2022—2023学年粤教版（2019）选择性必修第二册 1.2安培力的应用 自主提升过关练（含解析）(Word版含答案)

2022—2023学年粤教版（2019）选择性必修第二册
1.2安培力的应用 自主提升过关练（含解析）
一、选择题
1．电磁炮利用电磁力沿导轨将弹头加速到很高的速度发射出去，据悉，国产电磁炮的发射速度达到了7马赫以上，射程达到200公里，其工作原理如图所示。当两平行导轨接入电源时，强电流从一导轨流入，经滑块（炮弹）从另一导轨流回时，在两导轨平面间产生强磁场，磁感应强度大小与电流大小成正比，即B = kI。忽略轨道的摩擦，关于电磁炮，下列说法正确的是（ ）
A．若只将电流I增大为原来的2倍，则滑块 （炮弹）受到的电磁力增大为原来的4倍
B．若只将电流I增大为原来的2倍，则滑块（炮弹）受到的电磁力也增大为原来的2倍
C．若只将电流I增大为原来的2倍，则滑块（炮弹）射出的动能也增大为原来的2倍
D．若只将导轨长度增大为原来的2倍，则炮弹射出的速度也增大为原来的2倍
2．下列设备成电器中，没有利用电磁感应原理工作的是（ ）
A．发电机 B．手机无线充电
C．刷卡系统 D．电动机
3．如图甲为磁电式电流表的结构，图乙为极靴和铁质圆柱间的磁场分布，线圈、两边通以图示方向的电流，线圈两边所在处的磁感应强度大小相等。则（ ）
A．该磁场为匀强磁场
B．线圈将逆时针转动
C．线圈平面总与磁场方向垂直
D．线圈转动过程中两边、受安培力大小不变
4．如图是某种电磁泵模型，泵体是一个长方体，ab边长为L1，左右两侧面是边长为L2的正方形，泵体处在垂直向外、磁感应强度为B的匀强磁场中，泵体上下表面接电动势为U的电源(内阻不计)。若泵稳定工作时理想电流表示数为I，泵和水面高度差为h，液体的电阻率为ρ，t时间内抽取液体的质量为m，不计液体在流动中和管壁之间的阻力，重力加速度为g，则（　　）
A．泵体上表面应接电源负极
B．电磁泵不加导电剂也能抽取纯水
C．电磁泵对液体产生的推力大小为BIL1
D．质量为m的水离开泵时的动能为UIt－mgh－I2t
5．电磁炮是一种先进的动能杀伤武器，它是利用磁场对通电导体作用的原理，对金属炮弹进行加速，具有速度快、命中率高等待点．下图中与此工作原理相同的是（　　）
A． B．
C． D．
6．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
7．如图是磁流体泵的示意图，已知磁流体泵是高为h的矩形槽，槽左右正对的两壁是导电的，它们的间距为L，两导电壁加上电压U。平行于纸面的前后两绝缘壁间有磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。槽的下部分与水银面接触，上部与竖直的绝缘管相连。已知水银的电阻率为ρ1，水银的密度为ρ2，重力加速度为g，磁流体泵正常工作时，水银上升，则下列说法正确的是（　　）
A．水平槽的左壁应该接电源负极，右壁接电源正极
B．电压一定时，水银槽的长度L越长，受到的安培力越大
C．电压一定时，水银槽的左侧面面积越大，受到的安培力越大
D．若U＞，则磁流体泵无法工作
8．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
9．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发射炮弹的装置——电磁炮，其原理如图所示：把待发炮弹(导体)放置在强磁场中的两平行导轨上，给导轨通以大电流，使炮弹作为一个通电导体在磁场作用下沿导轨加速运动，并以某一速度发射出去．现要提高电磁炮的发射速度，你认为下列方案在理论上不可行的是(　　)
A．增大电流I的值
B．增大磁感应强度B的值
C．增大两平行导轨间的距离
D．改变磁感应强度B的方向，使之与炮弹前进方向平行
10．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里，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B，则（　　）
A．该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向不同
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．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动
11．据媒体报道，美国海军最早将于2020年实现电磁轨道炮的实战部署，我国在该领域的研究也走在世界的前列．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下
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
12．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
