粤教版 (2019)选择性必修 第二册第二节 安培力的应用精练

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．为了提高航空母舰上飞机在单位时间内起飞的架次，人们正研制一种电磁弹射装置，它的基本原理如图所示，待弹射的飞机挂在导体棒上，导体棒放置在处于匀强磁场中的两条平行导轨上，给导轨通以很大的电流，使飞机和导体棒作为一个载流导体在磁场的作用下，沿导轨作加速运动，从而将飞机以某一速度弹射出去．关于这种弹射装置以下说法中正确选项全选的是（       ）

①导体棒中的电流方向是N→M

②导体棒中的电流方向是M→N

③可以通过改变磁感应强度的大小来改变飞机弹射出时速度

④如要提高飞机的弹射速度，可以增大导轨中的电流

A．①②③ B．②③④ C．①③ D．②④

2．实验室经常使用的电流表是磁电式仪表。这种电流表的构造如图甲所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的。当线圈通以如图乙所示的电流，下列说法不正确的是（　　）

A．线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行

B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动

C．当线圈转到如图乙所示的位置，b端受到的安培力方向向上

D．当线圈转到如图乙所示的位置，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动

3．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

4．磁电式电流表的构造如图(a)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．蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图(b)所示．当电流通过线圈时，线圈在安培力的作用下转动，螺旋弹簧被扭动，线图停止转动时满足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，由题中的信息可知（     ）

A．该电流表的刻度是均匀的

B．线圈转动过程中受到的安培力的大小变大

C．若线圈中通以如图(b)所示的电流时，线圈将沿逆时针方向转动

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)

5．2019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

6．如图甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，边长为L的正方形线圈中通以电流I，线圈中的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．该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向不同

B．该线圈的磁通量为BL2

C．a导线受到的安培力方向向下

D．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动

7．如图所示是磁电式仪表中的辐向磁场。假设长方形线圈的匝数为n，垂直于纸面的边长为L1，平行于纸面的边长为L2，线圈垂直于纸面的边所在处磁场的磁感应强度大小为B。当通入电流I，线圈以角速度ω绕垂直纸面的中心轴OO′转动到水平位置时，下列判断正确的是（　　）

A．穿过线圈的磁通量为BL1L2

B．线圈左侧边所受的安培力方向竖直向上

C．线圈左侧边所受的安培力大小为nBIL1

D．线圈左侧边转动的线速度v=

8．电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器。如图为美国试验所采用的电磁轨道，该轨道长10m，宽2m。若发射质量为100g的炮弹从轨道左端以初速度为零开始加速，当回路中的电流恒为20A时，最大速度可达4km/s轨道间所加磁场为匀强磁场，不计空气及摩擦阻力。下列说法正确的是（     ）

A．磁场方向为竖直向下

B．磁场方向为水平向右

C．电磁炮的加速度大小为4×105m/s2

D．磁感应强度的大小为2×103T

9．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

10．我国正在研制航母电磁弹射器，其工作原理与电磁炮类似。用强迫储能器代替常规电源，它能在极短时间内释放所储存的电能，由弹射器转换为飞机的动能而将其弹射出去。如图所示，是电磁弹射器简化原理图，平行金属导轨与强迫储能器连接，相当于推进器的导体棒ab跨放在导轨上，匀强磁场垂直于导轨平面向上，闭合开关S，强迫储能器储存的电能通过推进器释放，使推进器受到磁场的作用力而沿平行导轨向前滑动，推动飞机使飞机获得比滑跃时大得多的加速度，从而实现短距离起飞的目标，一切摩擦和电阻消耗的能量都不计，对于电磁弹射器，下列说法正确的是（　　）

A．强迫储能器上端为正极

B．飞机的质量越大，离开弹射器时的动能一定越大

C．强迫储能器储存的能量越多，飞机被加速的时间一定越长

D．平行导轨间距越小，飞机能获得的加速度将越小

11．据外界报道，中国曾在内蒙古炮兵靶场对电磁大炮进行了首次试验：25kg的弹丸被发射到250km以外的预定区域，试验获得成功。导轨式电磁炮的原理结构示意图如图所示。两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，其间安放炮弹。炮弹可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触。内阻为r的可控电源提供的强大电流从一根导轨流入，经过炮弹，再从另一导轨流回电源。炮弹被导轨中的电流形成的磁场推动而发射。在发射过程中，该磁场在炮弹所在位置始终可以简化为磁感应强度为B的匀强磁场，方向竖直向上。已知两导轨内侧间距为L，炮弹的质量为m，炮弹在导轨间的电阻为R。若炮弹滑行s后获得的发射速度为v，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　）

