資源簡介

第二節　安培力的應用
(分值:100分)
選擇題1~11題,每小題8分,共88分。
基礎對點練
題組一　電流天平和電磁炮
1.如圖所示,用天平測量勻強磁場的磁感應強度。下列各選項所示的載流線圈匝數相同,邊長MN相等,將它們分別掛在天平的右臂下方,線圈中通有大小相同的電流,天平處于平衡狀態。若磁場發生微小變化,天平最容易失去平衡的是 (　　)
A B
C D
2.(多選)為了提高航空母艦上飛機在單位時間內起飛的架次,人們正研制一種電磁彈射裝置,它的基本原理如圖所示。待彈射的飛機掛在導體棒上,導體棒放置在處于勻強磁場中的兩條平行導軌上,給導軌通以很大的電流,使飛機和導體棒作為一個載流導體在磁場的作用下,沿導軌做加速運動,從而將飛機以某一速度彈射出去。關于這種彈射裝置以下說法中正確的是 (　　)
導體棒中的電流方向是N→M
導體棒中的電流方向是M→N
可以通過改變磁感應強度的大小來改變飛機彈射出時速度
可以通過增大導軌中的電流來提高飛機的彈射速度
3.(粵教版P11T1改編)電磁炮是一種新式兵器,炮彈的出射速度可達當前海軍艦炮的3倍以上,其原理是利用磁場產生的安培力來對金屬炮彈進行加速。圖為電磁炮的示意圖,兩根間距為L的光滑平行金屬導軌MN、PQ固定在水平面內,質量為m的金屬炮彈垂直于MN、PQ放在軌道上,距軌道右端的距離為d,整個裝置處于豎直向下的勻強磁場中,磁感應強度大小為B,閉合開關后,恒流源輸出的電流恒為I,炮彈由靜止開始加速距離d后脫離導軌高速射出,不計導軌及導體棒ab的電阻,不計空氣阻力,則此過程中恒流源輸出的最大功率為 (　　)
題組二　磁電式電表
4.(2024·廣東湛江高二期末)如圖甲是磁電式電流表的結構,線圈繞在一個與指針、轉軸固連的鋁框骨架上,蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場均勻輻向分布,磁感應強度大小各處相等,如圖乙。當通以圖示方向電流時,下列說法正確的是 (　　)
a、b導線所受安培力大小相等,方向相同
不管線圈轉在什么位置,磁感應強度方向總是與線圈平面垂直
a、b導線所受安培力方向與磁感應強度方向平行
線圈按順時針方向(正視)轉動并停在某個位置
5.(2024·廣東梅州高二期中)如圖甲所示是磁電式電表內部結構示意圖,蹄形磁鐵的兩極間有一個固定的圓柱形鐵芯,鐵芯外面套有一個可以繞軸轉動的鋁框,在鋁框上繞有銅線圈。電表指針固定在線圈上,可與線圈一起轉動,線圈的兩端分別接在兩個螺旋彈簧上,被測電流經過這兩個彈簧流入線圈。蹄形磁鐵與鐵芯間的磁場可看作是均勻輻射分布的,如圖乙所示,無論線圈轉到什么位置,線圈平面總與線圈所在位置的磁場方向平行。關于磁電式電表,下列說法不正確的是 (　　)
磁電式電表的原理是通電線圈在磁場中因受安培力而轉動
改變線圈中電流的方向,指針會反向偏轉
增加線圈的匝數可以提高電表的靈敏度
穿過線圈的磁通量不為零
題組三　直流電動機
6.直流電動機通電后,使線圈發生轉動的力是 (　　)
重力 電場力
安培力 摩擦力
7.如圖甲所示是一個“簡易電動機”,一節5號干電池的正極向上,一塊圓柱形強磁鐵吸附在電池的負極,將一段裸銅導線彎成圖中所示形狀的線框,線框上端的彎折位置與正極良好接觸,下面彎曲的兩端與磁鐵表面保持良好接觸,放手后線框就會轉動起來。該“簡易電動機”的原理圖如圖乙所示,關于該“簡易電動機”,下列說法正確的是 (　　)
從上往下看,該“簡易電動機”逆時針旋轉
電池消耗的電能全部轉化為線框的動能
線框①、②兩部分導線電阻在電路中是串聯關系
電動機的工作原理是通電導線在磁場中受安培力的作用
