第二节 安培力的应用（分层作业）物理粤教版选择性必修第二册

第二节 安培力的应用 目录 【攻核心·技能提升】 1 考点一、电磁炮 1 考点二、直流电动机 3 考点三、磁电式电流表 5 【拓思维·重难突破】 7 【链高考·精准破局】 9 考点一、电磁炮 1．根据磁场对电流会产生作用力的原理，人们研制出一种新型的发射炮弹的装置—电磁炮，其原理如图所示：把待发炮弹（导体）放置在强磁场中的两平行导轨上，给导轨通以大电流，使炮弹作为一个通电导体在磁场作用下沿导轨加速运动，并以某一速度发射出去。现要提高电磁炮的发射速度，你认为下列方案在理论上可行的是（　　） A．减小电流I的值 B．增加炮弹的质量 C．增大磁感应强度B的值 D．减小磁感应强度B的值 2．中国电磁炮技术世界领先，如图所示是一种电磁炮简易模型。间距为L的平行导轨水平放置，导轨间存在竖直方向、磁感应强度为B的匀强磁场，导轨一端接电动势为E、内阻为r的电源。带有炮弹的金属棒垂直放在导轨上，金属棒电阻为R，导轨电阻不计。通电后棒沿图示方向发射。则（　　） A．磁场方向竖直向下 B．闭合开关瞬间，安培力的大小为 C．轨道越长，炮弹的出射速度一定越大 D．若同时将电流和磁场方向反向，炮弹将沿图中相反方向发射 3．电磁炮的工作原理如图，水平面上放置两根间距为、长度为的平行导轨，导轨上放有质量为的炮弹，通上电流后，炮弹沿导轨水平加速运动。设炮弹与导轨间的弹力沿竖直方向，导轨间的磁感应强度为，方向垂直导轨平面向下，不计空气阻力，已知重力加速度大小为。当电流为时（不考虑电流对磁场的影响），炮弹恰好做匀速直线运动。则炮弹受到安培力的大小为 ，炮弹与导轨间的动摩擦因数为 ；若将电流增大一倍，则静止的炮弹可在导轨上获得的最大速度的大小为 。 4．如图所示为导轨式电磁弹射实验装置示意图。两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，其间安放金属滑块。滑块可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触。电源、两导轨、滑块构成闭合回路，滑块被导轨中的强大电流形成的磁场推动而发射。在发射过程中，该磁场在滑块所在位置始终可以简化为垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度与电流的关系为，比例常量。已知两导轨内侧间距，滑块的质量，滑块沿导轨滑行后获得的发射速度（此过程可视为匀加速运动）。 (1)求滑块在发射过程中的加速度的大小； (2)求发射过程中电源提供的电流的大小； (3)若电源输出的能量有4%转换为滑块的动能，求发射过程中电源的输出功率和输出电压。 5.以脉冲电流为电磁发射器供电，如图所示，电容器电容为，炮弹电阻为，其余电阻不计。当电键打到1时直流电源对电容器充电，当电键打到2时，电容器放电产生脉冲电流，从而推动炮弹前进。 （1）若装置的安全限制电流为，则电容器至多储存电量为 。 （2）电容器放电过程中的电压表示数随时间变化的图可能为下图中的（　　） A． B． C． （3）在图中做出炮弹速率随时间变化的图。 考点二、直流电动机 6.如图所示，将圆柱形强磁铁吸在干电池负极，金属导线折成上端有一支点、下端开口的导线框，使导线框的顶端支点和底端分别与电源正极和磁铁都接触良好但不固定，这样整个线框就可以绕电池轴心旋转起来．则（    ） A．使线框旋转起来的原理是电磁感应 B．俯视观察，线框沿顺时针方向旋转 C．电池输出的电功率等于线框旋转时的机械功率 D．旋转达到稳定时，线框中电流比刚开始转动时的电流小 7.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 8.如图是某种电磁泵模型，泵体是一个长方体，ab边长为L1，左右两侧面是边长为L2的正方形，泵体处在垂直向外、磁感应强度为B的匀强磁场中，泵体上下表面接电动势为U的电源(内阻不计)。若泵稳定工作时理想电流表示数为I，泵和水面高度差为h，液体的电阻率为ρ，t时间内抽取液体的质量为m，不计液体在流动中和管壁之间的阻力，重力加速度为g，则（　　） A．泵体上表面应接电源负极 B．电磁泵不加导电剂也能抽取纯水 C．电磁泵对液体产生的推力大小为BIL1 D．质量为m的水离开泵时的动能为UIt－mgh－I2t 9.网上流传着这样一种电动汽车加速原理，直流电机的转子接到电源上，闭合开关后，通过改变永磁铁与转子间的距离，就改变了电机的转速。