安培力的应用学科素养提升练- 高二下学期物理教科版（2019）选择性必修第二册

1.2安培力的应用学科素养提升练（解析版）一、选择题1．下列说法中正确的是（）A．安培发现电流的周围存在磁场B．试探电荷在某处受到的电场力为零，则该处的电场强度为零C．电流元在某处受到的安培力为零，则该处磁感应强度为零D．磁电式电流表指针偏转的角度与通入的电流成反比2．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3．电动机通电之后电动机的转子就转动起来，其实质是因为电动机内线圈通电之后在磁场中受到了安培力的作用，如图所示为电动机内的矩形线圈，其只能绕Ox轴转动，线圈的四个边分别与x、y轴平行，线圈中电流方向如图所示，当空间加上如下所述的哪种磁场时，线圈会转动起来()A．方向沿x轴的恒定磁场 B．方向沿y轴的恒定磁场C．方向沿z轴的恒定磁场 D．方向沿z轴的变化磁场4．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．5．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．6．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20AB．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7．如图所示，某学习兴趣小组制作了一简易电动机，此装置中的铜线圈能在竖直平面内在磁场作用下从静止开始以虚线OO′为中心轴转动起来，那么（）A．若磁铁上方为N极，从上往下看，铜线框将顺时针旋转B．若磁铁上方为S极，从上往下看，铜线框将顺时针旋转C．不管磁铁上方为N级还是S极，从上往下看，铜线框都将逆时针旋转D．线圈加速转动过程电池的化学能全部转化为线圈的动能8．如图，一条形磁铁放在水平桌面上，在它的正中央上方固定一直导线，导线与磁铁垂直，若给导线通以垂直于纸面向里的电流，则下列说法错误的是A．磁铁对桌面的压力减少B．磁铁对桌面的压力增大C．桌面对磁铁没有摩擦力D．磁铁所受的合力不变9．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1600AB．磁场的方向为垂直于纸面向外，通过导轨的电流为1600AC．磁场的方向为垂直于纸面向里，通过导轨的电流为800AD．磁场的方向为垂直于纸面向外，通过导轨的电流为800A10．磁电式电流表中通以相同电流时，指针偏转角度越大，表示电流表灵敏度越高，若其余条件都相同，则灵敏度高的电流表具有（）A．比较小的通电线圈的横截面积B．比较强的辐向分布的磁场C．比较少的通电线圈匝数D．劲度系数比较大的两个螺旋弹簧11．物理学的基本原理在生产生活中有着广泛应用．下面列举的四种器件中，在工作时利用安培力的是A．电动机 B．回旋加速器 C．电磁炉 D．质谱仪12．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）13．2021年11月1日，央视实地报道了一种新型消防用电磁炮发射的新闻。电磁发射是一种全新的发射技术，通过电磁发射远程投送无动力的炮弹，可以实现比较高的出口速度，且它的能量是可调控的。电磁轨道炮工作原理如图所示。待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触。电流从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小与成正比。通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出。现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是（）A．只将弹体质量减至原来的二分之一B．只将轨道长度变为原来的2倍C．只将电流增加至原来的2倍D．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度变为原来的2倍，其它量不变14．下列关于磁电式电流表（结构如图所示）的说法正确的是（）A．磁电式电流表最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈B．表盘的刻度是不均匀的C．根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向D．优点是灵敏度高，缺点是允许通过的电流很弱15．关于磁电式电流表，下列说法中正确的是（）A．磁电式电流表的工作原理是安培力对通电导线的加速作用B．磁电式电流表的工作原理是安培力对通电导线的转动作用C．磁电式电流表的优点是灵敏度高，可以测出很弱电流D．磁电式电流表的缺点是线圈的导线很细，允许通过的电量很弱二、解答题16．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。

