1、专题01 安培力一、安培力的方向1（2022江苏省响水中学高二阶段练习）如图所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线通过电流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【答案】C【解析】在导线两侧取两小段，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 时，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，ABD 错误。故选C。2（2022福建省宁化第六中学高
2、二期中）如图所示，假想在地球赤道上方存在半径略大于地球半径的圆形单匝线圈。在线圈中通以图示的电流，则它所受地磁场的安培力方向最接近于（）A垂直地面向上B垂直地面向下C向南D向北【答案】B【解析】赤道上方的地磁场方向由南向北，由图电流方向，根据左手定则，可知安培力方向最接近垂直地面向下。故选B。3（2022山西河津市第三中学高二期中）如图甲所示，长直导线与闭合金属环位于同一平面内，长直导线中的电流随时间的变化关系如图乙所示。在时，直导线中电流方向向上，则在时间内，闭合金属环中感应电流的方向与所受安培力的情况是（）A感应电流方向先顺时针后逆时针B感应电流方向先逆时针后顺时针C环受到的安培力先向左后
3、向右D环受到的安培力方向一直向左【答案】C【解析】在时间内电流向上在减小，产生的磁场垂直纸面向里在变小，根据楞次定律可知感应磁场垂直纸面向里，感应电流为顺时针，受到的安培力合力向左，靠近导线；在时间内电流向下增大，原磁场垂直纸面向外增加，感应磁场垂直纸面向里，感应电流为顺时针方向，受到的安培力向右。故选C。4（2022陕西安康高二期中）小明在课后用铜丝自制了一个“心”形的线圈，他把一节干电池的正极朝上放在一个强磁铁上，强磁铁的S极朝上，N极朝下，然后把制成的线圈如图所示放在电池上，顶端搁在电池的正极，下部分和磁铁接触，忽略各接触面上的摩擦力，从上往下看，则（）A线圈做逆时针转动B线圈做顺时针转
4、动C线圈不会转动D转动方向无法判断【答案】A【解析】“心”形的线圈，左半部分电流由上到下，磁场的方向有向右的分量，根据左手定则可知，安培力是向外的；右半部分电流也是由上到下，磁场的方向有向左的分量，根据左手定则可知，安培力是向内的，则从上往下看，线圈做逆时针转动。故选A。5（2022广西桂林市临桂区五通中学高二期中）如图所示，和是一对异名磁极，ab为放在其间的金属棒。ab和cd用导线连成一个闭合回路。当ab棒向左运动时，cd导线受到向下的磁场力。由此可知是_极，a、b、c、d四点的电势由高到低依次排列的顺序是_，ab棒中的电流方向_。【答案】 S 【解析】123棒受到向下的磁场力，由左手定则可
5、知，电流从到，根据右手定则可知是S极，ab棒中的电流方向为，导体棒相当于电源，根据电流方向可知二、安培力的大小1（2022海南三亚华侨学校高二期中）如图所示，一根通有电流的直铜棒，方向从流向，用导线挂在磁感应强度为的匀强磁场中，此时两根悬线处于紧张状态，下列哪些措施可使悬线中张力为零（）A适当增大电流B使电流反向并适当减小C保持电流不变，适当减小D使电流反向，适当增大【答案】A【解析】解析铜棒处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从流向，根据左手定则可知，安培力的方向竖直向上，由于此时悬线上有张力，根据受力平衡可得为了使悬线中张力等于零，应保持安培力方向不变，增大安培力大小。A适