则该原理（　　） A．本质是通过调节磁场改变了电流受到的力 B．本质是通过调节电流改变了电流受到的力 C．电机不转时消耗的电功率小 D．电机不转时消耗的电功率反而大 10.小明同学想在家里安装一盏照明灯，如图甲所示是他设计的电路。图中虚线框1和2应连入开关和电灯，则开关应装在 方框中；一次家庭探究活动中，小明把一个正在发光的灯泡放到U型磁体中间，如图乙所示，惊讶地发现灯丝在晃动。关于这种现象的解释，其原理与 的工作原理相同（选填“电动机”或“发电机”）。 考点三、磁电式电流表 11.磁电式电流表的构造如图甲所示，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。蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示。当电流通过线圈时，线圈在安培力的作用下转动，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，由题中的信息可知（　　） A．该电流表的刻度是均匀的 B．线圈转动过程中受到的安培力的大小变大 C．若线圈中通以如图乙所示的电流时，线圈将沿逆时针方向转动 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） 12.如图甲所示为磁电式电流表的结构图，图乙为内部结构示意图，在极靴和铁质圆柱间存在磁场，电流通过电表接线柱流入线圈，在安培力作用下发生偏转，与螺旋弹簧的反向作用平衡后，指针指示电流大小。下列说法正确的是（　　） A．为了使电流表表盘的刻度均匀，极靴与圆柱间的磁场为匀强磁场 B．为了节约成本，可以将铝框骨架换成轻质的塑料框 C．线圈中的电流方向发生改变时，指针偏转方向不变 D．运输过程中把电表正负接线柱用导线相连可减小表针摆动幅度 13.图甲为磁电式电流表的结构图，极靴和铁质圆柱间的磁场分布如图乙所示，磁感应强度大小只与到转轴的距离有关。测量某恒定电流时，线圈a、b两边的电流方向如图乙所示，则下列说法正确的是（　　） A．线圈将逆时针转动 B．线圈转动过程中，a边所受安培力方向不变 C．线圈转动过程中，a边所受安培力大小不变 D．线圈转动过程中，a边与b边所受安培力方向始终相同 14.磁电式电流表的构造如图所示，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布。长方形线圈的匝数为n，平行于纸面的边长度为，垂直于纸面的边长度为，垂直于纸面的边所在处磁场的磁感应强度大小为B。线圈在图中实线位置时，线圈中电流大小为I，改变线圈中电流，线圈稳定后停留在图中虚线位置，下列说法正确的是（　　） A．在虚线位置，线圈的磁通量最大 B．在实线位置，线圈垂直磁场的某一边受到的安培力小于 C．不论在哪个位置，线圈平行于纸面的某一边受到的安培力大小均为 D．从实线位置到虚线位置，线圈中的电流减小 15.如图所示，为高中物理实验室常用的磁电式电流表的内部结构，基本组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈，其物理原理就是通电线圈因受安培力而转动。电流表的两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。关于磁电式电流表，下列说法正确的是（　　） A．铁质圆柱内部磁感应强度为零 B．线圈的磁通量始终为零 C．线圈转动时，螺旋弹簧变形，反抗线圈转动 D．电流不为零，线圈停止转动后不再受到安培力 16.如图为航母上电磁弹射装置的原理简图，待弹射的飞机挂在导体棒上，导体棒放在处于竖直匀强磁场中的两平行导轨上。给导轨通以电流，导体棒和飞机就沿导轨加速，从而将飞机向右弹射出去。以下说法中正确的是（　　） ①导体棒中的电流方向是 ②导体棒中的电流方向是 ③增大导轨中电流可提高飞机的弹射速度 ④改变磁感应强度大小可改变飞机的弹射速度 A．①②③ B．②③④ C．①③ D．②④ 17.电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器．如图为美国试验所采用的电磁轨道，该轨道长7.5m，宽1.5m。若发射质量为50g的炮弹从轨道左端以初速度为零开始加速，当回路中的电流恒为20A时，最大速度可达3km/s。轨道间所加磁场为匀强磁场，不计空气及摩擦阻力。