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．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． 2M C． 2BIdL M BIdL B． M D． 2 BIdL M 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．电磁炮是一种新式兵器，炮弹的出射速度可达当前海军舰炮的 3 倍以上，其原理是利用磁场产生的安培 力来对金属炮弹进行加速。图为电磁炮的示意图，两根间距为 L 的光滑平行金属导轨 MN 、 PQ 固定在水平 面内，质量为 m 的金属炮弹垂直于 MN 、 PQ 放在轨道上，距轨道右端的距离为d ，整个装置处于竖直向 下的匀强磁场中，磁感应强度大小为 B ，闭合开关后，恒流源输出的电流恒为 I ，炮弹由静止开始加速距 离d 后脱离导轨高速射出，不计导轨及导体棒 ab 的电阻，不计空气阻力，则此过程中恒流源输出的最大功 率为（　　） BIL BILmd A． 2m BIL BILmd B． m BIL 2 BILmd C． m BIL 3BILmd D． m 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．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 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．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 8．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 9．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 10．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 ） 11．如图所示，电磁炮是一种新型的发射炮弹的装置．把待发射的炮弹放在匀强磁场中的两平行导电导轨 上，给导轨通以大电流，炮弹作为一个载流导体在磁场作用下沿导轨加速，使炮弹获得极大的发射速度． 下列各俯视图中正确表示磁场 B 方向的是( ) A． B． C． D． 12．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． 13．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 14．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 15．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 a 、 b 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 a 、 b 受安培力大小不变 二、综合题 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 L  6m ，两导轨之间的距离 d  0.1m 。轨道间磁场可认为是磁感应强度 B  3.0T ，方向垂直于纸面的匀强磁场。质量 m  40g 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 v  3000m/s ，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 R  0.1 ，求发射炮弹时装置所消耗的总能量。 19．电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图 9 所示．1982 年澳大利亚制成了能把 2.2kg 的弹体（包 括金属杆 EF 的质量）加速到 10km/s 的电磁炮（常规炮弹的速度约为 2km/s）．若轨道宽为 2m，长 100m，通过的电流为 10A，（轨道摩擦不计）则 （1）弹体（包括金属杆 EF 的）的加速度为多大？ （2）轨道间所加匀强磁场的磁感强度为多大？ （3）磁场力的最大功率为多大？ 20．直流电动机是由电源输入电能，并把电能转变为机械能的装置。简单介绍直流电动机的工作机制（介 绍反电动势的特点）。 21．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。 参考答案： 1．C 2．A 3．C 4．D 5．A 6．B 7．C 8．A 9．B 10．D 11．B 12．D 13．C 14．A 15．D 16． 错误 正确 17． 向右 BIL 正确 正确 正确 向上 5 6 18．（1）垂直纸面向里；（2） I  1�10 A ；（3） E  4.18 �10 J 19．（1）5×105m/s2；（2）5.5×104T；（3）1.1×1010W 20． 电动机是根据通电线圈受到磁场力的力矩作用而转动的；为了使得线圈在磁场中不断的转动下去，需要在 线圈平面每经过平衡位置时要及时的改变电流方向，这个功能由换向器来完成，据电动机的构造知，电动 机的换向器是由两个彼此绝缘的半圆金属环制成的，为了使线圈持续的转动下去，故当直流电动机的线圈 刚过平衡位置时换向器能立即改变线圈中的电流方向，从而实现上述目的；在线圈转动过程中，同时要产 生反电动势阻碍电动机的转动，则在直流电动机中，电源提供的电能（功率为 EI），一部分转化为了电路 中