高中人教版物理选修31第三章第四节 通电导线在磁场中受力 同步测试Word下载.docx

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逆时针方向转动，同时离开导线AB 

顺时针方向转动，同时离开导线AB

5.如图所示，在“用DIS研究通电螺线管的磁感应强度”的实验中，M，N是通电螺线管轴线上的两点，且这两点到螺线管中心的距离相等．用磁传感器测量轴线上M，N之间各点的磁感应强度B的大小，并将磁传感器顶端与M点的距离记作x．如果实验操作正确，得到的B﹣x图象应为图中的（ 

6.图中B表示磁感强度，I表示通电长直导线中的电流，F表示磁场对导线的作用力．它们三者的方向间的关系，正确的是（ 

7.下列关于磁场的说法中正确的是（ 

磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质

磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的

磁极与磁极之间是直接发生作用的

磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生

8.关于垂直于磁场方向的通电直导线所受磁场作用力的方向，正确的是（ 

跟磁场方向垂直，跟电流方向平行 

跟电流方向垂直，跟磁场方向平行

既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直 

既不跟磁场方向垂直，又不跟电流方向垂直

9.关于磁感线的下列说法中，正确的是（ 

）

磁感线是真实存在于磁场中的有方向的曲线

磁感线上任一点的切线方向，都跟该点磁场的方向相同

磁铁的磁感线从磁铁的北极出发，终止于磁铁的南极

磁感线有可能出现相交的情况

10.在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图．过c点的导线所受安培力的方向（ 

与ab边平行，竖直向上 

与ab边平行，竖直向下

与ab边垂直，指向左边 

与ab边垂直，指向右边

11.关于磁感应强度，下列说法中正确的是（ 

由

可知，B与F成正比，与IL成反比

通电导线放在磁场中的某点，那点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，那点的磁感应强度就为零

通电导线不受安培力的地方一定不存在磁场，即B=0

磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定，其大小和方向是唯一确定的，与通电导线无关

12.关于磁感应强度B，下列说法中正确的是（ 

在磁场中磁感线越密集的地方，B值越大

磁场中某点B的方向，跟放在该点的试探电流元所受的磁场力方向一致

在磁场中某点试探电流元不受磁场力作用时，该点B值大小为零

磁场中某点B的大小，跟放在该点的试探电流元的情况有关

13.磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度，其值为

，式中B是磁感应强度，μ是磁导率，在空气中μ为一已知常数．以通电螺线管（带有铁芯）为例，将衔铁吸附在通电螺线管的一端，若将衔铁缓慢拉动一小段距离△d，拉力所做的功就等于间隙△d中磁场的能量．为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B，某研究性学习小组用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P，再用力缓慢将铁片与磁铁拉开一段微小距离△L，并测出拉力大小为F，如图所示．由此可以估算出该条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B为（ 

二、多选题（共4题；

共12分）

14.如图所示，空间存在两个磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反且垂直纸面，MN、PQ为其边界，OO′为其对称轴一导线折成边长为l的正方形闭合回路abcd，回路在纸面内以恒定速度v0向右运动，当运动到关于OO′对称的位置时（ 

穿过回路的磁通量为零 

回路中感应电动势大小为2Blv0

回路中感应电流的方向为顺时针方向 

回路中ab边与cd边所受安培力方向相同

15.如图所示，两金属导轨倾斜放置，匀强磁场垂直导轨平面向上，导轨左端连接电源、滑动变阻器，在导轨上垂直导轨放置一金属棒，开关闭合后金属棒静止，当滑动变阻器的滑片P由左端向右端滑动时，金属棒仍保持静止，在此过程中金属棒所受摩擦力（ 

一定减小 

可能一直增大 

可能先减小后增大 

可能先增大后减小

16.如图所示，直导线处于足够大的匀强磁场中，与磁感线成θ=30°

角，导线中通过的电流为I为了增大导线所受的磁场力，采取了下列四种办法，其中正确的是（ 

增大电流I 

增加直导线的长度

使导线在纸面内顺时针转30°

使导线在纸面内逆时针转60°

17.如图所示，直导线处于足够大的磁场中，与磁感线成θ=30°

角，导线中通过的电流为I，为了增大导线所受的安培力，可采取的办法是（ 

角 

使导线在纸面内顺时针转45°

角

三、综合题（共2题；

共35分）

18.如图所示，两平行金属导轨间的距离L=0.40m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°

，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B=0.50T，方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场．金属导轨的一端接有电动势E=4.5V、内阻r=0.50Ω的直流电源．现把一个质量m=0.040kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止．导体棒与金属导轨垂直、且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0=2.5Ω，金属导轨电阻不计，g取10m/s2．已知sin37°

