1.2 安培力的应用 （word版含答案）

粤教版（2019）选择性必修二 1.2 安培力的应用
一、单选题
1．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
2．用一节电池、一块强磁铁和铜导线可以做成如图所示的“简易电动机”，其中干电池负极吸附有一块圆柱形强磁铁，铜导线下面两端与磁铁接触，铜导线组成的线框就能转动起来．关于该“简易电动机”，下列说法正确的是（　　）
A．如果强磁铁上表面是N极，那么从上往下看，线框逆时针转动
B．如果强磁铁上表面是S极，那么从上往下看，线框逆时针转动
C．线框转动是由于受到洛伦兹力作用
D．不管强磁铁N极向上或者向下放置，从上往下看线框总是做顺时针运动
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
4．2019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
5．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。如图所示为某款电磁炮的轨道，该轨道长，宽。若发射质量为的炮弹，从轨道左端以初速度为零开始加速，当回路中的电流恒为时，最大速度可达，假设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 D．磁感应强度的大小为
6．某人发明了一个让飞机在航母上短距离起飞的装置，原理如图所示，ac和bd是相距为L的两根光滑的金属导轨，MN是相当于飞机的金属杆(质量为m，电阻为R)，匀强磁场方向如图，磁感应强度为B，a和b端接恒流源的正负两极(恒流源输出的电流恒为I)，MN杆将从dc端水平飞出．那么以下说法正确的是( )
A．a接电源的正极，b接电源的负极
B．不考虑电流的磁场，MN杆将做加速度逐渐减小的加速运动，最大加速度为a＝
C．不考虑电流的磁场，MN杆将做匀加速运动，加速度为a＝
D．恒流源的输出电压不变
7．如图，是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布，线圈中a、b两导线通以图示方向的电流，则下列说法正确的是
A．该磁场是匀强磁场
B．线圈平面总与磁场方向垂直
C．线圈将顺时针方向转动
D．磁电式电流表的优点是灵敏度很高，而且可以通过很大的电流
8．如图甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁体和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，边长为L的N匝正方形线圈中通以电I流，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．该磁场是匀强磁场 B．该线圈的磁通量为
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
9．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
10．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
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．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
13．如图甲是磁电式电流表的结构图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布。线圈中a、b两条导线长度均为l，未通电流时，a、b处于图乙所示位置，两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。通电后，a导线中电流方向垂直纸面向外，大小为I，则（　　）
A．该磁场是匀强磁场
B．线圈平面总与磁场方向垂直
C．线圈将逆时针转动
D．a导线受到的安培力大小始终为BI
14．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
15．如图甲所示，电磁炮是一种新型的兵器，其射程甚至可达数百公里，远远超过常规炮弹．它的主要原理如图乙所示，当弹体中通以强电流时，弹体在强大的磁场力作用下加速前进，最后从炮口高速射出．设两轨道间距离为0.10m，匀强磁场的磁感应强度为40T，电流2000A，轨道长度为20m，不考虑电流产生的磁场对匀强磁场强度的影响，则
A．若不计任何阻力，质量为20g的炮弹最终获得的速度为400m/s
B．若不计任何阻力，磁场的磁感应强度加倍，则炮弹获得的速度也加倍
C．若阻力大小一定，轨道长度加倍，速度变为倍
D．若阻力大小一定，电流加倍，速度变为倍
二、填空题
16．电磁炮通过安培力做功把电能转化成动能，将炮弹发射出去．如图所示，间距为L的两根相互平行的水平光滑导轨MM 和NN ，固定在磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨平面的匀强磁场中，炮弹置于金属架PQ上，PQ与导轨垂直且接触良好．当PQ中通以大小为I，方向由P指向Q的电流时，金属架和炮弹一起水平向右运动，则金属架与炮弹所受安培力方向水平________（填“向左”或“向右”），大小为______ ；匀强磁场的方向竖直________（填“向上”或“向下”）．
17．磁电式电流表
（1）原理：安培力与电流的关系，通电线圈在磁场中受到______而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就______根据指针的______，可以知道被测电流的方向．
（2）构造：______、______、螺旋弹簧、指针、极靴．
