高中物理优化探究第三章习题课磁场的叠加和安培力作用下的力学问题

第三章磁场第三节探究安培力A级抓基础1．下图中磁感应强度B，电流I和安培力F之间的方向关系错误的是( )答案：D2．关于安培力、磁感应强度的有关说法，正确的是( )A．通电导体不受磁场力作用的地方一定没有磁场B．将I、L相同的通电导体放在同一匀强磁场的不同位置，受安培力一定相同C．磁感线指向磁感应强度减小的方向D．以上说法都不正确解析：由F＝BIL sin θ，当I∥B时，F＝0，此时通电导线不受磁场力，但导线处有磁场，故A错；如果I、L相同，放在同一匀强磁场中因放置角度不同，安培力也可能不同，故B错；在匀强磁场中沿磁感线方向磁感应强度不变，故C错，正确答案为D.答案：D3．如图所示，将长0.20 m的直导线全部放入匀强磁场中，保持导线和磁场方向垂直．已知磁场磁感应强度的大小为5.0×10－3 T，当导线中通过的电流为1.0 A时，该直导线受到安培力的大小是( )A．1.0×10－3 N B．1.0×10－2 NC．5.0×10－4 N D．5.0×10－3 N解析：当电流磁场互相垂直的时候，电流受到的安培力的大小为F＝BIL，根据公式直接计算即可．由于导线和磁场方向垂直，所以直导线受到安培力的大小为：F＝BIL＝5.0×10－3 T×1.0 A×0.20 m＝1.0×10－3 N，所以A正确．答案：A4．磁感应强度的单位是特斯拉(T)，与它等价的是( )A.NA·mB.N·AmC.N·Am2D.NA·m2答案：A5．将长度为20 cm、通有0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示，已知磁感应强度为1 T．试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向．图(1) 图(2) 图(3)解析：由左手定则和安培力的计算公式得：(1)因导线与磁感线平行，所以F＝0 N.(2)由左手定则知道：安培力方向垂直导线水平向右，大小F＝BIL＝1×0.1×0.2 N＝0.02 N.(3)安培力方向垂直导线斜向上，大小F＝BIL＝0.02 N.答案：见解析B级提能力6.如图中，金属棒MN用绝缘细线悬吊在垂直纸面向里的匀强磁场中，电流方向M→N，此时悬线的拉力不为零，要使悬线的拉力变为零，有以下办法：①将磁场反向，并适当增大磁感应强度②将电流反向，并适当增大电流强度③不改变磁场和电流方向，适当增大磁感应强度④不改变磁场和电流方向，适当增大电流强度其中正确的是( )A．①②B．②③C．③④D．①④解析：通电导线在磁场中受到安培力作用，由公式F＝BIL求出安培力大小，由左手定则来确定安培力的方向．棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M 流向N ，根据左手定则可得，安培力的方向竖直向上，由于此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，则安培力必须增加．所以应适当增加电流强度，或增大磁场，所以③④正确．答案：C7.如图所示，固定的长直导线竖直放置，通以竖直向上的直流电．在导线右侧放一可以自由移动的矩形通电线框，它们在同一平面内，则线框的运动情况是( )A ．线框平动，远离直导线B ．线框平动，靠近直导线C ．从上向下看线框顺时针转动，并靠近直导线D ．从上向下看线框逆时针转动，并远离直导线 答案：B8．(多选)如图所示，两根间距为d 的平行光滑金属导轨间接有电源E ，导轨平面与水平面间的夹角θ＝30°.金属杆ab 垂直导轨放置，导轨与金属杆接触良好．整个装置处于磁感应强度为B 的匀强磁场中．当磁场方向垂直导轨平面向上时，金属杆ab 刚好处于静止状态．要使金属杆能沿导轨向上运动，可以采取的措施是( )A ．增大磁感应强度BB ．调节滑动变阻器使电阻减小C ．增大导轨平面与水平面间的夹角θD ．将电源正负极对调使金属杆中的电流方向改变 解析：对金属杆受力分析，沿导轨方向：BEdR－mg sin θ＝0，若想让金属杆向上运动，则BEd R 增大，A 项正确；电阻减小，BEdR增大，则B 项正确；若增大θ，则mg sin θ增大，C 项错误；若电流反向，则金属杆受到的安培力反向，D 项错误．答案：AB9．(多选)质量为m 的通电细杆置于倾角为θ的导轨上，导轨的宽度为d ，杆与导轨间的动摩擦因数为μ，有垂直于纸面向里的电流通过杆，杆恰好静止于导轨上．在如下图所示的A 、B 、C 、D 四个图中，杆与导轨间的摩擦力一定不为零的是( )解析：对通电杆进行受力分析如下：根据平衡条件可以判断出C和D一定受到摩擦力的作用，正确选项为C、D.此题要求考生能够对通电杆进行正确的受力分析，并根据平衡条件进行判断．答案：CD10．如图所示，两平行光滑导轨相距为L＝20 cm，金属棒MN的质量为m＝10 g，电阻R＝8 Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝0.8 T，方向竖直向下，电源电动势E＝10 V，内阻r ＝1 Ω，当开关K闭合时，MN恰好平衡，求变阻器R1的取值为多少？(设θ＝45°，g取10 m/s2)解析：先根据左手定则判定安培力的方向，然后根据平衡条件列方程，再利用安培力公式以及闭合电路欧姆定律进行求解．金属棒平衡时的平面受力图如图所示．当MN平衡时，有：mg sin θ－BIL cos θ＝0，①由闭合电路欧姆定律，得：I＝ER＋R1＋r，②由①②式联立并代入数据，得：R1＝7 Ω.答案：7 Ω。

