1.2安培力的应用 达标作业（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 达标作业（解析版）
1．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
2．一通电直导线与x轴平行放置，匀强磁场的方向与xOy坐标平面平行，导线受到的安培力为F，若将该导线做成圆环，放置在xOy坐标平面内，如图所示，并保持通电的电流不变，两端点ab连线也与x轴平行，则圆环受到的安培力大小为（　　）
A．F B． C． D．
3．对下列电学仪器的叙述正确的是（　　）
A．图甲中，电容器外壳上所标的“1.0F”是指该电容器工作时的实际带电荷量
B．图乙中，验电器金属杆上端做成金属球状，是为了利用尖端放电现象
C．图丙中，金属电阻温度计常用纯金属做成，是利用了纯金属的电阻率几乎不受温度的影响
D．图丁中，磁电式电流表的主要构造有蹄形磁铁和线圈，是利用了磁场对电流的作用
4．据报道，实验室已研制出一种电磁轨道炮，其实验装置俯视如下图．炮弹（图中阴影部分）置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁接触良好．开始时炮弹在导轨的一端，通以电流后炮弹会被磁场力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出．设两导轨之间的距离d=0.10m，导轨长L=5.0m，炮弹质量m=10g，导轨上电流I的方向如图中箭头所示．可以认为，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=50.0T．若炮弹出口速度为v=2.0×103m/s，下列选项正确的是
A．磁场的方向为垂直于纸面向里，通过导轨的电流为1600A
B．磁场的方向为垂直于纸面向外，通过导轨的电流为1600A
C．磁场的方向为垂直于纸面向里，通过导轨的电流为800A
D．磁场的方向为垂直于纸面向外，通过导轨的电流为800A
5．磁电式电流表的构造如图(a)所示，在踹形磁铁的两极间有一个可以绕轴转动的线圈，转轴上装有螺旋弹簧和指针．蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图(b)所示．当电流通过线圈时，线圈在安培力的作用下转动，螺旋弹赞被扭动，线图停止转动时满足NBIS=kθ，式中N为线圈的匝数，S为线圈的面积，I为通过线圈的电流，B为磁感应强度，θ为线圈(指针)偏角，k是与螺旋弹簧有关的常量．不考虑电磁感应现象，由题中的信息可知（ ）
A．该电流表的刻度是均匀的
B．线圈转动过程中受到的安培力的大小变大
C．若线圈中通以如图(b)所示的电流时，线圈将沿逆时针方向转动
D．更换k值更大的螺旋弹簧，可以增大电流表的灵敏度(灵敏度即)
6．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．使线圈平面始终与磁感线平行
C．使线圈上与轴平行的导线所受的安培力始终与线圈平面平行
D．线圈上各点的磁感应强度大小都相等
7．据报道，国产航母明年面世，其舰载机发射类似于电磁轨道炮弹体发射．其工作原理如图所示，待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触．恒定电流，从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回．轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与I成正比，静止的通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出．现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法( )
A．只将轨道长度变为原来的2倍
B．只将电流增加至原来的4倍
C．只将弹体质量减至原来的一半
D．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度应变为原来的2倍，其他量不变
8．如图甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，边长为l的正方形线圈中通以电流I，线圈中的某一条a导线电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向内，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B.则(　　)
A．该磁场是匀强磁场
B．该线圈的磁通量为Bl2
C．a导线受到的安培力方向向下
D．b导线受到的安培力大小为BIl
9．如图甲所示是一个“简易电动机”，一节5号干电池的正极向上，一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极，将一段裸铜导线弯成图中所示形状的线框，线框上端的弯折位置与正极良好接触，下面弯曲的两端与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会转动起来。该“简易电动机”的原理图如图乙所示。关于该“简易电动机”，下列说法正确的是（　　）