8.(2024·廣東廣州高二期末)在玻璃皿的中心放一個圓柱形電極,緊貼邊緣內壁放一個圓環形電極,并把它們與電池的兩極相連,然后在玻璃皿中放入導電液體,例如鹽水。如果把玻璃皿放在磁場中,如圖所示,通過所學的知識可知,當接通電源后從上向下看 (　　)
液體將順時針旋轉
液體將逆時針旋轉
若僅調換N、S極位置,液體旋轉方向不變
若僅調換電源正、負極位置,液體旋轉方向不變
綜合提升練
9.(多選)某同學自制的簡易電動機示意圖如圖所示。矩形線圈由一根漆包線繞制而成,漆包線的兩端分別從線圈的一組對邊的中間位置引出,并作為線圈的轉軸。將線圈架在兩個金屬支架之間,線圈平面位于豎直面內,永磁鐵置于線圈下方。為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能連續轉動起來,該同學可以將 (　　)
左、右轉軸下側的絕緣漆都刮掉
左、右轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉
左轉軸上側的絕緣漆刮掉,右轉軸下側的絕緣漆刮掉
左轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉,右轉軸下側的絕緣漆刮掉
10.如圖所示是電子天平的原理簡略示意圖,E形磁鐵的兩側為N極,中心為S極,兩極間磁感應強度的大小均為B,磁極寬度為L,忽略邊緣效應,一正方形線圈套于中心磁極,線圈的匝數為n,其骨架與秤盤連為一體,線圈兩端C、D與外電路連接。秤盤上不放重物時彈簧處于壓縮狀態,彈簧的長度為l,此時外界通入線圈中的電流為0;重物放在秤盤上后,在安培力作用下彈簧長度恢復為l,可認為此時外界通入線圈的電流為I,數據處理系統可以根據I的大小計算出托盤上重物的質量M,并在液晶屏中顯示出來。以下說法正確的是 (　　)
電流從C端流入線圈,從D端流出
線圈所受的安培力方向向下
重物質量為M=
在其他條件都不變的情況下,增加線圈匝數,可以擴大電子天平的量程
11.如圖甲所示,電磁炮是一種新型的兵器,其射程甚至可達數百公里,遠遠超過常規炮彈,它的主要原理如圖乙所示,當彈體中通以強電流時,彈體在強大的磁場力作用下加速前進,最后從炮口高速射出,設兩軌道間距離為0.10 m,勻強磁場的磁感應強度為40 T,電流2 000 A,軌道長度為20 m,不考慮電流產生的磁場對勻強磁場強度的影響,則 (　　)
若不計任何阻力,質量為20 g的炮彈最終獲得的速度為400 m/s
若不計任何阻力,磁場的磁感應強度加倍,則炮彈獲得的速度也加倍
若阻力大小一定,軌道長度加倍,速度變為倍
若阻力大小一定,電流加倍,速度變為倍
培優加強練
12.(12分)(2024·廣東惠州高二開學考試)電磁軌道炮利用電流和磁場的作用使炮彈獲得超高速度,其原理可用來研制新型武器和航天運載器,如圖所示是電磁軌道炮的原理結構示意圖。光滑水平導軌寬為L,在導軌間有豎直向上的勻強磁場,磁感應強度大小始終為B,炮體可視為質量為m、電阻為R、長度為L并與導軌垂直的金屬棒MN,其余部分電阻不計,電源的電壓能自行調節,以保證炮體勻加速發射。在某次試驗發射時,電源為加速彈體提供的電流恒為I,彈體速度從靜止加速到v,不計空氣阻力。求:
(1)(6分)要完成此次發射,軌道至少需要多長
(2)(6分)如果不考慮摩擦作用,該發射過程中金屬棒產生的熱量是多少
第二節　安培力的應用
1.A　[四個線圈在磁場中的等效長度不同，A線圈等效長度最大，根據F＝nBIL，A所受磁場力最大，當磁場發生微小變化時，A線圈對應的天平最容易失去平衡，故A正確。]
2.BCD　[為了讓飛機向前彈射，則飛機受到的安培力方向向前，由左手定則知導體棒中的電流方向是M→N，故A錯誤，B正確；飛機的彈射速度由加速度和位移決定，加速度由安培力決定，又安培力F＝BIL，則可以通過改變磁感應強度的大小來改變飛機彈射出時速度，故C正確；同理，可以通過增大導軌中的電流來提高飛機的彈射速度，故D正確。]