磁场对通电导线的作用-安培力1．关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是( )A ．安培力的方向可以不垂直于直导线B ．安培力的方向总是垂直于磁场的方向C ．安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关D ．将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半解析：选B.安培力的方向始终与电流方向和磁场方向垂直，选项A 错误、B 正确；由F ＝BIL sin θ可知，安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角有关，选项C 错误；将直导线从中点折成直角时，因磁场与导线的夹角未知，则安培力的大小不能确定，选项D 错误．2．下面的四个图显示了磁场对通电直导线的作用力，其中正确的是( )答案：C3.如图所示，长为3l 的直导线折成三段做成正三角形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁场的强弱为B ，当在该导线中通以电流强度为I 的电流时，该通电导线受到的安培力大小为( )A ．2BIlB ．32BIlC.2＋32BIl D ．0解析：选A.导线AB 段和BC 段的有效长度为2l sin 30°＝l ，所以该通电导线受到的安培力大小为F ＝BIl ＋BIl ＝2BIl ，选项A 正确．4．(多选)如图所示，一金属直杆MN 两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN 与线圈轴线均处于竖直平面内，为使MN 垂直纸面向外运动，可以( )A ．将a 、c 端接在电源正极，b 、d 端接在电源负极B ．将b 、d 端接在电源正极，a 、c 端接在电源负极C ．将a 、d 端接在电源正极，b 、c 端接在电源负极D ．将a 、c 端接在同一交流电源的一端，b 、d 端接在交流电源的另一端解析：选ABD.根据选项，把直杆所在处的磁场方向和直杆中的电流方向画出来，得A 、B 正确．若使a 、c 两端(或b 、d 两端)的电势相对于另一端b 、d (或a 、c )的电势的高低做同步变化，线圈磁场与电流方向的关系跟上述两种情况一样，故D 也正确．5．如图所示，平行金属导轨PQ 与MN 都与水平面成θ角，相距为l .一根质量为m 的金属棒ab 在导轨上，并保持水平方向，ab 棒内通有恒定电流，电流大小为I ，方向从a 到b .空间存在着方向与导轨平面垂直的匀强磁场，ab 棒在磁场力的作用下保持静止，并且棒与导轨间没有摩擦力．求磁感应强度B 的大小和方向．解析：金属棒受力如图所示，根据力的平衡条件可知：F 安＝mg sin θ而F 安＝BIl 可得B ＝mg sin θIl由左手定则可知，B 的方向垂直导轨平面向下．答案：mg sin θIl方向垂直导轨平面向下一、单项选择题1.如图所示，四边形的通电闭合线框abcd 处在垂直线框平面的匀强磁场中，它受到磁场力的合力( )A ．竖直向上B ．垂直于ad 斜向上C ．垂直于bc 斜向下D ．为零解析：选D.导线abcd 的有效长度L ＝0，故它受到的磁场力的合力为零，即任何闭合通电线圈在匀强磁场中受到的磁场力的合力一定为零．2．如图所示，一根有质量的金属棒MN ，两端用细软导线连接后悬于a 、b 两点，棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M 流向N ，此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，可以( )A ．适当减小磁感应强度B ．使磁场反向C ．适当增大电流D ．使电流反向解析：选C.首先对MN 进行受力分析，受竖直向下的重力G ，受两根软导线的竖直向上的拉力和安培力．处于平衡时：2F ＋BIL ＝mg ，重力mg 恒定不变，欲使拉力F 减小到0，应增大安培力BIL ，所以可增大磁场的强弱B 或增加通过金属棒中的电流I ，或二者同时增大．3.如图所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘绳水平吊起通电直导线A ，A 与螺线管垂直，A 导线中的电流方向垂直纸面向里．开关S 闭合，A 受到通电螺线管磁场的作用力的方向是( )A．水平向左B．水平向右C．竖直向下D．竖直向上解析：选D.先用安培定则判断螺线管的磁场方向，在A点导线处的磁场方向是水平向左的；再用左手定则判断出导线A受到的安培力竖直向上．故选D.4.一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中，导线上的电流方向由左向右，如图所示．在导线以其中心点为轴转动90°的过程中，导线受到的安培力( )A．大小不变，方向不变B．由零增大到最大，方向时刻改变C．由最大减小到零，方向不变D．由零增大到最大，方向不变解析：选D.导线转动前，电流方向与磁场方向平行，导体不受安培力；当导体转过一个小角度后，电流与磁场不再平行，导体受到安培力的作用；当导体转过90°时，电流与磁场垂直，此时导体所受安培力最大．根据左手定则判断知，力的方向始终不变，选项D 正确．5.如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在磁铁右上方固定一根与磁铁垂直的长直导线．当导线中通以由外向内的电流时磁铁仍然保持静止，则( )A．