第一章 第2节 安培力的应用-【高中必刷题】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第二册同步课件（粤教版2019）

物理 选择性必修 第二册 YJ 1 2 第二节 安培力的应用 刷基础 2 1.[广东佛山H7教育共同体2024高二上联考改编] 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 ，线圈的水平边长 为，处于匀强磁场中，磁感应强度的方向与线圈平面垂直.当线圈中通过电流 时， 调节砝码使两臂达到平衡.下列说法中正确的是( ) D A.线圈受到的安培力大小为 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.若电流大小不变而方向反向，则左盘向上翘起 题型1 电流天平 3 解析 线圈匝数为，在磁场中受到安培力大小为 ，故A错误；根据左手定则可知线圈受到的 安培力方向竖直向上，故B错误；当发现右盘向上翘起，再增大线圈中的电流，则线圈受到向上 的安培力增大，根据受力可知，不能使天平恢复平衡，故C错误；若电流大小不变而方向反向， 线圈受到的安培力方向向下，根据受力可知，左盘将向上翘起，故D正确. 题型1 电流天平 4 2.[广东汕头2023高二下期中] 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( ) B 甲 乙 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， 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 题型2 磁电式电表 5 解析 磁场是辐向分布的，由于线圈与软铁芯共轴，线圈平面总是与磁感线平行，故A错误；无 论线圈向哪一方向转动都会使螺旋弹簧产生阻碍线圈转动的力，故B正确；由左手定则知， 端受 到的安培力方向向下， 端受到的安培力方向向上，安培力将使线圈沿顺时针方向转动，故C、D 错误. 题型2 磁电式电表 6 3.[安徽合肥六校联盟2024高二上联考改编] 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 ，式中为线圈匝数，为线圈面积， 为通过线圈的电 流，为磁感应强度， 为线圈（指针）偏角， 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( ) 甲 乙 丙 丁 题型2 磁电式电表 7 A.蹄形磁铁和铁芯间的磁场是如图丁所示的磁场 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，线圈将沿顺时针方向转动（从前往后看） D.更换值更大的螺旋弹簧，可以增大电流表的灵敏度 √ 题型2 磁电式电表 8 解析 由题意可知，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是如题图丁所示的磁场，A正确；蹄形磁铁和铁芯 间的磁场均匀辐向分布，则线圈转动过程中磁感应强度的大小始终不变，故线圈受到的安培力的 大小始终不变，B正确；若线圈中通以如题图丙所示的电流，根据左手定则可知，线圈将沿顺时 针方向转动（从前往后看），C正确；根据题意可知 ，则，更换 值更大的螺 旋弹簧，电流表的灵敏度 减小，D错误. 题型2 磁电式电表 9 【注意说明】磁电式电流表内部磁场辐向分布，可保证线圈无论转到哪个位置，线圈平面总和磁 场方向平行，线圈左右两边所在之处的磁感应强度大小不变，故线圈受到的安培力大小不变. 题型2 磁电式电表 10 4.如果直流电动机转子线圈按如图所示方式连接，则闭合开关后( ) B 甲 乙 A.转子线圈能持续转动 B.应该使用换向器，转子线圈才会持续转动 C.电动机的线圈在甲图位置时不会转动 D.电动机的线圈在乙图位置时也能转动 题型3 直流电动机 11 解析 当转子线圈在题图甲位置时，由左手定则可知，从前往后看，转子线圈会顺时针转动，待 转过 后，由左手定则可知，转子线圈会逆时针转动，故转子线圈不能持续转动，需要换向 器才能持续转动，A、C错误，B正确；当转子线圈在题图乙位置时，由左手定则可知，线圈受到 的安培力合力为零，故转子线圈不能转动，D错误. 