A．从上往下看，该“简易电动机”顺时针旋转
B．电池的输出功率等于线框转动的机械功率
C．线框①、②两部分导线电阻在电路中是串联关系
D．线圈转动稳定时的电流比开始转动时的大
10．电磁炮是一种理想兵器，它的主要原理如图所示。1982年澳大利亚国立大学成功研制出能把2.2g的弹体（包括金属杆MN的质量）加速到10km/s的电磁炮。若轨道宽2m，长100m，通过金属杆的电流恒为10A，不计轨道摩擦，则（　　）
A．垂直轨道平面的匀强磁场的磁感应强度大小为5.5T
B．垂直轨道平面的匀强磁场的磁感应强度大小为5.5×104T
C．该电磁炮工作时磁场力的最大功率为1.1×104kW
D．该电磁炮装置对磁场方向和电流方向的关系没有要求
11．2019年12月18日，我国首艘自主建造的国产航母山东舰入列服役，我国也成了双航母国家。舰载机是航空母舰的主要武装力量，其性能决定航空母舰的战斗力。舰载机在起飞的过程中，光靠自身发动机喷气不足以在飞行甲板的短距离上达到足够的速度，如果安装辅助起飞的电磁弹射系统（如图甲所示）就能达到要求。电磁弹射系统的一种设计可简化为如图乙所示情境，图中MN、PQ是光滑平行金属直导轨（电阻忽略不计），AB是电磁弹射车。当M、P两端加载恒定电压时，在回路PBAM中就会有电流，电流产生的磁场对弹射车施加磁场力的作用，从而带动舰载机由静止开始向右加速起飞。关于该系统，下列说法正确的是（　　）
A．MN、PQ间的磁场是匀强磁场
B．弹射车做匀加速直线运动
C．弹射车的动能与电压的大小成正比
D．在M、P两端加载交变电压，电磁弹射系统不能正常工作
12．电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器。如图为美国试验所采用的电磁轨道，该轨道长10m，宽2m。若发射质量为100g的炮弹从轨道左端以初速度为零开始加速，当回路中的电流恒为20A时，最大速度可达4km/s轨道间所加磁场为匀强磁场，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．电磁炮的加速度大小为4×105m/s2
D．磁感应强度的大小为2×103T
13．对下列电学仪器的叙述正确的是
A．图甲中，电容器外壳上所标的电压是电容器的击穿电压
B．图乙中，验电器金属杆上端固定一个金属球，是为了防止出现尖端放电现象
C．图丙中，金属电阻温度计常用纯金属做成，是利用了纯金属的电阻率几乎不受温度的影响
D．图丁中，灵敏电流表在运输过程中常用导线把接线柱连在一起，是利用了电磁感应的原理
14．科学和技术本应该紧密联系在一起，我们常常重视科学而忽略了技术应用，实际上技术的进步才是社会发展的真正动力，下面提供的技术和原理，正确的是（　　）
A．光导纤维通信是利用了光的折射原理
B．交通警察对行进中的汽车测速是利用了超声波的多普勒效应
C．电磁炮是利用了电荷在磁场中运动受磁场力做功而制成的
D．激光打印机是利用了正负电荷相符吸引的原理制成的
15．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
16．航空母舰是现代军事的重要装备之一，某航母上配备了如图所示的电磁轨道炮。它电源的电压能自行调节，以保证电磁炮匀加速发射。水平光滑轨道宽为，长为，在导轨间有竖直向上的磁感应强度为的匀强磁场，电磁炮的总质量为，在某次试验发射时，电源为电磁炮提供的电流为，电磁炮从静止开始加速运动，不计加速导轨的电阻和空气阻力，求：
(1)电磁炮所受安培力的大小；
(2)电磁炮离开轨道时的速度。
17．导轨式电磁炮是利用磁场对电流的作用力，把电能转变成机械能的发射装置。如图为一电磁炮模型，把两根长为S0=100m，互相平行的铜制轨道放在垂直于轨道平面的磁场中，磁感应强度B=2.0×10-5T；质量m=2.0g的弹体（包括金属杆PQ的质量）静止在轨道之间的宽L=2m的金属架上，通电后通过弹体的电流I=10A，弹体在运动过程中所受的阻力f恒为4.0×10-5N，求：
(1)弹体最终以多大的速度v离开轨道？
(2)求弹体在S=25m处安培力的瞬时功率P？
参考答案
1．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。
2．C
【详解】
通电导线为L，此时受到的安培力为F，制作成圆环时，圆环的半径为R，则
解得
故ab的长度
故此时圆环受到的安培力
故选C。
3．D
【详解】
A．“1.0 F”是指该电容器的电容，选项A错误；
B．验电器金属杆上端做成金属球状，是为了防止尖端放电现象，选项B错误；
C．金属电阻温度计常用纯金属做成，是利用了纯金属的电阻率随温度的升高而明显增大的特性，选项C错误；
D．磁电式电流表是利用了磁场对电流的作用原理，选项D正确。
故选D。
4．C
【详解】
炮弹受到的安培力向右，根据左手定则可知，磁场垂直纸面向里；在导轨通有电流I时，炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为：，设炮弹的加速度的大小为a，则：，炮弹在两导轨间做匀加速运动，因而：，联立解得：，故ABD错误，C正确，故选C.
