【同步】高中物理教科版(2019)選擇性必修2：第1章2.安培力的應(yīng)用分層作業(yè)習(xí)題

第一章分層作業(yè)2安培力的應(yīng)用A級(jí)必備知識(shí)基礎(chǔ)練1.(2023上海嘉定高二模擬改編)磁電式電流表的基本組成部分是永磁體、線圈、鐵芯等,下列關(guān)于磁電式電流表的說法正確的是()A.磁電式電流表中的線圈平面與磁感線平行B.磁電式電流表中的鐵芯是為了減小線圈與磁場間的作用力C.磁電式電流表中通入的電流越大,指針偏轉(zhuǎn)角度越小D.改變電流方向,指針偏轉(zhuǎn)方向不變2.(2023廣東梅州高二期末)電磁彈射就是采用電磁的能量來推動(dòng)被彈射的物體向外運(yùn)動(dòng),電磁炮就是利用電磁彈射工作的。電磁炮的原理如圖所示,則炮彈導(dǎo)體滑塊受到的安培力的方向是()A.水平向左B.水平向右C.豎直向下D.豎直向上3.(2023上海模擬)電磁炮是通過給導(dǎo)軌回路通以很大的電流,使拋射體在導(dǎo)軌電流產(chǎn)生磁場的安培力作用下沿導(dǎo)軌加速運(yùn)動(dòng),最終以很高的速度將拋射體發(fā)射出去。電磁炮的原理示意圖如圖所示,磁場垂直于軌道平面,則()A.可減小導(dǎo)軌回路中的電流來提高拋射體的發(fā)射速度B.兩軌道間磁場的方向垂直軌道平面向上C.改變電流的方向不影響拋射體的發(fā)射方向D.拋射體的發(fā)射速度與拋射體的質(zhì)量無關(guān)4.為了降低潛艇噪聲,提高其前進(jìn)速度,可用電磁推進(jìn)器替代螺旋槳。電磁推進(jìn)器用絕緣材料制成直海水管道,馬鞍形超導(dǎo)線圈在管道內(nèi)形成磁場,正、負(fù)電極與直流電源相連在海水中形成電流。裝置的截面圖如圖所示,關(guān)于該電磁推進(jìn)器,下列說法正確的是()A.同等情況下,裝置在純凈的淡水湖中推進(jìn)效果比在海水中好B.同等情況下,增加磁感應(yīng)強(qiáng)度不能改變推進(jìn)效果C.圖示中海水受到的安培力方向垂直紙面向里D.圖示中推進(jìn)器受到海水推力方向垂直紙面向里B級(jí)關(guān)鍵能力提升練5.(多選)(2023廣東佛山高二期末)某種電磁彈射系統(tǒng)的簡化示意圖如圖所示,金屬彈射桿橫架在兩根水平放置且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌上。使用時(shí)先把開關(guān)撥到a給儲(chǔ)能電容充電,然后開關(guān)撥到b讓電容器放電?；芈匪查g產(chǎn)生巨大電流,從而產(chǎn)生超強(qiáng)磁場,彈射桿在安培力的作用下被快速彈出。若忽略空氣阻力,下列說法正確的是()A.要使圖中彈射桿向右彈射,則電源必須上正下負(fù)B.要使圖中彈射桿向右彈射,對(duì)電源正負(fù)極的連接沒要求C.彈射桿將沿軌道做變加速運(yùn)動(dòng)D.若導(dǎo)軌摩擦不計(jì),電容器儲(chǔ)存的電能全部轉(zhuǎn)化為彈射桿的機(jī)械能6.(2023山西高二期末)2022年10月,我國成功運(yùn)行了世界首個(gè)“電磁撬”設(shè)施,它可以將噸級(jí)及以上物體最高加速到1030km/h。簡化后的“電磁撬”模型如圖所示,兩根平行長直金屬導(dǎo)軌沿水平方向固定,其間安放金屬滑塊,滑塊可沿導(dǎo)軌無摩擦滑行,且始終與導(dǎo)軌保持良好接觸。電源提供的強(qiáng)大電流經(jīng)導(dǎo)軌—滑塊—導(dǎo)軌流回電源,滑塊被導(dǎo)軌中電流形成的磁場推動(dòng)而加速。將滑塊所處位置的磁場簡化為方向垂直紙面的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=5T,若兩導(dǎo)軌間的距離l=2m,滑塊質(zhì)量為1000kg,設(shè)通電后滑塊開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng),其加速度大小為50m/s2,求:(1)滑塊勻加速過程中電源提供的電流大小;(2)滑塊沿軌道運(yùn)動(dòng)9m時(shí)所受安培力的瞬時(shí)功率。7.一電流表的原理示意圖如圖所示。質(zhì)量為m的勻質(zhì)細(xì)金屬棒MN的中點(diǎn)處通過一掛鉤與一豎直懸掛的絕緣彈簧相連,絕緣彈簧的勁度系數(shù)為k。在矩形區(qū)域abcd內(nèi)有勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向外。與MN的右端N連接的一絕緣輕指針可指示標(biāo)尺上的示數(shù),MN的長度大于lab。當(dāng)MN中沒有電流通過且處于平衡狀態(tài)時(shí),MN與矩形區(qū)域的cd邊重合,當(dāng)MN中有電流通過時(shí),指針示數(shù)可表示電流的大小。重力加速度為g。(1)當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí),彈簧的伸長量為多少?(2)若要電流表正常工作,MN的哪一端應(yīng)與電源正極相接?(3)若k=2.0N/m,lab=0.20m,lbc=0.05m,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.20T,則此電流表的量程為多少?(不計(jì)通電時(shí)電流產(chǎn)生的磁場的作用)(4)在(3)的條件下,若將電流表的量程擴(kuò)大為原來的2倍,磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)變?yōu)槎啻?

