同步课时精练（二）1.2安培力的应用（后附解析）

同步课时精练（二）1.1 安培力的应用（后附解析）
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．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．直流电动机通电后，使线圈发生转动的力是（　　）
A．重力 B．电场力 C．磁场力 D．摩擦力
4．下列关于磁电式电流表的说法中正确的是(　　)
A．磁电式电流表内部的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是匀强磁场
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反比
C．磁电式电流表的缺点是灵敏度高，优点是允许通过的电流很弱
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
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辐向分布的，当线圈通以如图乙所示的电流（a端垂直纸面向里，b端垂直纸面向外），下列说法正确的是（　　）
A．该磁场是匀强磁场
B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动阻碍线圈转动
C．当线圈转到图乙所示的位置时，b端受到的安培力方向向上
D．当线圈转到图乙所示的位置时，安培力的作用使线圈沿逆时针方向转动
6．甲是磁电式电流表的结构简图，线圈绕在一个与指针、转轴相连的铝框骨架上，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，同一圆周上磁感应强度大小处处相等，如图乙。当线圈通以如图乙所示方向电流时，下列说法正确的是（ ）
A．a、b导线所受安培力相同
B．线圈将按逆时针方向（正视）转动
C．换磁性更强的磁铁会增大电流表的量程
D．增加线圈匝数会减小电流表的量程
7．实验室使用的电流表是磁电式仪表，这种电流表的构造如图所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布。假设长方形线圈的匝数为，平行于纸面的边长度为，垂直于纸面的边长度为，且垂直于纸面的边所在处磁场的磁感应强度大小为。当线圈中通入电流，线圈以角速度绕垂直纸面的中心轴转动到水平位置时，下列说法正确的是（　　）
A．穿过该线圈的磁通量为
B．该线圈左侧边所受的安培力方向竖直向上
C．该线圈左侧边所受的安培力大小为
D．该线圈左侧边转动的线速度大小为
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7.5m，宽1.5m。若发射质量为50g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3km/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．磁感应强度的大小为103T
D．电磁炮的加速度大小为3×105m/s2
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．如图甲所示是电磁炮发射过程的情境图。炮弹的炮弹能量是可调控的，未来可用于消防、军事等方面。其主要原理如图乙所示，两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，炮弹可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触。可控电源提供强大的电流经导轨流入炮弹再流回电源，炮弹被导轨中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处于磁感应强度为的匀强磁场中。已知两导轨内侧间距为，炮弹的质量为，炮弹在导轨间的电阻为，若炮弹滑行距离后获得的发射速度为。不计空气阻力、导轨电阻、电源内阻，不考虑炮弹切割磁感线产生的感应电动势。下列说法正确的是（　　）
A．匀强磁场方向为竖直向下
B．炮弹所受安培力大小为
C．通过炮弹的电流为
D．可控电源的电动势为
11．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辐向分布的．当线圈通以如图乙所示的电流，下列说法正确的是（　　）
A．线圈在磁场中转动时，它的平面始终跟磁感线平行
B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动
C．当线圈转到图乙所示的位置，安培力的作用使线圈沿逆时针方向转动
D．当线圈转到图乙所示的位置，线圈不受安培力的作用
12．如图所示，小明将圆柱形强力钕磁体（可导电）吸附在干电池的负极上，铜导线折成的线框上端放在干电池的正极上，下端与钕磁铁接触，组成了简易的电动机。松手后，线框开始顺时针转动（从上向下看），下列说法正确的是（ ）
A．电动机的工作原理为电磁感应现象 B．电动机的工作原理为通电导线在磁场中受安培力的作用
C．钕磁体的上端为N极 D．钕磁体的上端为S极
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．我国电磁炮发射技术世界领先，现役坦克电磁炮的速度可达，射程可达。图为一款小型电磁炮的原理图，已知水平轨道宽，长，通以恒定电流，轨道间匀强磁场的磁感应强度大小，炮弹的质量，不计电磁感应带来的影响。
（1）若不计轨道摩擦和空气阻力，求电磁炮弹离开轨道时的速度大小；
（2）实际上炮弹在轨道上运动时会受到空气阻力和摩擦阻力，若其受到的阻力与速度的关系为，其中阻力系数，炮弹离开轨道前做匀速运动，求炮弹离开轨道时的速度大小。
15．如图所示为某研究小组设计的电磁炮供弹和发射装置．装置由倾角θ=37°的倾斜导轨和水平导轨在AB处平滑连接而成，电磁炮发射位置CD与AB相距x=0.4m．倾斜导轨处有垂直导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度为B1，ABCD区域无磁场，CD处及右侧有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B2．倾斜导轨顶端的单刀双掷开关可连接阻值R=1.0Ω的电阻和电容C=0.5F的电容器．质量m=2.0kg、长度L=1.0m、电阻r=1.0Ω的金属杆ab代替电磁炮弹，金属杆与倾斜导轨和ABCD区域导轨之间的动摩擦因数均为μ=0.5，CD右侧导轨光滑且足够长．供弹过程：开关打到S1处，金属杆从倾斜导轨某个位置及以上任意位置由静止释放，金属杆最终都恰好精确停在CD处；发射过程：开关打到S2处，连接电压U=100V电容器，金属杆从CD位置开始向右加速发射．已知导轨间距为L=1.0m，sin37°=0.6，cos37°=0.8，不计空气阻力．
(1)求金属杆到达AB处时速度v的大小；
(2)为精确供弹，求磁感应强度B1的大小；
(3)当B2多大时，金属杆的最终速度最大？最大速度为多少？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
解析：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。
答案：C。
2．A
解析：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；
答案：A。
3．C
解析：直流电动机通电后，线圈中有电流通过，通电线圈在磁场中受到磁场力的作用开始转动，ABD错误，C正确。
答案：C。
4．D
思路：首先分析出其制成原理，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是辐向均匀分布的，磁力矩与线圈中电流成正比，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；螺旋弹簧将被扭动，产生一个阻碍线圈转动的阻力矩，其大小与线圈转动的角度成正比，当磁力矩与螺旋弹簧中的阻力矩相等时，线圈停止转动，然后找出与电流表的原理相同的选项即可．
解析：A. 蹄形磁铁和铁芯间的磁场是辐向均匀分布的，不是匀强磁场，故A错误；
B. 电流表由于蹄形磁铁和铁芯间的磁场是辐向均匀分布的，因此不管铜电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行．因此，磁力矩与线圈中电流成正比(与线圈位置无关).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，其大小与线圈转动的角度成正比，当磁力矩与螺旋弹簧中的阻力矩相等时，线圈停止转动，此时指针偏向的角度与电流成正比，故电流表的刻度是均匀的．故B错误；
C. 磁电式电流表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流．缺点是允许通过的电流很弱，故C错误；
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，故D正确；
答案：D.
