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高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册2 安培力的应用课后复习题
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这是一份高中物理教科版 (2019)选择性必修 第二册2 安培力的应用课后复习题，共7页。试卷主要包含了解析等内容，欢迎下载使用。
A．若磁铁上方为N极，从上往下看，线圈将顺时针旋转
B．若磁铁上方为S极，从上往下看，线圈将顺时针旋转
C．线圈匀速转动过程电池的化学能全部转化为线圈的动能
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
2．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
3．电流计等磁电式电表是利用永久磁铁对通电线圈的作用原理制成的，其优点是灵敏度高．构造如图甲所示，圆柱形铁芯固定于U形磁铁两极间，其中磁场是均匀辐向分布，铁芯外面套有缠绕着线圈并可转动的铝框，铝框的转轴上装有指针和游丝(又称螺旋弹簧).下列说法中正确的是( )
A．图乙中当线圈通以如图所示电流，图中指针往左偏
B．线圈中电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也越大，线圈偏转的角度也越大
C．极靴和铁质圆柱之间磁场是匀强磁场
D．线圈无论转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，所以线圈不受安培力
4．某磁电式电流表结构如图甲所示，矩形线圈匝数为n，长边长度为l.矩形线圈放在均匀辐射状磁场中如图乙所示，两条长边经过的位置磁感应强度大小为B.当线圈长边中电流为I时，电流表指针偏转的角度为θ，则当电流表指针偏转的角度为2θ时，线圈一侧长边受到的安培力大小为( )
A．2nBIlB．nBIl
C．2BIlD．BIl
5.
如图所示，O为圆心，KN、LM是半径分别为ON、OM的同心圆弧，在O处垂直纸面有一载流直导线，电流方向垂直纸面向外，用一根导线围成如图KLMN所示的回路，当回路中沿图示方向通过电流时(电源未在图中画出)，回路( )
A．将向左平动
B．将向右平动
C．将在纸面内绕通过O点并垂直纸面的轴转动
D．KL边受到垂直纸面向外的力，MN边受到垂直纸面向里的力
6．如图所示，在条形磁体S极附近悬挂一个线圈，线圈与水平磁体位于同一平面内．当线圈中电流沿图示方向流动时，将会出现( )
A．线圈向磁体平移
B．线圈远离磁体平移
C．从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁体
D．从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁体
7．如图所示，水平桌面上有一根条形磁铁，把一根通电长直导线固定在条形磁铁的右上方，若在导线中通以如图所示方向的电流，则条形磁铁受到水平桌面给它的摩擦力方向应该是( )
A．无摩擦力
B．水平向左
C．水平向右
D．无法确定摩擦力方向
8．(多选)我国第一艘导电磁推进船HEMS1的原理如图所示，强磁场方向竖直，在垂直于船身方向两边安装正负电极，电极都在海水里．当电源接通时海水中产生垂直于船体方向的强电流，推动船体运动，如果磁感应强度为5T(看作匀强磁场)，水通道宽0.5m，产生的推力为50N，则下图中船的运动方向和船上蓄电池中的电流分别为( )
A．船向左运动
B．船向右运动
C．蓄电池中的电流为20A
D．蓄电池中的电流为10A
9．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.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
10.