磁铁受到向左的摩擦力，对桌面的压力减小B．磁铁受到向右的摩擦力，对桌面的压力减小C．磁铁受到向左的摩擦力，对桌面的压力增大D．磁铁不受摩擦力，对桌面的压力不变解析：选A.由左手定则判断知磁铁对通电导线的作用力斜向左下方，根据牛顿第三定律，通电导线对磁铁的反作用力方向为斜向右上方，对磁铁受力分析，受力情况如图所示．由图知，磁铁受到向左的摩擦力，对桌面的压力大小为N＝G－F安·sin θ，而导线中没有电流时N＝G，可见A选项正确．6.把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来，使它的下端刚好跟杯里的水银面相接触，并使它组成如图所示的电路图．当开关S接通后，将看到的现象是( )A．弹簧向上收缩B．弹簧被拉长C．弹簧上下跳动D．弹簧仍静止不动解析：选C.因为通电后，弹簧线圈中每一圈之间的电流是同向的，互相吸引，线圈就缩短，电路就断开，一断开电流就消失，线圈就又落下接通电路……如此通断通断，就上下跳动．7.如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相等、方向相反的电流．a受到的磁场力大小为F1.当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为F2.则此时b受到的磁场力大小变为( )A．F2B．F1－F2C．F1＋F2D．2F1－F2解析：选A.如图所示，先对a进行受力分析．a受到b导线产生的磁场的作用力F1，方向向左．假设后加的匀强磁场方向垂直纸面向外，则此磁场对a的作用力F方向向右，F2＝|F1－F|.同理F b＝|F1′－F′|，F1′为a产生的磁场对b的作用力，F′为后加磁场对b 的作用力．故F b＝F2.二、多项选择题8．关于磁场对通电直导线的作用力(安培力)，下列说法正确的是( )A ．通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用B ．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场的方向垂直C ．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直D ．通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B 和I 所确定的平面解析：选BCD.当电流方向与磁场方向平行时，通电直导线不受安培力作用，故A 错误；据左手定则，判定安培力方向总垂直于电流方向和磁场方向所确定的平面，故B 、C 、D 均正确．9.如图所示，金属细棒的质量为m ，用两根相同的轻弹簧吊放在水平方向的匀强磁场中．弹簧的劲度系数为k .棒ab 中通有稳恒电流，棒处于平衡状态，并且弹簧的弹力恰好为零．若电流大小不变而方向相反，则( )A ．每根弹簧弹力的大小为mgB ．每根弹簧弹力的大小为2mgC ．每根弹簧形变量为mg kD ．每根弹簧形变量为2mg k解析：选AC.开始时，对导体棒由受力平衡得：mg ＝F 安①当电流反向后，设弹簧的伸长量为Δx ，对导体棒由受力平衡得：2k Δx ＝mg ＋F 安②由①②得Δx ＝mg k，故选项A 、C 正确．10.质量为m 的通电细杆ab 置于倾角为θ的平行导轨上，导轨宽度为d ，杆ab 与导轨间的动摩擦因数为μ.有电流时ab 恰好在导轨上静止(如图所示)，以下是在沿ba 方向观察时的四个平面图，标出了四种不同的匀强磁场方向，其中杆与导轨间摩擦力可能为零的是( )解析：选AB.若杆在重力、安培力、弹力的作用下可以处于平衡状态，则杆与导轨间的摩擦力为零．由左手定则判断安培力的方向：图A中安培力水平向右，摩擦力可能为零，A 选项正确；图B中安培力竖直向上，摩擦力可能为零，B选项正确；图C中安培力竖直向下，没有摩擦力杆不可能平衡，C选项错误；图D中安培力水平向左，没有摩擦力，杆不可能平衡，D选项错误．故正确答案为A、B.三、非选择题11.如图所示，两平行光滑金属导轨与水平面间的夹角θ＝45°，相距为20 cm；金属棒MN的质量为1×10－2 kg，电阻R＝8 Ω；匀强磁场方向竖直向下，B＝0.8 T，电源电动势E＝10 V，内阻r＝1 Ω.当电键S闭合时，MN处于平衡状态，求变阻器R1的取值为多少？(忽略金属导轨的电阻，取g＝10 m/s2)解析：沿M→N的方向看去，导体棒MN受重力、支持力、安培力，这三个力在同一竖直平面内，如图所示．由受力图及平衡条件有：mg sin θ－BIL cos θ＝0①由闭合电路的欧姆定律有：E＝I(R＋R1＋r)②由①②两式解得：R1＝7 Ω.答案：7 Ω12.(2015·高考重庆卷)音圈电机是一种应用于硬盘、光驱等系统的特殊电动机．如图是某音圈电机的原理示意图，它由一对正对的磁极和一个正方形刚性线圈构成，线圈边长为L，匝数为n，磁极正对区域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下，大小为B，区域外的磁场忽略不计．线圈左边始终在磁场外，右边始终在磁场内，前后两边在磁场内的长度始终相等．某时刻线圈中电流从P流向Q，大小为I.(1)求此时线圈所受安培力的大小和方向．(2)若此时线圈水平向右运动的速度大小为v，求安培力的功率．解析：(1)由安培力表达式F＝BIL可知，线圈所受的安培力F＝nBIL，由左手定则可判断安培力方向水平向右．(2)由功率公式P＝Fv可知，安培力的功率P＝nBILv.答案：(1)nBIL水平向右(2)nBILv。

