1.2安培力的应用 达标练习（word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第二册
1.2安培力的应用 达标练习（解析版）
1．根据磁场对电流会产生作用力的原理，人们研制出一种新型的炮弹发射装置——电磁炮，它的基本原理如图所示，下列结论中错误的是（　　）
A．要使炮弹沿导轨向右发射，必须通以自M向N的电流
B．要想提高炮弹的发射速度，可适当增大电流
C．要想提高炮弹的发射速度，可适当增大磁感应强度
D．使电流和磁感应强度的方向同时反向，炮弹的发射方向亦将随之反向
2．如果直流电动机转子线圈按如图所示方式连接，则闭合电键后（ ）
A．转子线圈能持续转动
B．应该使用换向器，转子线圈才会持续转动
C．电动机的线圈在左图位置时不会转动
D．电动机的线圈在右图位置时也能转动
3．下列哪项科技的应用与电磁感应原理相关（ ）
A．回旋加速器 B．手机无线充电
C．示波管 D．电磁弹射器
4．电磁炮是利用电磁发射技术制成的新型武器，如图所示为电磁炮的原理结构示意图。若某水平发射轨道长，宽，发射的炮弹质量为50g，炮弹被发射时从轨道左端由静止开始加速。当电路中的电流恒为20A时，炮弹被发射后的最大速度可达，轨道间磁场为匀强磁场，不计空气及摩擦阻力。下列说法正确的是（ ）
A．磁场方向为竖直向下 B．磁场方向为水平向右
C．磁场的磁感应强度大小为 D．炮弹的加速度大小为
5．磁电式电流表的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，目的是
A．使磁场成圆柱形，以便框转动
B．使线圈平面在水平位置与磁感线平行
C．使线圈平面始终与磁感线平行
D．为了使磁场分布规则
6．直流电动机线圈转到某一位置，换向器能自动改变线圈中的电流方向，这一位置是（ ）
A．线圈转到任意位置 B．线圈平面与磁感线垂直
C．线圈平面与磁感线平行 D．线圈平面与磁感线成45°角
7．下列关于磁电式电流表的说法中正确的是(　　)
A．磁电式电流表内部的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是匀强磁场
B．磁电式电流表的指针偏转角度的大小与被测电流的大小成反比
C．磁电式电流表的缺点是灵敏度高，优点是允许通过的电流很弱
D．磁电式电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用
8．电磁炮是一种利用电磁作用发射炮弹的先进武器．某同学利用强磁铁和导轨模拟电磁炮的发射原理，如图所示，导体棒处的磁场方向竖直向上，则关于导体棒运动情况的描述正确的是(　　)
A．导体棒所受安培力向左
B．导体棒所受安培力向右
C．导体棒所受安培力向上，导体棒并未左右运动
D．导体棒所受安培力向下，导体棒并未左右运动
9．通电线圈在磁场中受到安培力作用会发生扭转，下列器件或设备中根据这个原理设计和工作的是　　
A．电容器 B．变压器 C．避雷针 D．电动机
10．如图所示，某同学在玻璃皿中心放一个接电源负极的圆柱形电极，沿边缘放一个接电源正极的圆环形电极，两电极间的距离然后，用这个装置做“旋转液体的实验”，若蹄形磁铁两极间正对部分的磁场视为匀强磁场，磁感应强度，电源的电动势为，内阻，限流电阻，玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为，闭合开关S后，当液体旋转时电压表的示数恒为，则下列判断中正确的是（　　）
A．流过液体中的电流是
B．由上往下看，液体做顺时针旋转
C．玻璃皿中两电极间液体的发热功率为
