左向右看，受力分析如图所示。由平衡条件得：tan 37°＝F 安mg

，F 安＝BIL ， 解得：B ＝3mg 4IL

。 (2)设两导轨对导体棒支持力为2F N ，则有2F N cos 37°＝mg ，解得F N ＝58

mg 。 即每个圆导轨对导体棒的支持力大小为58

mg 。 11．(2017·河北唐山调研)如图所示，两平行的粗糙金属导轨水平固定在匀强磁场中，磁感应强度为B ，导轨宽度为L ，一端与电源连接．一质量为m 的金属棒ab 垂直于平行导轨放置并接触良好，金属棒与导轨间的动摩擦因数为μ＝33

，在安培力的作用下，金属棒以速度v 0向右匀速运动，通过改变磁感应强度的方向，可使流过导体棒的电流最小，此时磁感应强度的方向与竖直方向的夹角为（ ） A ．37°

B ．30°

第 5 页，共 6 页 C ．45°

D ．60°

【答案】 B 【解析】 本题考查通电导体棒在磁场中的平衡问题．由题意对棒受力分析，设磁感应强度

的方向与竖直方向成θ角，则有BILcosθ＝μ(mg －BILsinθ)，整理得BIL ＝μmg cosθ＋μsinθ，电流有最小值，就相当于安培力有最小值，最后由数学知识解得：θ＝30°，则A 、C 、D 三项错误，

B 项正确．

用摩擦角方法，将四个力转化为三力动态平衡问题。

12．(2016·汕头模拟)如图是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐射分布，线圈中a 、b 两条导线长均为l ，通以图示方向的电流I ，两条导线所在处的磁感应强度大小

均为B.则( )

A ．该磁场是匀强磁场

B ．线圈平面总与磁场方向垂直

C ．线圈将逆时针转动

D ．a 、b 导线受到的安培力大小总为BIl

【答案】D

【解析】匀强磁场的磁感应强度应大小处处相等，方向处处相同，由图可知，选项A 错误；在图示的位置，a 受向上的安培力，b 受向下的安培力，线圈顺时针转动，选项C 错误；易知选项B 错误；由于磁感应强度大小不变，电流大小不变，则安培力大小始终为BIl ，选项D 正确．

13．电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示，利用这种装置可以把质量为m ＝2.0 g 的弹体(包括金属杆EF 的质量)加速到6 km/s.若这种装置的轨道宽d ＝2 m 、长L ＝100 m 、电流I ＝10 A 、轨道摩擦不计且金属杆EF 与轨道始终垂直并接触良好，则下列有关轨道间所加匀强磁场的磁感应强度和磁场力的最大功率结果正确的是（ ）

A ．

B ＝18 T ，P m ＝1.08×108 W

B ．B ＝0.6 T ，P m ＝7.2×104 W

C ．B ＝0.6 T ，P m ＝3.6×106 W

D ．B ＝18 T ，P m ＝2.16×106 W

【答案】D

【解析】通电金属杆在磁场中受安培力的作用而对弹体加速，由功能关系得BIdL ＝12mv 2m

，代入数值解得B ＝18 T ；当速度最大时磁场力的功率也最大，即P m ＝BIdv m ，代入数值得P m ＝2.16×106 W ，故选项D 正确．

14．物理课上老师用一节7号干电磁电池、一块圆柱形强磁铁和若干铜导线做出了如图所示的“简易电动机”。其中干电池负极吸附一块圆柱形磁铁，铜导线下面两端与磁铁接触，铜导线组成的线框就能转动起来。关于该“简易电动机”下列说法正确的是（ ）

A ．线框转动是由于受到洛伦兹力作用

B ．如果强磁铁上表面是S 极，那么从上往下看，线框做逆时针转动

C ．线框可以一直保持匀速转动

D ．电池输出的电功率等于线框旋转的机械功率

【答案】B。

【解析】AB．小磁铁产生的磁场方向为线框的下端A向下流向磁铁，对线框的下端平台侧面分析，扁圆柱形磁铁上端为S极，下端为N极周围磁感线由上往下斜穿入线框内部，在垂直于纸面向外的径向上，磁感应线有垂直于纸面向里的分量，在此径向上的负电荷由下往上运动，由左手定则知：此负电荷受到垂直于径向沿纸面向右的洛伦兹力，即在径向的左垂线方向；同理，其他任一径向上的电荷均受到左垂线方向的洛伦兹力（中心原点除外）所以，由上往下看（俯视），线框沿逆时针转动，所以该装置的原理是电流在磁场中的受力，即安培力，故A错误，B正确；

CD．因为电源消耗的总功率一部分转化为内能，另一部分转化为动能，即不能一直匀速转动下去，所以总功率大于热功率。故CD错误。

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