1.2安培力的应用 同步练习（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 同步练习（解析版）
1．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
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．如图所示，圆柱体为磁体，磁极在左右两侧，外侧a为一金属圆环，与磁体同轴放置，间隙较小。在左侧的N极和金属圆环上各引出两根导线，分别接高压电源的正负极，加高压后，磁体和金属环a间的空气会被电离，形成放电电流，若从右侧观察放电电流，下列说法正确的是(　　)
A．放电电流将发生顺时针旋转
B．放电电流将发生逆时针旋转
C．放电电流不发生旋转
D．无法确定放电电流的运动情况
4．关于电动机，下列说法中正确的是（　　）
A．电动机将机械能转化为电能的装置
B．换向器是使通入线圈内的电流方向发生有规律的变化，从而使线圈能不停地转动
C．当电动机内的线圈转到其平面与磁场方向垂直的位置时会停止转动
D．直流电动机是利用线圈的转动产生电流的
5．2019年1月，出现在中国海军坦克登陆舰上的电磁轨道炮在全球“刷屏”，这是电磁轨道炮全球首次实现舰载测试。如图所示为电磁炮的简化原理示意图，它由两条水平放置的平行光滑长直轨道组成。轨道间放置一个导体滑块作为弹头。当电流从一条轨道流入，经弹头从另一条轨道流回时，在两轨道间产生磁场，弹头就在安培力推动下以很大的速度射出去。不计空气阻力，将该过程中安培力近似处理为恒力，为了使弹丸获得更大的速度，可适当（　 　）
A．减小平行轨道间距 B．减小轨道中的电流
C．增大轨道的长度 D．增大弹丸的质量
6．如图所示为电磁轨道炮的工作原理图。待发射弹体与轨道保持良好接触，并可在两平行轨道之间无摩擦滑动。电流从一条轨道流入，通过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平面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与电流I成正比。通电的弹体在安培力的作用下离开轨道，则下列说法正确的是（　　）
A．弹体向左高速射出
B．I为原来的2倍，弹体射出的速度也为原来的2倍
C．弹体的质量为原来的2倍，射出的速度也为原来的2倍
D．轨道长度L为原来的4倍，弹体射出的速度为原来的4倍
7．如图所示，甲、乙、丙、丁四图是电学实验中常见的仪器或结构示意图，下列说法正确的是（　　）
A．图甲中只有当带电体与验电器上端导体接触时，金属箔片才会张开
B．图乙静电计是用来精确测量电荷量的仪器
C．图丙磁电式电表的指针偏转，是通电线圈受安培力作用的结果
D．图丁多用电表在使用时，电流总是从“-”插线孔流入，“+”插线孔流出
8．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
9．实验室经常使用的电流表是磁电式电流表。这种电流表的构造如图甲所示。极靴与软铁芯间的磁场都沿半径方向。若线圈中通以如图乙所示的电流，则下列说法正确的是（　　）
A．在量程内指针转至任一角度，线圈平面都跟磁感线垂直
B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动
C．当线圈在如图乙所示的位置时，b端受到的安培力方向向上
D．当线圈在如图乙所示的位置时，安培力的作用使线圈沿逆时针方向转动
10．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．
11．如图，平放的铝锅锅边上焊一接线柱a，锅中央底部焊另一接线柱b，竖直向下的强磁场穿过铝锅。在锅中倒入一定量的水银，若a、b经导线接直流电源，水银将会旋转起来。下列判断正确的是（　　）
A．若a接正极、b接负极，水银将顺时针旋转
B．若a接正极、b接负极，水银将逆时针旋转
C．若仅将磁场反向，水银的旋转方向将不会改变
D．若把锅中的水银换成盐水则不会旋转
12．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，下列结论中正确的是（　　）
A．磁场竖直向上，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，可适当减小磁感应强度
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
13．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，下列说法正确的是（　　）
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，两导轨间的磁场越强
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，可减小导轨的长度
14．“电磁炮”是利用电磁力对弹体加速的新型武器，具有速度快效率高等优点．如图是“电磁炮”的原理结构示意图．光滑水平导轨电阻不计，宽为L．在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B．“电磁炮”弹体总质量为m，其中弹体在轨道间的电阻为R．可控电源的内阻为r，电源的电压能自行调节，以保证“电磁炮”匀加速发射．在某次试验发射时，电源为加速弹体提供的电流是I，不计空气阻力．则（ ）
A．弹体所受安培力大小为BIL
B．弹体从静止加速到v，轨道长度至少为
C．弹体从静止加速到v的过程中电源提供的总能量为
D．可控电源的电压应随时间均匀增加，才能保证“电磁炮”匀加速发射
15．电磁轨道炮工作原理如图所示，待发射弹体可在两平行光滑轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触。电流I0从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可在弹体处形成垂直于轨道平面的磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小B=kI0。通电的弹体在轨道上由于受到安培力的作用而高速射出。小明同学从网上购买了一个轨道炮模型，其轨道长度为L=50cm，平行轨道间距d=2cm，弹体的质量m=2g，导轨中的电流I0=10A，系数k=0.1T/A求
（1）弹体在轨道上运行的加速度a；
（2）弹体离开轨道过程中受到安培力的冲量I；
（3）现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，通过分析说明，理论上可采用的哪些办法？（至少说出两种方法）
参考答案
1．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.