17．电磁轨道炮工作原理如图，待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触。电流从一条轨道流入，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），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=0.5m，平行轨道间距d=0.02m，弹体的质量m=0.02kg，导轨中的电流I=10A，磁感应强度的大小B=1T，不计一切阻力，求：（1）弹体在轨道上运行的加速度大小；（2）弹体的出射速度大小。参考答案1．B【详解】A.奥斯特发现了电流的周围存在磁场，即电流的磁效应，故A错误；B.由F=qE知试探电荷在某处不受电场力，该处电场强度一定为零，故B正确；C.一小段通电导线在某处不受磁场力，可能是由于导线与磁场平行，而该处磁感应强度不为零，故C错误；D.电流越大，通电线圈受到的安培力越大，指针偏转的角度越大，故D错误．故选B2．D【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。3．B【详解】试题分析：加方向沿x轴的恒定磁场，ab、cd边不受力，ad受力向上，bc受力向下，无法转动，A错误；加方向沿y轴的恒定磁场，ad、bc边不受力，ab受力向上，cd受力向下，可以转动，B正确；加方向沿z轴的恒定磁场，ab受力向左，cd受力向右，ad受力向里，bc受力向外，无法转动，C错误；加方向沿z轴的变化磁场，线圈中会产生感应电流，但受力与线圈在同一平面内，无法转动，D错误．考点：左手定则、电磁感应4．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。5．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。6．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。7．A【详解】ABC.若磁铁上方为N极，线圈左边的边电流是向下的，磁场是向左的，故根据左手定则可知安培力是向内的；线圈右边的边电流也是向下的，磁场是向右的，根据左手定则安培力是向外的，故从上向下附视，线圈顺时针转动；若磁铁上方为S极，线圈左边的边电流是向下的，磁场是向右的，故根据左手定则可知安培力是向外的；线圈右边的边电流也是向下的，磁场是向左的，根据左手定则安培力是向内的，故从上向下附视，线圈逆时针转动；故A正确，BC错误；D.线圈加速转动过程电池的化学能全部转化为线圈的动能和电路的焦耳热，故D错误．8．A【详解】磁铁的磁感线在它的外部是从N极到S极，因为长直导线在磁铁的中央上方，所以此处的磁感线是水平的，电流的方向垂直与纸面向里，根据左手定则，导线受磁铁给的“安培力”方向竖直向上，如下图所示：长直导线是固定不动的，根据物体间力的作用是相互的，导线给磁铁的反作用力方向就是竖直向下的；因此磁铁对水平桌面的压力除了重力之外还有通电导线的作用力，压力是增大的；因为这两个力的方向都是竖直向下的，所以磁铁不会发生相对运动，也就不会产生摩擦力，磁铁处于静止状态，则所受的合力为零，不变，故BCD正确，A错误．

点睛：本题的关键是判断正中央磁场的方向，知道磁场对电流的作用的方向可以通过左手定则判断，然后根据作用力和反作用力的知识进行推理分析．9．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．10．B【详解】试题分析：横截面积比较小的通电线圈受的安培力较小，故灵敏度较小，选项A错误；比较强的辐向分布的磁场，通电线圈在磁场中受的安培力较大，故灵敏度较大，选项B正确；线圈匝数越少，受到的安培力合力越小，越不容易转动，则电流表的灵敏度较小，选项C错误；劲度系数比较大的两个螺旋弹簧，扭转阻力矩较大，则灵敏度小，选项D错误；故选B.考点：磁电式电流表【名师点睛】此题是对磁电式电表的考查，关键是搞清电表内部结构；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．11．A【分析】明确各电器的工作原理，知道通过安培力可以将电能转化为动能.【详解】A、电动机是线圈在磁场中受力转动而工作的，故用到了安培力；故A正确.B、回旋加速器是带电粒子在电场中加速和磁场中转动原理工作的；故B错误.C、电磁炉是利用电磁感应原理工作的；故C错误.D、质谱仪采用的是带电粒子在电磁场中的转动原理工作的；故D错误.故选A.【点睛】本题考查对现代科技装置和产品原理的理解能力，要求知道常见仪器，并明确各种原理的应用.12．D【详解】A.蹄形磁铁外部和铁芯内部的磁场是如图所示的磁场，A正确；B.蹄形磁铁产生辐射状的磁场，线圈转动过程中磁场的大小始终不变，受到的安培力的大小始终不变，B正确；C.若线圈中通以如图（丙）所示的电流时，根据左手定则，此时线圈将沿顺时针方向转动，C正确；D.根据题意NBIS=kθ解得更换k值更大的螺旋弹簧，电流表的灵敏度减小（灵敏度即），D错误。故选D。13．CD【详解】由题意可知磁感应强度与电流的关系为①设轨道宽度为d，则弹体所受安培力大小为②设弹体的质量为m，出射速度大小为v，根据动能定理有③联立①②③解得④根据④式可知，欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是：只将弹体质量m减至