【点睛】根据左手定则可判断出磁场的方向；当导轨上通入电流后，炮弹在安培力的作用下，做初速度为零匀加速直线运动，因此根据牛顿第二定律求出加速度然后利用运动学公式即可求解．
5．A
【详解】
A项：磁场是均匀辐向分布，线圈转动过程中各个位置的磁感应强度的大小不变，螺旋弹簧的弹力与转动角度成正比，所以该电流表的刻度是均匀的，故A正确；
B项：磁场是均匀辐向分布，线圈转动过程中各个位置的磁感应强度的大小不变，线圈转动过程中各个位置时产生的感应电流大小也不变，所以受到的安培力的大小不变，故B错误；
C项：若线圈中通以如图(b)所示的电流时，根据左手定则，左侧受安培力向上，右侧受安培力向下，所以顺时针转动，故C错误；
D项：更换k值更大的螺旋弹簧，同样的电流变化导致同样的安培力变大，但转动角度变化减小，所以灵敏度减小，故D错误．
6．B
【详解】
A．该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向不同。A错误；
BC．使线圈平面始终与磁感线平行，线圈上与轴平行的导线所受的安培力大小始终不变，方向与线圈垂直，BC正确；
D．只有线圈上与轴平行的导线所在地方的磁感应强度大小相等，其他位置并不相等。D错误。
故选B。
7．D
【详解】
弹体在轨道上运动的加速度
则弹体出射的速度为
A．则只将轨道长度变为原来的2倍，则弹体出射速度变为原来的倍，选项A错误；
B．只将电流，增加至原来的4倍，则弹体出射速度变为原来的4倍，选项B错误；
C．只将弹体质量减至原来的一半，则弹体出射速度变为原来的倍，选项C错误；
D．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度应变为原来的2倍，其他量不变，则弹体出射速度变为原来的2倍，选项D正确；
故选D.
8．D
【分析】
利用图示的装置分析出其制成原理，即通电线圈在磁场中受大小不变的安培力力转动，线圈的转动可以带动指针的偏转；由左手定则来确定安培力的方向可确定转动方向．
【详解】
A. 该磁场明显不是匀强磁场，匀强磁场应该是一系列平行的磁感线，方向相同，故A错误；
B. 线圈与磁感线平行，故磁通量为零，故B错误；
C. a导线电流向外，磁场向右，根据左手定则，安培力向上，故C错误；
D. 导线b始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小一直为IlB，故D正确；
故选D
9．A
【详解】
A．由乙图所示磁感线方向可知，线框的上下两条边受到安培力的作用而发生转动的，根据左手定则可以判断从上往下看，线框将做顺时针转动，故A正确；
B．电池输出的电动率一部分用来用于线框的发热功率，一部分提供线框转动的机械功率，所以电池输出的电功率大于线框旋转的机械功率，故B错误；
C．线框①、②两部分导线电阻在电路中是并联关系，故C错误；
D．稳定时，因导线切割磁感应线，产生的感应电动势与电源相反，则线框中电流比刚开始转动时的小，故D错误；
故选A。
10．C
【详解】
AB．由运动学公式v2－=2ax，可得弹体的加速度大小
弹体所受安培力为F=BIL，由牛顿第二定律可得
BIL=ma
解得
B=＝T=55T
故AB错误；
C．速度最大时磁场力的功率最大
Pm=BIL·vm=55×10×2×104W=1.1×104kW
故C正确；
D．磁场方向和电流方向决定安培力方向，故D错误。
故选C。
11．B
【详解】