习题课安培力的综合应用/-I［研究学考•明确要求］知识内容安培力的综合应用基本要求发展要求会利用安培力公式并能综合力学其它规律，解决简单力学问题。

利用安培力公式，综合力学和电学规律求解力学与电学综合问题。

说明解决力学综合问题只限于所受各力在一条直线上或相互垂直的情形。

課堂互动学习I基础Sils 堂互动营［基础梳理］通电导体在磁场中的运动实质是通电导线在磁场中受到安培力作用的运动。

(1)电流元法 即把整段通电导体等效为多段直线电流元，运用左手定则判 断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断出整段通电 导体所受合力的方向。

知识点一安培力作用下物体运动方向的判断 方法(2)特殊位置法把通电导体或磁铁放置到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力方向，从而确定运动方向。

(3)等效法环形导线和通电螺线管都可以等效成条形磁铁。

条形磁铁也可等效成环形导线或通电螺线管。

通电螺线管也可以等效成很多匝的环形导线来分析。

(4)利用结论法①两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥;②两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势。

③转换研究对象法因为电流之间，电流与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律。

定性分析磁体在电流磁场作用下受力和运动时，可先分析电流在磁体的磁场中受到的安培力，然后由牛顿第三定律, 再确定磁体所受电流的作用力。

［典例精析］【例1】如图1所示，两条导线相互垂直，但相隔一段距离,其中固定，CD 能自由活动，当电流按图示方向通入两 条导线时，导线CD 将（从纸外向纸里看） 顺时针方向转动同时靠近导线AB 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 逆时针方向转动同时靠近导线ABA. B. C. D.( )图1解析根据电流元分析法,把导线仞等效成CO、OD两段导线。

由安培定则画出CO、OD所在位置由AB导线中电流所产可见导线仞逆时针转动。

生的磁场方向,由左手定则可判断CO、OD受力如图甲所示,• •4 x x••X f — 1C.■OxDxDL tCJB X x 甲乙由特殊位置分析法,让CD逆时针转动90。