如图所示，两个完全相同、所在平面互相垂直的导体圆环P、Q中间用绝缘细线连接，通过另一绝缘细线悬挂在天花板上，当P、Q中同时通有图示方向的恒定电流时，关于两线圈的转动(从上向下看)以及细线中张力的变化，下列说法正确的是( )
A．P顺时针转动，Q逆时针转动，转动时P与天花板连接的细线张力不变
B．P逆时针转动，Q顺时针转动，转动时两细线张力均不变
C.P、Q均不动，P与天花板连接的细线和与Q连接的细线张力均增大
D．P不动，Q逆时针转动，转动时P、Q间细线张力不变
11.(多选)如图甲为实验室里某型号磁电式电流表结构．矩形线圈匝数为n，电阻为R.矩形线圈处在均匀辐射状磁场中，如图乙所示，线圈左右两边所在之处的磁感应强度大小均为B.若线圈受到的安培力和螺旋弹簧的弹力达到平衡时，指针达到稳定．下列说法正确的是( )
A．如图甲所示，线圈顺时针转动过程中，穿过铝框的磁通量减少
B．在线圈转动范围内，线圈所受安培力大小与电流大小有关，而与所处位置无关
C．通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度就越大
D．更换劲度系数更小的螺旋弹簧，可以减小电流表的灵敏度(灵敏度即eq \f(Δθ,ΔI))
12.如图所示，水平放置的光滑的金属导轨M、N平行地置于匀强磁场中，间距为d，磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面夹角为α，金属棒ab的质量为m，放在导轨上且与导轨垂直．电源电动势为E，定值电阻为R，其余部分电阻不计．当开关闭合的瞬间，棒ab的加速度为多大？
13．我国电磁炮发射技术世界领先，图为一款小型电磁炮的原理图，已知水平轨道宽d＝2m，长l＝100m，通以恒定电流I＝1×104A，轨道间匀强磁场的磁感应强度大小B＝10T，炮弹的质量m＝10kg，不计电磁感应带来的影响．
(1)若不计轨道摩擦和空气阻力，求电磁炮弹离开轨道时的速度大小；
(2)实际上炮弹在轨道上运动时会受到空气阻力和摩擦阻力，若其受到的阻力与速度的关系为f＝kv2，其中k为阻力系数，炮弹离开轨道前做匀速运动，炮弹离开轨道时的速度大小为v′＝500m/s，求阻力系数k的大小．
课时素养评价2 安培力的应用
1．解析：若磁铁上方为N极，线圈左边的电流是向下的，磁场是向左的，根据左手定则可知安培力是向内的，同理，线圈右边的电流也是向下的，磁场是向右的，根据左手定则可知安培力是向外的，故从上往下看，线圈将顺时针旋转，A正确；若磁铁上方为S极，根据A项的分析，易知，从上往下看，线圈将逆时针旋转，B错误；线圈匀速转动过程电池的化学能转化为线圈的动能和电路的焦耳热，C错误；线圈加速转动过程电池的化学能转化为线圈的动能和电路的焦耳热，D错误．
答案：A
2．解析：电动机依据的原理是磁场对电流产生的力的作用带动转子转动，A正确．
答案：A
3．解析：根据左手定则可知，图乙中当线圈通以如图所示电流，a所受安培力向上，b所受安培力向下，则图中指针往右偏，A错误；线圈中电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也越大，线圈偏转的角度也越大，B正确；匀强磁场的磁感线平行，而极靴和铁质圆柱之间磁感线呈辐向分布，不是匀强磁场，C错误；线圈平面跟磁感线平行，但导线a、b中电流的方向与磁场方向垂直，所以受安培力，D错误．
答案：B
4．解析：磁电式电流表偏转角度与通电电流成正比，当线圈长边中电流为I时，电流表指针偏转的角度为θ，则当电流表指针偏转的角度为2θ时，线圈长边中电流为2I，根据安培力公式可得，线圈一侧长边受到的安培力大小为F＝2nBIl，B、C、D错误，A正确．
答案：A
5．解析：因为通电直导线的磁感线是以O为圆心的一组同心圆，磁感线与KN边、LM边平行，所以KN边、LM边均不受力．根据左手定则可得，KL边受到垂直纸面向外的力，MN边受到垂直纸面向里的力，D正确．
答案：D
6．解析：解法一：电流元法结合特殊位置法和等效法
线圈所在处的磁场向左，由左手定则可知线圈左侧受力向外，右侧受力向里，所以从上往下看，线圈逆时针转动，转过90°后将环形电流等效成小磁针，由安培定则知其N极向左，与条形磁体的关系为异名磁极相对，所以相互吸引．
解法二：等效法
将环形电流等效成小磁针，由安培定则知其N极向里，受到条形磁体作用后其N极要指向左侧且相互靠近．
