2020学年高中物理（课堂同步系列二）每日一题 通电导线在磁场中受到的力（一）（含解析）新人教版选修3-1

2020学年高中物理（课堂同步系列二）每日一题 通电导线在磁场中受到的力（一）（含解析）新人教版选修3-1

通电导线在磁场中受到的力（一） ‎ 高考频度：★☆☆☆☆‎ 难易程度：★★☆☆☆‎ 如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以移动，当导线通过图示方向电流I时，导线的运动情况是（从上往下看）‎ A．顺时针方向转动，同时下降 B．顺时针方向转动，同时上升 C．逆时针方向转动，同时下降 D．逆时针方向转动，同时上升 ‎【参考答案】C ‎【试题解析】在导线两侧取两小段，由左手定则可知，左边一小段所受的安培力方向垂直纸面向外，右侧一小段所受安培力的方向垂直纸面向里，从上往下看，知导线逆时针转动；当转动90度时，由左手定则可知，导线所受的安培力方向向下，所以导线的运动情况为，逆时针转动，同时下降，故C正确。‎ ‎【知识补给】‎ 判断通电导体（或磁铁）在安培力作用下运动的常用方法 方法阐述及实例分析 具体方法 实例 分析 电 流 元 法 把整段电流等效分成很多电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向，注意一般取对称的电流元分析 判断能自由移动的导线运动情况 把直线电流等效为AO、BO两段电流元，蹄形磁铁磁感线分布以及两段电流元受安培力方向如图所示。可见，导线将沿俯视逆时针方向转动 特 殊 位 置 法 根据通电导体在特殊位置所受安培力的方向，判断其运动方向，然后推广到一般位置 用导线转过90°的特殊位置（如图所示的虚线位置）来分析，判得安培力方向向下，故导线在逆时针转动的同时向下运动 ‎ 等 效 分 析 法 环形电流可以等效为小磁针（或条形磁铁），条形磁铁也可等效成环形电流，通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁 判断环形电流受到的安培力方向 把环形电流等效成如图所示右边的条形磁铁，可见两条形磁铁相互吸引，不会有转动。电流受到的安培力方向向左 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方向相同的趋势 判断光滑杆上的同向电流的运动方向 同向电流直接相吸，两个环形电流会相互靠拢 转 换 研 究 对 象 法 定性分析磁体在电流产生的磁场中受力方向时，可先判断电流在磁体磁场中的受力方向，然后再根据牛顿第三定律判断磁体受力方向 判断图中所示磁铁受到的地面摩擦力方向 电流受到的磁铁的作用力方向如图所示，所以反过来电流对磁铁的作用力方向斜向右下。可知地面对磁铁的作用力方向向左 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 ‎（2020·浙江新高考选考科目）在城市建设施工中，经常需要确定地下金属管线的位置，如图所示，有一种探测方法是，首先给金属长直管线上同上电流，再用可以测量磁场强弱、方向的仪器进行一下操作：①用测量仪在金属管线附近的水平地面上找到磁场的最强的某点，记为a；②在a点附近的地面上，找到与a点磁感应强度相同的若干点，将这些点连成直线EF；③在地面上过a点垂直于EF的直线上，找到磁场方向与地面夹角为45°的b、c两点，测得b、c两点距离为L，由此可确定金属管线 A．平行于EF，深度为 B．平行于EF，深度为L C．垂直于FE，深度为 D．垂直于EF，深度为L 如图所示，匀强磁场的磁感应强度为，通电直导线与磁场方向竖直，导线长度，导线中电流。该导线所受安培力的大小为 A．0.01 N B．0.02 N C．0.03 N D．0.04 N ‎（2020·山东省潍坊市第一中学高考预测卷）利用如图所示的实验装置可以测量磁感应强度B。用绝缘轻质丝线把底边长为L、电阻为R、质量为m的“U”形线框固定在力敏传感器的挂钩上，并用轻质导线连接线框与电源，电源内阻不计，电压可调，导线的电阻忽略不计。当外界拉力F作用于力敏传感器的挂钩上时，力敏传感器会显示拉力的大小F。当线框接入恒定电压为E1的电源时，力敏传感器显示拉力的大小为F1；当线框接入恒定电压为E2的电源时，力敏传感器显示拉力的大小为F2。下列说法正确的是 A．当线框接入恒定电压为E1的电源时所受安培力大小为F1‎ B．当线框接入恒定电压为易的电源时力敏传感器显示拉力的大小为线框所受安培力与重力之差 C．待测磁场的磁感应强度B的大小为 D．待测磁场的磁感应强度B的大小为 如图，两根通电长直导线a、b平行放置，a、b中的电流强度分别为I和2I，此时a受到的磁场力为F，以该磁场力方向为正方向。a、b的正中间再放置一根与a、b平行共面的通电长直导线c后，a受到的磁场力大小变为‎2F，则此时b受到的磁场力的大小为 A．0 B．F C．‎4F D．‎‎7F ‎（2020·山东省藁城市第一中学高三冲刺卷）如图，AB、CD是两根长度均为L=‎4.0 m，质量分别为m1=‎0.6 kg和m2=‎0.2 kg的金属棒，两根等长的细金属杆将两节干电池与两个金属棒串联成闭合回路，整个回路用绝缘细线悬挂在天花板上，保证金属棒水平。整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度B=1.0 T，电路中的电流I=‎0.5 A，待系统稳定之后（金属棒、细金属杆在力的作用下不会发生变形，取g=‎10 m/s2），则 A．绝缘细线与竖直方向的夹角0º B．绝缘细线与竖直方向的夹角45º C．细金属杆与竖直方向的夹角45º D．细金属杆与竖直方向的夹角90º ‎【参考答案】‎ ‎【名师点睛】解决本题的关键是知道当导线的方向与磁场的方向平行，所受安培力为0，最小。当导线的方向与磁场方向垂直时，安培力最大，为F=BIL。‎ A 根据通电直导线产生的磁场特点：距离电流越近，产生的磁场强度越大，则a点距离管线最近，EF上的点均是距离管线最近的点，管线在EF的正下方，与EF平行；根据安培定则做出管线产生磁场的横截面图示：则由几何关系可以确定a到管线的距离为，故A正确，BCD错误。‎ D 由图可知电流与磁场方向垂直，因此直接根据F=BIL求得安培力的大小为：F=BIL=0.1×2×0.2 N=0.04 N，故D正确，ABC错误。‎ ‎【名师点睛】本题比较简单，考查了安培力的大小计算，应用公式F=BIL时注意公式适用条件和公式中各个物理量的含义。‎ D 由图可知，安培力竖直向下；当线框接电动势为E1的电源时力敏传感器显示拉力的大小为F1，所受安培力为F1-F，故A错误；当线框接电动势为E2的电源时力敏传感器显示的拉力大小为线框所受安培力大小与F之差，故B 错误；根据题意有：，，联立可得：，故D正确，C错误。‎ 安培力：，cd棒的重力：，由平衡条件得：，解得：，即细金属丝与竖直方向的夹角为，故选项C正确，D错误。‎