=0.60，cos37°

=0.80，求：

（1）通过导体棒的电流；

（2）导体棒受到的安培力；

（3）导体棒受到的摩擦力．

（4）若将磁场方向改为竖直向上，要使金属杆继续保持静止，且不受摩擦力左右，求此时磁场磁感应强度B1的大小？

19.如图1所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L．M、P两点间接有阻值为R的电阻．一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下．导轨和金属杆的电阻可忽略．让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦．

（1）由b向a方向看到的装置如图2所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图；

（2）在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小；

（3）求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值．

答案解析部分

一、单选题

1.【答案】B

【解析】【解答】解：

AB、导体棒中电流方向为：

b→a，由左手定则判断可知：

导体棒ab受到安培力的方向为垂直于杆方向水平向右，故A错误，B正确；

CD、导体棒ab受到安培力的大小为 

F=BIL，故CD均错误；

故选：

B

【分析】导体棒垂直处在匀强磁场中，当电流I=0.5A，根据安培力公式F=BIL求解安培力的大小．

根据左手定则判断安培力的方向．

2.【答案】C

根据左手定则可知：

ABCD三图中电流、磁场、安培力方向均和左手定则中要求方向一致，故正确；

C图中电流和磁场方向一致，不受安培力，故C错误．

本题选错误的，故选：

C．

【分析】正确应用左手定则即可判断出磁场、电流、安培力三者之间的关系即可解答本题，应用时注意安培力产生条件．

3.【答案】A

利用安培定则可以判断出通电直导线周围的磁场线分布情况，如图中电流方向向上，则右侧磁场垂直纸面向里，且越靠近导线的，磁场越强，故BCD错误，A正确．

A．

【分析】正确利用安培定则直接判断通电直导线周围磁场方向，并由越靠近导线的，磁场越强，即可求解．

4.【答案】B

电流AB产生的磁场在其右侧方向垂直纸面向里，在其左侧垂直纸面向外，根据左手定则知，CD的右边部分所受的安培力方向向上，左边部分所受安培力方向向左，则CD导线逆时针方向转动．假设CD导线转过90°

此时，两电流为同向电流，相互吸引．所以导线CD逆时针方向转动，同时靠近导线AB．故B正确，A、C、D错误．

B．

【分析】电流CD处于电流AB产生的磁场中，在CD左右两边各取一小电流元，根据左手定则判断其安培力的方向，从而判断其运动．当CD导线转过90°

后，看两电流是同向电流还是异向电流，同向电流相互吸引，异向电流相互排斥．

5.【答案】C

从外部逐渐靠近螺线管两端时，磁场逐渐增强，在螺线管内部，磁场基本上是匀强磁场，磁感应强度大于螺线管端点的磁感应强度，螺线管的磁场关于中点对称，由图示可知，图象C正确；

C

【分析】从外部逐渐靠近螺线管两端时，磁场逐渐增强，在螺线管内部，磁场基本上是匀强磁场，磁感应强度大于螺线管端点的磁感应强度，螺线管的磁场关于中点对称，分析各图示，找出符合螺线管实际的图象．通电螺线管的磁场是由电流产生的，知道螺线管的磁场分布是正确解题的关键．

6.【答案】A

A、由左手定则可知，电流所受安培力竖直向上，磁感强度、电流、安培力三者间的方向关系正确，故A正确；

B、根据图示由左手定则可知，安培力水平向左，图示磁感强度、电流、安培力三者间的方向关系错误，故B错误；

C、根据图示由左手定则可知，安培力竖直向下，图示磁感强度、电流、安培力三者间的方向关系错误，故C错误；

D、根据图示由左手定则可知，安培力水平向左，图示磁感强度、电流、安培力三者间的方向关系错误，故D错误；

故选A．

【分析】根据图示电流、磁场、力的方向，应用左手定则分析答题．

7.【答案】A

A、磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质；

故A正确；

B、磁场是客观存在的特殊物质．故B错误；

C、磁极与磁极间是通过磁场发生作用的．故C错误；

D、磁场是磁体及电流周围产生的；

即使没有相互作用，磁场仍然存在；

故D错误；

A

【分析】磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质；

磁感线是为了研究磁场方便而人为加上去的；

磁极与磁极间是通过磁场发生作用的．

8.【答案】C

【解析】【分析】根据左手定则的内容，知与磁场方向垂直的通电直导线，它受到的磁场作用力与电流方向垂直，与磁场方向垂直．C正确，

【点评】本题的关键掌握左手定则判定安培力的方向，伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且与手掌在同一个平面内；