3.C　[由于電流不變，金屬炮彈受到的安培力大小F＝BIL，炮彈在導軌上做勻加速直線運動，加速度大小a＝，炮彈到達導軌右端時速度最大，由v2＝2ad，得最大速度v＝，所以恒流源輸出的最大功率P＝Fv＝，選項C正確。]
4.D　[由左手定則可知，a、b導線分別受到豎直向上、豎直向下的安培力，大小相等，A項錯誤；不管線圈轉在什么位置，線圈平面總與磁感應強度方向平行，穿過線圈的磁通量為零，且受到的安培力方向與磁感應強度方向垂直，故B、C項錯誤；由a、b導線受力情況可知，線圈按順時針方向轉動，當安培力力矩與螺旋彈簧彈力力矩相等時停在某個位置，D項正確。]
5.D　[磁電式電流表的內部，在蹄形磁鐵的兩極間有一個可以繞軸轉動的線圈，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場均勻輻向分布，當電流通過線圈時，線圈在安培力的作用下轉動，故A正確；改變線圈中電流的方向，線圈受力方向相反，指針會反向偏轉，故B正確；線圈匝數越多，受到的安培力合力越大，越容易轉動，可以提高電流表的靈敏度，故C正確；穿過線圈的磁通量始終為零，故D錯誤。]
6.C　[直流電動機通電后，線圈中有電流通過，通電線圈在磁場中受到安培力的作用開始轉動，A、B、D錯誤，C正確。]
7.D　[線框的左右兩條邊受到安培力的作用而發生轉動的，根據左手定則可以判斷，從上往下看線框將做順時針轉動，故A錯誤；電池消耗的電能一部分用于線框發熱產生的內能，一部分提供線框的動能，故B錯誤；線框①、②兩部分導線電阻在電路中是并聯關系，故C錯誤；電動機的工作原理是通電導線在磁場中受安培力的作用，故D正確。]
8.A　[在電源外部電流由正極流向負極，因此電流由中心流向邊緣；器皿所在處的磁場豎直向上，由左手定則可知，導電液體受到的安培力沿順時針方向，因此液體沿順時針方向旋轉，故A正確，B錯誤；僅僅調換N、S極位置或僅僅調換電源的正負極位置，根據左手定則安培力方向肯定改變，故C、D錯誤。]
9.AD　[為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能連續轉動起來，若將左、右轉軸下側的絕緣漆都刮掉，這樣當線圈在圖示位置時，線圈的上下邊受水平安培力而轉動，轉過一周后再次受到同樣的安培力而使其連續轉動，選項A正確；若將左、右轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉，則當線圈在圖示位置時，線圈的上下邊受水平安培力而轉動，轉過半周后因受到相反方向的安培力而使其停止轉動，選項B錯誤；若將左轉軸上側的絕緣漆刮掉，右轉軸下側的絕緣漆刮掉，電路不能接通，選項C錯誤；若將左轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉，右轉軸下側的絕緣漆刮掉，這樣當線圈在圖示位置時，線圈的上下邊受水平安培力而轉動，轉過半周后電路不導通；轉過一周后再次受到同樣的安培力而使其連續轉動，選項D正確。]
10.D　[秤盤和線圈向上恢復到未放重物時的位置并靜止，說明安培力的方向向上，由左手定則即可判斷出電流的方向是逆時針方向(從上向下看)，電流由C流出，由D流入，故A、B錯誤；兩極間的磁感應強度大小均為B，磁極寬度均為L，線圈匝數為n，左右兩側受力相等，得Mg＝2nBIL，所以M＝，在其他條件都不變的情況下，當n增加時M也隨之增大，所以增加線圈的匝數，可以擴大電子天平的量程，故C錯誤，D正確。]