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．A
【详解】
通上高压电后，圆环与磁体间会形成径向辐射状电场，放电电流由电势高的磁体流向电势低的圆环，电流处于水平方向由N侧指向S侧的磁场中，由左手定则可判断该电流受到顺时针的作用力，故放电电流将发生顺时针旋转，A正确。
故选A。
4．B
【详解】
A．电动机是将电能转化为机械能的装置，故A错误；
B．换向器是使通入线圈内的电流方向发生有规律的变化，从而使线圈能不停地转动，故B正确；
C．当电动机内的线圈转到其平面与磁场方向垂直的位置时，会在惯性作用下，继续转动，故C错误；
D．直流电动机是利用通电线圈在磁体中的受力而转动的，故D错误。
故选B。
5．C
【详解】
A．根据题意，安培力的功等于弹头获得的动能。减小轨道间距，安培力减小，安培力做功减小，弹头获得动能减小，速度减小，故A错误；
B．减小轨道中电流，安培力减小，安培力做功减少，弹头获得动能减少，速度减小，故B错误；
C．增大轨道长度，安培力作用位移增加，做功增加，弹头获利动能增加，速度增加，故C正确；
D．只增大弹丸质量，安培力做功不变，弹头获得动能不变，所以速度减小，D错误；
故选C。
6．B
【详解】
A．根据磁场方向、通过弹体的电流方向可知弹体所受安培力水平向右，因此弹体将向右高速射出，故A错误；
B．根据
F=BIL=ma
可知I为原来2倍，磁感应强度B与I成正比，B变为原来的2倍，弹体的加速度将变为原来的4倍，由运动学公式
v2=2aL
可知，弹体射出的速度变为原来的2倍，故B正确；
C．根据
F=BIL=ma
可知弹体的质量为原来2倍，弹体的加速度将变为原来的倍，由运动学公式
v2=2aL
可知，弹体射出的速度变为原来的倍，故C错误；
D．若L变为原来的4倍，根据
F=BIL=ma
可知弹体的加速度不变，由运动学公式
v2=2aL
可知，弹体射出的速度变为原来的2倍，故D错误。
故选B。
7．C
【详解】
A．当带电导体靠近验电器时，由于静电感应，金属箔片会带上与带电导体相同的电荷，金属箔片也会张开。A错误；
B．静电计只是用来粗略测量电势差的仪器。B错误；
C．磁电式电表的指针偏转，是通电线圈受安培力作用的结果。C正确；
D．多用电表在使用时，电流总是从“+”插线孔流入，从“-”插线孔流出。D错误。
故选C。
8．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。
9．B
【详解】
A．由于线圈与软铁芯共轴，线圈平面总是与磁感线平行，故A错误；
B．电流表的调零使得当指针处于“0”刻线时，螺旋弹簧处于自然状态，所以无论线圈向哪一方向转动都会使螺旋弹簧产生阻碍线圈转动的力，故B正确；
CD．由左手定则知，b端受到的安培力方向向下，a端受到的安培力方向向上，安培力将使线圈沿顺时针方向转动，故CD错误；
故选B。
10．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。
11．A
【详解】
AB．由法拉第电动机模型可知水银在安培力的作用下转动起来，由左手定则可知若a接正极、b接负极，水银将顺时针旋转，所以A正确；B错误；
C．若仅将磁场反向，水银的旋转方向将会改变，因为安培力的方向与磁场的方向有关，所以C错误；
D．若把锅中的水银换成盐水则也会旋转，因为盐水也能导电，也相当于通电导线在磁场中会受到安培力作用，所以D错误；
故选A。
12．AB
【详解】
A．要使炮弹沿导轨向右发射，即为安培力作用，根据左手定则可知，必须通以自M向N的电流，故A正确；
BC．要想提高炮弹的发射速度，即增大安培力的大小，所以可适当增大电流或磁感应强度，故B正确，C错误；
D．若使电流和磁感应强度的方向同时反向，则安培力方向不变，所以炮弹的发射方向不变，故D错误。
故选AB。
13．AB
【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；
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；
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；
D．要提高炮弹的发射速度，说明受到的安培力越大且加速的位移越长，
可增大导轨的长度，故D错误；
故选AB。
14．ACD
【分析】
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．消耗的总能量转化为弹体的动能和热量；由于弹体的速度增大，弹体切割磁感线产生感应电动势，电源的电压应增大，抵消产生的感应电动势，以保证电源为加速弹体提供恒定的电流，是电磁炮匀加速发射．
【详解】
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：F=ILB，选项A正确；由动能定理：Fx=mv2，轨道至少要x=，选项B错误；由F=ma，v=at；解得 ；发射过程产生的热量：Q=I2（R+r）t；弹体的动能：Ek＝mv2；系统消耗的总能量，选项C正确；由于弹体的速度增大，弹体切割磁感线产生感应电动势，电源的电压应随时间均匀增加，抵消产生的感应电动势，以保证电源为加速弹体提供恒定的电流，使电磁炮匀加速发射，选项D正确；故选ACD.．
【点睛】
本题实质上就是借助安培力问题考查了力与运动，因此解决这类题目的基本思路是对研究对象正确进行受力分析，弄清功能转化关系，然后依据相应规律求解．
15．（1）；（2）I=0.02N s；（3）见解析
【详解】
（1）磁感应强度
所受安培力
d
可得
（2）由动能定理可知
弹体受到的冲量
可得
I=0.02N s
（3）由以上表达式可知
可知：欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，可采用的方法有：轨道中的电流变为原来的2倍；弹体质量变为原来的；轨道间距变为原来的4倍；轨道长度变为原来的4倍。