（3）特点：极靴与铁质圆柱间的磁场沿______方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线______，且线圈左右两边所在处的磁感应强度大小______。
（4）优点：灵敏度高，可以测出______的电流。缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流______。
18．判断下列说法的正误。
（1）安培力的方向与磁感应强度的方向相同。( )
（2）应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向。( )
（3）对于磁电式电流表，指针稳定后，线圈受到的螺旋弹簧的阻力与线圈受到的安培力方向是相反的。( )
（4）对于磁电式电流表，通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度也越大。( )
（5）对于磁电式电流表，在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，而与所处位置无关。( )
19．简单的直流电动机有定子和_________子两部分组威，其中一个是永久磁铁，那么另一个就是________。安装在电动机转轴上用来改变电流方向的装置叫______，它必须通过_______与电源相连接。
三、解答题
20．如图所示，长度L1=1m，质量m=1kg，电阻R=2Ω的通电导体棒在沿斜面向上安培力作用下静止在倾角为30°、宽度为L2=2m的光滑绝缘框架上，匀强磁场方向方向垂直于框架平面向下（磁场仅存在于绝缘框架内），右侧回路中，电源的电动势E=8V，内阻r=1Ω。电动机M额定电压为4V，线圈内阻为rM=0.4Ω，此时电动机正常工作（已知重力加速度g取10m/s2）。试求：
(1)电动机的输出的功率P出；
(2)磁感应强度B的大小。
(3)电机工作过程中故障突然卡死，求电机故障瞬间导体棒的加速度a。
21．自制的简易电动机示意图如图所示。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动，一位同学将左、右转轴下侧的绝缘漆刮掉，另一位同学将左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉。哪位同学的方法可行？为什么？
22．某电子天平原理如图所示，E形磁铁的两侧为N极，中心为S极，两极间磁感应强度的大小均为B，磁极宽度均为L。忽略边缘效应，一正方形线圈套于中心磁极，其骨架与秤盘连为一体，线圈两端C、D与外电路连接、当质量为m的重物放在秤盘上时，弹簧被压缩，秤盘和线圈一起向下运动（骨架与磁极不接触），随后外电路对线圈供电，秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止。此时根据对应的供电电流I，可确定重物的质量。已知线圈匝数为n，线圈电阻为R，重力加速度为g。
（1）供电电流I是从C端，还是从D端流入；
（2）求重物质量与电流的关系。
23．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，如图甲为电磁炮工作原理示意图，可简化为图乙模型。某电磁炮导轨长10m，两导轨之间的距离为0.5m。导轨间磁场可认为是方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为1.5T，电流方向如图所示。质量为10kg的炮弹受安培力作用从导轨最右端静止开始做匀加速直线运动，到达最左端离开导轨时的速度大小为2.4×103m/s。整个电磁炮固定在水平面上，忽略炮弹与导轨间的摩擦力。求：
（1）炮弹在导轨中加速时的加速度大小；
（2）导轨中的电流大小。
24．据报道，最近已研制出一种可投入使用的电磁轨道炮，其原理如题图所示。炮弹（可视为长方形导体）置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接。开始时炮弹在导轨的一端，通以电流后炮弹会被磁力加速，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=0.30kg。导轨上的电流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＝2.0T，方向垂直于纸面向里。若炮弹出口速度为v=2.0×103m/s，求通过导轨的电流I。忽略摩擦力与重力的影响。
试卷第1页，共3页
试卷第2页，共2页
参考答案：
1．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。
2．B
【解析】
【详解】
ABD．若强磁铁上表面是N极，则对于导线来说，磁感线从上往下斜穿过铜导线组成的线框，电流方向从上往下，由左手定则知，由上往下看（俯视），金属丝顺时针转动，若强磁铁上表面是S极，则对于导线来说，磁感线从下往上斜穿过铜导线组成的线框，电流方向从上往下，由左手定则知，由上往下看（俯视），金属丝逆时针转动， AD错误B正确；
C．而该装置的原理是电流在磁场中的受磁场力，线框转动是由于受到安培力的作用，C错误。
故选B。
3．D
【解析】
【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
【解析】
【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。
5．D
【解析】
【详解】
AB. 回路中电流方向如题图所示，则根据安培定则可知，磁场方向应竖直向上，AB错误；
CD. 由题意可知，最大速度，加速距离，由速度和位移关系可知
解得
由牛顿第二定律可得
解得，C错误，D正确；
故选D。
6．C
【解析】
【分析】
根据左手定则判断电流方向，从而判断电源的正负极；根据牛顿第二定律确定导体棒的运动情况；由于电流恒定，但MN会产生感应电动势，所以恒流源的输出电压会增大.