11.C　[在運動過程中受到的安培力大小為F＝BIL＝8 000 N，運動過程中，根據動能定理可知Fs＝mv2，解得v＝4 000 m/s，故A錯誤；根據上述公式可知v＝，若不計任何阻力，磁場的磁感應強度加倍，則炮彈獲得的速度變為原來的倍，故B錯誤；若阻力大小一定，軌道長度加倍，根據動能定理可知BILs－fs＝mv2，解得v＝，軌道長度加倍，速度變為倍，若電流加倍，速度不是原來的倍，故C正確，D錯誤。]
12.(1)　(2)
解析　(1)在導軌通有電流I時，炮彈作為導體受到磁場施加的安培力為F＝BIL
根據牛頓第二定律F＝ma
根據v2＝2as
解得軌道長s＝。
(2)根據牛頓第二定律F＝ma
又v＝at
則t＝
發射過程產生的熱量Q＝I2Rt
解得Q＝。第二節　安培力的應用
學習目標　1.知道電流天平、磁電式電表、直流電動機的基本構造及工作原理。
2.進一步熟練掌握安培力公式及方向的判斷。
知識點一　電流天平
如圖所示，等臂電流天平右端掛一矩形線圈，線圈匝數為n，底邊cd長為L，線圈的下半部分在磁感應強度為B的勻強磁場中，線圈中通入圖示方向的電流I時，在天平左右兩邊加上質量分別為m1、m2的砝碼使天平平衡。試分析：
(1)底邊線框受到的安培力的大小和方向？
(2)若保持線圈中電流的大小不變，使電流方向反向，安培力如何變化？
(3)電流反向后，通過在天平左盤加上質量為m的砝碼使天平再次平衡，則勻強磁場的磁感應強度為多大？
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1.普通天平是應用____________把被測物體與已知質量的砝碼進行力學平衡，利用________________測量出被測物體的質量。
2.電流天平同樣運用等效替代法，結合____________的相關知識和現代電子技術，通常用于實驗室中測量兩平行通電導體之間的相互作用力和________________。
【思考】 線圈所受安培力越容易變化，電流天平越靈敏，怎樣增大電流天平的靈敏度(寫出一種方案即可)
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例1 (多選)如圖為電流天平，可用來測定磁感應強度。天平的右盤掛有一匝數為n的矩形線圈，線圈的寬度為L，且線圈下端處于勻強磁場中，磁場方向垂直紙面，調節天平平衡，此時左、右兩邊的砝碼質量分別為m1、m2。當線圈中通有順時針方向的電流時發現天平的左端高右端低，在左盤中增加質量為Δm的砝碼，天平重新平衡，重力加速度大小為g則下列分析正確的是(　　)
A.磁感應強度的方向垂直紙面向里
B.本裝置必須用順時針方向的電流
C.可測得B＝
D.可測得B＝
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知識點二　磁電式電表
如圖甲所示為磁電式電表的內部結構，當線框中通電時，線圈在安培力作用下轉動，同時帶動指針轉動；螺旋彈簧變形，以反抗線圈轉動。
(1)當電流增大時，線圈受到的安培力大小如何變化？指針偏轉的角度如何變化？
(2)當流入電表的電流反向時，線圈受到的安培力方向如何變化，指針的偏轉方向如何變化？能否通過指針的偏轉方向判斷通過電表的電流方向？
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1.磁電式電表的工作原理
(1)當磁電式電表的線圈沒有電流通過時，螺旋彈簧處于自然狀態，線圈處于水平位置，指針指向____________。
(2)當安培力與螺旋彈簧阻力作用效果________時，線圈停在某一位置，電表指針指示表盤相應刻線，進而得到相應電流的________。