让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是安培力的方向．

9.【答案】B

【解析】【分析】磁感线是人工模拟出来的，不是实际存在的，A错误，磁感线的切线方向和磁场方向相同，B正确，磁铁外部的磁感线从磁铁的北极出发，到达磁铁的南极，在内部磁感线从南极出发到达北极，形成闭合的曲线，C错误，磁感线不能相交，如果相交，交点处会出现两个方向，与实际不符，D错误。

【点评】磁感线是人假想出来的，疏密程度表示磁场感应强度大小，切线方向表示磁场方向。

10.【答案】C

等边三角形的三个顶点a、b、c处均有一通电导线，且导线中通有大小相等的恒定电流．

由安培定则可得：

导线a、b的电流在c处的合磁场方向竖直向下．

再由左手定则可得：

安培力的方向是与ab边垂直，指向左边．

【分析】通电导线在磁场中受到安培力，方向是由左手定则可确定，而通电导线与通电导线间的安培力由通电导线周围存在磁场是由安培定则来确定，则对放入其中的通电导线有安培力作用，从而由安培力的叠加可确定其方向．从题中可得这一规律：

通电导线的电流方向相同时，则两导线相互吸引；

当通电导线的电流方向相反时，则两导线相互排斥．

11.【答案】D

A、由磁感应强度的定义式B=

可知，是属于比值定义的．B与F、IL均没有关系，故A错误；

B、通电导线放在磁场中的某点，那点就有可能存在安培力，如果将通电导线拿走，那点安培力不存在，但该点的磁感应强度仍存在．故B错误；

C、同一条通电导线放在磁场中某处所受的磁场力不一定相同，受到放置的角度限制．公式满足条件是：

导线垂直放置在磁场中，若此处的磁感应强度为零，则通电导线放在该处所受安培力一定为零．故C错误；

D、磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定，其大小和方向是唯一确定的，与通电导线没有关系，当通电导线不放入磁场中，则一定没有磁场力，但该处的磁感应强度仍然存在．故D正确；

D

【分析】在磁场中磁感应强度有强弱，则由磁感应强度来描述强弱．将通电导线垂直放入匀强磁场中，即确保电流方向与磁场方向相互垂直，则所受的磁场力与通电导线的电流与长度乘积之比．

12.【答案】A

A、磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度越大，故A正确，

B、由安培力公式F=BIL，得B=

，可知，磁场中某点B的大小，跟放在该点的试探电流元的情况及安培力大小无关，故BD错误；

C、当通电导线与磁场平行放置时，没有安培力，但不能肯定此处没有磁感应强度，故C错误；

【分析】磁感应强度是描述磁场强弱的物理量，通过电流元垂直放置于磁场中所受磁场力与电流元的比值来定义磁感应强度．比值与磁场力及电流元均无关．电流元所受磁场力是由左手定则来确定，并根据磁感线的疏密来表示磁场的强弱．

13.【答案】D

由题意，磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度，其值为

条形磁铁与铁片P之间的磁场具有的能量等于拉力F做的功，故有：

E=F•△L…①

量密度为磁场中单位体积所具有的能量，故有：

=

…②

由①②可解得：

B=

【分析】由于拉力F所作的功等于间隙中磁场的能量，能量密度为磁场中单位体积所具有的能量，故用能量除以体积就可以列出关系式求出磁感强度B与F、A之间的关系．

二、多选题

14.【答案】A,B,D

A、此时线圈中有一半面积磁场垂直线圈向外，一半面积磁场垂直线圈向内，因此磁通量为零，故A正确；

B、ab切割磁感线形成电动势b端为正，cd切割形成电动势c端为负，因此两电动势串联，故回路电动势为E=2BLv0，故B正确；

C、根据右手定则可知线框向右运动的过程中，ab中的感应电动势的方向向下，cd中的感应电动势的方向向上，所以回路中的感应电流方向为逆时针，故C错误；

D、根据左手定则可知，回路中ab边电流的方向向下，磁场的方向向外，所以安培力的方向向左；

同理，cd边电流的方向向上，磁场的方向向里，所受安培力方向向左，方向相同，故D正确．

ABD．

【分析】根据磁通量的定义可以判断此时磁通量的大小，如图所示时刻，有两根导线切割磁感线，根据右手定则可判断两根导线切割磁感线产生电动势的方向，求出回路中的总电动势，然后即可求出回路中的电流和安培力变化情况．