5．B
解析：A．由图乙可知，该磁场是辐向磁场，辐向分布，不是匀强磁场，故A错误；
B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动从而产生弹力，而弹力方向与扭动方向相反，从而阻碍线圈的转动，故B正确；
CD．由左手定则可知，当线圈转到图乙所示的位置时，a端受到的安培力方向向上，b端受到的安培力方向向下，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动，故CD错误。
答案：B。
6．D
解析：A．由左手定则可知，a、b导线受到的安培力大小相等、方向相反，故A错误；
B．由左手定则可知，a导线受到的安培力向上，b导线受到的安培力向下，线圈按顺时针方向（正视）转动，故B错误；
CD．换磁性更强的磁铁或增加线圈匝数，会使得在相同电流情况下线圈所受安培力增大，电流表的量程减小，故C错误，D正确。
答案：D。
7．C
解析：A．线圈在水平位置时，穿过线圈的磁通量为零，选项A错误；
B．根据左手定则可知，线圈位于水平位置时，其左侧边a所受的安培力方向竖直向下，选项B错误；
C．由于线圈匝数为n，根据安培力公式可知，线圈左侧边a所受的安培力大小为
F=nBIL2
选项C正确；
D．根据线速度与角速度的关系可知，线圈左侧边a转动的线速度
选项D错误。
答案：C。
8．C
解析：AB．炮弹受到的安培力向右，根据左手定则可知，磁场方向为竖直向上，故AB错误；
CD．由速度位移公式
其中
解得电磁炮的加速度大小
根据牛顿第二定律
其中
解得
故C正确，D错误。
答案：C。
9．AC
解析：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；
答案：AC。
10．BC
解析：A．根据题意，由图乙可知，炮弹发射时受向右的安培力，通过炮弹的电流方向为垂直纸面向里，根据左手定则可知，磁场方向为竖直向上，故A错误；
B．根据题意，由公式可得，炮弹发射过程中的加速度为
对炮弹受力分析，水平方向上所受合力为安培力，由牛顿第二定律可得，炮弹所受安培力大小为
故B正确；
C．根据题意，由安培力公式可得，流过炮弹的电流为
故C正确；
D．根据题意，由闭合回路欧姆定律可得，可控电源的电动势为
故D错误。
答案：BC。
11．AB
解析：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，即始终与线圈边垂直。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；
CD．由左手定则可判定：当线圈转到如图乙所示的位置，a端受到的安培力方向向上，b端受到的安培力方向向下，因此安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动。故CD错误。
答案：AB。
12．BC
解析：AB．电动机的工作原理是线圈先通电在磁场中受安培力而转动，而发电机是动力装置先带动线圈转动切割磁感线从而产生感应电流，故A错误，B正确；
CD．对线框的下端平台侧面分析，若钕磁体上端为S极，下端为N极，周围磁感线由上往下斜穿入线框内部，在垂直于纸面向外的径向上，磁感应线有垂直于纸面向里的分量，在此径向上的负电荷由下往上运动，由左手定则知：此负电荷受到垂直于径向沿纸面向右的洛伦兹力，即在径向的左垂线方向；同理，其他任一径向上的电荷均受到左垂线方向的洛伦兹力（中心原点除外），所以由上往下看（俯视），线框沿逆时针转动，同理若钕磁体上端为N极，下端为S极，则转动方向由上往下看（俯视），线框沿顺时针转动，故C正确，D错误。
答案：BC。
13．(1)向右；(2)；(3)
解析：(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．（1）2000m/s；（2）500m/s
解析：（1）炮弹受到的合力等于安培力，则有
由牛顿第二定律和运动学公式可知
代入相关数据解得
（2）炮弹离开轨道时已做匀速运动，则有
代入相关已知数据解得
15．(1)2m/s(2)2.0T(3)25m/s
解析：（1）金属杆从AB到CD的过程，根据动能定理得：
可得：
v=2m/s．
（2）为精确供弹，金属杆只要在倾斜导轨上最终达到匀速运动，则有：
又
F安=
解得：
B1=2.0T
（3）稳定时金属杆速度最大，设金属杆的最终速度是v1，此时电容器为电压为U1，则有：
U1=B2Lv1
金属杆受到的安培力的冲量，由动量定理得：
∑B2iL△t=mv1-0
即为：
B2Lq=mv1
其中
q=C（U-U1）
联立得：
v1=
当
=B2L2C
即得：
B2=2.0T
最大速度为：
v1=25m/s．
答：(1)2m/s(2)2.0T(3)25m/s
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