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)

2024-10-11
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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 $$

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