6、当增大电流，安培力方向不变，大小增大，可使悬线中张力为零，A正确；B使电流反向并适当减小，安培力方向改变，大小减小，悬线中张力不可能为零，B错误；C保持电流不变，适当减小，安培力方向不变，大小减小，悬线中张力不可能为零，C错误；D电流反向，适当增大，安培力方向改变，大小增大，悬线中张力不可能为零，D错误；故选A。2（2022四川省遂宁市第二中学校高二期中）如图所示，用一根粗细均匀的细铜导线做成一个半径为r的闭合圆环，把圆环的一半置于均匀变化的匀强磁场中，磁场方向始终垂直纸面向里，磁感应强度大小随时间的变化规律为B=B0+kt（B0 不变，k为一恒量且满足0 k 1T/s），a、b为圆环的一条直
7、径的两端点，圆环的总电阻为R ，则（）A圆环中产生顺时针方向的感应电流B圆环具有扩张的趋势Ca、b两点间的电势差D在t = 0时，右半圆环受到的安培力大小为【答案】D【解析】解析AB由于磁场均匀增大，线圈中的磁通量变大，根据楞次定律可知线圈中电流为逆时针，同时为了阻碍磁通量的变化，线圈将有收缩的趋势，AB错误；C根据法拉第电磁感应定律得电动势为所以电流为ab两端电压为C错误；D根据安培力公式D正确。故选D。3（2022浙江万全综合高中高二期中）倾角为的光滑固定斜面体处于竖直向下的匀强磁场中，在斜面上有一根长为L、质量为m的导线，导线与磁场垂直，导线中电流为I，方向如图所示，导线恰能保持静止，重
8、力加速度为g。则磁感应强度B的大小为（）ABCD【答案】C【解析】解析导线的受力情况如图受重力、斜面的支持力、安培力，根据共点力平衡有又解得ABD错误，C正确。故选C。4（2022浙江宁波高二期中）如图所示，质量为m、长度为L、电阻为R的直导体棒MN静止于电阻不计的光滑水平矩形导轨上，水平导轨的左端接有电动势为E、内阻不计的电源，整个装置处于一匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度大小为B、方向与轨道平面成角（斜向上）。现闭合开关S，下列说法正确的是（）A闭合开关S后，导体棒向左运动B闭合开关S后，穿过闭合回路的磁通量减小C闭合开关S的瞬间，导体棒MN所受安培力的大小为D闭合开关S的瞬间，导体棒MN
9、的加速度大小为【答案】D【解析】解析A闭合开关S后，导体棒中的电流N到M，根据左手定则判断安培力向右下，故导体棒向右运动，故A错误；B闭合开关S后，导体棒向右运动，面积变大，穿过闭合回路的磁通量变大，故B错误；CD闭合开关S的瞬间，导体棒MN所受安培力的大小为加速度故C错误D正确。故选D。5（2022山东安丘市普通教育教学研究室高二期中）如图所示，一导体棒MN两端分别放在两个固定的光滑圆形导轨上，两导轨面都垂直于两圆心的连线且间距为L，导轨处在竖直向上磁感应强度为B的匀强磁场中。当水平导体棒中流过强度为I的电流时，导体棒在圆形导轨静止位置和圆心O连线ON与竖直方向成37角，取sin37=0.6
10、，cos37=0.8，求：（1）导体棒的质量m；（2）每个圆导轨对导体棒的支持力的大小FN。【答案】（1）；（2）【解析】解析（1）从右向左看受力分析，由受力平衡得到解得（2）两个导轨对棒的支持力为，满足解得1（2022北京朝阳二模）如图所示，将一铝质薄圆管竖直放在表面绝缘的台秤上，圆管的电阻率为，高度为h，半径为R，厚度为d（d远小于R）。整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度大小（）均匀磁场中。则从时刻开始，下列说法正确的是（）A从上向下看，圆管中的感应电流为顺时针方向B圆管中的感应电动势大小为C圆管中的感应电流大小为D台秤的读数会随时间推移而增大【答案】C【解析】A根据楞次定律可知，从上向
