安培力的應用 練習 高中物理新教科版選擇性必修第二冊（2022-2023學年）

1.2安培力的應用[基礎達標練]1．如圖為一由干電池、銅線圈和釹磁鐵組成的簡易電動機，此裝置中的銅線圈能從靜止開始繞虛線OO′軸轉動起來，那么()A．若磁鐵上方為N極，從上往下看，線圈將順時針旋轉B．若磁鐵上方為S極，從上往下看，線圈將順時針旋轉C．線圈勻速轉動過程電池的化學能全部轉化為線圈的動能D．線圈加速轉動過程電池的化學能全部轉化為線圈的動能【解析】若磁鐵上方為N極，線圈左邊的電流是向下的，磁場是向左的，根據左手定則可知安培力是向內的，同理，線圈右邊的電流也是向下的，磁場是向右的，根據左手定則可知安培力是向外的，故從上往下看，線圈將順時針旋轉，故A正確；若磁鐵上方為S極，根據A項的分析，易知，從上往下看，線圈將逆時針旋轉，故B錯誤；線圈勻速轉動過程電池的化學能轉化為線圈的動能和電路的焦耳熱，故C錯誤；線圈加速轉動過程電池的化學能轉化為線圈的動能和電路的焦耳熱，故D錯誤?！敬鸢浮緼2．如圖所示，兩個完全相同、所在平面互相垂直的導體圓環(huán)P、Q中間用絕緣細線連接，通過另一絕緣細線懸掛在天花板上，當P、Q中同時通有圖示方向的恒定電流時，關于兩線圈的轉動(從上向下看)以及細線中張力的變化，下列說法正確的是()A．P順時針轉動，Q逆時針轉動，轉動時P與天花板連接的細線張力不變B．P逆時針轉動，Q順時針轉動，轉動時兩細線張力均不變C．P、Q均不動，P與天花板連接的細線和與Q連接的細線張力均增大D．P不動，Q逆時針轉動，轉動時P、Q間細線張力不變【解析】根據安培定則，P內部產生的磁場的方向垂直于紙面向外，Q內部產生的磁場水平向右，根據同名磁極相互排斥的特點，P將順時針轉動，Q將逆時針轉動；轉動后最靠近的兩點處的電流方向相同，所以兩個線圈相互吸引，P、Q間細線張力減小，整體分析受力知P與天花板連接的細線張力始終等于二者重力，不變。故A正確，B、C、D錯誤?！敬鸢浮緼3.如圖所示，O為圓心，KN、LM是半徑分別為ON、OM的同心圓弧，在O處垂直紙面有一載流直導線，電流方向垂直紙面向外，用一根導線圍成如圖KLMN所示的回路，當回路中沿圖示方向通過電流時(電源未在圖中畫出)，回路()A．將向左平動B．將向右平動C．將在紙面內繞通過O點并垂直紙面的軸轉動D．KL邊受到垂直紙面向外的力，MN邊受到垂直紙面向里的力【解析】因為通電直導線的磁感線是以O為圓心的一組同心圓，磁感線與KN邊、LM邊平行，所以KN邊、LM邊均不受力。根據左手定則可得，KL邊受到垂直紙面向外的力，MN邊受到垂直紙面向里的力，故D正確。【答案】D4.如圖所示，金屬棒MN兩端由等長的輕質細線水平懸掛，處于豎直向上的勻強磁場中，棒中通以由M向N的電流，平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為θ。如果僅改變下列某一個條件，θ角的相應變化情況是()A．棒中的電流變大，θ角變大B．兩懸線等長變短，θ角變小C．金屬棒質量變大，θ角變大D．磁感應強度變大，θ角變小【解析】作出側視圖，并對金屬棒進行受力分析，如圖所示，據圖可得tanθ＝eq\f(BIL,mg)，若棒中的電流I變大，則θ變大，選項A正確；若兩懸線等長變短，θ不變，選項B錯誤；若金屬棒的質量m變大，則θ變小，選項C錯誤；若磁感應強度B變大，則θ變大，選項D錯誤。【答案】A5．通有電流I的直導線豎直放置，且可繞O點向各個方向轉動，電流方向如圖所示，O為直導線的中心。下列哪種情況將會發(fā)生()A．導線受磁場力的作用，繞O點逆時針方向轉動B．導線受磁場力的作用，繞O點上端向外，下端向里轉動C．導線受磁場力的作用，繞O點上端向里，下端向外轉動D．