下列说法正确的是（　　）    A．磁场方向为竖直向下 B．磁场方向为水平向右 C．磁感应强度的大小为103T D．电磁炮的加速度大小为3×105m/s2 18.电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度，原理示意图如图所示。图中直流电源电动势为，电容器的电容为。两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为，电阻不计。导轨间存在磁感应强度大小为、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场（图中未画出），炮弹等效为一质量为、电阻为的金属棒，垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨接触良好。首先开关接1，使电容器完全充电。然后将开关接至2，开始向右加速运动。已知达到最大速度后才离开导轨，忽略空气阻力，则（　　）    A．直流电源的端是正极 B．刚开始运动时，加速度大小为 C．离开导轨时，电容器已经放电完毕 D．离开导轨时，电容器上剩余的电荷量为 19.（多选）将一段裸铜导线弯成图甲所示形状的线框，使线框上端的弯折位置与一节五号干电池的正极良好接触，一块圆柱形强磁铁N极吸附在电池的负极（N极在上，S极在下）线框下面的两端P，Q与磁铁表面及电池的负极均保持良好接触，放手后线框就会转动，从而制成了一个“简易电动机”，如图乙所示。关于该“简易电动机”，下列说法正确的是（　　） A．线框转动是由于受到电场力的作用 B．从上向下看，线框沿顺时针方向转动 C．若其他条件不变，仅将磁铁的磁极调换，则线框转动的方向将反向 D．在线框由静止开始转动至转动稳定的过程中，通过线框的电流不变 20.（多选）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．较小的线圈面积 B．较强的辐向分布的磁场 C．较多的线圈匝数 D．劲度系数较大的两个螺旋弹簧 21.（2024·浙江·高考真题）磁电式电表原理示意图如图所示，两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，两者之间有可转动的线圈。a、b、c和d为磁场中的四个点。下列说法正确的是（　　） A．图示左侧通电导线受到安培力向下 B．a、b两点的磁感应强度相同 C．圆柱内的磁感应强度处处为零 D．c、d两点的磁感应强度大小相等 22.（2023·北京·高考真题）2022年，我国阶段性建成并成功运行了“电磁橇”，创造了大质量电磁推进技术的世界最高速度纪录。一种两级导轨式电磁推进的原理如图所示。两平行长直金属导轨固定在水平面，导轨间垂直安放金属棒。金属棒可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨接触良好，电流从一导轨流入，经过金属棒，再从另一导轨流回，图中电源未画出。导轨电流在两导轨间产生的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度B与电流i的关系式为（k为常量）。金属棒被该磁场力推动。当金属棒由第一级区域进入第二级区域时，回路中的电流由I变为。已知两导轨内侧间距为L，每一级区域中金属棒被推进的距离均为s，金属棒的质量为m。求： （1）金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小F； （2）金属棒经过第一、二级区域的加速度大小之比； （3）金属棒从静止开始经过两级区域推进后的速度大小v。    / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二节 安培力的应用 目录 【攻核心·技能提升】 1 考点一、电磁炮 1 考点二、直流电动机 3 考点三、磁电式电流表 5 【拓思维·重难突破】 7 【链高考·精准破局】 9 考点一、电磁炮 1．根据磁场对电流会产生作用力的原理，人们研制出一种新型的发射炮弹的装置—电磁炮，其原理如图所示：把待发炮弹（导体）放置在强磁场中的两平行导轨上，给导轨通以大电流，使炮弹作为一个通电导体在磁场作用下沿导轨加速运动，并以某一速度发射出去。现要提高电磁炮的发射速度，你认为下列方案在理论上可行的是（　　） A．减小电流I的值 B．增加炮弹的质量 C．增大磁感应强度B的值 D．