(3)改變通入線圈的電流方向，____________的方向隨之改變，指針的________方向也隨之改變。所以，根據指針的偏轉方向，可以知道通過電表的電流方向。
2.磁電式電流表的優缺點
(1)優點是靈敏度高，能夠測出________的電流。
(2)缺點是線圈的導線很細，只允許通過很弱的電流。若要用磁電式電流表測量較大的電流值，需要根據電表改裝方法擴大其量程。
例2 (粵教版P11T2改編)磁電式電流表的構造如圖甲所示，在蹄形磁鐵的兩極間有一個可以繞軸轉動的線圈，轉軸上裝有螺旋彈簧和指針。蹄形磁鐵和鐵芯間有均勻輻向分布的磁場，如圖乙所示。當電流通過線圈時，線圈在安培力的作用下轉動，螺旋彈簧被扭轉，線圈停止轉動時滿足nBIS＝kθ，式中n為線圈的匝數，S為線圈的面積，I為通過線圈的電流，B為磁感應強度，θ為線圈(指針)偏轉角，k是與螺旋彈簧有關的常量。不考慮電磁感應現象，由題中的信息可知(　　)
A.該電流表的刻度是均勻的
B.線圈轉動過程中受到的安培力的大小變大
C.若線圈中通以如圖乙所示的電流時，線圈將沿逆時針方向轉動
D.更換k值更大的螺旋彈簧，可以增大電流表的靈敏度(靈敏度即)
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磁電式電表的靈敏度
(1)電流表的靈敏度：是指在通入相同電流的情況下，指針偏轉角度的大小。偏角越大，靈敏度越高。
(2)提高靈敏度的方法：如果要提高磁電式電表的靈敏度，就要使在相同電流下線圈所受的安培力增大，可通過增加線圈的匝數、增大永磁體的磁感應強度、增加線圈的面積和減小轉軸處摩擦等方法實現。　　
知識點三　直流電動機
如圖所示是直流電動機的工作原理圖，它主要由蹄形磁鐵、線圈、電刷和換向器等部件組成。其中兩磁極間的磁場可近似看作勻強磁場。換向器是一對相互絕緣的半圓形銅環，它們通過固定的電刷與直流電源相連。
(1)當線圈處于如圖所示位置時，試判斷線框ab邊和cd邊所受安培力的方向；
(2)當ab邊轉至cd邊所在位置時，速度反向。若ab邊中電流方向不變，其所受安培力方向變嗎？安培力此時充當動力還是阻力？
(3)換向器如何解決這個矛盾。
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1.直流電動機是利用____________使通電線圈轉動的典型應用。從能量的角度看， 它是將電能轉換成____________的旋轉電機。
2.直流電動機線圈兩端與兩個半圓形銅環相連，同時安裝與半圓形銅環接觸的電刷，由此通過電流的____________換向，確保線圈受到的安培力始終起到推動線圈往同一個方向持續轉動的效果。
3.直流電動機的優點是只需改變輸入電流的____________，就能夠直接調節電動機的轉速，而輸入電流的大小是較容易改變的，因此，直流電動機常被應用于需要調速的設備。
【思考】 若想提高電動機的轉速，思考可采用的方案有哪些(提出一種方案即可)
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例3 如圖甲為市面上常見的一種電動車，圖乙為這種電動車的電動機的工作示意圖。電動機電路兩端電壓為10 V，額定功率為200 W，A、B為線圈上的兩點。下列選項中不正確的是(　　)
A.在額定功率下運行時，電動機電路中的電流大小為20 A
B.電刷a接入電路正極，電刷b接入電路負極
C.A點與B點間電流方向在不斷變化
D.直流電源可以驅動該電動機正常工作
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訓練1 如圖所示，在一直流電動機的氣隙中(磁極和電樞之間的區域)，磁感應強度為0.8 T。假設在勻強磁場中垂直放有400匝電樞導線，電流為10 A，導線的有效長度為0.15 m，求：