《磁场对通电导线的作用——安培力》1.在如图3－2－11所示的各图中，表示磁场方向、电流方向及导线受力方向的图示正确的是（）图3－2－11解析：选A.本题考查用左手定则判断安培力的方向.根据左手定则，四指指向电流方向，让磁感线垂直穿入手心，则大拇指所指的方向即是安培力的方向，只有A符合左手定则.故正确答案为A.2.如图3－2－12所示，A为一水平旋转的橡胶圆盘，带有大量均匀分布的负电荷，在圆盘正上方水平放置一通电直导线，电流方向如图所示.当圆盘高速绕中心轴OO′转动时，通电直导线所受安培力的方向是（）图3－2－12A.竖直向上B.竖直向下C.水平向里D.水平向外解析：选C.本题考查安培定则与左手定则.由电流产生磁场可知橡胶圆盘上高速转动的负电荷产生的磁场在圆盘上方是垂直圆盘向上的，再由左手定则判断通电导线所受安培力方向水平向里.3.如图3－2－13所示，四边形的通电闭合线框abcd处在垂直线框平面的匀强磁场中，它受到磁场力的合力（）图3－2－13A.竖直向上B.方向垂直于ad斜向上C.方向垂直于bc斜向下D.为零解析：选D.导线abcd的有效长度L＝0，故它受到的磁场力的合力为零，即任何闭合通电线圈在匀强磁场中受到的磁场力的合力一定为零.4.如图3－2－14所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬于a、b两点，棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，可以（）图3－2－14A.适当减小磁感应强度B.使磁场反向C.适当增大电流D.使电流反向解析：选C.首先对MN进行受力分析，受竖直向下的重力G，受两根软导线的竖直向上的拉力和安培力.处于平衡时：2F＋BIL＝mg，重力mg恒定不变，欲使拉力F减小到0，应增大安培力BIL，所以可增大磁场的磁感应强度B或增加通过金属体中的电流I，或二者同时增大.5.将长度为20 cm、通有0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场方向如图3－2－15所示，已知磁感应强度为1 T.试求下列各图中导线所受安培力的大小和方向.图3－2－15解析：由公式F＝IBL sinθ得：(1)中F1＝0.(2)中F2＝IBL＝0.02 N，方向水平向右.(3)中F3＝IBL＝0.02 N，方向垂直导线方向斜向上方，与水平方向成120°角.答案：(1)0 (2)0.02 N，水平向右 (3)0.02 N，与水平成120°角一、选择题1.关于磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间的关系，正确的说法是（）A.磁场方向、电流方向、安培力方向三者之间总是互相垂直的B.磁场方向一定与安培力方向垂直，但电流方向不一定与安培力方向垂直C.磁场方向不一定与安培力方向垂直，但电流方向一定与安培力方向垂直D.磁场方向不一定与电流方向垂直，但安培力方向一定既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直解析：选 D.由左手定则可知，安培力方向一定既垂直于磁场方向又垂直于电流方向，但电流方向与磁场方向不一定垂直.2.下列说法正确的是（）A.放在匀强磁场中的通电导线一定受到恒定的磁场力作用B.沿磁感线方向，磁场逐渐减弱C.磁场的方向就是通电导线所受磁场力的方向D.安培力的方向一定垂直磁感应强度和直导线所决定的平面解析：选D.由F＝BIL sinθ知，当θ＝0时，F＝0，故A错.F方向一定与B和I所决定的平面垂直，所以D正确.3.一段通电导线平行于磁场方向放入匀强磁场中，导线上的电流方向由左向右，如图3－2－16所示.在导线以其中心点为轴转动90°的过程中，导线受到的安培力（）图3－2－16A.大小不变，方向不变B.由零增大到最大，方向时刻改变C.由最大减小到零，方向不变D.由零增大到最大，方向不变解析：选D.导线转动前，电流方向与磁场方向平行，导体不受安培力；当导体转过一个小角度后，电流与磁场不再平行，导体受到安培力的作用；当导体转过90°时，电流与磁场垂直，此时导体所受安培力最大.根据左手定则判断知，力的方向始终不变，选项D正确.4.竖直放置的直导线AB与导电圆环的平面垂直且隔有一小段距离，直导线固定，圆环可以自由运动，当通以如图3－2－17所示方向的电流时(同时通电)，从左向右看，线圈将（）图3－2－17A.顺时针转动，同时靠近直导线ABB.