11、下看，圆管中的感应电流为逆时针方向，故A错误；B根据法拉第电磁感应定律可知，圆管中的感应电动势大小为故B错误；C根据电阻定律可知，圆管在沿感应电动势方向的电阻为根据闭合电路欧姆定律可知，圆管中的感应电流大小为故C正确；D根据对称性以及左手定则可知，圆管所受合安培力为零，台秤的读数始终不变，故D错误。故选C。2（2022江苏南通三模）一段导线弯成互成直角的两段，放在光滑桌面上，导线中通有2A的电流，处于磁感应强度大小为0.1T、方向竖直向下的匀强磁场中。要使该导线静止，则施加在导线上的水平力大小为（）A0.1NBCD【答案】B【解析】导线的等效长度为则安培力要使该导线静止，则施加在导线上的水平力
12、大小为故选B。3（2022山东济宁三模）电磁炮的原理如图所示，两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，导轨平面内具有垂直于导轨平面的匀强磁场，带有炮弹的金属框架垂直放在导轨上，且始终与导轨保持良好接触。已知磁场的磁感应强度大小为B，电源的内阻为r，两导轨间距为L，金属框架和炮弹的总质量为m，金属框架的电阻为R。通电后，炮弹随金属框架滑行距离s后获得的发射速度为v。不计空气阻力、金属框架与导轨间的摩擦和导轨电阻，不考虑金属框架切割磁感线产生的感应电动势，下列说法正确的是（）A匀强磁场的方向竖直向下B金属框架受到的安培力大小为C通过金属框架的电流为D电源的电动势为【答案】D【解析】A炮弹受安培力向右，
13、由左手定则可知，匀强磁场的方向竖直向上，选项A错误；B由动能定理解得金属框架受到的安培力大小为选项B错误；C根据安培力F=BIL可得通过金属框架的电流为选项C错误；D根据E=I(R+r)可知电源的电动势为选项D正确。故选D。4（2022河南郑州中学三模）如图所示，水平地面上平行放置两根足够长的通电直导线a和b，电流大小相等，方向垂直纸面向里，竖直线MN位于直导线a、b的中垂面上。通电直导线c中的电流方向垂直纸面向外。现在从M点由静止释放直导线c，直导线c可沿中垂面落至地面上的N点。整个过程导线a和b静止不动，不计空气阻力，则由M点运动到N点的过程中（）A导线c在M点受到的安培力水平向右B导线c
14、在M点受到的安培力竖直向下C导线c可能做加速度一直增大的加速运动D导线c可能做加速度一直减小的加速运动【答案】C【解析】AB根据右手螺旋定则可知通电直导线a和b在点的磁场方向如图所示由矢量的叠加可知通电直导线a和b在点的磁场方向水平向右，根据左手定则可知导线c在M点受到的安培力竖直向上，故AB错误；CD若距离点无穷远处，磁感应强度为零，点磁感应强度为零，所以从无穷远处到点磁感应强度先增大后减小，由于不清楚点的位置，所以通电直导线c所受安培力可能先增大后减小，也可能一直减小，结合牛顿第二定律可知导线c可能做加速度一直增大的加速运动，也可能先做加速度减小加速运动再做加速度增大的加速度运动，故C正确
15、，D错误。故选C。5（2022湖北襄阳五中二模）如图所示，边长为a的等边的A、B、C三点处各放置一个点电荷，三个点电荷所带电荷量数值均为Q，其中A、B处为正电荷，C处为负电荷；边长为a的等边的E、F、G三点处均有一垂直纸面的电流大小为I的导线，其中E、F处电流垂直纸面向内，G处电流垂直纸面向外，O，H是三角形的中心，D为中点，若两三角形均竖直放置，且、相互平行，下列说法正确的是（）AO点处的电势高于D点处的电势B带负电的试探电荷沿直线从D点运动到O点的过程中电势能增大CA点电荷所受电场力方向与E点处通电直导线所受安培力方向相同D正电荷在O点处所受电场力方向与电流方向垂直纸面向内的通电导线在H点
