2021学年第二节 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15题）

1．如图所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场中的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为l，处于匀强磁场中，磁感应强度B的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流I时，调节砝码使两臂达到平衡。下列说法中正确的是（　　）

A．线圈受到的安培力大小为BIl

B．线圈受到的安培力方向水平指向纸内

C．若发现右盘向上翘起，则应增大线圈中的电流

D．若把电流大小不变而方向反向，则左盘向上翘起

2．下列关于磁电式电流表的说法中正确的是(　　)

A．磁电式电流表内部的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是匀强磁场

B．磁电式电流表的指针偏转角度的大小与被测电流的大小成反比

C．磁电式电流表的缺点是灵敏度高，优点是允许通过的电流很弱

D．磁电式电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用

3．下列关于磁现象的说法中不正确的是（       ）

A．电视机显像管利用了磁偏转的原理

B．指南针是利用地磁场来指示方向的

C．电动机是利用磁场对电流的作用力来工作的

D．地磁场的南极在地理的南极附近

4．如图所示为电磁轨道炮的工作原理图。待发射弹体与轨道保持良好接触，并可在两平行轨道之间无摩擦滑动。电流从一条轨道流入，通过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平面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与电流I成正比。通电的弹体在安培力的作用下离开轨道，则下列说法正确的是（　　）

A．弹体向左高速射出

B．I为原来的2倍，弹体射出的速度也为原来的2倍

C．弹体的质量为原来的2倍，射出的速度也为原来的2倍

D．轨道长度L为原来的4倍，弹体射出的速度为原来的4倍

5．据报道，国产航母明年面世，其舰载机发射类似于电磁轨道炮弹体发射．其工作原理如图所示，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．恒定电流，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I成正比，静止的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(                       )

A．只将轨道长度变为原来的2倍

B．只将电流增加至原来的4倍

C．只将弹体质量减至原来的一半

D．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度应变为原来的2倍，其他量不变

6．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

7．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

8．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

9．关于磁电式电流表，下列说法错误的是

A．磁电式电流表是根据通电线圈在磁场中受安培力的作用而制成的

B．磁电式电流表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流

C．根据磁电式电流表的指针偏转方向，可以知道被测电流的方向

D．磁电式电流表内部的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是匀强磁场，安培力的方向与线圈平面垂直，故其表盘的刻度是均匀的

10．中学实验室使用的电流表是磁电式电流表，内部结构示意图如图所示，其最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈，两磁极间装有极靴，极靴中间又有一个铁质圆柱，极靴与圆柱间有磁场区。当电流通过线圈时，线圈左右两边导线受到安培力的方向相反，于是安装在轴上的线圈就要转动，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。下列说法正确的是（　　）

A．为了使电流表表盘的刻度均匀，极靴与圆柱间的磁场为匀强磁场

B．线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行

C．将线圈绕在闭合的铝框上，可使指针摆动加快

D．在运输时用导线将电流表的两个接线柱连在一起，可减小线圈中因晃动而产生的感应电流

11．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．

12．电磁炮是一种理想兵器，它的主要原理如图所示。1982年澳大利亚国立大学成功研制出能把2.2g的弹体（包括金属杆MN的质量）加速到10km/s的电磁炮。若轨道宽2m，长100m，通过金属杆的电流恒为10A，不计轨道摩擦，则（　　）

A．垂直轨道平面的匀强磁场的磁感应强度大小为5.5T

B．垂直轨道平面的匀强磁场的磁感应强度大小为5.5×104T

C．该电磁炮工作时磁场力的最大功率为1.1×104kW

D．该电磁炮装置对磁场方向和电流方向的关系没有要求

13．如图所示，某同学在玻璃皿中心放一个接电源负极的圆柱形电极，沿边缘放一个接电源正极的圆环形电极，两电极间的距离然后，用这个装置做“旋转液体的实验”，若蹄形磁铁两极间正对部分的磁场视为匀强磁场，磁感应强度，电源的电动势为，内阻，限流电阻，玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为，闭合开关S后，当液体旋转时电压表的示数恒为，则下列判断中正确的是（　　）

