选择性必修二1.2安培力的应用 练习（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．如图是手摇式手电筒，只要晃动手电筒，灯泡就能发光．下列实验能揭示手电筒工作原理的是（　　）
A． B．
C． D．
2．直流电动机工作时，通电线圈在磁场中能连续转动是由于
A．靠换向器不断改变线圈中的电流方向
B．全靠线圈转动的惯性
C．靠磁场方向不断改变
D．通电线圈在磁场中任何时候都受力
3．如图甲所示是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，线圈匝数为n，面积为S，线圈a、b两边导线长均为l，所在处的磁感应强度大小均为B，当线圈中通电流I时，a、b边所受安培力F方向加图乙所示。则（　　）
A．该辐向磁场是匀强磁场
B．穿过线圈的磁通量为
C．转动过程中安培力F大小总为
D．线圈a边导线电流方向垂直纸面向外
4．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
5．如图所示为电磁轨道炮的工作原理图。质量为m的待发射弹体与轨道保持良好接触，并可在宽为d、长L的两平行水平轨道之间无摩擦滑动。电流I从一条轨道流入，通过弹体流回另一条轨道，用这种装置可以把弹体加速到。不计空气阻力，则轨道间匀强磁场的磁感应强度大小是（　　）
A． B．
C． D．
6．美国研发的强力武器轨道电磁炮在试射中，将炮弹以5倍音速，击向200公里外目标，射程为海军常规武器的10倍，且破坏力惊人．电磁炮原理如图所示，若炮弹质量为m，水平轨道长L，宽为d，轨道摩擦不计，炮弹在轨道上做匀加速运动．要使炮弹达到5倍音速(设音速为v)，则
A．炮弹在轨道上的加速度为 B．磁场力做的功为
C．磁场力做功的最大功率为 D．磁场力的大小为
7．根据磁场对电流有安培力作用的原理，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，若电流方向与图中相同，则下列说法正确的是（　　）
A．磁场方向应竖直向上
B．磁场方向应竖直向下
C．减小磁感应强度B的值，炮弹受到的安培力变大
D．若同时将电流方向和磁场方向反向，安培力方向也会反向
8．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
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．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．如图甲为市面上常见的一种电动车，图乙为这种电动车的电动机的工作示意图。电动机电路两端电压为10V，额定功率为200W，A、B为线圈上的两点。下列选项中不正确的是（　　）
A．在额定功率下运行时，电动机电路中的电流大小为20A
B．电刷a接入电路正极，电刷b接入电路负极
C．A点与B点间电流方向在不断变化
D．直流电源可以驱动该电动机正常工作
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．据外界报道，中国曾在内蒙古炮兵靶场对电磁大炮进行了首次试验：25kg的弹丸被发射到250km以外的预定区域，试验获得成功。导轨式电磁炮的原理结构示意图如图所示。两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，其间安放炮弹。炮弹可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触。内阻为r的可控电源提供的强大电流从一根导轨流入，经过炮弹，再从另一导轨流回电源。炮弹被导轨中的电流形成的磁场推动而发射。在发射过程中，该磁场在炮弹所在位置始终可以简化为磁感应强度为B的匀强磁场，方向竖直向上。已知两导轨内侧间距为L，炮弹的质量为m，炮弹在导轨间的电阻为R。若炮弹滑行s后获得的发射速度为v，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　）
A．a为电源正极
B．电磁炮所受安培力的大小F=
C．可控电源此时的电动势
D．这一过程中系统消耗的总能量是mv2+
14．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．
15．下列关于磁电式电流表的说法中错误的是（ ）
A．磁电式电流表内部的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的；
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正比；
C．磁电式电流表的优点是灵敏度高，缺点是允许通过的电流很弱；
D．磁电式电流表只能测定电流的强弱，不能测定电流的方向．
二、填空题
16．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。( )
17．如图所示的天平可用来测定磁感应强度。天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽度为L，共N匝，线圈下端悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面。当线圈中通有电流I时（方向如图所示），在天平左、右两边分别加上质量为m1、m2的砝码，天平平衡；当电流反向（大小不变）时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡。重力加速度为g，则磁感应强度的大小为__________。