參考答案分層作業(yè)2安培力的應(yīng)用1.A解析磁電式電流表中的磁場是均勻輻向分布的,不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度,線圈的平面都跟磁感線平行,A正確;鐵芯被磁化變成了磁體,它的磁場和線圈的磁場同向、相互疊加加強(qiáng),增大線圈與磁場間的作用,B錯(cuò)誤;線圈所受安培力的大小隨電流增大而增大,所以磁電式電流表中通入的電流越大,指針偏轉(zhuǎn)角度越大,C錯(cuò)誤;改變電流方向,線圈所受安培力的方向發(fā)生變化,指針偏轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變,D錯(cuò)誤。2.A解析由左手定則可知,炮彈導(dǎo)體滑塊受到的安培力的方向水平向左。故選A。3.C解析拋射體運(yùn)動(dòng)受到安培力F=BIL,又B∝I,故增大導(dǎo)軌回路中的電流來提高拋射體的發(fā)射速度,A錯(cuò)誤;根據(jù)安培定則可知,兩軌道間磁場的方向垂直軌道平面向下,B錯(cuò)誤;改變電流的方向,磁場方向垂直軌道平面向上,根據(jù)左手定則可得,安培力方向不變,故不影響拋射體的發(fā)射方向,C正確;根據(jù)動(dòng)能定理可知,合外力做功不變,動(dòng)能變化量不變,質(zhì)量大的速度小,D錯(cuò)誤。4.C解析海水導(dǎo)電效果好于淡水,同等情況下電流大的推進(jìn)效果好,故A錯(cuò)誤;安培力與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比,增加磁感應(yīng)強(qiáng)度可以增強(qiáng)推進(jìn)效果,故B錯(cuò)誤;根據(jù)左手定則,安培力垂直紙面向里,故C正確;根據(jù)牛頓第三定律,推進(jìn)器受到的海水推力方向向外,故D錯(cuò)誤。5.BC解析當(dāng)電源上正下負(fù)時(shí),可知充電后電容器上極板帶正電,下極板帶負(fù)電,則電容器放電時(shí),回路電流為順時(shí)針方向,產(chǎn)生垂直紙面向里的磁場,根據(jù)左手定則可知,彈射桿受到向右的安培力,使彈射桿向右彈射;當(dāng)電源上負(fù)下正時(shí),可知充電后電容器下極板帶正電,上極板帶負(fù)電,則電容器放電時(shí),回路電流為逆時(shí)針方向,產(chǎn)生垂直紙面向外的磁場,根據(jù)左手定則可知,彈射桿受到向右的安培力,使彈射桿向右彈射;要使圖中彈射桿向右彈射,對(duì)電源正負(fù)極的連接沒要求,故A錯(cuò)誤,B正確。電容器放電過程,回路電流逐漸減小,彈射桿受到的安培力逐漸減小,彈射桿將沿軌道做變加速運(yùn)動(dòng),故C正確。若導(dǎo)軌摩擦不計(jì),當(dāng)彈射桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大小等于電容器兩端電壓時(shí),電容器不再放電,電容器仍儲(chǔ)存有一定的電能,故電容器儲(chǔ)存的電能不會(huì)全部轉(zhuǎn)化為彈射桿的機(jī)械能和焦耳熱,故D錯(cuò)誤。6.答案(1)5000A(2)1.5×106W解析(1)滑塊在兩導(dǎo)軌間做勻加速直線運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓第二定律有F安=BIL=ma解得I=5000A。(2)根據(jù)速度位移關(guān)系有v2=2ax所受安培力的瞬時(shí)功率為P=F安v解得P=1.5×106W。7.答案(1)mgk(2)M端(3)0~2.5A(4)0.解析(1)設(shè)電流表示數(shù)為零時(shí),彈簧的伸長量為Δx,則有mg=kΔx,解得Δx=mgk(2)為使電流表正常工作,通有電流的金屬棒MN所受的安培力必須向下,由左手定則分析知,M端