高二物理粤教版（2019）选择必修二 1.2安培力的应用 课时作业（含解析）

1.2安培力的应用
一、单选题
1．2022年6月17日，我国第三航空母舰命名为“中国人民解放军海军福建舰”，福建舰是我国完全自主设计建造的首艘配置电磁弹射的航空母舰。下列实例与电磁弹射系统工作原理类似的是（　　）
A．回旋加速器 B．质谱仪 C．电磁炮 D．电磁炉
2．电磁炮的基本原理如图所示，一质量为M的弹体（包括金属杆EF的质量）静置于水平平行金属导轨最左端，金属杆与导轨垂直并接触良好，导轨宽为d，长为L，处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。现使金属杆通过的电流恒为I，把弹体从静止释放，金属杆与轨道摩擦及空气阻力不计，则弹体能获得的最大速度为（　　）
A． B．
C． D．
3．某磁电式电流表结构如图甲所示，矩形线圈匝数为n，长边长度为l。矩形线圈放在均匀辐射状磁场中如图乙所示，两条长边经过的位置磁感应强度大小为B。当线圈线圈长边中电流为I时，电流表指针偏转的角度为θ，则当电流表指针偏转的角度为2θ时，线圈一侧长边受到的安培力大小为（　　）
A．2nBIl B．nBIl C．2BIl D．BIl
4．磁电式仪表的基本组成部分是磁铁、线圈、铁芯等，下列关于电表的说法中正确的是（　　）
A．电表里面是匀强磁场
B．电表里面的铁芯是为了减小线圈与磁场间的作用
C．电表中通的电流越大，指针偏转角度越大
D．改变电流方向，指针偏转方向不变
5．实验室经常使用的电流表是磁电式仪表。这种电流表的构造如图甲所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的。当线圈通以如图乙所示的电流，下列说法不正确的是（　　）
A．线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行
B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动
C．当线圈转到如图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向上
D．当线圈转到如图乙所示的位置，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动
6．2012年11月25日，号称空中“飞鲨”的歼﹣15在我国第一艘航母“辽宁舰”起降一次成功，舰机适配性能良好，图为歼﹣15起飞瞬间，数秒内使战斗机速度在零和数百千米每小时间转换，且滑行距离不超过100米。动力和阻力控制是飞机起降的硬指标。为了提高航空母舰上飞机的起飞速度，人们正研制一种电磁弹射装置，它的基本原理是：将待弹射的飞机挂在导体棒上，导体棒放置在处于匀强磁场中的两条平行导轨上，给导轨通以电流，使飞机和导体棒作为一个载流导体在磁场的作用下沿导轨做加速运动，从而将飞机以某一速度弹射出去。关于这种弹射装置，以下说法中不正确的是（　　）
A．导体棒中的电流方向是N→M
B．导体棒受到的推动力是安培力
C．改变磁感应强度的大小可改变飞机弹射出时的速度
D．增大导轨中的电流可提高飞机的弹射速度
7．如图所示，空间有与竖直平面夹角为θ的匀强磁场，在磁场中用两根等长轻细金属丝将质量为m的金属棒ab悬挂在天花板的C、D两处，通电后导体棒静止时金属丝与磁场方向平行。已知磁场的磁感应强度大小为B，接入电路的金属棒长度为l，重力加速度为g，以下关于导体棒中电流的方向和大小正确的是（　　）
A．由b到a， B．由a到b，
C．由a到b， D．由b到a，
8．下列关于电动机的说法错误的是（　　）
A．安培力使电动机转子转动
B．电动机是一种将电能转化为机械能的装置
C．直流电动机的换向器的作用是不断改变磁场方向
D．改变输入电流的大小可以调节电动机的转速
二、多选题
9．下列四幅图的有关说法正确的是（　　）
A．图(1)中为扭秤实验装置结构，利用了“放大”的思想
B．图(2)中可视为质点的排球被水平扣出后，落点的位置只与被扣出时的速度大小有关
C．图(3)器材装置能测定电流大小
D．图(4)中用长度为R的AB细杆相连、质量均为m的两球之间的万有引力为
10．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．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
11．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．弹体向右高速射出
B．I为原来的2倍，弹体射出的速度为原来的4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2倍
12．实验室常用的电流表是磁电式仪表，其结构示意图如图甲所示，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布如图乙所示。当线圈通以如图乙所示的电流时端电流方向为垂直纸面向外，下列说法正确的是（　　）
A．根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱
B．线圈在转动过程中，它的磁通量都在变化
C．线圈中电流增大时，螺旋弹簧被扭紧，阻碍线圈转动
D．当线圈转到如图乙所示的位置，安培力的作用使线圈沿逆时针方向转动
三、解答题
13．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？
14．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。
15．航空母舰作为大国重器，其形成有效战力的重要标志之一是其携带的舰载机形成战斗力，质量为m的舰载机模型，在水平直线跑道上由静止匀加速起飞，假定起飞过程中受到的平均阻力恒为舰载机所受重力的k倍，发动机牵引力恒为F，离开地面起飞时的速度为v，重力加速度为g。若舰载机起飞利用电磁弹射技术将大大缩短起飞距离，图为电磁弹射装置的原理简化示意图，与舰载机连接的金属块（图中未画出）可以沿两根足够长相互靠近且平行的导轨无摩擦滑动，使用前先给电容为C大容量电容器充电，弹射舰载机时，电容器释放储存的电能所产生的强大电流从一根导轨流入，经过金属块，再从另一根导轨流出；导轨中的强大电流形成的磁场使金属块受到磁场力而加速，从而推动舰载机起飞。