18．如图所示，为一种磁电式仪表的原理图，可用它来测定电流的大小。无电流时，指针指在左边。当有电流时指针偏向右边，则电流从__________接线柱进入。
19．电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示，利用这种装置可以把质量为2.0g的弹体（包括金属杆EF的质量）加速到6km/s。若这种装置的轨道宽2m，长为100m，通过的电流为10A，则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为_____T，磁场力的最大功率P=_____W（轨道摩擦不计）。
三、解答题
20．据新华社2010年12月14日报道。美国海军近日在弗吉尼亚州境内，成功试射了该国最新研制的电磁炮，其发射速度达5倍音速，射程则远达200公里。“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。光滑水平加速导轨M、N长s＝5m，宽L＝1m，电阻不计。在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B＝25T。“电磁炮”总质量m＝0.1kg，其中加速导体棒a、b的电阻R= 0.4Ω。可控电源的内阻r＝0.6Ω，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，电源为导体棒a、b提供的电流是400A。求：这次试验中“电磁炮”发射的速度。
21．如图，在倾角为θ＝370的斜面上，固定一宽L＝0.25m的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器R。电源电动势E＝12V，内阻r＝1Ω，一质量m＝40g的金属棒与两导轨垂直并接触良好。整个装置处于磁感应强度B＝0.8T、垂直于斜面向上的匀强磁场中，金属棒的电阻R1＝1Ω（导轨电阻不计），金属导轨与金属棒之间的摩擦因数，取g＝10m/s2。要保持金属棒在导轨上静止，则：
（1）金属棒受到的摩擦力为零时，电路中的电流为多大；
（2）求滑动变阻器R接入电路中的阻值范围。
22．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？
23．电磁炮是一种理想的新型武器，它的主要原理如图所示．2016年12月博罗中学创新节活动上，我校黄同学等人制成了简易的“电磁炮”模型并在东山公园作了展示，良好效果，并得到老师和同学们的赞扬．黄同学等人把m=200g的弹体模型（包括金属杆CD的质量）通过导轨加速，并最终从O点水平抛出，继续飞行击中目标P(如图所示)．若轨道宽L=1m，电磁炮在导轨上加速距离s=2.5m，通过的电流为I=5A，方向如图所示．OA竖直高度为4.9m，AP水平距离为50m．已知匀强磁场的方向为竖直方向且垂直于水平导轨．（导轨间摩擦及空气阻力不计，P视为质点）g取9.8 m/s2．
求：
(1)判断磁场方向
(2)轨道间所加的匀强磁场的磁感应强度为多大？
24．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）
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【详解】
手摇式手电筒中没有电池，在晃动手电筒时，手电筒中的永磁体在线圈中运动，运动是相对而言的，相对于永磁体而言，线圈在做切割磁感线运动，线圈中就会产生感应电流，电流通过灯泡时，小灯泡就会发光．因此这种手电筒的工作原理是电磁感应现象，即发电机就是利用该原理制成的．A图中，通电导体在磁场中受力运动，为电动机的工作原理图，故A错；B图中，闭合电路的部分导体在磁场中切割磁感线运动，产生感应电流，为发电机的工作原理图，故B正确；C图中，反映通电导体的周围存在磁场，为电流的磁效应，故C错误；D图中，通电线圈在磁场中受力转动，为电动机的原理图，故D错误．故选B．
【点睛】闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，就会产生感应电流，这种现象叫电磁感应现象．来回摇晃手电筒，使永磁体在线圈中来回运动，线圈做切割磁感线的运动，线圈中就会产生感应电流，小灯泡就会发光．
2．A
【详解】
在直流电动机的工作过程中，“换向器”起了关键的作用，它能使线圈刚刚转过平衡位置时就自动改变线圈中的电流方向，从而实现通电线圈在磁场中的连续转动。
A．靠换向器不断改变线圈中的电流方向，与结论相符，选项A正确；
B．全靠线圈转动的惯性，与结论不相符，选项B错误；
C．靠磁场方向不断改变，与结论不相符，选项C错误；
D．通电线圈在磁场中任何时候都受力，与结论不相符，选项D错误；
故选A。
3．C
【详解】
A.匀强磁场的磁感线处处平行，而辐向磁场的磁感线不平行，所以不是匀强磁场，故A错误；
B.由题图乙根据对称性可知，穿过线圈的磁通量为零，故B错误；
C.根据安培力公式可得转动过程中安培力大小为
故C正确；
D.根据左手定则可知线圈a边导线电流方向为垂直纸面向里，故D错误。
故选C。
4．D
【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。
5．D
【详解】
通电弹体在磁场中受安培力的作用而加速，由功能关系得
解得
故选D。
6．C
【详解】
根据，解得，故A错误；根据动能定理可知，磁场力做的功等于炮弹动能的增加量，即，故B错误；根据牛顿第二定律可知，磁场力的大小为，根据P=Fv，得最大的功率为，故C正确，D错误；故选C．
【点睛】炮弹在磁场力作用下做匀加速运动，根据牛顿第二定律可以求出磁场力，根据动能定理可以求出磁场力做的功；根据P=Fv可以求出最大功率．