(1)電樞導線ab邊所受安培力的大小；
(2)線圈轉動的方向。
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知識點四　電磁炮
例4 (2024·廣東深圳高二期中)電磁炮是利用電磁發射技術制成的新型武器，如圖所示為電磁炮的原理結構示意圖。若某水平發射軌道長7.5 m，寬1.5 m，發射的炮彈質量為50 g，炮彈被發射時從軌道左端由靜止開始加速。當電路中的電流恒為20 A時，炮彈被發射后的最大速度可達3×103 m/s，軌道間磁場為勻強磁場，不計空氣及摩擦阻力。下列說法正確的是(　　)
A.磁場方向為豎直向下
B.磁場方向為水平向右
C.磁場的磁感應強度大小為1×103 T
D.炮彈的加速度大小為3×105 m/s2
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訓練2 (多選)(2024·廣東廣州高二期末)超導電磁船是一種不需要螺旋槳推進的低噪音新型船，如圖是電磁船的簡化原理圖，AB和CD是與電源相連的導體板，AB與CD之間部分區域浸沒在海水中并有垂直紙面向里的勻強磁場(磁場由固定在船上的超導線圈產生，其獨立電路部分未畫出)，下列說法正確的是(　　)
A.要使船前進，海水中的電流方向從AB板指向CD板
B.使船前進的力，是磁場對海水中電流的安培力
C.保持磁場的方向不變，僅改變電源的正負極，可控制船的前進與后退
D.增大電極間的電流同時減小磁感應強度，則船的航行速度一定不變
隨堂對點自測
1.(電流天平)(2024·廣東廣州高二期中)如圖所示為電流天平，可用來測定磁感應強度。天平的右臂上掛有一匝數為n的矩形線圈，線圈下端懸在勻強磁場中，磁場方向垂直紙面向里，當線圈中通有順時針方向的電流I時，發現天平的左端低右端高，下列哪些調解方案可以使天平水平平衡(　　)
A.僅減小電流大小 　 B.僅改變電流方向
C.僅減小線框的寬度 　 D.僅增加線圈的匝數
2.(磁電式電表)(2024·浙江1月選考)磁電式電表原理示意圖如圖所示，兩磁極裝有極靴，極靴中間還有一個用軟鐵制成的圓柱。極靴與圓柱間的磁都沿半徑方向，兩者之間有可轉動的線圈。a、b、c和d為磁場中的四個點。下列說法正確的是(　　)
A.圖示左側通電導線受到安培力向下
B.a、b兩點的磁感應強度相同
C.圓柱內的磁感應強度處處為零
D.c、d兩點的磁感應強度大小相等
3.(直流電動機)如圖所示是直流電動機的模型，閉合開關后線圈順時針轉動。現要線圈逆時針轉動，下列方法中可行的是(　　)
A.只改變電流方向
B.只改變電流大小
C.換用磁性更強的磁鐵
D.對換磁極同時改變電流方向
第二節　安培力的應用
知識點一
導學　提示　(1)大小為nBIL，方向豎直向上。
(2)安培力大小不變，方向反向。
(3)根據左手定則、平衡條件，有m1g＝m2g－nBIL，再次平衡，有(m1＋m)g＝m2g＋nBIL，聯立解得B＝。
知識梳理
1.杠桿原理　等效替代法　2.安培力　磁感應強度
[思考] 提示　增加線圈的匝數、增大磁感應強度、增加線圈底邊的邊長等。
例1 AC　[通電后左端高，右端低，說明線框受安培力向下，根據左手定則可知磁感應強度的方向垂直紙面向里，A正確；若電流反向，磁場反向，安培力方向不變；若電流反向磁場不反向，通電后會出現右端高，左端低，增加的砝碼應放在右盤中，同樣可測量磁感應強度，B錯誤；在左端增加砝碼后，天平平衡，可知Δmg＝nBIL，可得磁感應強度B＝，C正確；m1與m2差值為線框的質量，與磁感應強度大小無關，D錯誤。]
知識點二