導線不受磁場力的作用，故不轉動【解析】磁感線分布如圖所示，用左手定則判斷通電直導線上端受安培力方向向外，下端受安培力方向也向外，上端磁感線疏松，下端磁感線密集，可知上端磁感應強度小，導線受安培力較小，下端磁感應強度較大，導線受安培力較大，所以直導線受磁場力的作用，繞O點下端向外，上端向里轉動，故C正確，A、B、D錯誤。【答案】C6．如圖所示是磁電式電流表中的輻向磁場。假設長方形線圈的匝數為n，垂直于紙面的邊長為L1，平行于紙面的邊長為L2，線圈垂直于紙面的邊所在處磁場的磁感應強度大小為B。當通入電流I，線圈以角速度ω繞垂直紙面的中心軸OO′轉動到水平位置時，下列判斷正確的是()A．穿過線圈的磁通量為BL1L2B．線圈左側邊所受的安培力方向豎直向上C．線圈左側邊所受的安培力大小為nBIL1D．線圈左側邊轉動的線速度v＝eq\f(ωL1,2)【解析】線圈在水平位置時，穿過線圈的磁通量為零，選項A錯誤；根據左手定則可知，線圈位于水平位置時，其左側邊所受的安培力方向豎直向下，選項B錯誤；由于線圈匝數為n，根據安培力公式可知，線圈左側邊所受的安培力大小為F＝nBIL1，選項C正確；根據線速度與角速度的關系可知，線圈左側邊轉動的線速度v＝eq\f(ωL2,2)，選項D錯誤?！敬鸢浮緾7.如圖所示，在垂直于紙面向里、磁感應強度大小為B＝3T的勻強磁場中水平放置兩根平行金屬導軌，兩軌間距為l＝50cm，左端接有電動勢E＝2V、內阻r＝0.5Ω的電源?，F將一質量m＝1kg、接入電路的電阻R0＝1.5Ω的金屬棒ab垂直放置在導軌上，金屬棒與平行金屬導軌間的動摩擦因數為μ＝0.1，其余電阻不計。重力加速度g取10m/s2。開關閉合的瞬間，求：(1)金屬棒ab的電功率；(2)金屬棒ab的加速度?！窘馕觥?1)根據閉合電路歐姆定律得I＝eq\f(E,R0＋r)＝1A金屬棒兩端的電壓為U＝IR0＝1.5V則金屬棒ab的電功率為P＝UI＝1.5W。(2)根據安培力公式得F＝BIl＝1.5N而摩擦力為f＝μN＝μmg＝1N水平方向，根據牛頓第二定律得F－f＝ma所以a＝0.5m/s2，方向水平向右?！敬鸢浮?1)1.5W(2)0.5m/s2，方向水平向右[能力提升練]8．(多選)我國第一艘導電磁推進船HEMS－1的原理如圖所示，強磁場方向豎直，在垂直于船身方向兩邊安裝正負電極，電極都在海水里。當電源接通時海水中產生垂直于船體方向的強電流，推動船體運動，如果磁感應強度為5T(看作勻強磁場)，水通道寬0.5m，產生的推力為50N，則下圖中船的運動方向和船上蓄電池中的電流分別為()A．船向左運動B．船向右運動C．蓄電池中的電流為20AD．蓄電池中的電流為10A【解析】由左手定則可判斷出水流向左運動，根據牛頓第三定律可知船受力向右，由F＝BIL得I＝eq\f(F,BL)＝20A?！敬鸢浮緽C9．(多選)如圖甲所示，通電直導線MN垂直平放在兩條相互平行的水平光滑長導軌上，電流方向由M指向N，在兩軌間存在著豎直磁場，取垂直紙面向里的方向為磁感應強度的正方向，當t＝0時導線恰好靜止，若B按如圖乙所示的規(guī)律變化，導線在運動過程中電流保持恒定，下列說法正確的是()A．在最初的一個周期內，導線在導軌上往復運動B．在最初的一個周期內，導線一直向右運動C．在最初的半個周期內，導線的加速度先增大后減小D．