减小磁感应强度B的值 【答案】C 【详解】根据动能定理可得 可知要提高电磁炮的发射速度，可以增大电流I的值，增大磁感应强度B的值，减小炮弹的质量。 故选C。 2．中国电磁炮技术世界领先，如图所示是一种电磁炮简易模型。间距为L的平行导轨水平放置，导轨间存在竖直方向、磁感应强度为B的匀强磁场，导轨一端接电动势为E、内阻为r的电源。带有炮弹的金属棒垂直放在导轨上，金属棒电阻为R，导轨电阻不计。通电后棒沿图示方向发射。则（　　） A．磁场方向竖直向下 B．闭合开关瞬间，安培力的大小为 C．轨道越长，炮弹的出射速度一定越大 D．若同时将电流和磁场方向反向，炮弹将沿图中相反方向发射 【答案】B 【详解】A．流过炮弹的电流为逆时针方向，所受安培力水平向右，根据左手定则可知磁场方向竖直向上，故A错误； B．闭合开关瞬间电流为 则安培力为 故B正确； C．金属棒开始运动后会产生反电动势，随着速度增大，反电动势随之增大，则金属棒的电流越来越小，安培力也越来越小，直到通过金属棒的电流为零，速度达到最大，所以炮弹的出射速度有最大值，故C错误； D．若同时将电流和磁场方向反向，根据左手定则可知，炮弹发射方向不变，故D错误。 故选B。 3．电磁炮的工作原理如图，水平面上放置两根间距为、长度为的平行导轨，导轨上放有质量为的炮弹，通上电流后，炮弹沿导轨水平加速运动。设炮弹与导轨间的弹力沿竖直方向，导轨间的磁感应强度为，方向垂直导轨平面向下，不计空气阻力，已知重力加速度大小为。当电流为时（不考虑电流对磁场的影响），炮弹恰好做匀速直线运动。则炮弹受到安培力的大小为 ，炮弹与导轨间的动摩擦因数为 ；若将电流增大一倍，则静止的炮弹可在导轨上获得的最大速度的大小为 。 【答案】 【详解】[1][2]当电流为时（不考虑电流对磁场的影响），炮弹恰好做匀速直线运动，则炮弹受到安培力的大小为 根据受力平衡可得 解得炮弹与导轨间的动摩擦因数为 [3]若将电流增大一倍，根据动能定理可得 联立解得静止的炮弹可在导轨上获得的最大速度的大小为 4．如图所示为导轨式电磁弹射实验装置示意图。两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，其间安放金属滑块。滑块可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触。电源、两导轨、滑块构成闭合回路，滑块被导轨中的强大电流形成的磁场推动而发射。在发射过程中，该磁场在滑块所在位置始终可以简化为垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度与电流的关系为，比例常量。已知两导轨内侧间距，滑块的质量，滑块沿导轨滑行后获得的发射速度（此过程可视为匀加速运动）。 (1)求滑块在发射过程中的加速度的大小； (2)求发射过程中电源提供的电流的大小； (3)若电源输出的能量有4%转换为滑块的动能，求发射过程中电源的输出功率和输出电压。 【答案】(1) (2) (3)， 【详解】（1）滑块在两导轨间做匀加速运动有   解得 （2）根据牛顿第二定律，可知滑块受到的安培力 又   联立解得 （3）电源输出的能量有转换为滑块的动能，则有   其中   解得   又   解得 5.以脉冲电流为电磁发射器供电，如图所示，电容器电容为，炮弹电阻为，其余电阻不计。当电键打到1时直流电源对电容器充电，当电键打到2时，电容器放电产生脉冲电流，从而推动炮弹前进。 （1）若装置的安全限制电流为，则电容器至多储存电量为 。 （2）电容器放电过程中的电压表示数随时间变化的图可能为下图中的（　　） A． B． C． （3）在图中做出炮弹速率随时间变化的图。 【答案】（1）． （2）．B （3）． 【解析】（1）．若装置的安全限制电流为，则电容器至多储存电量为 （2）．电容器放电过程中，炮弹在安培力作用下开始运动速度为，产生一个电动势，阻碍放电，导致电流减小，导体棒做加速度逐渐减小的加速运动，直至电流减为0，当电容器的电压时，放电完毕，而电压表的电压等于电容器两端电压。 故选A。 （3）．电容器放电过程中，炮弹在安培力作用下开始运动，同时阻碍放电，导致电流减小，安培力减小，导体棒做加速度逐渐减小的加速运动，直至电流减为0，速度达到最大，炮弹速率随时间变化的 v—t 图如图所示： 考点二、直流电动机 6.如图所示，将圆柱形强磁铁吸在干电池负极，金属导线折成上端有一支点、下端开口的导线框，使导线框的顶端支点和底端分别与电源正极和磁铁都接触良好但不固定，这样整个线框就可以绕电池轴心旋转起来．