答案：D
7．解析：以导线为研究对象，由左手定则判断可知导线所受安培力方向斜向右上方，根据牛顿第三定律可知，导线对磁铁的安培力方向斜向左下方，磁铁有向左运动的趋势，受到向右的摩擦力，C正确．
答案：C
8．解析：由左手定则可判断出水流受向左的安培力，向左运动，根据牛顿第三定律可知船受力向右，由F＝BIL得I＝eq \f(F,BL)＝20A，B、C正确．
答案：BC
9．解析：m＝4.0g＝0.004kg，通电弹体在磁场中受安培力的作用而加速，由功能关系得BIdL＝eq \f(1,2)mv eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(m)) ，代入数值解得B＝12.5T；当速度最大时磁场力的功率也最大，即Pm＝BIdvm，代入数值得Pm＝5×106W，A正确，B、C、D错误．
答案：A
10．解析：根据安培定则，P内部产生的磁场的方向垂直于纸面向外，Q内部产生的磁场水平向右，根据同名磁极相互排斥的特点，P将顺时针转动，Q将逆时针转动；转动后最靠近的两点处的电流方向相同，所以两个线圈相互吸引，P、Q间细线张力减小，整体分析受力知P与天花板连接的细线张力始终等于二者重力，不变，A正确，B、C、D错误．
答案：A
11．解析：如图甲所示，线圈顺时针转动过程中，穿过铝框的磁感线条数增多，磁通量增加，A错误；磁场是均匀辐射分布的，不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，又线圈左右两边所在之处的磁感应强度大小均相等，根据安培力的大小F＝BIL可知线圈所受安培力大小与电流大小有关，而与所处位置无关，线圈中的电流越大，线圈受到的安培力越大，电流表指针偏转的角度也越大，B、C正确；更换劲度系数更小的螺旋弹簧，电流变化量相等时，安培力变化量相等，但转动角度变化量增大，故灵敏度增大，D错误．
答案：BC
12．解析：画出导体棒ab受力的截面图，如图所示．
导体棒ab所受安培力F＝BId，
由牛顿第二定律得Fsinα＝ma，
由欧姆定律知，导体棒ab中的电流I＝eq \f(E,R)，
解得a＝eq \f(BEdsinα,mR).
答案：eq \f(BEdsinα,mR)
13．解析：(1)炮弹受到的合力等于安培力，则根据牛顿第二定律可得
F＝BId＝ma
由运动学公式可得v2＝2al
解得v＝eq \r(2\f(BId,m)l)＝2000m/s
(2)炮弹离开轨道前做匀速运动，则F＝f＝kv′2
解得k＝eq \f(F,v′2)＝eq \f(BId,v′2)＝eq \f(10×104×2,5002)N·s2/m2＝0.8N·s2/m2.
答案：(1)2000m/s (2)0.8N·s2/m2
A组 合格性考试练
B组 选择性考试练
A．若磁铁上方为N极，从上往下看，线圈将顺时针旋转
B．若磁铁上方为S极，从上往下看，线圈将顺时针旋转
C．线圈匀速转动过程电池的化学能全部转化为线圈的动能
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
2．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
3．电流计等磁电式电表是利用永久磁铁对通电线圈的作用原理制成的，其优点是灵敏度高．构造如图甲所示，圆柱形铁芯固定于U形磁铁两极间，其中磁场是均匀辐向分布，铁芯外面套有缠绕着线圈并可转动的铝框，铝框的转轴上装有指针和游丝(又称螺旋弹簧).下列说法中正确的是( )
A．图乙中当线圈通以如图所示电流，图中指针往左偏
B．线圈中电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也越大，线圈偏转的角度也越大
C．极靴和铁质圆柱之间磁场是匀强磁场
D．线圈无论转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，所以线圈不受安培力
4．某磁电式电流表结构如图甲所示，矩形线圈匝数为n，长边长度为l.矩形线圈放在均匀辐射状磁场中如图乙所示，两条长边经过的位置磁感应强度大小为B.当线圈长边中电流为I时，电流表指针偏转的角度为θ，则当电流表指针偏转的角度为2θ时，线圈一侧长边受到的安培力大小为( )
A．2nBIlB．nBIl
C．2BIlD．BIl
5.
