物理选择性必修 第二册第二节 安培力的应用达标测试

1.2安培力的应用基础巩固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14题）

1．通电线圈在磁场中受到安培力作用会发生扭转，下列器件或设备中根据这个原理设计和工作的是　　

A．电容器 B．变压器 C．避雷针 D．电动机

2．关于电动机，下列说法中正确的是（　　）

A．电动机将机械能转化为电能的装置

B．换向器是使通入线圈内的电流方向发生有规律的变化，从而使线圈能不停地转动

C．当电动机内的线圈转到其平面与磁场方向垂直的位置时会停止转动

D．直流电动机是利用线圈的转动产生电流的

3．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

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．在某频道播出的节目中，海军电力工程专家马伟明院士表示，正在研制设计中的国产003型航母采用电磁弹射已成定局。电磁弹射就是采用电磁场的能量来推动被弹射的物体向外运动，电磁炮也是利用电磁弹射工作的。电磁炮的原理如图所示，若电容器的电容C=5×10-2F，电磁炮释放前两端电压为2kV，利用这种装置可以把质量m=20g的弹体（包括金属杆的质量）在极短的时间内加速到300m/s发射出去。若这种装置的轨道宽L=2m、轨道内充满磁感应强度B=2.5T的匀强磁场，不计轨道摩擦且金属杆与轨道始终接触良好。 则在这个过程中下列说法正确的是（　　）

A．电容器两端的电压将变为40V

B．电容器两端的电压将变为2.5kV

C．通过电磁炮的电荷量为1.2C

D．通过电磁炮的电荷量为100C

6．如图，是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布，线圈中a、b两导线通以图示方向的电流，则下列说法正确的是

A．该磁场是匀强磁场

B．线圈平面总与磁场方向垂直

C．线圈将顺时针方向转动

D．磁电式电流表的优点是灵敏度很高，而且可以通过很大的电流

7．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，下列结论中错误的是（　　）

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

8．对下列电学仪器的叙述正确的是（　　）

A．图甲中，电容器外壳上所标的“1.0F”是指该电容器工作时的实际带电荷量

B．图乙中，验电器金属杆上端做成金属球状，是为了利用尖端放电现象

C．图丙中，金属电阻温度计常用纯金属做成，是利用了纯金属的电阻率几乎不受温度的影响

D．图丁中，磁电式电流表的主要构造有蹄形磁铁和线圈，是利用了磁场对电流的作用

9．如图所示，是磁场对通电直导线的作用力，其中正确的示意图是（　　）

A． B． 

C． D．

10．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，

11．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

12．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

13．电磁炮是目前许多国家热衷发展的一种新式武器，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成正比。通有电流的滑块在安培力的作用下（不计阻力）加速一段距离后，炮弹会以很大的动能射出。关于电磁炮，下列说法正确的是（　　）

A．当水平放置的平行导轨通有如图所示的电流时，导轨间的磁场方向竖直向下

B．当回路中电流一定时，炮弹将做匀加速直线运动

C．若只将电流增大2倍，炮弹射出的动能也会增大2倍

D．若只将导轨长度增大2倍，炮弹射出的动能会增大4倍

14．2019年12月18日，我国首艘自主建造的国产航母山东舰入列服役，我国也成了双航母国家。舰载机是航空母舰的主要武装力量，其性能决定航空母舰的战斗力。舰载机在起飞的过程中，光靠自身发动机喷气不足以在飞行甲板的短距离上达到足够的速度，如果安装辅助起飞的电磁弹射系统（如图甲所示）就能达到要求。电磁弹射系统的一种设计可简化为如图乙所示情境，图中MN、PQ是光滑平行金属直导轨（电阻忽略不计），AB是电磁弹射车。当M、P两端加载恒定电压时，在回路PBAM中就会有电流，电流产生的磁场对弹射车施加磁场力的作用，从而带动舰载机由静止开始向右加速起飞。关于该系统，下列说法正确的是（　　）