则（    ） A．使线框旋转起来的原理是电磁感应 B．俯视观察，线框沿顺时针方向旋转 C．电池输出的电功率等于线框旋转时的机械功率 D．旋转达到稳定时，线框中电流比刚开始转动时的电流小 【答案】D 【详解】A．导线框能转动起来的原理是：通电导体在磁场中受到力的作用，故A错误； B．通电导体在磁场中的受力方向与磁场方向和电流方向有关，由图可知，俯视观察，利用左手定则可知，线框受力后会沿逆时针方向旋转，故B错误； C．由于电流的热效应和摩擦阻力，电池的电能没有全部转化为机械能，因此电池输出的电功率会大于线框旋转的机械功率，故C错误； D．启动前相当于短路，因而电流很大，而线框旋转达到稳定时，线框转动所需的力更小，线框中电流比刚开始转动时的小，故D正确。 故选D。 7.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 【答案】B 【详解】A．电动机的电功率表达式为，代入题中数据可得 解得 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，段受力方向向上，再由左手定则可知，电流方向由A指向B，故b为正极，a为负极，B项错误； C．电动机转过180°后两半铜环所接电刷互换，间电流方向改变，依次类推可知，A点与B点间电流方向不断改变，C项正确； D．直流电源可以驱动该电动机正常工作，D项正确。 此题选择不正确的选项，故选B。 8.如图是某种电磁泵模型，泵体是一个长方体，ab边长为L1，左右两侧面是边长为L2的正方形，泵体处在垂直向外、磁感应强度为B的匀强磁场中，泵体上下表面接电动势为U的电源(内阻不计)。若泵稳定工作时理想电流表示数为I，泵和水面高度差为h，液体的电阻率为ρ，t时间内抽取液体的质量为m，不计液体在流动中和管壁之间的阻力，重力加速度为g，则（　　） A．泵体上表面应接电源负极 B．电磁泵不加导电剂也能抽取纯水 C．电磁泵对液体产生的推力大小为BIL1 D．质量为m的水离开泵时的动能为UIt－mgh－I2t 【答案】D 【详解】A．当泵体上表面接电源的负极时，电流从下向上流过泵体，这时受到的磁场力水平向右，不会拉动液体，故A错误； B．纯水中不含有导电离子，分析电磁泵的工作原理可知，不加导电剂，不能抽取不导电的纯水，故B错误； C．根据安培力公式F=BIL2，故C错误； D．液体的电阻 若t时间内抽取水的质量为m，根据能量守恒定律，则这部分水离开泵时的动能为 故D正确。 故选D。 9.（多选）网上流传着这样一种电动汽车加速原理，直流电机的转子接到电源上，闭合开关后，通过改变永磁铁与转子间的距离，就改变了电机的转速。则该原理（　　） A．本质是通过调节磁场改变了电流受到的力 B．本质是通过调节电流改变了电流受到的力 C．电机不转时消耗的电功率小 D．电机不转时消耗的电功率反而大 【答案】AD 【详解】AB．永磁铁与转子间的距离就是改变了转子处的磁场大小，从而改变了电流受到的安培力，选项A正确，B错误； CD．电机不转时电流大幅增加，消耗的电功率更多，选项C错误，D正确。 故选AD。 10.小明同学想在家里安装一盏照明灯，如图甲所示是他设计的电路。图中虚线框1和2应连入开关和电灯，则开关应装在 方框中；一次家庭探究活动中，小明把一个正在发光的灯泡放到U型磁体中间，如图乙所示，惊讶地发现灯丝在晃动。关于这种现象的解释，其原理与 的工作原理相同（选填“电动机”或“发电机”）。 【答案】 2 电动机 【详解】[1]为了用电安全，开关应该接在火线与电灯之间，因此开关应装在2处； [2]图乙中，发光的灯泡灯丝有电流通过，放入U型磁体中后灯丝晃动，说明通电导体在磁场中受到力的作用，与电动机的原理相同。 考点三、磁电式电流表 11.磁电式电流表的构造如图甲所示，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。蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示。当电流通过线圈时，线圈在安培力的作用下转动，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，由题中的信息可知（　　） A．该电流表的刻度是均匀的 B．线圈转动过程中受到的安培力的大小变大 C．