AB．根据左手定则可知两根相互平行的水平导轨内存在竖直向上的磁场，在平行的水平导轨内排列许多个小矩形磁场模块，当弹射车接触小矩形磁场模块时，通过M、P两端加载恒定电压为弹射车提供瞬间能量，离开后断电，不计模块与模块间切换时间，通过小矩形磁场模块能保证弹射车全过程做匀加速运动，所以MN、PQ间的磁场不是匀强磁场，故A错误，B正确；
C．设当M、P两端加载恒定电压时，电磁弹射车的电阻为，平行的水平导轨的宽度为，电磁弹射车沿水平导轨的运动的位移为，则有弹射车受到的安培力为
根据动能定理则有
由于M、P两端加载恒定电压，由此可知当电磁弹射车的电阻、水平导轨的宽度和磁场大小一定时，弹射车的动能随电磁弹射车沿水平导轨的运动的位移大小增大而增大，故C错误；
D．在M、P两端加载交变电压时，在平行的水平导轨内排列许多个小矩形磁场模块，小矩形磁场模块中的磁场方向周期性改变，且交变电压的周期等于小矩形磁场模块中的磁场方向周期，可以使电磁弹射系统能正常工作，故D错误；
故选B。
12．D
【详解】
AB．要使炮弹向右加速，安培力应向右，根据左手定则可知，磁场方向应竖直向上，故AB错误；
CD．由题意可知，最大速度达4km/s，加速距离为10m，由速度和位移关系可知：
v2=2aL
解得：
a=8×105m/s2；
由牛顿第二定律可得：
F=ma
而
F=BIL
联立解得：
B=2×103 T；
故C错误，D正确。
故选D。
13．BD
【详解】
试题分析：电容器外壳上标的电压是工作电压，又叫额定电压，这个数值比击穿电压低．故A错误．验电器的金属杆上端固定一个金属球而不是做成针尖状，这是为了防止尖端放电，故B正确；金属电阻温度计常用纯金属做成，是利用了纯金属的电阻率随温度的变化而变化制成的，故C错误；灵敏电流表在运输的时候应该用导线把两个接线柱连一起，可以对指针（与线圈在一起）的振动起到一定的阻尼作用．故D正确；故选BD．
考点：电容器；尖端放电；金属的电阻；灵敏电流表
【名师点睛】解答此题要知道：电容器外壳上标的电压是工作电压；当表面越尖时，电场强度越强，则越容易出现尖端放电；金属电阻温度计是利用电阻随温度的变化而变化制成的；灵敏电流表在运输的时候应该用导线把两个接线柱连一起．
14．BD
【详解】
A．光导纤维通信是利用了光的全反射现象，A错误；
B．交通警察对行进中的汽车发射一个已知频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的频率发生变化，来知道汽车的速度，以便于进行交通管理，利用了多普勒效应，B正确；
C．电磁炮的原理是：位于磁场中的导线在通电时会受到安培力作用，C错误；
D．激光打印机是非击打式打印机，是利用激光成像、静电吸附碳粉原理工作的，即利用了正负电荷相符吸引的原理制成的，D正确。
故选BD。
15．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。
16．(1)；(2)
【详解】
(1)在导轨通有电流I时，电磁炮受到的安培力为
代入数据解得
(2)由动能定理得
解得
17．(1)6m/s；(2)1.2×10-3W
【详解】
(1)弹体在加速过程中
①
由动能定理
②
联立①②解得
代入数据得
(2)设S=25m处速度为v1，则在S距离内，由动能定理
③
④
联立①③④解得
代入数据得
【点睛】
本题关键是明确飞机的加速原理，然后根据动能定理列式分析出动能或速度表达式进行分析，不难。