A．a为电源正极

B．电磁炮所受安培力的大小F=

C．可控电源此时的电动势

D．这一过程中系统消耗的总能量是mv2+

12．如图甲是磁电式电流表的结构图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布。线圈中a、b两条导线长度均为l，未通电流时，a、b处于图乙所示位置，两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。通电后，a导线中电流方向垂直纸面向外，大小为I，则（　　）

A．该磁场是匀强磁场

B．线圈平面总与磁场方向垂直

C．线圈将逆时针转动

D．a导线受到的安培力大小始终为BI

13．一个各边电阻相同、边长均为L的正六边形金属框abcdef放置在磁感应强度大小为B、方向垂直金属框所在平面向外的匀强磁场中。若从a、b两端点通以如图所示方向的电流，电流大小为I，则关于金属框abcdef受到的安培力的判断正确的是（　　）

A．大小为BIL，方向垂直ab边向左

B．大小为BIL，方向垂直ab边向右

C．大小为2BIL，方向垂直ab边向左

D．大小为2BIL，方向垂直ab边向右

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．如图是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，线圈中a、b两条导线长均为，通以图示方向的电流I，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．线圈平面总与磁场方向垂直

C．线圈将逆时针转动

D．线圈将顺时针转动

二、填空题（共4题）

16．直流电动机是在接通电源后，线圈受磁场力作用，便会带动__________不停地转动，从而将动力通过__________向外输出。

17．如图所示，为一种磁电式仪表的原理图，可用它来测定电流的大小。无电流时，指针指在左边。当有电流时指针偏向右边，则电流从__________接线柱进入。

18．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，则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为_____T，磁场力的最大功率P=_____W（轨道摩擦不计）。

19．小明学了有关电磁方面的知识后，设计了如图所示的甲、乙两个装置

(1)为了探究电磁感应现象，小华应选用_____装置进行实验。

(2)小明选用甲装置探究有关知识时，进行了如下的操作，其中不能使电流表指针发生偏转的是___（填序号）

①让导线ab在磁场中斜向上运动；

②让导线ab在磁场中沿水平方向左右运动

③让导线ab沿竖直方向上下运动

(3)如果在乙装置的实验中，当开关闭合时，发现直导线ab向左运动，若要使导线ab向右运动，你采取的措施是____________；

(4)甲、乙两图的原理分别用于制造____和____。（选填“电动机”或“发电机”）。

三、综合题（共4题）

20．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。

21．磁轨炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器。它利用电磁系统中电磁场的作用力，可大大提高弹丸的速度和射程。其加速原理如图所示，炮弹在导轨的一端，通过电流后炮弹会被安培力加速，而高速射出。某磁轨炮导轨长，两导轨之间的距离。轨道间磁场可认为是磁感应强度，方向垂直于纸面的匀强磁场。质量的炮弹受安培力而在轨道内匀加速运动，若其从右侧出口射出的速度为，忽略一切摩擦力。求：

（1）磁场的方向；

（2）通过导轨的电流大小；

（3）若炮弹所在电路的总电阻为，求发射炮弹时装置所消耗的总能量。

22．中国电磁炮研制方面与欧美西方国家在同一起跑线上，限于技术和人才原因，中国电磁炮研制稍比西方国家慢几年，但在某些技术上将会比美国电磁炮更精进．电磁炮是利用磁场对电流的作用力把电能转化为机械能，使炮弹发射出去的．如图所示，把两根长为s，互相平行的铜制轨道放在磁场中，轨道之间放有质量为m的炮弹，炮弹架在长为L、质量为M的金属架上，已知金属架与炮弹在运动过程中所受的总阻力与速度平方成正比，当有恒定的大电流I1通过轨道和炮弹时，炮弹与金属架在磁场力的作用下，获得速度v1时加速度为a，当有恒定的大电流I2通过轨道和炮弹时，炮弹最终以最大速度v2脱离金属架并离开轨道，则垂直于轨道平面的磁感强度B是多少？

23．“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．B

2．C

3．C

4．A

5．C

6．D

7．C

8．D

9．A

10．D

11．D

12．D

13．A

14．B

15．D

16．     转轴     转轴

17．a

18．     18     2.16×106

19．     甲     ③     将磁铁N、S极对调（或将连接电源两极的导线对调）     发电机     电动机

20．1.2T

21．（1）垂直纸面向里；（2）；（3）

22．磁感强度B=

23．(1)F=5×105N；(2) x=5m