高中物理第二节 安培力的应用综合训练题

1.2安培力的应用同步练习2021—2022学年高中物理粤教版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．发电机和电动机的发明使人类步入电气化时代．其中电动机工作依据的物理原理是（   ）

A．磁场对电流的作用 B．磁铁间的相互作用

C．电磁感应原理 D．库仑定律

2．在玻璃皿中，沿内壁边缘放一个环形电极，中心放一个圆柱形电极，把它们分别接在电源的正、负两极，然后在玻璃皿中注入导电液体，再将整个玻璃皿如左图所示放入磁场中，磁铁的上部为S极，下部为N极．液体将会旋转起来，从上往下看，如右图所示，关于液体的旋转下列说法中正确的是

A．如果导电液是正离子导电，从上往下看液体顺时针旋转

B．如果导电液是负离子导电，从上往下看液体顺时针旋转

C．如果是液体中有等量的正负离子，从上往下看液体不旋转

D．如果是液体中有等量的正负离子，从.上往下看液体逆时针旋转

3．如图甲所示为某磁电式电流表的原理图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，其磁感应强度的大小处处相等，都为B，一边长为L的正方形线圈处在磁场中，方向如图乙，当通有大小为I的电流时，下列正确的是(　   　)

A．由于磁感应强度的大小处处相同，则该磁场为匀强磁场

B．穿过正方形线圈的磁通量大小为BL2

C．正方形线圈的左边导线受到大小为BIL、方向向上的安培力

D．正方形线圈的右边导线受到大小为BIL、方向向上的安培力

4．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

5．如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极B，紧贴边缘内壁放一个圆环形电极A，把A、B分别与电源的两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体，现把玻璃皿放在如图所示的磁场中，液体就会旋转起来．若从上向下看，下列判断正确的是（　　）

A．A接电源正极，B接电源负极，液体顺时针旋转

B．A接电源负极，B接电源正极，液体顺时针旋转

C．同时改变电源的正、负极和磁体的N、S极，液体将不会旋转

D．仅改变电源的正、负极或仅改变磁体的N、S极，液体旋转方向不变

6．如图，等腰梯形线框是由相同材料、相同横截面积的导线制成，梯形上底和腰长度均为，且腰与下底成。整个线框处在与线框平面垂直的匀强磁场中。现给线框通入图示电流，若下底受到的安培力为，则上底受到的安培力为（　　）

A． B． C． D．

7．磁电式电流表的外部构造如图（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如图（乙）所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布。当电流通过线圈时，线圈在安培力的作用下转动，如图（丙）所示，螺旋弹簧被扭动，线圈停止转动时满足NBIS=kθ，式中N为线圈的匝数，S为线圈的面积，I为通过线圈的电流，B为磁感应强度，θ为线圈（指针）偏角，k是与螺旋弹簧有关的常量。不考虑电磁感应现象，下列说法错误的是（　　）

A．蹄形磁铁外部和铁芯内部的磁场是如图所示（丁）的磁场

B．线圈转动过程中受到的安培力的大小始终不变

C．若线圈中通以如图（丙）所示的电流时，此时线圈将沿顺时针方向转动

D．更换k值更大的螺旋弹簧，可以增大电流表的灵敏度（灵敏度即）

8．某电磁轨道炮的简化模型如图所示，两圆柱形固定导轨相互平行，其对称轴所在平面与水平面的夹角为θ，两导轨长为L，间距为d，一质量为m的金属弹丸置于两导轨间，弹丸直径为d，电阻为R，与导轨接触良好且不计摩擦阻力，导轨下端连接理想恒流电源，电流大小恒为I，弹丸在安培力作用下从导轨底端由静止开始做匀加速运动，加速度大小为a。下列说法正确的是（　   ）

A．将弹丸弹出过程中，安培力做的功为maL+mgLsinθ

B．将弹丸弹出过程中，安培力做的功为I2R

C．将弹丸弹出过程中，安培力的功率先增大后减小

D．将弹丸弹出过程中，安培力的功率不变

9．如图甲所示为某磁电式电流表的原理图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，其磁感应强度的大小处处相等，都为B，一边长为L的N匝正方形线圈处在磁场中，方向如图乙，当通有大小为I的电流时，下列正确的是

A．由于磁感应强度的大小处处相同，则该磁场为匀强磁场

B．穿过正方形线圈的磁通量大小为NBL2

C．正方形线圈的左边导线受到大小为NBIL、方向向下的安培力

D．正方形线圈的右边导线受到大小为NBIL、方向向下的安培力

10．实验室经常使用的电流表是磁电式电流表。这种电流表的构造如图甲所示。极靴与软铁芯间的磁场都沿半径方向。若线圈中通以如图乙所示的电流，则下列说法正确的是（　　）

A．在量程内指针转至任一角度，线圈平面都跟磁感线垂直

B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动

C．当线圈在如图乙所示的位置时，b端受到的安培力方向向上

D．当线圈在如图乙所示的位置时，安培力的作用使线圈沿逆时针方向转动

11．如图，平放的铝锅锅边上焊一接线柱a，锅中央底部焊另一接线柱b，竖直向下的强磁场穿过铝锅。在锅中倒入一定量的水银，若a、b经导线接直流电源，水银将会旋转起来。下列判断正确的是（　　）

A．若a接正极、b接负极，水银将顺时针旋转

B．若a接正极、b接负极，水银将逆时针旋转

C．若仅将磁场反向，水银的旋转方向将不会改变

D．若把锅中的水银换成盐水则不会旋转

12．一个各边电阻相同、边长均为L的正六边形金属框abcdef放置在磁感应强度大小为B、方向垂直金属框所在平面向外的匀强磁场中。若从a、b两端点通以如图所示方向的电流，电流大小为I，则关于金属框abcdef受到的安培力的判断正确的是（　　）