若线圈中通以如图乙所示的电流时，线圈将沿逆时针方向转动 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） 【答案】A 【详解】A．依题意可知，其中N、B、S、k为常数，则I与θ成正比，故电流表的刻度是均匀的，A正确； B．由安培力，其中N、B、L为常数，电流I不变，故线圈转动过程中受到的安培力的大小不变，B错误； C．如图所示，根据左手定则，线圈将沿顺时针方向转动，C错误； D．电流表的灵敏度，更换k值更大的螺旋弹簧，灵敏度减小，D错误。 故选A。 12.如图甲所示为磁电式电流表的结构图，图乙为内部结构示意图，在极靴和铁质圆柱间存在磁场，电流通过电表接线柱流入线圈，在安培力作用下发生偏转，与螺旋弹簧的反向作用平衡后，指针指示电流大小。下列说法正确的是（　　） A．为了使电流表表盘的刻度均匀，极靴与圆柱间的磁场为匀强磁场 B．为了节约成本，可以将铝框骨架换成轻质的塑料框 C．线圈中的电流方向发生改变时，指针偏转方向不变 D．运输过程中把电表正负接线柱用导线相连可减小表针摆动幅度 【答案】D 【详解】A．极靴与圆柱间的磁场是均匀地辐向分布，并不是匀强磁场，这样可以保证线圈转动过程中各个位置的磁感应强度的大小不变，从而使电流表表盘刻度均匀，故A错误； B．用金属铝做线圈框架，主要原因有：铝不导磁，用铝做框架可以减小对磁场的影响，使仪表的准确性更高；铝材料较轻，电阻率较小，能更好地利用电磁阻尼现象，使指针迅速停下来，所以不能用塑料框，故B错误； C．线圈中通过的是直流电流，由左手定则可知，当线圈中的电流方向发生改变时，线圈受到的安培力方向改变，可知指针偏转方向改变，故C错误； D．运输过程中把电表正负接线柱用导线相连，使线圈构成闭合回路，指针摆动时产生感应电流，磁场对感应电流产生安培力作用，这样可减小表针摆动幅度，故D正确。 故选D。 13.图甲为磁电式电流表的结构图，极靴和铁质圆柱间的磁场分布如图乙所示，磁感应强度大小只与到转轴的距离有关。测量某恒定电流时，线圈a、b两边的电流方向如图乙所示，则下列说法正确的是（　　） A．线圈将逆时针转动 B．线圈转动过程中，a边所受安培力方向不变 C．线圈转动过程中，a边所受安培力大小不变 D．线圈转动过程中，a边与b边所受安培力方向始终相同 【答案】C 【详解】A．根据左手定则可知，a边受到的安培力向上，b边受到的安培力向下，线圈顺时针转动，A错误； B．转动的过程中，磁场方向发生改变，安培力的方向发生变化，B错误； C．磁感应强度和电流大小不变，故安培力的大小不变，C正确； D．根据左手定则可知，线圈转动过程中，边与边所受安培力方向始终相反，D错误。 故选C。 14.磁电式电流表的构造如图所示，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布。长方形线圈的匝数为n，平行于纸面的边长度为，垂直于纸面的边长度为，垂直于纸面的边所在处磁场的磁感应强度大小为B。线圈在图中实线位置时，线圈中电流大小为I，改变线圈中电流，线圈稳定后停留在图中虚线位置，下列说法正确的是（　　） A．在虚线位置，线圈的磁通量最大 B．在实线位置，线圈垂直磁场的某一边受到的安培力小于 C．不论在哪个位置，线圈平行于纸面的某一边受到的安培力大小均为 D．从实线位置到虚线位置，线圈中的电流减小 【答案】D 【详解】A．线圈在虚线位置时，处于水平位置，穿过线圈的磁通量为零，故A错误； B． 磁电式电流表内部的磁场是均匀辐向分布的，这种分布确保了不论线圈转到什么角度，其平面都与磁感线保持平行，所以线圈在通电时，无论在那个位置始终受到大小相同的安培力，由于线圈匝数为n，根据安培力公式可知，线圈垂直磁场的某一边在实线位置所受的安培力大小为 故B错误； C． 不论在哪个位置，线圈平行于纸面的某一边与磁场方向平行，受到的安培力为零，故C错误； D． 根据线圈的转动与电流的关系，即电流的大小决定了线圈转动的幅度，电流变大线圈转动的幅度变大，电流变小线圈转动的幅度变小，从实线位置到虚线位置，线圈转动的幅度变小，线圈中的电流减小，故D正确。 故选D。 15.如图所示，为高中物理实验室常用的磁电式电流表的内部结构，基本组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈，其物理原理就是通电线圈因受安培力而转动。电流表的两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。