導學　提示　(1)變大　變大　(2)反向　反向　能
知識梳理
1.(1)零刻度　(2)相當　大小　(3)安培力　偏轉
2.(1)很弱
例2 A　[磁場是均勻輻向分布的，線圈轉動過程中各個位置的磁感應強度的大小不變，根據nBIS＝kθ可知，螺旋彈簧的彈力與偏轉角度成正比，該電流表的刻度是均勻的，故A正確，B錯誤；若線圈中通以如圖乙所示的電流時，根據左手定則，左側所受安培力向上，右側所受安培力向下，則線圈將沿順時針方向轉動，故C錯誤；更換k值更大的螺旋彈簧，同樣的電流變化導致同樣的安培力變化，但偏轉角度的變化減小了，即靈敏度降低了，故D錯誤。]
知識點三
導學　提示　(1)ab邊中通入由a到b的電流時根據左手定則可知，ab邊受向上的安培力，同理可判斷cd邊受向下的安培力，線圈順時針轉動。
(2)安培力方向不變，安培力充當阻力。
(3)解決方案：利用換向器改變電流方向，從而改變安培力的方向。
知識梳理
1.安培力　機械能　2.周期性　3.大小
[思考] 提示　減小滑動變阻器的電阻或適當提高電源電壓或適當增加線圈匝數等。
例3 B　[電動機的電功率表達式為P＝UI，代入數據解得I＝20 A，A項正確；磁場方向在磁體外部由N極指向S極，由電動機運轉方向可知，AB段受力方向向上，由左手定則可知，電流方向由A指向B，故b為正極，a為負極，B項錯誤；電動機轉過180°后兩半銅環所接電刷互換，A、B間電流方向改變，依次類推可知，A點與B點間電流方向不斷改變，C項正確；直流電源可以驅動該電動機正常工作，D項正確。]
訓練1 (1)480 N　(2)從外向里看為順時針方向
解析　(1)根據安培力公式，電樞導線ab邊所受安培力的大小為
F安＝nBIL＝400×0.8×10×0.15 N＝480 N。
(2)在題圖位置，由左手定則知ab邊所受安培力方向向上，dc邊所受安培力方向向下。則從外向里看，線圈沿順時針方向轉動。
知識點四
例4 C　[由題意可知，炮彈所受的安培力水平向右，根據左手定則可判斷出磁場方向為豎直向上，A、B錯誤；由v2＝2as可得a＝6×105 m/s2，D錯誤；由BIL＝ma可得B＝1×103 T，C正確。]
訓練2 AC　[海水的電流方向從AB板流向CD板，根據左手定則，海水所受的安培力向后，根據牛頓第三定律，海水對船的磁場力向前，使船前進，僅改變超導線圈中電流的方向，就可以改變海水對超導線圈的磁場力的方向，從而控制船前進或者倒退，A、C正確；使船前進的力是海水對超導線圈的作用力，B錯誤；根據F＝BIL，若增大的電極間的電流與同時減小的磁感應強度，且B1、I乘積改變，這樣使得對船的作用力發生改變，則船的航行速度將發生改變，D錯誤。]
隨堂對點自測
1.D　[天平是等臂杠桿，當線圈中通有電流I時，根據左手定則，右端線圈受到的安培力豎直向下，天平的左端低右端高，說明安培力偏小，要使天平水平平衡，必須增大安培力，根據F＝nBIL可知，可增大匝數、電流、線圈短邊的長度，故A、C錯誤，D正確；改變電流方向時，安培力方向變為豎直向上，天平不可能水平平衡，故B錯誤。]
2.A　[由左手定則可知，圖示左側通電導線受到安培力向下，故A正確；a、b兩點的磁感應強度大小相同，但是方向不同，故B錯誤；磁感線是閉合的曲線，則圓柱內的磁感應強度不為零，故C錯誤；因c點處的磁感線較d點密集，可知c點的磁感應強度大于d點的磁感應強度，故D錯誤。]
3.A　[直流電動機的轉動方向與線圈中的電流方向和磁場方向有關，若使通入直流電動機的電流方向改變或磁場的方向改變，它的轉動方向將改變。但是如果同時改變電流的方向和磁場的方向，線圈的轉動方向將不變，故A正確，D錯誤；若只改變電流大小或換用磁性更強的磁鐵，則線圈所受安培力方向不變，線圈轉動方向不變，故B、C錯誤。](共53張PPT)
