教科版 (2019)选择性必修 第二册2 安培力的应用综合训练题

1.2安培力的应用基础巩固2021—2022学年高中物理教科版（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．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．

3．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

4．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

5．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

6．电磁炮是一种新式兵器，炮弹的出射速度可达当前海军舰炮的3倍以上，其原理是利用磁场产生的安培力来对金属炮弹进行加速。图为电磁炮的示意图，两根间距为的光滑平行金属导轨、固定在水平面内，质量为的金属炮弹垂直于、放在轨道上，距轨道右端的距离为，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为，闭合开关后，恒流源输出的电流恒为，炮弹由静止开始加速距离后脱离导轨高速射出，不计导轨及导体棒的电阻，不计空气阻力，则此过程中恒流源输出的最大功率为（　　）

A． B． C． D．

7．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

8．如图甲为磁电式电流表的结构，图乙为极靴和铁质圆柱间的磁场分布，线圈、两边通以图示方向的电流，线圈两边所在处的磁感应强度大小相等。则（    ）

A．该磁场为匀强磁场

B．线圈将逆时针转动

C．线圈平面总与磁场方向垂直

D．线圈转动过程中两边、受安培力大小不变

9．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．

10．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

11．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

12．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

13．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

14．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

15．电磁炮利用电磁力沿导轨将弹头加速到很高的速度发射出去，据悉，国产电磁炮的发射速度达到了7马赫以上，射程达到200公里，其工作原理如图所示。当两平行导轨接入电源时，强电流从一导轨流入，经滑块（炮弹）从另一导轨流回时，在两导轨平面间产生强磁场，磁感应强度大小与电流大小成正比，即B = kI。忽略轨道的摩擦，关于电磁炮，下列说法正确的是（   ）

A．若只将电流I增大为原来的2倍，则滑块 （炮弹）受到的电磁力增大为原来的4倍

B．若只将电流I增大为原来的2倍，则滑块（炮弹）受到的电磁力也增大为原来的2倍

C．若只将电流I增大为原来的2倍，则滑块（炮弹）射出的动能也增大为原来的2倍

D．若只将导轨长度增大为原来的2倍，则炮弹射出的速度也增大为原来的2倍

二、填空题（共3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．磁电式电流表

（1）原理：安培力与电流的关系，通电线圈在磁场中受到______而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就______根据指针的______，可以知道被测电流的方向．

（2）构造：______、______、螺旋弹簧、指针、极靴．

（3）特点：极靴与铁质圆柱间的磁场沿______方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线______，且线圈左右两边所在处的磁感应强度大小______。

（4）优点：灵敏度高，可以测出______的电流。缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流______。

18．电磁炮通过安培力做功把电能转化成动能，将炮弹发射出去．如图所示，间距为L的两根相互平行的水平光滑导轨MM´和NN´，固定在磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨平面的匀强磁场中，炮弹置于金属架PQ上，PQ与导轨垂直且接触良好．当PQ中通以大小为I，方向由P指向Q的电流时，金属架和炮弹一起水平向右运动，则金属架与炮弹所受安培力方向水平________（填“向左”或“向右”），大小为______ ；匀强磁场的方向竖直________（填“向上”或“向下”）．

三、综合题（共4题）

19．电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的高能杀伤武器，具有速度快命中率高，发射成本低，减少污染等特点，是21世纪的理想兵器，它的主要原理如图所示，1982年澳大利亚大学制成的能把2.2g的弹体加速到10km/s的电磁炮（常规炮弹约为20km/s），若轨道宽为2m，长为100m，通过的电流为10A，求：

（1）轨道间所加的匀强磁场的磁感应强度B

（2）磁场力的最大功率

20．直流电动机是由电源输入电能，并把电能转变为机械能的装置。简单介绍直流电动机的工作机制（介绍反电动势的特点）。

21．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？

22．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，求轨道间所加匀强磁场的磁感应强度大小和磁场力的最大功率。（轨道摩擦不计）

参考答案

1．A

2．D

3．A

4．B

5．B

6．C

7．B

8．D

9．D

10．A

11．B

12．C

13．C

14．D

15．A

16．错误    正确    正确    正确    正确   

17．安培力    越大    偏转方向    磁体    线圈    半径    平行    相等    很弱    很弱   

18．向右    BIL    向上   

19．（1）55（T）（2）1.1×107W

20．

电动机是根据通电线圈受到磁场力的力矩作用而转动的；为了使得线圈在磁场中不断的转动下去，需要在线圈平面每经过平衡位置时要及时的改变电流方向，这个功能由换向器来完成，据电动机的构造知，电动机的换向器是由两个彼此绝缘的半圆金属环制成的，为了使线圈持续的转动下去，故当直流电动机的线圈刚过平衡位置时换向器能立即改变线圈中的电流方向，从而实现上述目的；在线圈转动过程中，同时要产生反电动势阻碍电动机的转动，则在直流电动机中，电源提供的电能（功率为EI），一部分转化为了电路中产生的焦耳热（热功率为I2R），另一部分即为克服反电动势做功（功率为E'I）消耗的电能，这部分能量通过电磁感应转化为机械能。

21．（1）竖直向上   （2）20T

22．18T；2.16×106W