关于磁电式电流表，下列说法正确的是（　　） A．铁质圆柱内部磁感应强度为零 B．线圈的磁通量始终为零 C．线圈转动时，螺旋弹簧变形，反抗线圈转动 D．电流不为零，线圈停止转动后不再受到安培力 【答案】C 【详解】AB．铁质圆柱没有将磁场屏蔽，内部有磁场，即铁质圆柱内部磁感应强度不为零；磁场是辐向分布，穿过线圈的磁通量不是始终为0，故AB错误； CD．线圈中通电流时，线圈受到安培力的作用使线圈转动，螺旋弹簧被扭紧，阻碍线圈转动，随着弹力的增加，当弹力与安培力平衡时线圈停止转动，故C正确，D错误。 故选C。 16.如图为航母上电磁弹射装置的原理简图，待弹射的飞机挂在导体棒上，导体棒放在处于竖直匀强磁场中的两平行导轨上。给导轨通以电流，导体棒和飞机就沿导轨加速，从而将飞机向右弹射出去。以下说法中正确的是（　　） ①导体棒中的电流方向是 ②导体棒中的电流方向是 ③增大导轨中电流可提高飞机的弹射速度 ④改变磁感应强度大小可改变飞机的弹射速度 A．①②③ B．②③④ C．①③ D．②④ 【答案】B 【详解】飞机受到的安培力向右，所以根据左手定则可知电流由M指向N，设导体棒的长度为L，导体棒中的电流为I,导轨的长度为x，弹射过程中飞机受的阻力恒为，则飞机受到的安培力大小为 根据牛顿第二定律则有 解得飞机加速度为 由匀变速直线运动规律 联立解得飞机的弹射速度 由此可知，增大导轨中电流可提高飞机的弹射速度，改变磁感应强度大小可改变飞机的弹射速度，因此①错误，②③④正确。 故选B。 17.电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器．如图为美国试验所采用的电磁轨道，该轨道长7.5m，宽1.5m。若发射质量为50g的炮弹从轨道左端以初速度为零开始加速，当回路中的电流恒为20A时，最大速度可达3km/s。轨道间所加磁场为匀强磁场，不计空气及摩擦阻力。下列说法正确的是（　　）    A．磁场方向为竖直向下 B．磁场方向为水平向右 C．磁感应强度的大小为103T D．电磁炮的加速度大小为3×105m/s2 【答案】C 【详解】AB．炮弹受到的安培力向右，根据左手定则可知，磁场方向为竖直向上，故AB错误； CD．由速度位移公式 其中 解得电磁炮的加速度大小 根据牛顿第二定律 其中 解得 故C正确，D错误。 故选C。 18.电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度，原理示意图如图所示。图中直流电源电动势为，电容器的电容为。两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为，电阻不计。导轨间存在磁感应强度大小为、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场（图中未画出），炮弹等效为一质量为、电阻为的金属棒，垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨接触良好。首先开关接1，使电容器完全充电。然后将开关接至2，开始向右加速运动。已知达到最大速度后才离开导轨，忽略空气阻力，则（　　）    A．直流电源的端是正极 B．刚开始运动时，加速度大小为 C．离开导轨时，电容器已经放电完毕 D．离开导轨时，电容器上剩余的电荷量为 【答案】D 【详解】A．MN向右加速，则安培力向右，磁场方向垂直于导轨平面向上，可知电流从N到M，则电容器下极板带正电，即直流电源的b端是正极，选项A错误； B．MN刚开始运动时，加速度大小为 选项B错误； C．MN达到最大速度才离开导轨，此时MN中电流为零，即MN产生的感应电动势等于电容器两板间的电压，此时电容器还没有放电完毕，选项C错误； D．当电容器充电完毕时，设电容器上电量为Q0，有 Q0=CE 开关S接2后，MN开始向右加速运动，速度达到最大值vmax时，设MN上的感应电动势为E′，有 E′=BLvmax 依题意有 设在此过程中MN的平均电流为，MN上受到的平均安培力为，有 由动量定理，有 又 联立得 选项D正确。 故选D。 19.（多选）将一段裸铜导线弯成图甲所示形状的线框，使线框上端的弯折位置与一节五号干电池的正极良好接触，一块圆柱形强磁铁N极吸附在电池的负极（N极在上，S极在下）线框下面的两端P，Q与磁铁表面及电池的负极均保持良好接触，放手后线框就会转动，从而制成了一个“简易电动机”，如图乙所示。