在最初的半個周期內，導線的速度先增大后減小【解析】在第1個eq\f(1,4)T內，由左手定則可判斷出導線受到的安培力向右，導線向右做加速運動，因磁感應強度B減小，由F＝BIL知安培力減小，導線的加速度減小，由于導線仍做加速運動，速度增大，在eq\f(1,4)T時刻，導線的速度最大；在第2個eq\f(1,4)T內，因B反向，由左手定則可判斷出導線受到的安培力向左，導線向右做減速運動，因磁感應強度B增大，由F＝BIL知安培力增大，導線的加速度增大，導線做加速度增大的減速運動，速度減小，在eq\f(1,2)T時刻，導線的速度減小到零；在第3個eq\f(1,4)T內，由左手定則可判斷出導線受到的安培力向左，導線向左做加速運動，因磁感應強度B減小，由F＝BIL知安培力減小，導線的加速度減小，但導線仍做加速運動，速度增大，在eq\f(3,4)T時刻，導線的速度最大；在第4個eq\f(1,4)T內，因B反向，由左手定則可判斷出導線受到的安培力向右，導線向左做減速運動，因磁感應強度B增大，由F＝BIL知安培力增大，導線的加速度增大，導線做加速度增大的減速運動，速度減小，在T時刻，導線的速度減小到零，導線回到初始位置。故B、C錯誤，A、D正確?！敬鸢浮緼D10．如圖所示為電磁軌道炮的工作原理圖。質量為m＝4.0g的待發(fā)射彈體與水平軌道保持良好接觸，并可在寬為d＝4m，長L＝50m的兩平行軌道之間無摩擦滑動。電流I＝20A從一條軌道流入，通過彈體流回另一條軌道，用這種裝置可以把彈體加速到5km/s。下列有關軌道間勻強磁場的磁感應強度大小和磁場力的最大功率分別是()A．B＝12.5T，Pm＝5×106WB．B＝12.5T，Pm＝2.5×106WC．B＝25T，Pm＝5×106WD．B＝25T，Pm＝2.5×106W【解析】m＝4.0g＝0.004kg，通電彈體在磁場中受安培力的作用而加速，由功能關系得BIdL＝eq\f(1,2)mvm2，代入數值解得B＝1.25T；當速度最大時磁場力的功率也最大，即Pm＝BIdvm，代入數值得Pm＝5×106W，故A正確，B、C、D錯誤?！敬鸢浮緼11．如圖所示，水平放置的光滑的金屬導軌M、N平行地置于勻強磁場中，間距為d，磁場的磁感應強度大小為B，方向與導軌平面夾角為α，金屬棒ab的質量為m，放在導軌上且與導軌垂直。電源電動勢為E，定值電阻為R，其余部分電阻不計。當開關閉合的瞬間，棒ab的加速度為多大？【解析】畫出導體棒ab受力的截面圖，如圖所示。導體棒ab所受安培力F＝BId，由牛頓第二定律得Fsinα＝ma，由歐姆定律知，導體棒ab中的電流I＝eq\f(E,R)，解得a＝eq\f(BEdsinα,mR)?！敬鸢浮縠q\f(BEdsinα,mR)[創(chuàng)新應用練]12.如圖，平放的鋁鍋鍋邊上焊一接線柱a，鍋中央底部焊另一接線柱b，豎直向下的勻強磁場穿過鋁鍋。在鍋中倒入一定量的水銀，若a、b經導線接直流電源，水銀將會旋轉起來。下列判斷正確的是()A．若a接正極、b接負極，水銀將順時針旋轉B．若a接正極、b接負極，水銀將逆時針旋轉C．若僅將磁場反向，水銀的旋轉方向將不會改變D．若把鍋中的水銀換成鹽水則不會旋轉【解析】由法拉第電動機模型可知水銀在安培力的作用下轉動起來，由左手定則可知，若a接正極、b接負極，水銀將順時針旋轉，所以A正確，B錯誤；若僅將磁場反向，水銀的旋轉方向將會改變，因為安培力的方向與磁場的方向有關，所以C錯誤；若把鍋中的水銀換成鹽水也會旋轉，因為鹽水也能導電，也相當于通電導線，在磁場中會受到安培力作用，所以D錯誤?！敬鸢浮緼13．(多選)美國研發(fā)的強力武器軌道電磁炮在試射過程中將炮彈以5倍音速射向200千米外的目標，射程為海軍常規(guī)武器的10倍，且破壞力驚人。電磁炮原理如圖所示，若炮彈質量為m，水平軌道長L，寬為d，軌道摩擦不計，炮彈在軌道上做勻加速運動，要使炮彈達到5倍音速(設音速為v)，則()A．炮彈在軌道上的加速度為eq\f(25v2,2L)B．磁場力做的功為eq\f(5,2)mv2C．磁場力做功的最大功率為eq\f(125mv3,2L)D．磁場力的大小為eq\f(25mdv2,2L)【解析】炮彈在軌道上做初速度為零的勻加速直線運動，