顺时针转动，同时离开直导线ABC.逆时针转动，同时靠近直导线ABD.不动解析：选C.圆环处在通电直导线的磁场中，由右手螺旋定则判断出通电直导线右侧磁场方向垂直纸面向里.由左手定则判定，水平放置的圆环外侧半圆受安培力向上，内侧半圆所受安培力方向向下，从左向右看线圈逆时针转，转到与直导线在同一平面内时，由于靠近导线一侧的半圆环电流向上，方向与直导线相同，互相吸引，直导线与另一侧半圆环电流反向，相互排斥，但靠近导线的半圆环处B值较大，故F引＞F斥，对圆环来说合力向左.5.关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的均匀辐向分布的磁场，下列说法中正确的是（）A.该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向相同B.该磁场的磁感应强度的方向处处相同，大小不等C.使线圈平面始终与磁感线平行D.线圈所处位置的磁感应强度大小都相等答案：CD6.如图3－2－18所示的各图中，磁场的磁感应强度大小相同，导线两端点距离均相等，导线中电流均相等，则各图中有关导线所受的安培力的大小的判断正确的是（）图3－2－18A.d图最大B.b图最大C.一样大D.无法判断解析：选C.安培力公式F＝BIL⊥，其中L⊥为垂直于磁场方向的有效长度，a、b、c、d四个图中导线的有效长度相等，所以所受的安培力相等.7.一条形磁铁放在水平桌面上，在它的上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直的导体棒，图3－2－19中只画出此棒的横截面图，并标出此棒中的电流是流向纸内的，在通电的一瞬间可能产生的情况是（）图3－2－19A.磁铁对桌面的压力减小B.磁铁对桌面的压力增大C.磁铁受到向右的摩擦力D.磁铁受到向左的摩擦力解析：选AD.对导体棒，通电后，由左手定则，导体棒受到斜向左下的安培力，由牛顿第三定律可得，磁铁受到导体棒的作用力应斜向右上，所以在通电的一瞬间，磁铁对桌面的压力减小，磁铁受到向左的摩擦力，因此A、D正确.8.质量为m的通电导体棒ab置于倾角为θ的导轨上，如图3－2－20所示.已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ，在下图3－2－21中所加各种磁场中，导体棒均静止，则导体棒与导轨间摩擦力为零的可能情况是（）图3－2－20图3－2－21解析：选AB.要使静摩擦力为零，如果N＝0，必有f＝0.图B选项中安培力的方向竖直向上，与重力的方向相反，可能使N＝0，B是正确的；如果N≠0，则导体除受静摩擦力f以外的其他力的合力只要为零，那么f＝0.在图A选项中，导体所受到的重力G、支持力N及安培力F安三力合力可能为零，则导体所受静摩擦力可能为零.图C、D选项中，从导体所受到的重力G，支持力N及安培力F安三力的方向分析，合力不可能为零，所以导体所受静摩擦力不可能为零，故正确的选项应为A、B.二、非选择题9.如图3－2－22所示，质量为m、长为L、通有电流为I的导体棒ab静止在水平导轨上，匀强磁场磁感应强度为B，其方向与导轨平面成α角斜向上且和棒ab垂直，ab处于静止状态，求ab 受到的摩擦力和支持力.图3－2－22解析：画出ab 棒的横截面图，并受力分析如图所示，因为棒ab 处于静止状态，由水平方向受力平衡可得f ＝F 安sin α＝BIL sin α，方向水平向右.竖直方向上受力平衡得F安cos α＋N ＝mg ，则N ＝mg －BIL cos α方向竖直向上.答案：见解析10.如图3－2－23所示，通电导体棒ab 质量为m 、长为L ，水平放置在倾角为θ的光滑斜面上，通以如图所示方向的电流，电流强度为I ，欲使导体棒ab 静止在斜面上.图3－2－23(1)若磁场方向竖直向上，则磁感应强度B 为多大？(2)若要求磁感应强度最小，求磁感应强度的大小和方向. 解析：(1)对导体棒受力分析如图所示：由平衡条件得BIL ＝mg tan θ B ＝mg tan θIL(2)设安培力方向与斜面夹角为α，对导体棒受力分析如图所示：由平衡条件得B ′IL cos α＝mg sin θ B ′＝mg sin θIL cos α当α＝0°时，B ′最小，其最小值为B ′min ＝mg sin θIL由于安培力方向平行斜面向上，电流方向垂直纸面向里，由左手定则可判断磁场方向垂直斜面向上. 答案：(1)mg tan θIL(2)mg sin θIL垂直斜面向上。