15.【答案】B,C

当滑动变阻器的滑片p由左端向右端滑动时，变阻器在路电阻减小，电路中电流增大，金属棒所受的安培力增大．

变阻器滑片移动之前，

若金属棒的重力沿斜面向下的分力等于安培力，金属棒不受静摩擦力，当安培力增大时，金属棒将向上运动趋势，受到沿斜面向下的静摩擦力，静摩擦力增大；

若金属棒的重力沿斜面向下的分力小于安培力，金属棒所受静摩擦力沿斜面向下，当安培力增大时，根据平衡条件得知，静摩擦力增大；

若金属棒的重力沿斜面向下的分力大于安培力，金属棒所受静摩擦力沿斜面向上，当安培力增大时，根据平衡条件得知，静摩擦力或能一直减小，也可能先减小后反向增大；

故BC正确，AD错误．

BC

【分析】金属棒保持静止，先分析原来所受的静摩擦力可能的方向．当滑动变阻器的滑片p由左端向右端滑动时，变阻器在路电阻减小，电路中电流增大，金属棒所受的安培力增大，再根据平衡条件分析静摩擦力的变化情况

16.【答案】A,B,D

A、由公式F=BIL，当增大电流时，可增大通电导线所受的磁场力．故A正确；

B、由公式F=BIL，当增加直导线的长度时，可增大通电导线所受的磁场力．故B正确；

C、当使导线在纸面内顺时针转30°

时，导线有效切割长度缩短，则所受磁场力变小，故C错误；

D、当使导线在纸面内逆时针转60°

时，导线有效切割长度伸长，则所受磁场力变大，故D正确；

ABD

【分析】根据左手定则的内容，判定安培力的方向．左手定则的内容是：

伸开左手，让大拇指与四指方向垂直，并且在同一平面内，磁感线穿过掌心，四指方向与电流的方向相同，大拇指所指的方向为安培力的方向．而安培力的大小F=BIL，且B与I垂直；

若不垂直时，则将B沿导线方向与垂直方向进行分解．

17.【答案】A,B

时，导线沿磁场方向投影长度缩短，则所受磁场力变小，故C错误；

D、当使导线在纸面内顺时针转45°

时，导线沿磁场方向投影长度缩短，则所受磁场力变小，故D错误；

AB

若不垂直时，则将B沿导线方向与垂直方向进行分解

三、综合题

18.【答案】

（1）解：

根据闭合电路欧姆定律得：

I1=

=1.5A．

（2）解：

导体棒受到的安培力为：

F安=BIL=0.30N．

由左手定则可知，安培力沿斜面向上

（3）解：

对导体棒受力分析如图，将重力正交分解，沿导轨方向有：

F1=mgsin37°

=0.24N

F1＜F安，根据平衡条件可知，摩擦力沿斜面向下

mgsin37°

+f=F安

解得：

f=0.06N．

（4）解：

当B的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，则

B2IL=mgtanα，

B2=0.5T

【解析】【分析】

（1）根据闭合电路欧姆定律求出电流的大小．

（2）根据安培力的公式F=BIL求出安培力的大小．（3）导体棒受重力、支持力、安培力、摩擦力处于平衡，根据共点力平衡求出摩擦力的大小．（4）当B的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，画出受力图，然后结合几何关系即可求出

19.【答案】

杆受力图如图所示：

重力mg，竖直向下，支撑力N，垂直斜面向上，安培力F，沿斜面向上．

故ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图如上所示

当ab杆速度为v时，感应电动势E=BLv，此时电路中电流：

ab杆受到安培力：

根据牛顿运动定律，有：

故此时ab杆中的电流大小为：

，加速度的大小为：

当：

，时，ab杆达到最大速度vm，

此时：

故在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值为：

（1）杆ab受到沿导轨向上的安培力和重力以及支持力作用，根据各力的大小方向关系可正确画出受力图．

（2）根据右手定则可以判断出杆θ中的电流方向，正确受力分析，根据牛顿第二定律可求出杆的加速度大小．（3）当合外力为零时，即重力沿导轨向下的分力等于安培力时，杆的速度达到最大．