13．根据磁场对电流产生作用力的原理，人们研制出一种发射炮弹的装置——电磁炮，如图所示，把待发炮弹放置在强磁场中的两平行光滑导轨上，给导轨通以很大的电流，使炮弹沿导轨加速运动，并以某一速度发射出去，现要提高电磁炮的发射速度，你认为下列方案在理论上可行的是(　　)
A．增大电流I的值
B．增大磁感应强度B的值
C．增大炮弹的质量
D．改变磁感应强度B的方向，使之与炮弹滑行方向平行
14．电磁轨道炮工作原理如图所示。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。电流I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。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4倍，理论上可采用的办法是（　　）
A．只将轨道长度L变为原来的2倍
B．只将电流I增加至原来的4倍
C．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的8倍，其他量不变
D．只将弹体质量减至原来的一半
15．磁电式电流表的构造如图甲所示，在蹄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，如图乙所示。当有电流通过线圈时，线圈在安培力的作用下转动，螺旋弹簧被扭动，线圈停止转动时满足，式中为线圈的匝数，为线圈的面积，为通过线圈的电流，为磁感应强度，为线圈（指针）偏角，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不变
C．若线圈中通以如图乙所示的电流时，线圈将沿逆时针方向转动
D．更换值更大的螺旋弹簧，可以增大电流表的灵敏度（灵敏度即）
二、解答题
16．电磁炮是利用安培力对弹体加速的新型武器，速度可达2×103 m/s，炮弹强大的动能使得击中时物体被瞬间摧毁。如图是电磁炮的原理图，两平行轨道位于同一水平面内，处在竖直向上的匀强磁场中。一导体棒横放在两导轨间，接入电路的长度为1.5m。当回路中的电流恒为20A时，导体棒所受的安培力大小为600N，问：
（1）导体棒受到的安培力方向是向左还是向右？
（2）匀强磁场磁感应强度B为多大？
（3）若回路中电流恒为30A，导体棒所受安培力为多大？
17．电磁炮是一种新型武器，下图为简化后的原理图，恒流源的电流通过金属杆EF（装有弹头），两平行金属导轨处于竖直向上的匀强磁场中，金属杆受磁场力推动向右加速。设弹头质量（含金属杆EF的质量），轨道宽度，长度，通过的电流大小恒为，弹头从导轨最左端开始由静止匀加速至最右端，达到的发射速度，重力加速度，（轨道摩擦不计），求：
（1）弹头在导轨上运动的时间；
（2）导轨间匀强磁场的磁感应强度的大小；
（3）采取哪些措施能提高弹头的发射速度。（至少提两条）
参考答案
1．A
【解析】
【详解】
AB．滑块 （炮弹）受到的电磁力
若只将电流I增大为原来的2倍，则滑块 （炮弹）受到的电磁力增大为原来的4倍，故A正确，B错误；
C．若只将电流I增大为原来的2倍，受到的电磁力增大为原来的4倍，根据动能定理
则滑块（炮弹）射出的动能增大为原来的4倍，故C错误；
D．根据
若只将导轨长度x增大为原来的2倍，则动能变为原来的2倍，射出速度变为原来的倍，故D错误。
故选A。
2．D
【解析】
【详解】
A．发电机是线圈在磁场中运动，结果是产生电流，利用电磁感应现象原理，与题意不符，故A错误；
B．手机无线充电是利用电磁感应原理工作的，与题意不符，故B错误；
C．刷卡系统是利用电磁感应原理工作的，与题意不符，故C错误；
D．电动机是线圈在磁场中运动，因通电，而产生力，不是利用电磁感应原理工作的，与题意相符，故D正确．
3．D
【解析】
【详解】
A．该磁场不是匀强磁场而是均匀辐向磁场，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．由左手定则可知，a受到的安培力向上，b受到的安培力向下，故线圈顺时针旋转，故B错误；
C．由图可知，线圈平面总与磁场方向平行，故C错误；
D．a、b导线始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小总为IlB，故D正确。
故选D。
4．D
【解析】
【详解】
A．当泵体上表面接电源的负极时，电流从下向上流过泵体，这时受到的磁场力水平向右，不会拉动液体，故A错误；
B．纯水中不含有导电离子，分析电磁泵的工作原理可知，不加导电剂，不能抽取不导电的纯水，故B错误；
C．根据安培力公式F=BIL2，故C错误；
D．液体的电阻
若t时间内抽取水的质量为m，根据能量守恒定律，则这部分水离开泵时的动能为
故D正确。
故选D。
5．D
【解析】
【分析】
明确通电导体在磁场中受力的作用这一原理，主要应用于电动机．对选项中各电器的工作原理进行分析，最后做出判断．
【详解】
A项：图中实验装置，无电源，研究电磁感应现象，故A错误；
B项：图中实验为电流的磁效应，故B错误；
C项：图中的实验时探究带电体的性质，故C错误；