D．流过液体中的电流所受安培力为
11．如图，等腰梯形线框是由相同材料、相同横截面积的导线制成，梯形上底和腰长度均为，且腰与下底成。整个线框处在与线框平面垂直的匀强磁场中。现给线框通入图示电流，若下底受到的安培力为，则上底受到的安培力为（　　）
A． B． C． D．
12．中学实验室使用的电流表是磁电式电流表，内部结构示意图如图所示，其最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈，两磁极间装有极靴，极靴中间又有一个铁质圆柱，极靴与圆柱间有磁场区。当电流通过线圈时，线圈左右两边导线受到安培力的方向相反，于是安装在轴上的线圈就要转动，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。下列说法正确的是（　　）
A．为了使电流表表盘的刻度均匀，极靴与圆柱间的磁场为匀强磁场
B．线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行
C．将线圈绕在闭合的铝框上，可使指针摆动加快
D．在运输时用导线将电流表的两个接线柱连在一起，可减小线圈中因晃动而产生的感应电流
13．要想提高磁电式电流表的灵敏度，可采用的办法有（ ）
A．增加线圈匝数 B．增加永久磁铁的磁感应强度
C．换用弹性较强的游丝，增大反抗力矩 D．增加线圈面积
14．如图所示，倾角θ=37°的斜面上水平放置一根金属杆，金属杆与斜面间动摩擦因数为0.5，最大静摩擦力等于动摩擦力。sin37°=0.6，cos37°=0.8。金属杆中通有垂直纸面向里的恒定电流，空间处竖直向上的匀强磁场中，当磁感应强度大小为B0时，金属杆在斜面上静止，如果磁感应强度逐渐增大为B，金属杆始终在斜面上静止，可能为（　　）
A．5B0 B．10B0 C．15B0 D．20B0
15．我国在电磁轨道炮领域的研究走在世界的前列.如图所示为电磁轨道炮原理示意图，图中虚线表示电流方向，下列说法错误的是（ ）
A．如果电流方向如图中所示，则该电流在两轨道间产生的磁场方向竖直向上
B．电流大小一定时，两导轨距离越近，导轨之间的磁场越强
C．如果电流反向，炮弹所受安培力也会反向，炮弹将无法发射出去
D．要提高炮弹的发射速度，导轨间距越小越好
16．如图所示，两根平行导体杆组成的导轨平面与水平面的夹角为37°，导轨的宽度为1m，金属棒ab垂直导轨放置且与导轨接触良好，整个装置处在垂直导轨平面向上的匀强磁场中。现调节滑动变阻器使其接入电路的阻值为，此时ab棒静止在导轨上且恰好与导轨间无摩擦力。已知：电源电动势和内电阻分别为和，ab棒的质量和电阻分别为0.5kg和，其他部分电阻不计，，，g取。
(1)求此时ab棒中的电流；
(2)求匀强磁场的磁感应强度；
(3)调节滑动变阻器使其接入电路的阻值变为，发现ab棒仍能静止在导轨上，求此时ab棒受到的摩擦力大小和方向。
17．电磁轨道炮原理如图所示，炮弹（可视为长方形导体）置于两固定的平行轨道之间，并与轨道壁密接.开始时炮弹在轨道的一端，通有电流后炮弹会被磁场力加速，最后从位于轨道另一端的出口高速射出.设两轨道之间的距离d=0.10 m，轨道长L=5.0 m，炮弹质量m=0.3 kg.轨道上的电流I的方向如图中箭头所示.可认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为B=2.0 T，方向垂直纸面向里.若炮弹在出口处速度为υ=2.0×103 m／s，忽略摩擦力与重力的影响.求：
（1）炮弹在轨道中运动的加速度大小；
（2）通过轨道的电流I.