如图所示，O为圆心，KN、LM是半径分别为ON、OM的同心圆弧，在O处垂直纸面有一载流直导线，电流方向垂直纸面向外，用一根导线围成如图KLMN所示的回路，当回路中沿图示方向通过电流时(电源未在图中画出)，回路( )
A．将向左平动
B．将向右平动
C．将在纸面内绕通过O点并垂直纸面的轴转动
D．KL边受到垂直纸面向外的力，MN边受到垂直纸面向里的力
6．如图所示，在条形磁体S极附近悬挂一个线圈，线圈与水平磁体位于同一平面内．当线圈中电流沿图示方向流动时，将会出现( )
A．线圈向磁体平移
B．线圈远离磁体平移
C．从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁体
D．从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁体
7．如图所示，水平桌面上有一根条形磁铁，把一根通电长直导线固定在条形磁铁的右上方，若在导线中通以如图所示方向的电流，则条形磁铁受到水平桌面给它的摩擦力方向应该是( )
A．无摩擦力
B．水平向左
C．水平向右
D．无法确定摩擦力方向
8．(多选)我国第一艘导电磁推进船HEMS1的原理如图所示，强磁场方向竖直，在垂直于船身方向两边安装正负电极，电极都在海水里．当电源接通时海水中产生垂直于船体方向的强电流，推动船体运动，如果磁感应强度为5T(看作匀强磁场)，水通道宽0.5m，产生的推力为50N，则下图中船的运动方向和船上蓄电池中的电流分别为( )
A．船向左运动
B．船向右运动
C．蓄电池中的电流为20A
D．蓄电池中的电流为10A
9．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.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
10.
如图所示，两个完全相同、所在平面互相垂直的导体圆环P、Q中间用绝缘细线连接，通过另一绝缘细线悬挂在天花板上，当P、Q中同时通有图示方向的恒定电流时，关于两线圈的转动(从上向下看)以及细线中张力的变化，下列说法正确的是( )
A．P顺时针转动，Q逆时针转动，转动时P与天花板连接的细线张力不变
B．P逆时针转动，Q顺时针转动，转动时两细线张力均不变
C.P、Q均不动，P与天花板连接的细线和与Q连接的细线张力均增大
D．P不动，Q逆时针转动，转动时P、Q间细线张力不变
11.(多选)如图甲为实验室里某型号磁电式电流表结构．矩形线圈匝数为n，电阻为R.矩形线圈处在均匀辐射状磁场中，如图乙所示，线圈左右两边所在之处的磁感应强度大小均为B.若线圈受到的安培力和螺旋弹簧的弹力达到平衡时，指针达到稳定．下列说法正确的是( )
A．如图甲所示，线圈顺时针转动过程中，穿过铝框的磁通量减少
B．在线圈转动范围内，线圈所受安培力大小与电流大小有关，而与所处位置无关
C．通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转角度就越大
D．更换劲度系数更小的螺旋弹簧，可以减小电流表的灵敏度(灵敏度即eq \f(Δθ,ΔI))
12.如图所示，水平放置的光滑的金属导轨M、N平行地置于匀强磁场中，间距为d，磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面夹角为α，金属棒ab的质量为m，放在导轨上且与导轨垂直．电源电动势为E，定值电阻为R，其余部分电阻不计．当开关闭合的瞬间，棒ab的加速度为多大？
13．我国电磁炮发射技术世界领先，图为一款小型电磁炮的原理图，已知水平轨道宽d＝2m，长l＝100m，通以恒定电流I＝1×104A，轨道间匀强磁场的磁感应强度大小B＝10T，炮弹的质量m＝10kg，不计电磁感应带来的影响．
(1)若不计轨道摩擦和空气阻力，求电磁炮弹离开轨道时的速度大小；
(2)实际上炮弹在轨道上运动时会受到空气阻力和摩擦阻力，若其受到的阻力与速度的关系为f＝kv2，其中k为阻力系数，炮弹离开轨道前做匀速运动，炮弹离开轨道时的速度大小为v′＝500m/s，求阻力系数k的大小．
课时素养评价2 安培力的应用
1．解析：若磁铁上方为N极，线圈左边的电流是向下的，磁场是向左的，根据左手定则可知安培力是向内的，同理，线圈右边的电流也是向下的，磁场是向右的，根据左手定则可知安培力是向外的，故从上往下看，线圈将顺时针旋转，A正确；若磁铁上方为S极，根据A项的分析，易知，从上往下看，线圈将逆时针旋转，B错误；线圈匀速转动过程电池的化学能转化为线圈的动能和电路的焦耳热，C错误；线圈加速转动过程电池的化学能转化为线圈的动能和电路的焦耳热，D错误．