关于该“简易电动机”，下列说法正确的是（　　） A．线框转动是由于受到电场力的作用 B．从上向下看，线框沿顺时针方向转动 C．若其他条件不变，仅将磁铁的磁极调换，则线框转动的方向将反向 D．在线框由静止开始转动至转动稳定的过程中，通过线框的电流不变 【答案】BC 【分析】本题考查电磁感应，目的是考查学生的推理能力。 【详解】A．线框转动是由于受到安培力的作用，选项A错误； B．在题图乙所示位置，线框左半部分所受安培力的合力方向向里，右半部分所受安培力的合力方向向外，从上向下看，线框沿顺时针方向转动，选项B正确； C．将磁铁的磁极调换后，磁场方向反向，根据左手定则，安培力方向也反向，故线框转动的方向将反向，选项C正确； D．线框转动的过程中切割磁感线，产生反电动势，通过线框的电流比刚开始转动时的电流小，选项D错误。 故选BC。 20.（多选）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．较小的线圈面积 B．较强的辐向分布的磁场 C．较多的线圈匝数 D．劲度系数较大的两个螺旋弹簧 【答案】BC 【详解】A．较小的线圈面积，这样在磁场中线圈通电导线的有效长度会小，会受到较小的安培力，线圈不容易转动，灵敏度较小，A错误； B．较强的辐向分布的磁场，则有较大的磁感应强度Ｂ，由安培力公式，可知线圈受到的安培力较大，线圈越容易转动，能提高电流表的灵敏度，B正确； C．较多的线圈匝数，线圈受到的安培力的合力较大，线圈转动容易，可以提高电流表的灵敏度，C正确； D．两个螺旋弹簧的作用是阻尼作用，因此劲度系数较大的两个螺旋弹簧不会提高电流表的灵敏度，D错误。 故选BC。 21.（2024·浙江·高考真题）磁电式电表原理示意图如图所示，两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，两者之间有可转动的线圈。a、b、c和d为磁场中的四个点。下列说法正确的是（　　） A．图示左侧通电导线受到安培力向下 B．a、b两点的磁感应强度相同 C．圆柱内的磁感应强度处处为零 D．c、d两点的磁感应强度大小相等 【答案】A 【详解】A．由左手定则可知，图示左侧通电导线受到安培力向下，选项A正确；     B．a、b两点的磁感应强度大小相同，但是方向不同，选项B错误； C．磁感线是闭合的曲线，则圆柱内的磁感应强度不为零，选项C错误； D．因c点处的磁感线较d点密集，可知 c点的磁感应强度大于d点的磁感应强度，选项D错误。 故选A。 22.（2023·北京·高考真题）2022年，我国阶段性建成并成功运行了“电磁橇”，创造了大质量电磁推进技术的世界最高速度纪录。一种两级导轨式电磁推进的原理如图所示。两平行长直金属导轨固定在水平面，导轨间垂直安放金属棒。金属棒可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨接触良好，电流从一导轨流入，经过金属棒，再从另一导轨流回，图中电源未画出。导轨电流在两导轨间产生的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度B与电流i的关系式为（k为常量）。金属棒被该磁场力推动。当金属棒由第一级区域进入第二级区域时，回路中的电流由I变为。已知两导轨内侧间距为L，每一级区域中金属棒被推进的距离均为s，金属棒的质量为m。求： （1）金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小F； （2）金属棒经过第一、二级区域的加速度大小之比； （3）金属棒从静止开始经过两级区域推进后的速度大小v。    【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】（1）由题意可知第一级区域中磁感应强度大小为 金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小为 （2）根据牛顿第二定律可知，金属棒经过第一级区域的加速度大小为 第二级区域中磁感应强度大小为 金属棒经过第二级区域时受到安培力的大小为 金属棒经过第二级区域的加速度大小为 则金属棒经过第一、二级区域的加速度大小之比为 （3）金属棒从静止开始经过两级区域推进后，根据动能定理可得 解得金属棒从静止开始经过两级区域推进后的速度大小为 / 学科网（北京）股份有限公司 $