D项：图中实验装置，有电源，研究通电导体在磁场中受力，故D正确．
故选D．
【点睛】
磁场对通电导体有力的作用，人类根据这一原理制造了电动机，而电动机在生活中应用广泛．注意与其它电器元件的区分．
6．C
【解析】
【分析】
【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。
7．C
【解析】
【详解】
A．根据题意可知，安培力方向向上，结合左手定则，则电流方向由左向右，那么水平槽的左壁应该接电源正极，右壁接电源负极，故A错误；
BC．设磁流体泵的厚度为d，两极间的电阻为
电流大小
受到的安培力为
F＝BIL
方向向上，大小为
由此可知，安培力大小与L无关，而与槽侧面面积有关，即面积越大时，安培力也越大，故B错误C正确；
D．要使水银上升，则F＞mg，即
解得
故D错误。
故选C。
8．D
【解析】
【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。
9．D
【解析】
【详解】
ABC.炮弹磁场作用下沿导轨加速运动，设导轨宽度为L，导轨长度x，由牛顿第二定律有
由匀变速直线运动规律有
知电磁炮的发射速度为
可见增大电流I的值，增大磁感应强度B的值，增大两平行导轨间的距离L，都能提高电磁炮的发射速度，在理论上是可行的，故ABC不合题意；
D.当磁感应强度方向与炮弹前进方向平行时，由左手定则可知，炮弹受垂直导轨方向的安培力，不会使炮弹加速，要提高电磁炮的发射速度，在理论上是不可行的，故D符合题意．
10．D
【解析】
【详解】
A．根据磁感线疏密代表磁场强弱可知，并非处处大小相等，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．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动，故D正确；
故选D。
11．B
【解析】
【详解】
A、根据安培定则，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，故A项错误；
B、两平行导轨的电流方向相反，在导轨之间产生的磁场方向相同，根据直线电流的磁场分布可知，电流大小一定时，两导轨距离越近，导轨之间的磁场越强，故B项正确；
C、如果电流反向，导轨之间的磁场方向反向，通过炮弹的电流方向反向，炮弹所受安培力方向不变，故C项错误；
C、电流一定时，导轨间距越小磁场越强，但炮弹的“有效长度”也变小，影响安培力的大小，所以导轨间距并不是越小越好，而是要适当，故D项错误；
故选B．
12．C
【解析】
【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。
13．AB
【解析】
【详解】
ABC．要提高电磁炮的发射速度，需要增加安培力所做的功，由W＝Fs可知，在加速距离不变的情况下可增大安培力，根据F＝BIL知，可以增加磁感应强度B, 增加电流I，故AB选项正确，C选项错误；
D．改变磁感应强度B的方向，使之与炮弹滑行方向平行，安培力减为零，故D选项错误．
故选AB.
14．BC
【解析】
【详解】
通电的弹体在轨道上受到安培力的作用，设导轨间距为d，由动能定理：
磁感应强度的大小与I成正比：
解得：
A．只将轨道长度L变为原来的2倍，弹体的出射速度增加至原来的倍，A错误；
B．只将电流I增加至原来的4倍，则弹体的出射速度增加至原来的4倍，B正确；
C．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的8倍，其他量不变，则弹体的出射速度增加至原来的4倍，C正确；
D．只将弹体质量减至原来的一半，则弹体的出射速度增加至原来的倍，D错误。
故选BC。
15．AB
【解析】
【分析】
【详解】
A．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，故该电流表的刻度是均匀的，故A正确；
B．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，故受到的安培力的大小不变，故B正确；
C．若线圈中通以如图乙所示的电流时，根据左手定则，左侧受安培力向上，右侧受安培力向下，故顺时针转动，故C错误；
D．更换值更大的螺旋弹簧，同样的电流变化导致同样的安培力变化，但偏角变化减小了，故灵敏度减小了，故D错误。
故选AB。
16．(1)向右；(2)；(3)
【解析】
【详解】
(1)根据左手定则，可判断出导体棒受到的安培力方向向右
(2)根据磁感应强度定义式，可得
(3)根据安培力公式，可得
17．（1）0.2s；（2）20T；（3）见解析
【解析】
【详解】
（1）方法一：由平均速度公式可得
解得
方法二：根据
（2）方法一：安培力
由动能定理
代入数据解得
方法二：安培力
解得
（3）可选的措施主要有：采用超导材料、增大电流、利用大电流产生更强的磁场、减轻弹头的质量、加长轨道的长度等。
试卷第PAGE页，共SECTIONPAGES页