7．A
【详解】
AB．根据左手定则可知，磁场方向应竖直向上，B错误，A正确；
C．根据安培力公式，即
可知，减小磁感应强度B的值，炮弹受到的安培力变小，C错误；
D．若同时将电流方向和磁场方向反向，根据左手定则可知，安培力方向不变，D错误。
故选A。
8．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．
9．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。
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】
A．电动机的电功率表达式为，代入题中数据可得
解得
A项正确；
B．磁场方向在磁体外部由N极指向S极，由电动机运转方向可知，段受力方向向上，再由左手定则可知，电流方向由A指向B，故b为正极，a为负极，B项错误；
C．电动机转过180°后两半铜环所接电刷互换，间电流方向改变，依次类推可知，A点与B点间电流方向不断改变，C项正确；
D．直流电源可以驱动该电动机正常工作，D项正确。
此题选择不正确的选项，故选B。
【命题意图】
本题以电动车为背景，主要考查理解能力、推理论证能力，体现科学思维、科学探究、科学态度与责任的要求。
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．D
【详解】
A．若电源a、b分别为负极、正极，根据左手定则可知，炮弹受到的安培力方向向右，则炮弹可在磁场中向右做加速运动；若电源a、b分别为正极、负极，根据左手定则可知，炮弹受到的安培力方向向左，则炮弹可在磁场中向左做加速运动；由题图知炮弹在磁场中向右做加速运动，A错误；
B．根据动能定理有
Fs=mv2
所以
F=
B错误；
C．由匀加速运动公式可得
a=
由安培力公式和牛顿第二定律有
F=BIL=ma
根据闭合电路欧姆定律有
联立以上三式解得
C错误；
D．这一过程中的时间
t=
系统产生的内能
Q=I2（R+r）t
而
联立解得
炮弹的动能
Ek=mv2
由能量守恒定律得，这一过程中系统消耗的总能量
E=Q+Ek=mv2+
D正确。
故选D。
14．D
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．
15．D
【详解】
A：磁电式电流表内部的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的，故A项正确．
B：磁电式电流表内部的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的，因此不管铜电线圈转到什么角度，它的平面都与磁感线平行．因此，磁力矩与线圈中电流成正比．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，其大小与线圈偏转角度成正比，当磁力矩与螺旋弹簧中的阻力矩相等时，线圈停止转动，此时指针偏转角度的大小与被测电流的大小成正比．故B项正确．
C：磁电式电流表的优点是灵敏度高，缺点是允许通过的电流很弱．故C项正确．
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，根据指针转动大小与方向可确定电流的大小与方向．故D项错误．
本题选错误的，答案是D．
【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．
16． 错误 正确 正确 正确 正确
【详解】
略
17．
【详解】
假设B的方向垂直纸面向外，开始线圈所受安培力的方向向上，电流方向相反，则安培力方向反向，变为竖直向下，相当于右边多了两倍的安培力大小，所以需要在左边加砝码，故该假设错误；当B的方向垂直纸面向里，开始线圈所受安培力的方向向下，电流方向相反，则安培力方向反向，变为竖直向上，相当于右边少了两倍的安培力大小，所以需要在右边加砝码。则有
所以
18．a
【详解】
[1]当有电流时指针偏向右边，根据左手定则，可判断线框内电流方向如图所示，则电流从a接线柱进入
19． 18 2.16×106
【详解】
[1]根据动能定理得
得
[2]磁场力的最大功率
20．1000m/s
【详解】
导体棒ab所受安培力
F=BIL=104N
对于发射过程，由动能定理得
　　　
解得这次试验中“电磁炮”发射的速度
v=1000m/s
21．（1）1.2A（2）4Ω≤R≤28Ω
【详解】
（1）当金属棒受到的摩擦力为零时，金属棒的受力为
mgsinθ=BI1L
解得
I1=1.2A
（2）当滑动摩擦力沿斜面向下时，金属棒的受力为
mgsinθ+ mgcosθ=BI2L
此时，最小电阻为
解得
Rmin=4Ω
当滑动摩擦力沿斜面向上时，金属棒的受力为
Mgsinθ- mgcosθ=BI3L
此时，最大电阻为
解得
Rmax=28Ω
则，电阻的范围为
4Ω≤R≤28Ω
22．第一位，见解析
【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。
23．（1）竖直向上 （2）20T
【详解】
（1）竖直向上
（2）设平抛运动初速度为v，时间为t，由平抛运动和匀变速直线运动公式：
OA= AP=vt
v=50m/s

由牛顿第二定律：F=ma
F=BIL
B=20T
24．（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。
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