（1）求没使用弹射技术时，舰载机模型的加速度和起飞距离（离开地面前的运动距离）。
（2）已知电容器两端电压为U时储存的电能为。当电容器两端电压为时弹射上述舰载机模型，在电磁弹射装置与舰载机发动机同时工作的情况下，可使起飞距离缩短为x。若电容器释放电能的50%转化为金属块推动舰载机所做的功，舰载机发动机的牵引力F及受到的平均阻力不变，求完成此次弹射后电容器剩余的电能。
参考答案：
1．C
【详解】电磁弹射系统工作原理是通电导线在磁场中受到安培力而加速。
AB．回旋加速器和质谱仪是通过电场加速，故AB错误；
C．电磁炮工作原理是通电导线在磁场中受到安培力而加速，故C正确；
D．电磁炉是利用电磁感应原理加热，故D错误。
故选C。
2．C
【详解】设弹体能获得的最大速度为v，根据动能定理有
解得
故选C。
3．A
【详解】磁电式电流表偏转角度与通电电流成正比，当线圈线圈长边中电流为I时，电流表指针偏转的角度为θ，则当电流表指针偏转的角度为2θ时，线圈线圈长边中电流为2I，根据安培力公式可得，线圈一侧长边受到的安培力大小为
BCD错误，A正确。
故选A。
4．C
【详解】A．电表内的磁场是均匀辐向分布磁场，不是匀强磁场，A错误；
B．铁芯被磁化变成了磁铁，它的磁场和线圈的磁场同向、相互叠加加强，增大线圈与磁场间的作用，B错误；
C．线圈所受安培力力的大小随电流增大而增大，所以电表中通的电流越大，指针偏转角度越大，C正确；
D．改变电流方向，线圈所受安培力力的方向发生变化，指针偏转方向发生改变，D错误。
故选C。
5．C
【详解】A．磁场是均匀地辐向分布，所以磁感线始终与线圈平面平行，故A正确；
B．当通电后，处于磁场中的线圈受到安培力作用，使其转动，螺旋弹簧被扭动，则受到弹簧的阻力，从而阻碍线圈转动，故B正确；
C．由左手定则可判定，当线圈转到如图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向下，故C错误；
D．由左手定则可判定，当线圈转到如图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向下，a端受到的安培力方向向上，因此安培力使线圈沿顺时针方向转动，故D正确。
本题选不正确的，故选C。
6．A
【详解】A．飞机应向右做加速运动，即飞机及导体棒应受到向右的安培力作用，由左手定则可知，电流的方向应该是从M到N，选项A不正确；
B．导体棒的推力是由于在磁场中通入了电流所致，所以其受到的推力是安培力，选项B正确；
CD．设导体棒的长度为L，导轨的长度为x，受到的阻力为f，导体棒受到的安培力为F=BIL，其加速度为
a=
飞机弹射出去的速度为
v=
由此可知，改变磁感应强度的大小可以改变飞机弹射出去的速度；增大导轨中的电流可提高飞机的弹射速度，选项CD正确。
本题选不正确的，故选A。
7．C
【分析】对导体棒进行受力分析，根据左手定则分析导体棒中的电流方向，根据三角形定则分析求解安培力的大小，从而根据求解导体棒的电流大小。
【详解】导体棒静止，则其受力如图所示：
根据左手定则可知，导体棒的电流方向为由a到b，根据平衡条件可知安培力的大小为：
所以感应电流的大小为：
故ABD错误C正确。
故选C。
8．C
【详解】A．电动机是利用通电导线在磁场中受到安培力作用而转动的装置，故A正确，不符合题意；
B．电动机转动的过程主要将电能转化为机械能，故B正确，不符合题意；
C．换向器的作用是改变线圈中电流的方向，故C错误，符合题意；
D．当输入电动机的电流发生变化时，线圈所受到的安培力发生变化，线圈的转速发生变化，故D正确，不符合题意。
故选C。
9．AC
【详解】A．用库仑扭秤做实验，是用了放大思想故A正确；
B．平抛运动的落点位置与水平速度和高度有关，B错误；
C．磁电式仪表装置利用了安培力与弹力的力矩平衡原理，可以做成电流表所以可以测电流大小，故C正确；
D．两球之间距离为3R，没有远远大于R，不符合万有引力的条件，所以D错误；
故选AC。
10．ABC
【详解】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；要想提高炮弹的发射速度，即增大安培力的大小，根据F=BIL，所以可适当增大电流或磁感应强度，故BC正确；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；
11．AD
【详解】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正确；根据可知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，由运动学公式可知，弹体射出的速度变为原来的2倍，故B错误；根据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，由运动学公式可知，弹体射出的速度变为原来的倍，故C错误；若L变为原来的4倍，根据可知弹体的加速度不变，由运动学公式可知，弹体射出的速度变为原来的2倍，故D正确．所以AD正确，BC错误．
12．AC
【详解】A. 电流在磁场中由于受安培力而发生转动，电流方向始终与磁场方向垂直，电流越大则偏角越大，所以根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱，A正确；
B. 内部磁场为幅状磁场，其方向始图与线圈平行，故磁通量始终为零，B错误；
C. 当通电后，处于磁场中的线圈受到安培力作用，使其转动，螺旋弹簧被扭动，则受到弹簧的阻力，从而阻碍线圈转动，当力矩平衡时指针达到静止，C正确；
D. 由左手定则可知，a端线圈受力向上，b端受力向下，安培力使线圈顺时针转动，D错误。
故选AC。
13．(1)向右；(2)；(3)
【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
14．0.6×106A
【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
15．（1）；（2）
【详解】（1）没使用弹射技术时，对舰载机模型
得
根据
起飞距离
（2）电容器电压为Um时，电容器储存电能
设电容器释放的电能为E'，由动能定理有
解得
电容器剩余的电能