高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册2 安培力的应用同步练习题

1.2安培力的应用同步练习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．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

3．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

4．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

5．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

6．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

7．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

8．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

9．某人发明了一个让飞机在航母上短距离起飞的装置，原理如图所示，ac和bd是相距为L的两根光滑的金属导轨，MN是相当于飞机的金属杆(质量为m，电阻为R)，匀强磁场方向如图，磁感应强度为B，a和b端接恒流源的正负两极(恒流源输出的电流恒为I)，MN杆将从dc端水平飞出．那么以下说法正确的是(     )

A．a接电源的正极，b接电源的负极

B．不考虑电流的磁场，MN杆将做加速度逐渐减小的加速运动，最大加速度为a＝

C．不考虑电流的磁场，MN杆将做匀加速运动，加速度为a＝

D．恒流源的输出电压不变

10．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．

11．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

12．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．

13．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

14．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）

15．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

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．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．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______。

三、综合题（共3题）

19．如图所示，电磁炮是一种新型的兵器，其射程甚至可达数百公里，远远超过常规炮弹．它的主要原理如图乙所示，当弹体中通以强电流时，弹体在强大的磁场力作用下加速前进，最后从炮口高速射出．设两轨道间距离为d=0.10m，匀强磁场的磁感应强度为B=40T，电流恒定，I=2000A，轨道长度为L=20m，炮弹的质量为m=20g，忽略一切阻力．求：

(1)弹体的加速度大小；

(2)弹体最终获得的速度大小；

(3)磁场力对弹体的最大功率．

20．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。

21．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。

22．“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，图示是“电磁炮”的原理结构示意图。光滑平行水平导轨间距L=0.2m，在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B=5×102T。“电磁炮”弹体总质量m=0.2kg，所用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=5×103A，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5km/s，导轨长度的最小值。

参考答案：

1．A

2．C

3．A

4．B

5．C

6．D

7．B

8．B

9．C

10．D

11．D

12．C

13．A

14．D

15．B

16．     错误     正确     正确     正确     正确

17．     向右     BIL     向上

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

19．（1） （2） （3）

20．0.6×106A

21．(1)；(2)

22．(1)F=5×105N；(2) x=5m