参考答案
1．D
【详解】
A．要使炮弹沿导轨向右发射，则安培力方向向右，由左手定则可知，必须通以自M向N的电流，故A正确，不符合题意；
B．由安培力的计算式F=BIL可知，可通过增大电流来提高炮弹的发射速度，故B正确，不符合题意；
C．由安培力的计算式F=BIL可知，可通过增大磁感应强度来提高炮弹的发射速度，故C正确，不符合题意；
D．如果电流和磁感应强度的方向同时反向，由左手定则可知，炮弹的发射方向将保持不变，故D错误，符合题意。
故选D。
2．B
【详解】
ABC．当转子线圈在左图位置时，由左手定则可知，从前往后看，转子线圈会顺时针转动，待转过后，由左手定则可知，转子线圈会逆时针转动，故转子线圈不能持续转动，需要换向器才能持续转动，AC错误，B正确；
D．当转子线圈在右图位置时，由左手定则可知，ab受到竖直向下的力，转子线圈不能转动，D错误；
故选B。
3．B
【详解】
电磁感应的现象是穿过闭合回路的磁通量发生变化，产生感应电流的现象。
ACD．回旋加速器、电视显像管都是带电粒子在磁场中的受力，不是电磁感应现象，电磁弹射器是通电导线在磁场中受力，不是电磁感应现象，故ACD错误；
B．手机无线充电，由送电线圈和受电线圈组成，充电板接入交流电源，充电板内的送电线圈可产生交变磁场，从而使手机内的受电线圈产生感应电流，故B正确。
故选：B。
4．C
【详解】
AB．由题意可知，炮弹所受的安培力水平向右，根据左手定则可判断出磁场方向为竖直向上，AB错误；
C．发射炮弹过程，只有安培力做功由动能定理可得
代入数据解得
C正确；
D．发射炮弹过程，根据牛頓第二定律可得
代入数据解得
D错误。
故选C。
5．C
【解析】
【详解】
磁电式电流表的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，目的是使线圈平面始终与磁感线平行，从而保证受安培力大小不变。故C正确，ABD错误。故选C。
6．B
【详解】
当线圈转动线圈平面与磁感应线垂直的位置时，线圈的两个边受到两个大小相等、方向相反且作用在同一条直线上的力，线圈在平衡力的作用下在平衡位置附近左右摆动，即该位置就是平衡位置，即为了让电动机能够持续转动，在制作电动机时增加了换向器，线圈在平衡位置依靠惯性自动转动，当线圈刚好转过平衡位置时换向器就自动改变线圈中的电流的方向，及时改变通电线圈的受力方向，保证电动机能够连续转动。
A．线圈转到任意位置，与结论不相符，选项A错误；
B．线圈平面与磁感线垂直，与结论相符，选项B正确；
C．线圈平面与磁感线平行，与结论不相符，选项C错误；
D．线圈平面与磁感线成45°角，与结论不相符，选项D错误；
故选B。
7．D
【分析】
首先分析出其制成原理，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是辐向均匀分布的，磁力矩与线圈中电流成正比，即通电线圈在磁场中受力转动，线圈的转动可以带动指针的偏转；螺旋弹簧将被扭动，产生一个阻碍线圈转动的阻力矩，其大小与线圈转动的角度成正比，当磁力矩与螺旋弹簧中的阻力矩相等时，线圈停止转动，然后找出与电流表的原理相同的选项即可．
【详解】
A. 蹄形磁铁和铁芯间的磁场是辐向均匀分布的，不是匀强磁场，故A错误；
B. 电流表由于蹄形磁铁和铁芯间的磁场是辐向均匀分布的，因此不管铜电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行．因此，磁力矩与线圈中电流成正比(与线圈位置无关).当铜电线圈转动时，螺旋弹簧将被扭动，产生一个阻碍线圈转动的阻力矩，其大小与线圈转动的角度成正比，当磁力矩与螺旋弹簧中的阻力矩相等时，线圈停止转动，此时指针偏向的角度与电流成正比，故电流表的刻度是均匀的．故B错误；
C. 磁电式电流表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流．缺点是允许通过的电流很弱，故C错误；
D. 磁电式电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用，故D正确；
故选D.