A．大小为BIL，方向垂直ab边向左

B．大小为BIL，方向垂直ab边向右

C．大小为2BIL，方向垂直ab边向左

D．大小为2BIL，方向垂直ab边向右

13．我国对电磁轨道炮的研究已获得较大成功，目前正在对其进行改进，主要是加大弹丸的发射重量，以达到发射精确制导炮弹的水平．如图为我国某次电磁轨道试验发射情景，假设轨道水平且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．磁场方向与炮弹发射方向平行时可增大炮弹发射的最大速度

B．炮弹最大发射速度与炮弹质量成反比

C．炮弹最大发射速度与磁感应强度成正比

D．增大回路中的电流可增加炮弹的最大发射速度

14．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7.5 m，宽1.5 m．若发射质量为50 g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20 A时，最大速度可达3 km/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103 T

D．电磁炮的加速度大小为3×105 m/s2

15．如图所示为电磁轨道炮的工作原理图。质量为m=4.0g的待发射弹体与水平轨道保持良好接触，并可在宽为d=4m，长L=50m的两平行轨道之间无摩擦滑动。电流I=20A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5km/s。则下列有关轨道间匀强磁场的磁感应强度大小和磁场力的最大功率分别是（　　）

A．B=12.5T，Pm=5×106W B．B=12.5T，Pm=2.5×106W

C．B=25T，Pm=5×106W D．B=25T，Pm=2.5×106W

二、填空题（共4题）

16．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。

17．甲图是直流电动机的原理图，乙图是其平面图，若此时线圈所在位置的磁感应强度为B，，其长度为，，其长度为，通入线圈的电流强度为I。

(1)请在乙图中画出该磁铁产生的磁感线的分布情况_______；

(2)在乙图中标出线圈的受力方向并写出受力的大小______；

(3)线圈的转动方向是___________（选填“顺时针”或“逆时针”）。

18．磁电式电表的灵敏度较高，如果仅通过较小电流就能使磁电式电表指针有显著的偏转，我们就认为该电表有较高的灵敏度，试根据磁电式电表的设计原理，简要列举提高磁电式电表灵敏度的办法，并说明相应的理由。

方法1：增加线圈匝数；理由：______．

方法2：______；理由：______．

方法3：______；理由：______．

方法4：______；理由：______．

19．小明学了有关电磁方面的知识后，设计了如图所示的甲、乙两个装置

(1)为了探究电磁感应现象，小华应选用_____装置进行实验。

(2)小明选用甲装置探究有关知识时，进行了如下的操作，其中不能使电流表指针发生偏转的是___（填序号）

①让导线ab在磁场中斜向上运动；

②让导线ab在磁场中沿水平方向左右运动

③让导线ab沿竖直方向上下运动

(3)如果在乙装置的实验中，当开关闭合时，发现直导线ab向左运动，若要使导线ab向右运动，你采取的措施是____________；

(4)甲、乙两图的原理分别用于制造____和____。（选填“电动机”或“发电机”）。

三、综合题（共4题）

20．请根据安培力的有关内容，结合图讨论电动机的转动原理。

21．“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。光滑水平加速导轨电阻不计，轨道宽为L=0.2 m；在导轨间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B=1×102T；“电磁炮”弹体总质量m=0.2 kg，其中弹体在轨道间的电阻R=0.4Ω；可控电源的内阻r=0.6 Ω，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，电源为加速弹体提供的电流是I=4×103 A，不计空气阻力。求：

(1)弹体所受安培力大小；

(2)弹体从静止加速到4 km/s，轨道至少要多长？

(3)弹体从静止加速到4 km/s过程中，该系统消耗的总能量。

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．光滑水平加速导轨电阻不计，轨道宽为L＝0.2m．在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B＝1×102T．“电磁炮”弹体总质量m=0.2kg，其中弹体在轨道间的电阻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，电源为加速弹体提供的电流是I＝4×103A，不计空气阻力．求：

（1）弹体所受安培力大小；

（2）弹体从静止加速到4km/s，轨道至少要多长？

（3）弹体从静止加速到4km/s过程中，该系统消耗的总能量；

（4）请说明电源的电压如何自行调节，以保证“电磁炮”匀加速发射．

参考答案：

1．A

2．D

3．C

4．B

5．A

6．A

7．D

8．A

9．D

10．B

11．A

12．A

13．D

14．C

15．A

16．     转     线圈     换向器     电刷

17．          、     顺时针

18．    

[1]线圈匝数越多，受到的安培力合力越大，越容易转动，可以提高电流表的灵敏度；

[2]增强永久磁铁的磁性，即增大磁感应强度B；

[3] 由

可知，B越大安培力越大，可以提高电流表的灵敏度；

[4] 增加线圈面积S；

[5]由

可得

则可知，S越大，转动角度越大，可以提高电流表的灵敏度，其中k是弹簧的扭转系数；

[6]使用扭转系数小的弹簧；

[7]由[5]的分析可知，弹簧的扭转系数越小，转动角度越大，电流表越灵敏。

19．     甲     ③     将磁铁N、S极对调（或将连接电源两极的导线对调）     发电机     电动机

20．

根据左手定则可知，在图a位置时线圈的cd边受到向下的安培力，ab边受向上的安培力；转到图b位置时，换向器把线圈中的电流方向改变，使得ab边受向下的安培力，cd边受向上的安培力（如图c），当线圈转到图d位置时，换向器又会自动改变线圈中的电流方向，及时改变通电线圈的受力方向，保证电动机能够连续转动。

21．(1) 8×104N；(2) 20m ；(3) 1.76×106J

22．第一位，

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)（2）（3）1.76×106J（4）匀加速发射