1.2 安培力的应用 学科素养提升练（解析版） 一、选择题 1．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 2．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（　　） 2 A．该磁场是匀强磁场 B．该线圈的磁通量为 BL 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 NBIL 3．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 4．如图所示为电磁轨道炮的工作原理图。质量为 m 的待发射弹体与轨道保持良好接触， 并可在宽为 d、长 L 的两平行水平轨道之间无摩擦滑动。电流 I 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 vm 。不计空气阻力，则轨道间匀 强磁场的磁感应强度大小是（　　） A． B  mvm IdL B． B  mvm 2 IdL B mvm2 IdL B mvm2 2 IdL C． D． 5．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（　 　） BIdL A． 2 M C． 2BIdL M BIdL B． M D． 2 BIdL M 6．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 7．如图所示，某学习兴趣小组制作了一简易电动机，此装置中的铜线圈能在竖直平面 内在磁场作用下从静止开始以虚线 OO′为中心轴转动起来，那么（　　） A．若磁铁上方为 N 极，从上往下看，铜线框将顺时针旋转 B．若磁铁上方为 S 极，从上往下看，铜线框将顺时针旋转 C．不管磁铁上方为 N 级还是 S 极，从上往下看，铜线框都将逆时针旋转 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 8．如图，一条形磁铁放在水平桌面上，在它的正中央上方固定一直导线，导线与磁铁 垂直，若给导线通以垂直于纸面向里的电流，则下列说法错误的是 A．磁铁对桌面的压力减少 B．磁铁对桌面的压力增大 C．桌面对磁铁没有摩擦力 D．磁铁所受的合力不变 9．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 10．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 11．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 12．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  I ） 13．2021 年 11 月 1 日，央视实地报道了一种新型消防用电磁炮发射的新闻。电磁发射 是一种全新的发射技术，通过电磁发射远程投送无动力的炮弹，可以实现比较高的出 口速度，且它的能量是可调控的。电磁轨道炮工作原理如图所示。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。电流 I 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。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是（　 　） A．只将弹体质量减至原来的二分之一 B．只将轨道长度 L 变为原来的 2 倍 C．只将电流 I 增加至原来的 2 倍 D．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度 L 变为原来的 2 倍，其它量不变 14．下列关于磁电式电流表（结构如图所示）的说法正确的是（　　） A．磁电式电流表最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈 B．表盘的刻度是不均匀的 C．根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向 D．优点是灵敏度高，缺点是允许通过的电流很弱 15．关于磁电式电流表，下列说法中正确的是（　　） A．磁电式电流表的工作原理是安培力对通电导线的加速作用 B．磁电式电流表的工作原理是安培力对通电导线的转动作用 C．磁电式电流表的优点是灵敏度高，可以测出很弱电流 D．磁电式电流表的缺点是线圈的导线很细，允许通过的电量很弱 二、解答题 16．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。 17．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。 参考答案 1．B 【详解】 A. 奥斯特发现了电流的周围存在磁场，即电流的磁效应，故 A 错误； B. 由 F=qE 知试探电荷在某处不受电场力，该处电场强度一定为零，故 B 正确； C. 一小段通电导线在某处不受磁场力，可能是由于导线与磁场平行，而该处磁感应强度不 为零，故 C 错误； D. 电流越大，通电线圈受到的安培力越大，指针偏转的角度越大，故 D 错误． 故选 B 2．D 【详解】 A．该磁场不是匀强磁场，匀强磁场应该是一系列平行的磁感线，方向相同，故 A 错误； B．线圈与磁感线平行，故磁通量为零，故 B 错误； C．a 导线电流向外，磁场向右，根据左手定则，安培力向上，故 C 错误； D．导线 b 始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小一直为 F 安=NILB 故 D 正确。 故选 D。 3．B 【详解】 试题分析：加方向沿 x 轴的恒定磁场，ab、cd 边不受力，ad 受力向上，bc 受力向下，无法 转动，A 错误；加方向沿 y 轴的恒定磁场，ad、bc 边不受力，ab 受力向上，cd 受力向下， 可以转动，B 正确；加方向沿 z 轴的恒定磁场，ab 受力向左，cd 受力向右，ad 受力向里， bc 受力向外，无法转动，C 错误；加方向沿 z 轴的变化磁场，线圈中会产生感应电流，但 受力与线圈在同一平面内，无法转动，D 错误． 考点：左手定则、电磁感应 4．D 【详解】 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  1 2 mvm 2 解得 B mvm2 2 IdL 故选 D。 5．C 【详解】 设弹体能获得的最大速度为 v，根据动能定理有 1 Mv 2  BIdL 2 解得 v 2BIdL M 故选 C。 6．B 【详解】 A．电动机的电功率表达式为 P  UI ，代入题中数据可得 200W=10V �I 解得 I  20A A 项正确； B．磁场方向在磁体外部由 N 极指向 S 极，由电动机运转方向可知， AB 段受力方向向上， 再由左