A．流过液体中的电流是

B．由上往下看，液体做顺时针旋转

C．玻璃皿中两电极间液体的发热功率为

D．流过液体中的电流所受安培力为

14．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

15．2019年1月，出现在中国海军坦克登陆舰上的电磁轨道炮在全球“刷屏”，这是电磁轨道炮全球首次实现舰载测试。如图所示为电磁炮的简化原理示意图，它由两条水平放置的平行光滑长直轨道组成。轨道间放置一个导体滑块作为弹头。当电流从一条轨道流入，经弹头从另一条轨道流回时，在两轨道间产生磁场，弹头就在安培力推动下以很大的速度射出去。不计空气阻力，将该过程中安培力近似处理为恒力，为了使弹丸获得更大的速度，可适当（　       　）

A．减小平行轨道间距 B．减小轨道中的电流

C．增大轨道的长度 D．增大弹丸的质量

二、填空题（共4题）

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．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．电磁炮是一种最新研制的武器.它的主要原理如图所示.1982年在澳大利亚国立大学的实验室中，就已经制成了能把质量为的弹体（包括金属杆EF的质量）加速到的电磁炮（常规炮弹速度大小约为）.若轨道宽为，长为，通以的电流，则在轨道间所加的匀强磁场的感应强度为_______T，磁场力的最大功率为_______W（轨道忽略摩擦不计）.

19．如图所示是一种测量磁感应强度的实验方案、虚线框内存在一个与纸面垂直的匀强磁场。D为位于纸面内的金属框，E为直流电源，R为电阻箱，A为电流表，S为开关，此外还有细沙、天平、刻度尺和若干轻质导线。

（1）用笔画线代替导线，在图中画线完成实验电路图；______

（2）补充完成下列实验步骤。

①按照实验电路图连接电路。

②保持开关S断开，在托盘内加入适量细沙，使D处于平衡状态．然后用天平称出细沙质量。

③闭合开关S，调节电阻R的值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使D重新处于平衡状态．然后读出电流表的示数I，并用天平测量此时细沙的质量。

④用刻度尺测量______。

（3）用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度B的大小，则B＝______；

（4）判定磁感应强度方向的方法：若______（填两次实验细沙质量的关系），磁感应强度方向垂直纸面向外。反之，磁感应强度方向垂直纸面向里。

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．下图是导轨式电磁炮实验装置示意图，两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，其间安放金属滑块，滑块可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触。电源提供的强大电流从一根导轨流入，经过滑块，再从另一导轨流回电源，滑块被导轨中的电流形成的磁场推动而发射，随即沿水平方向击中放在水平面上的砂箱。在发射过程中，该磁场在滑块所在位置始终可以简化为匀强磁场，方向垂直于纸面，其强度与电流的关系为B=kI，比例常量k=2.5×10-6T/A，已知两导轨内侧间距l=1.5cm，滑块的质量m=30g，滑块沿导轨滑行5m后获得的发射速度v=3.0km/s （此过程视为匀加速运动），求发射过程中电源提供的电流强度。

22．为了提高潜艇的隐蔽性，就需要降低潜艇的噪音，而采用电磁推进器代替螺旋桨推进器是降低潜艇噪音的一个发展方向。图甲是某种电磁推进器式潜艇的示意图，其下方有两组推进器，每组由6个完全相同的、相互独立的直线通道推进器构成，每个直线通道推进器的内部结构如图乙所示，在直线通道内充满了电阻率为的海水，通道中abcd-efgh的长方体空间内存在由电阻不计的励磁线圈产生的匀强磁场，磁感应强度大小为，方向垂直于adhe平面向外，abcd和efgh是两块与周围其他材料绝缘的金属板，当两金属板与专用直流电源相连后，在两板之间的海水中产生了沿e到a方向的恒定电流，设电流只存在于磁场区域。设海水原来是静止的，当两组推进器都开启，潜艇以的恒定速度前进时，海水在出口处的速度为，牵引力的功率为。不计专用直流电源的内阻及导线电阻，已知海水密度，，，。求：

（1）每个直线通道推进器两金属板间的电流大小；

（2）专用直流电源对12个推进器提供的总功率。（结果保留两位有效数字）

23．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．D

3．D

4．B

5．D

6．B

7．B

8．D

9．D

10．B

11．A

12．C

13．D

14．B

15．C

16．

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．     55    

19．     根据题意，可得实验电路图如下图所示

     用刻度尺测量线框D的下边长L         

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．

22．（1）1.0×103A；（2）6.4×106W

23．1.2T