答案：A
2．解析：电动机依据的原理是磁场对电流产生的力的作用带动转子转动，A正确．
答案：A
3．解析：根据左手定则可知，图乙中当线圈通以如图所示电流，a所受安培力向上，b所受安培力向下，则图中指针往右偏，A错误；线圈中电流越大，安培力就越大，螺旋弹簧的形变也越大，线圈偏转的角度也越大，B正确；匀强磁场的磁感线平行，而极靴和铁质圆柱之间磁感线呈辐向分布，不是匀强磁场，C错误；线圈平面跟磁感线平行，但导线a、b中电流的方向与磁场方向垂直，所以受安培力，D错误．
答案：B
4．解析：磁电式电流表偏转角度与通电电流成正比，当线圈长边中电流为I时，电流表指针偏转的角度为θ，则当电流表指针偏转的角度为2θ时，线圈长边中电流为2I，根据安培力公式可得，线圈一侧长边受到的安培力大小为F＝2nBIl，B、C、D错误，A正确．
答案：A
5．解析：因为通电直导线的磁感线是以O为圆心的一组同心圆，磁感线与KN边、LM边平行，所以KN边、LM边均不受力．根据左手定则可得，KL边受到垂直纸面向外的力，MN边受到垂直纸面向里的力，D正确．
答案：D
6．解析：解法一：电流元法结合特殊位置法和等效法
线圈所在处的磁场向左，由左手定则可知线圈左侧受力向外，右侧受力向里，所以从上往下看，线圈逆时针转动，转过90°后将环形电流等效成小磁针，由安培定则知其N极向左，与条形磁体的关系为异名磁极相对，所以相互吸引．
解法二：等效法
将环形电流等效成小磁针，由安培定则知其N极向里，受到条形磁体作用后其N极要指向左侧且相互靠近．
答案：D
7．解析：以导线为研究对象，由左手定则判断可知导线所受安培力方向斜向右上方，根据牛顿第三定律可知，导线对磁铁的安培力方向斜向左下方，磁铁有向左运动的趋势，受到向右的摩擦力，C正确．
答案：C
8．解析：由左手定则可判断出水流受向左的安培力，向左运动，根据牛顿第三定律可知船受力向右，由F＝BIL得I＝eq \f(F,BL)＝20A，B、C正确．
答案：BC
9．解析：m＝4.0g＝0.004kg，通电弹体在磁场中受安培力的作用而加速，由功能关系得BIdL＝eq \f(1,2)mv eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(m)) ，代入数值解得B＝12.5T；当速度最大时磁场力的功率也最大，即Pm＝BIdvm，代入数值得Pm＝5×106W，A正确，B、C、D错误．
答案：A
10．解析：根据安培定则，P内部产生的磁场的方向垂直于纸面向外，Q内部产生的磁场水平向右，根据同名磁极相互排斥的特点，P将顺时针转动，Q将逆时针转动；转动后最靠近的两点处的电流方向相同，所以两个线圈相互吸引，P、Q间细线张力减小，整体分析受力知P与天花板连接的细线张力始终等于二者重力，不变，A正确，B、C、D错误．
答案：A
11．解析：如图甲所示，线圈顺时针转动过程中，穿过铝框的磁感线条数增多，磁通量增加，A错误；磁场是均匀辐射分布的，不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，又线圈左右两边所在之处的磁感应强度大小均相等，根据安培力的大小F＝BIL可知线圈所受安培力大小与电流大小有关，而与所处位置无关，线圈中的电流越大，线圈受到的安培力越大，电流表指针偏转的角度也越大，B、C正确；更换劲度系数更小的螺旋弹簧，电流变化量相等时，安培力变化量相等，但转动角度变化量增大，故灵敏度增大，D错误．
答案：BC
12．解析：画出导体棒ab受力的截面图，如图所示．
导体棒ab所受安培力F＝BId，
由牛顿第二定律得Fsinα＝ma，
由欧姆定律知，导体棒ab中的电流I＝eq \f(E,R)，
解得a＝eq \f(BEdsinα,mR).
答案：eq \f(BEdsinα,mR)
13．解析：(1)炮弹受到的合力等于安培力，则根据牛顿第二定律可得
F＝BId＝ma
由运动学公式可得v2＝2al
解得v＝eq \r(2\f(BId,m)l)＝2000m/s
(2)炮弹离开轨道前做匀速运动，则F＝f＝kv′2
解得k＝eq \f(F,v′2)＝eq \f(BId,v′2)＝eq \f(10×104×2,5002)N·s2/m2＝0.8N·s2/m2.
答案：(1)2000m/s (2)0.8N·s2/m2
A组 合格性考试练
B组 选择性考试练
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