题型3 直流电动机 12 5.[广东佛山2023高二上期中] 小明在课后用铜丝自制了一个“心”形的线圈， 他把一节干电池的正极朝上放在一个强磁铁上，强磁铁的极朝上， 极朝下， 然后把制成的线圈按图示方式放在电池上，顶端搁在电池的正极，下部分和磁 铁 极接触，忽略各接触面上的摩擦力，从上往下看，则( ) B A.线圈静止 B.线圈顺时针转动 C.线圈逆时针转动 D.线圈转动方向无法判断 题型4 通电导线在安培力作用下的运动 13 【思路导引】 题型4 通电导线在安培力作用下的运动 14 解析 “心”形的线圈，左半部分电流由上到下，磁场有方向向左的分量，根据左手定则可知， 安培力方向垂直于纸面向里；右半部分电流也是由上到下，磁场有方向向右的分量，根据左手定 则可知，安培力方向垂直于纸面向外，则从上往下看，线圈顺时针转动，B正确. 题型4 通电导线在安培力作用下的运动 15 6. [广东深圳盐田高级中学2024高二上期末改编] （多选）电磁炮的主要原理如图所示， 两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，炮弹可沿导轨无摩擦滑行且始终与导轨保持良好接触.可 控电源提供强电流经导轨流入炮弹再流回电源，炮弹在磁场作用下发射.在发射过程中，炮弹所在 位置的磁场可以简化为磁感应强度大小为 、方向垂直导轨平面的匀强磁场.已知两导轨内侧间距 为，炮弹的质量为，炮弹在导轨间的电阻为，炮弹滑行距离后获得的发射速度为 .不计空气 阻力、导轨电阻、电源内阻，不考虑电磁感应现象.下列说法正确的是( ) BC A.匀强磁场的方向竖直向下 B.炮弹所受安培力大小为 C.通过炮弹的电流为 D.通过炮弹的电流为 题型4 通电导线在安培力作用下的运动 16 解析 由题图可知，炮弹发射时受向右的安培力，通过炮弹的电流方向垂直纸面向里，根据左手 定则可知，匀强磁场方向竖直向上，A错误.根据题意，由 可得，炮弹发射过程中的加速 度为 ，对炮弹，水平方向上所受合力为安培力，由牛顿第二定律可得，炮弹所受安培力大 小为，B正确.根据题意，由安培力公式 可得，通过炮弹的电流为 ，C正确，D错误. 题型4 通电导线在安培力作用下的运动 17 【教材变式】本题目由教材P11第1题演变而来，教材考查的是匀强磁场的磁感应强度和电磁炮 的最大功率，本题延伸考查了通过炮弹的电流. 题型4 通电导线在安培力作用下的运动 18 甲 7.[河北部分重点高中2024期末] 某同学在学习了磁场对电流 的作用后产生想法，设计了一个简易的“电磁秤”.如图甲所 示，两平行金属导轨、的间距为 ，与电动势为 且内阻不计的电源、电流表（量程 ）、开关、 滑动变阻器（阻值范围为 ）相连，质量为 、电阻为的金属棒 垂直于导轨放置构 成闭合回路，回路平面与水平面成 角，垂直接在金属棒中点的轻绳与导轨平面平行，跨 过定滑轮后另一端接有秤盘，空间施加垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度为 ， 在秤盘中放入待测物体，闭合开关，调节滑动变阻器接入电路的阻值，当金属棒 平衡时，通 过读取电流表的读数就可以知道待测物体的质量.已知秤盘中不放物体时，使金属棒 静止时电 流表读数为.其余电阻及摩擦不计， 题型4 通电导线在安培力作用下的运动 19 （1）求秤盘的质量 ； [答案] 解析 对金属棒进行受力分析，由平衡条件得 ，对秤盘进行受力分析，由 平衡条件得，解得 . 题型4 通电导线在安培力作用下的运动 20 （2）求此“电磁秤”称量物体的最大质量及此时滑动变阻器接入电路的阻值； [答案] ; 解析 当电路中电流最大时，此“电磁秤”称得最大质量，电路中最大电流即为电流表的最大值， 即，解得 ；对金属棒及秤盘有 ，解 得 . 题型4 通电导线在安培力作用下的运动 21 （3）为了便于知道秤盘上物体质量 的大小，请在图乙中作出物体质量与电流表读数关系的 图像. 乙 题型4 通电导线在安培力作用下的运动 22 [答案] 见解析 解析 电流与所称物体质量的关系式为 ，代入数据整理得 图像如图所示. 题型4 通电导线在安培力作用下的运动 23 $$