8．B
【详解】
由图中标注可知导体棒中电流的方向从正极导轨流向负极导轨，磁场是竖直向上的，根据左手定则可以判定导体棒受到的安培力是水平向右的．
A．导体棒所受安培力向左，与结论不相符，选项A错误；
B．导体棒所受安培力向右，与结论相符，选项B正确；
C．导体棒所受安培力向上，导体棒并未左右运动，与结论不相符，选项C错误；
D．导体棒所受安培力向下，导体棒并未左右运动，与结论不相符，选项D错误；
9．D
【详解】
A．电容器的原理 是两个靠近的极板，与通电线圈在磁场中受到安培力作用无关．故A错误；
B．变压器的原理是互感，与通电线圈在磁场中受到安培力作用无关．故B错误；
C．避雷针的原理是尖端放电，与通电线圈在磁场中受到安培力作用无关．故C错误；
D．通电线圈在磁场中受到安培力作用会发生扭转，人们利用该原理设计制作了电动机．故D正确．
故选D
10．D
【详解】
A．电源电动势为2V，则根据闭合电路的欧姆定律
可知
故A错误；
B．由图所示，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B错误；
C．根据热功率的公式可得
故C错误；
D．液体所受的安培力大小为
故D正确；
故选D。
11．A
【详解】
梯形上底和腰均为L且腰与下底成60°，由几何关系可知，梯形的下边dc长为2L；由电阻的决定式
可知梯形的边dabc的电阻等于下边dc的电阻的1.5倍，两者为并联关系，设dc中的电流大小为I，根据欧姆定律，则dabc中的电流为；由已知条件可知ab边与dc的电流方向相同，由题意知
所以边ab所受安培力为
方向与dc边所受安培力的方向相同；
故选A。
12．B
【详解】
A．磁场是均匀地辐向分布，线圈转动过程中各个位置的磁感应强度的大小不变,故A错误；
B．由图看出，蹄形磁铁和铁芯之间的磁场是均匀辐射分布，不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，故B正确；
C．将线圈绕在闭合的铝框上，电流变化快慢不变，故C错误；
D．在运输时用导线将电流表的两个接线柱连在一起，电流表短路，产生的感应电流，故D错误。
故选B。
13．ABD
【详解】
ABCD.当给电流表通人电流I时，通电线圈就在磁力矩作用下转动，同时螺旋弹簧即游丝就产生一个反抗力矩，二力矩平衡时，电流表的指针就停在某一位置，于是有
故
可见，电流表灵敏度将随着线圈匝数n、线圈面积S及磁感应强度B的增大而提高，随着k（即转过1°所需外力矩的大小）的增大而降低，故ABD正确C错误。
故选ABD。
14．AB
【详解】
由题意可知，金属棒一直没有滑动，故可取金属棒受到最大静摩擦力的两个极限，方向分别沿斜面向上和向下，分别对应磁场强度最小和最大；
当磁场强度为0时，可知
故金属棒不能静止；
当fm沿斜面向上可得
解得
当fm沿斜面向下可得
解得
又因为
故B的可取范围小于11B0；
故选AB。
15．CD
【详解】
A．如果电流方向如图中所示，根据右手定则可知，该电流在两轨道间产生的磁场方向竖直向上，选项A正确，不符合题意；
B．根据磁场叠加原理可知，当电流大小一定时，两导轨距离越近，导轨之间的磁场越强，选项B正确，不符合题意；
C．根据左手定则，如果电流反向，磁场反向，炮弹所受安培力方向不变，炮弹仍能发射出去，故C错误，符合题意；
D．要提高炮弹的发射速度，说明受到的安培力越大，根据F=BIL可知导轨间距越大越好，故D错误，符合题意；
故选CD．
16．(1)1.5A；(2)2T；(3)1N，摩擦力的方向为沿导轨平面向上。
【详解】
(1) 根据闭合电路欧姆定律，当滑动变阻器的电阻为时，电流
(2) 金属棒受重力mg、平行斜面向上的安培力F和支持力FN，根据平衡条件可得
又
联立上式，解得磁感应强度
(3)当滑动变阻器的电阻为时，电流
又
因为
故金属棒受到沿导轨平面向上的摩擦力Ff
根据平衡条件可得
联立解得
17．（1）4.0×105m/s2 （2）6.0×105A
【详解】
在轨道通有电流I时，炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为F=IdB，
设炮弹的加速度大小为a，则有F=ma，
炮弹在两轨道间做匀加速运动，有v2=2aL，
联立解得a=4.0×105m/s2，
I=6.0×105A.