2023届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训专题57 磁场的叠加、安培力大小和安培力作用下的平衡动力学问题特训目标 特训内容目标1 安培定则和磁场的叠加（1T —4T ）目标2 安培力的大小（5T —8T ） 目标3 安培力作用下的平衡问题（9T —12T ） 目标4安培力作用下的动力学问题（13T —16T ）一、安培定则和磁场的叠加1．如图所示，在空间三维直角坐标系中过x 轴上12x a x a ==-、两点，沿平行于y 轴方向放置两根长直导线，导线中均通有相等的沿y 轴负方向的恒定电流I 。

已知通电长直导线周围某点磁场的磁感应强度B 与电流I 成正比，与该点到导线的距离r 成反比，即IB k r=⋅。

则下列描述坐标轴上各点磁场磁感应强度的图像中一定错误的是（ ）A ．B ．C ．D ．【答案】C【详解】根据安培定则以及磁场的叠加可知，O 点的磁感应强度一定为零，图像C 一定错误； 在x 方向，在x <-a 范围内磁场方向沿-z 方向，在-a <x<0范围磁场方向沿+z 方向，在0<x <a 范围磁场方向沿-z 方向，在x >a 范围磁场方向沿+z 方向，若选择+z 方向为正方向，则图像可能为A ；若选择-z 方向为正方向，则图像可能为B ；沿z 轴方向，由叠加原理可知，O 点的磁场为零，无穷远处磁场也为零，则从O 点沿z 轴正向和负向，磁场应该先增强后减弱，则图D 正确。