A．MN、PQ间的磁场是匀强磁场

B．弹射车做匀加速直线运动

C．弹射车的动能与电压的大小成正比

D．在M、P两端加载交变电压，电磁弹射系统不能正常工作

二、填空题（共4题）

15．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______。

16．如图所示的天平可用来测定磁感应强度。天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽度为L，共N匝，线圈下端悬在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面。当线圈中通有电流I时（方向如图所示），在天平左、右两边分别加上质量为m1、m2的砝码，天平平衡；当电流反向（大小不变）时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡。重力加速度为g，则磁感应强度的大小为__________。

17．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”）．

18．如图所示是“探究影响通电导线受力的因素”的实验装置图，三块相同的蹄形磁铁并列放置，可以认为磁极间的磁场是均匀的。实验时，先保持导体棒通电部分的长度不变，改变电流的大小；然后保持电流的大小不变，改变导体棒通电部分的长度。每次实验导体棒在场内同一位置平衡时，悬线与竖直方向的夹角记为θ。

(1)下列说法正确的是：____________。

A．该实验探究了电流大小以及磁感应强度大小对安培力的影响

B．该实验探究了磁感应强度大小以及通电导体棒长度对安培力的影响

C．如果想增大θ，可以把磁铁的N极和S极对调

D．如果想减小θ，可以把接入电路的导体棒从①、④两端换成②、③两端

(2)若把电流为I且接通②、③时，导体棒受到的安培力记为F；则当电流减半且接通①、④时，导体棒的安培力为：___________。

(3)本实验采用的研究方法是：______________。

三、综合题（共4题）

19．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。其原理结构可简化为如图甲所示的模型：两根无限长、光滑的平行金属导轨MN、PQ固定在水平面内，相距为L，“电磁炮”弹体为质量为m的导体棒ab，垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，弹体在轨道间的电阻为R，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，“电磁炮”电源的电压能自行调节，用以保证“电磁炮”在轨道上做匀加速运动最终发射出去，其中可控电源的内阻为r，不计空气阻力，导轨的电阻不计。求：

(1)考虑到电磁感应现象，定性描述电源的电压如何自行调节，才能保证“电磁炮”匀加速发射；

(2)弹体从静止经过时间t加速到v的过程中系统消耗的总能量；

(3)把此装置左端电源换成电容为C的电容器，导轨倾斜，与水平夹角为θ（如图乙所示），使磁场仍与导轨平面垂直，将弹体由静止释放，某时刻其速度为v1，定性画出该过程导体棒运动的v—t图象，并写出必要的分析和推理过程。

20．“电磁炮”是利用电磁力对弹体加速的新型武器，如图是“电磁炮”原理结构示意图．光滑水平加速导轨P、Q长s＝5m，宽L＝1m，电阻不计．在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B＝25T．“电磁炮”总质量m＝0.1kg，其中加速导体棒a、b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，可控电源电动势为400V．求：

（1）这次试验中电路中的电流；

（2）这次试验中“电磁炮”发射的速度．

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＝0.2m．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．

22．如图所示，在同一水平面上的两根导轨相互平行，并处在竖直向上的匀强磁场中，一根质量为3.6kg，有效长度为2m的金属棒放在导轨上。当金属棒中的电流为5A时，金属棒做匀速直线运动；当金属棒中的电流增加到8A时，金属棒的加速度为2m/s2，求磁场的磁感应强度的大小。

参考答案：

1．D

2．B

3．A

4．B

5．C

6．C

7．D

8．D

9．B

10．C

11．A

12．D

13．B

14．B

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

16．

17．     向右     BIL     向上

18．     D          控制变量法

19．(1)由于弹体的速度增大，弹体切割磁感线产生的感应电动势增大，电源的电压应增大，抵消产生的感应电动势，以保证电源为弹体提供稳定的电流。

(2) ； (3) 。

20．（1）400A（2）1000m/s

21．(1)（2）（3）1.76×106J（4）匀加速发射

22．1.2T