16、处所受安培力方向相同【答案】B【解析】A结合三个点电荷分布可知，CD的电场线方向由D指向C，顺着电场线的方向电势逐渐降低，即O点处的电势低于D点处的电势，故A错误；B带负电的试探电荷沿直线从D点运动到O点的过程中，电势降低，故负电荷的电势能增大，故B正确；C在电场中，根据同种电荷排斥，异种电荷相吸引，分别作出B、C对A的作用力，再根据平行四边定则进行合成，得A点电荷所受电场力，其方向如左图所示；在磁场中，根据同向电流相吸引，反向电流相排斥，分别作出F、G对E的作用力，再根据平行四边定则进行合成，得E点处通电直导线所受安培力，其方向如右图所示由图可知，A点电荷所受电场力方向与E点处通电直导线所受
17、安培力方向不相同，故C错误；D在电场中，作出A、B、C三个点电荷在O点产生的电场强度方向，因正电荷A、B两点电荷产生的电场强度大小相等，与DC线的夹角相等，根据平行四边形定则可知，A、B的合电场强度方向由O指向C，而负电荷C在O点产生的电场强度方向，也是由O指向C，如左图所示，故三个点电荷在O点产生的电场强度方向最终也是由O指向C，所以将正电荷放在O点，其所受的电场力方向由O指向C；在磁场中，分别作出E、F、G三根通电导线在H点产生的磁感应强度方向，因E、F的电流大小相等，方向相同，且都向里，则两根通电导线在H点产生的磁感应强度大小相等，方向如右图所示根据平行四边形定则，可知E、F两根通电导线
18、的合磁感应强度方向沿水平向右，而G通的电流方向是垂直纸面向外，故在H点产生的磁感应强度方向是水平向右，故三根通电导线的最终合磁感应强度方向水平向右，所以根据左手定则可知，在H点放一根电流方向垂直纸面向内的通电导线，所受的安培力方向由G指向H，即正电荷在O点处所受电场力方向与电流方向垂直纸面向内的通电导线在H点处所受安培力方向相反，故D错误。故选B。6（2022山东菏泽二模）如图所示，和为水平、平行放置的两光滑金属导轨，两导轨相距，导体棒质量为，垂直放在导轨上，导体棒的中点用承受力足够大的轻绳经光滑定滑轮与放在水平面上的物体相连，细绳一部分与导轨共面且平行，另一部分与导轨所在平面垂直，磁场的磁感
19、应强度与时间的关系为，方向竖直向下。现给导体棒通入的恒定电流，使导体棒最终向左运动，重力加速度大小为。下列描述符合事实的是（）A棒上通入的电流方向为从b向aB在第末物体m恰好离开地面C第末棒的加速度为D棒运动过程中安培力做的功等于系统动能的增加量【答案】B【解析】A给导体棒通入的恒定电流，使导体棒最终向左运动，说明导体棒所受的安培力向左，根据左手定则，可判断出棒上通入的电流方向为从a向b，A错误；B在第二秒末时，磁场强度为故棒所受的安培力为导轨光滑，棒未动时，细线拉力等于安培力大小，此刻对m受力分析得在第末物体m恰好离开地面，B正确；C在第4.5秒末时，磁场强度为故棒所受的安培力为对杆和物理整
20、体分析，由牛顿第二定律得解得C错误；D棒运动过程中安培力做的功等于系统机械能的增加量，包含系统的动能和重力势能，D错误。故选B。7（2022广东高三学业考试）通电闭合直角三角形线框处在水平方向的匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面向里，线框的边水平，线框中电流方向如图所示，那么该线框受到的安培力的合力（）A方向水平向左B方向竖直向下C方向垂直于斜向上D为零【答案】D【解析】由F=BIL可知，三角形各边安培力的大小与各边长度成正比，另外根据左手定则和力的平行四边形法则可知，任意两条边受到的安培力的合力与第三条边受到的安培力等大反向，故线框受到的总的安培力为零，故ABC错误，D正确。故选D。8（20
21、22北京八十中三模）如图所示，螺线管置于闭合金属圆环的轴线上，当中通过的电流减小时（）环有缩小的趋势环有扩张的趋势螺线管有缩短的趋势螺线管有伸长的趋势ABCD【答案】C【解析】当中通过的电流逐渐变小时，电流产生的磁场逐渐变弱，故穿过的磁通量变小，为阻碍磁通量变小，环有收缩的趋势，故正确，错误；螺线管电流变小，每匝线圈产生的磁场减弱，线圈间的引力变小（每匝线圈的电流方向相同，作用力为引力），螺线管有伸长的趋势，故错误，正确。故选C。9（2022广东韶关二模）Ioffe-Prichard磁阱常用来约束带电粒子的运动。如图所示，四根通有大小相等且为恒定电流的长直导线垂直穿过xOy平面，1、2、3、4