【详解】
根据左手定则，MN受力向左，则电流应该从N流向M，即a接电源的负极，b接电源的正极，所以A错；由于电流恒定为I，所以安培力恒为F＝BLI，所以，MN杆将做匀加速运动，加速度为a＝，C正确，B错误；由于电流恒定，但MN会产生感应电动势，所以恒流源的输出电压会增大，故D错误，故选C．
7．C
【解析】
【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．由图可知，线圈平面总与磁场方向平行，故B错误；
C．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C正确；
D．磁电式电流表的优点是灵敏度很高，但是不可以通过很大的电流，故选项D错误．
【点睛】
在学过的测量工具或设备中，每个工具或设备都有自己的制成原理，对不同测量工具的制成原理，是一个热点题型，需要重点掌握．
8．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．该磁场不是匀强磁场，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
F安=NILB
故D正确。
故选D。
9．C
【解析】
【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。
10．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．
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．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。
13．D
【解析】
【分析】
通过分析通电导线在磁场中的受力，了解磁电式电流表的工作原理。
【详解】
A．该磁场是个辐向磁场，磁场方向与铁芯垂直，但不是匀强磁场，A错误；
B．由于是辐向磁场，线圈平面与磁场方向始终平行，B错误；
C．根据左手定则，在图中位置，a导线受力向上，b边受力向下，线圈将顺时针方向转动，C错误；
D．由于在转动过程中，a导线始终与磁场垂直，因此受到安培力大小始终为，D正确。
故选D。
14．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。
15．C
【解析】
【分析】
炮弹在磁场中受到安培力，根据F=BIL求得大小，结合运动过程中的动能定理即可判断最终速度与条件的关系.
【详解】
在运动过程中受到的安培力大小为F=BIL=8000N，运动过程中，根据动能定理可知Fx= mv2，解得v=4000m/s，故A错误；根据上述公式可知，若不计任何阻力，磁场的磁感应强度加倍，则炮弹获得的速度变为原来的倍，故B错误；若阻力大小一定，轨道长度加倍，根据动能定理可知BILx fx＝mv2，解得，故轨道长度加倍，速度变为倍，若电流加倍，速度不是原来的倍，故C正确，D错误；故选C．
【点睛】
题主要考查了在安培力作用下的动能定理，明确各个选项条件下的受力，利用好动能定理公式即可判断
16． 向右 BIL 向上
【解析】
【详解】
金属架与炮弹在安培力作用下向右加速运动，故受到的安培力向右，由F=BIL可知受到的安培力为BIL，由左手定则可知磁场方向竖直向上.
17． 安培力 越大 偏转方向 磁体 线圈 半径 平行 相等 很弱 很弱
【解析】
【分析】
【详解】
略
18． 错误 正确 正确 正确 正确
【解析】
【分析】
【详解】
略
19． 转 线圈 换向器 电刷
【解析】
【详解】
[1][2]．简单的直流电动机有定子和转子两部分组威，其中一个是永久磁铁，那么另一个就是线圈。
[3][4]．安装在电动机转轴上用来改变电流方向的装置叫换向器，它必须通过电刷与电源相连接。
20．(1)；(2)；(3)，方向沿斜面向下
【解析】
【详解】
(1) 干路电流
流过导体棒的电流
电动机在额定电压下正常工作，通过电动机的电流
电动机的热功率
电动机的输出功率
(2) 导体棒静止处于平衡状态，由平衡条件得：
代入数据解得
(3)电机工作过程中故障突然卡死，此时电机与通电导体棒并联的电阻为
则并联电路两端的电压为
可得流经通电导体棒的电流为
根据牛顿第二定律可知
解得
方向沿斜面向下。
21．第一位，见解析
【解析】
【分析】
【详解】
第一位同学的方法可行
当左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉，通电后根据左手定则可知下边受到的安培力方向垂直纸面向里，线圈开始转动，在前半周转动过程中，线圈中有电流，安培力开始做正功，后半周转动过程中没有电流，不受安培力，由于惯性线圈能够连续转动，当左右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉，线圈转动 后线圈中电流再次受到安培力作用，且使线圈的转动方向与原来方向相反，因此线圈不能连续继续转动。
22．(1)从D端流入；(2)
【解析】
【详解】
(1)设线圈受到的安培力为F，据左手定则知外加电流从D端流入；
(2)由
和
得
23．（1）；（2）
【解析】
【详解】
（1）设加速度为a
得
（2）根据牛顿第二定律得
得
24．0.6×106A
【解析】
【详解】
当导轨通有电流I时，炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为
F＝IdB
设炮弹加速度的大小为a，则有
F＝ma
炮弹在两导轨间做匀加速运动，因而
v2＝2aL
联立解得得
答案第1页，共2页
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