此题选择错误的选项，故选C 。

2．两完全相同的通电圆线圈1、2平行放置，两圆线圈的圆心O 1、O 2的连线与圆面垂直，O 为O 1、O 2的连线的中点，如图所示。

当两圆线圈中通以方向、大小均相同的恒定电流时，O 1点的磁感应强度的大小为B 1；若保持线圈1中的电流以及线圈2中的电流大小不变，仅将线圈2中电流方向反向，O 1点的磁感应强度的大小为B 2。

则线圈1中的电流在O 2点和O 点产生的磁场的磁感应强度大小B 3、B 4一定有（ ）A ．B 3=122B B +，B 4=122B B - B ．B 3=122B B +，B 4＜122B B - C ．B 3=122B B -，B 4＜122B B - D ．B 3=122B B -，B 4＜122B B + 【答案】D【详解】当两圆环中电流方向相同时（设俯视逆时针方向的电流），则设两圆环在O 1点产生的磁场方向相同均向上，设大小分别为B 11和B 21，则O 1点的磁感应强度的大小为11121B B B =+①仅将线圈2中电流方向反向，O 1点的磁感应强度的大小为21121B B B =-②，①②两式相减解得12212B B B -=而线圈1中的电流在O 2点产生的磁场的磁感应强度大小123212B B B B -==由①②两式相加可得12112B B B +=因线圈1中的电流在O 1点的磁感应强度B 11一定大于在O 点的磁感应强度B 4，则111242B B B B +=>故选D 。

安培力的应用课后篇巩固提升基础巩固1.固定导线c垂直纸面,可动导线ab通以如图方向的电流,用测力计悬挂在导线c的上方,导线c 中通电时,以下判断正确的是( )A.导线a端转向纸外,同时测力计读数减小B.导线a端转向纸外,同时测力计读数增大C.导线b端转向纸里,同时测力计读数减小D.导线b端转向纸里,同时测力计读数增大解析电流c产生的磁场在右边平行纸面斜向左,在左边平行纸面斜向下,在ab左右两边各取一小电流元,根据左手定则,左边的电流元所受的安培力方向向外,右边的电流元所受安培力方向向内,知ab导线逆时针方向(从上向下看)转动。

当ab导线转过90°后,两电流为同向电流,相互吸引。

导致弹簧测力计的读数变大。

故B正确,A、C、D错误。

答案B2.把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使它的下端刚好跟杯里的水银面相接触,并使它组成如图所示的电路图。

当开关S闭合后,将看到的现象是( )A.弹簧向上收缩B.弹簧被拉长C.弹簧上下跳动D.弹簧仍静止不动解析因为通电后,线圈中每一圈之间的电流是同向的,互相吸引,线圈就缩短,电路就断开了,一断开没电流了,线圈就又掉下来接通电路……如此通断通断,就上下跳动。

答案C3.如图所示,金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中,棒中通以由M向N的电流,平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ,如果仅改变下列某一个条件,θ角的相应变化情况是( )A.棒中的电流变大,θ角变大B.两悬线等长变短,θ角变小C.金属棒质量变大,θ角变大D.磁感应强度变大,θ角变小答案A4.将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来,在其附近放一条形磁铁,磁铁的轴线与圆环在同一个平面内,且通过圆环中心,如图所示,当圆环中通以顺时针方向的电流时,从上往下看( )A.圆环顺时针转动,靠近磁铁B.圆环顺时针转动,远离磁铁C.圆环逆时针转动,靠近磁铁D.圆环逆时针转动,远离磁铁解析该通电圆环相当于一个垂直于纸面的小磁铁,N极在内,S极在外,根据同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,可得C项正确。