22、直导线与xOy平面的交点成边长为2a的正方形且关于x轴和y轴对称，各导线中电流方向已标出，已知通电无限长直导线产生的磁感应强度大小与到直导线距离成反比。下列说法正确的是（）A直导线1、2之间的相互作用力为吸引力B4根直导线在O点的磁感应强度方向沿y轴正方向C直导线2受到直导线1、3、4的作用力合力方向背离O点D直导线1、2在O点的合磁场的磁感应强度方向沿y轴正方向【答案】C【解析】A当通有异向电流时，电流之间表现为排斥力，A错误；B由右手定则并结合矢量叠加可知O点的磁感应强度为零，B错误；C若直导线1在直导线2处产生的安培力为F，则1、3在2处的安培力的合力为，方向背离O点，而4在2处产生的安
23、培力为，方向指向O点，所以直导线2受到直导线1、3、4的作用力方向背离O点，C正确；D直导线1、2在O点的磁感应强度方向沿y轴负方向，D错误。故选C。10（2022河南三模）如图所示，质量m=25 g的导体棒ab垂直放在宽度l=0. 5 m的平行金属导轨上，导轨下端与一电源和电阻连接，导轨平面与水平面间的夹角为37，磁感应强度大小B= 1 T的匀强磁场（图中未画出）方向垂直导轨平面向上，导体棒中通有0.4 A的电流时恰好能保持静止，取重力加速度大小g= 10 m/s ，sin37=0.6，cos 37=0.8，导体棒与导轨间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则导体棒与导轨间的动摩擦因数为（）A0.
24、05B0.25C0.5D0.8【答案】B【解析】对导体棒受力分析如图，可知解得，选项B正确。故选B。11（2022安徽马鞍山三模）如图所示，倾角为的光滑斜面处于竖直向上的匀强磁场中，现将一表面绝缘的通电导体棒放置在斜面上，棒中电流方向垂直纸面向里。已知导体棒始终保持静止状态，导体棒质量m=0.1kg，棒中电流I=0.5A，导体棒长度L=2m，重力加速度g=10m/s2，sin37=0.6。求：（1）磁感应强度的大小：（2）若将磁场方向在纸面内任意转动，求磁感应强度最小值和此时的磁场方向；（3）若斜面粗糙且动摩擦因数=0.5，滑动摩擦力等于最大静摩擦力，求竖直向上磁场的磁感应强度范围。【答案】（
25、1）0.75T；（2）0.6T；方向垂直于斜面向上；（3）TB2T【解析】（1）导体棒处于平衡状态BIL=mgtan得B=0.75T（2）安培力最小时磁感应强度也最小BIL=mgsin得B=0.6T方向垂直于斜面向上；（3）导体棒刚好要沿斜面下滑，磁感应强度最小mgsin=B1ILcos+（mgcos+B1ILsin）得B1=T导体棒刚好要沿斜面上滑，磁感应强度最大mgsin+（mgcos+B2ILsin）=B2ILcos得B2=2T磁感应强度的范围为：TB2T。12（2022福建泉州市教科所模拟预测）泉州是雷电多发地区，安装避雷针可以保护建筑物免遭雷击。某次雷电过程中，有大小为I的电流竖直向下通过一长度为L的避雷针。已知泉州地区地磁场的磁感应强度大小为B，方向与水平向北方向的夹角为，则此时该避雷针受到地磁场的作用力大小为_，方向水平向_（选填“东”或“西”）。【答案】 东【解析】12根据几何关系可知，泉州地区地磁场的在水平向北方向上的分量为在竖直方向的分量为由于避雷针中的电流方向为竖直方向，则避雷针在竖直方向上的磁场中不受作用力，避雷针在水平向北的磁场中，根据可知，受到的安培力为根据左手定则可知，安培力的方向为水平向东。