第二節　安培力的應用
第一章　磁場
1.知道電流天平、磁電式電表、直流電動機的基本構造及工作原理。
2.進一步熟練掌握安培力公式及方向的判斷。
學習目標
目 錄
CONTENTS
知識點
01
隨堂對點自測
02
課后鞏固訓練
03
知識點
1
知識點二　磁電式電表
知識點一　電流天平
知識點三　直流電動機
知識點四　電磁炮
知識點一　電流天平
　　　如圖所示，等臂電流天平右端掛一矩形線圈，線圈匝數
為n，底邊cd長為L，線圈的下半部分在磁感應強度為B的勻強
磁場中，線圈中通入圖示方向的電流I時，在天平左右兩邊加
上質量分別為m1、m2的砝碼使天平平衡。試分析：
(1)底邊線框受到的安培力的大小和方向？
(2)若保持線圈中電流的大小不變，使電流方向反向，安培力如何變化？
(3)電流反向后，通過在天平左盤加上質量為m的砝碼使天平再次平衡，則勻強磁場的磁感應強度為多大？
提示　(1)大小為nBIL，方向豎直向上。
(2)安培力大小不變，方向反向。
1.普通天平是應用__________把被測物體與已知質量的砝碼進行力學平衡，利用____________測量出被測物體的質量。
2.電流天平同樣運用等效替代法，結合________的相關知識和現代電子技術，通常用于實驗室中測量兩平行通電導體之間的相互作用力和____________。
杠桿原理
等效替代法
安培力
磁感應強度
【思考】 線圈所受安培力越容易變化，電流天平越靈敏，怎樣增大電流天平的靈敏度(寫出一種方案即可)
提示　增加線圈的匝數、增大磁感應強度、增加線圈底邊的邊長等。
AC
例1 (多選)如圖為電流天平，可用來測定磁感應強度。天平的右盤掛有一匝數為n的矩形線圈，線圈的寬度為L，且線圈下端處于勻強磁場中，磁場方向垂直紙面，調節天平平衡，此時左、右兩邊的砝碼質量分別為m1、m2。當線圈中通有順時針方向的電流時發現天平的左端高右端低，在左盤中增加質量為Δm的砝碼，天平重新平衡，重力加速度大小為g則下列分析正確的是(　　)
知識點二　磁電式電表
　　　如圖甲所示為磁電式電表的內部結構，當線框中通電時，線圈在安培力作用下轉動，同時帶動指針轉動；螺旋彈簧變形，以反抗線圈轉動。
(1)當電流增大時，線圈受到的安培力大小如何變化？指針偏轉的角度如何變化？
(2)當流入電表的電流反向時，線圈受到的安培力方向如何變化，指針的偏轉方向如何變化？能否通過指針的偏轉方向判斷通過電表的電流方向？
提示　(1)變大　變大　(2)反向　反向　能
1.磁電式電表的工作原理
(1)當磁電式電表的線圈沒有電流通過時，螺旋彈簧處于自然狀態，線圈處于水平位置，指針指向________。
(2)當安培力與螺旋彈簧阻力作用效果______時，線圈停在某一位置，電表指針指示表盤相應刻線，進而得到相應電流的______。
(3)改變通入線圈的電流方向，________的方向隨之改變，指針的______方向也隨之改變。所以，根據指針的偏轉方向，可以知道通過電表的電流方向。
零刻度
相當
大小
安培力
偏轉
2.磁電式電流表的優缺點
(1)優點是靈敏度高，能夠測出______的電流。
(2)缺點是線圈的導線很細，只允許通過很弱的電流。若要用磁電式電流表測量較大的電流值，需要根據電表改裝方法擴大其量程。
很弱
例2 (粵教版P11T2改編)磁電式電流表的構造如圖甲所示，在蹄形磁鐵的兩極間有一個可以繞軸轉動的線圈，轉軸上裝有螺旋彈簧和指針。蹄形磁鐵和鐵芯間有均勻輻向分布的磁場，如圖乙所示。當電流通過線圈時，線圈在安培力的作用下轉動，螺旋彈簧被扭轉，線圈停止轉動時滿足nBIS＝kθ，式中n為線圈的匝數，S為線圈的面積，I為通過線圈的電流，B為磁感應強度，θ為線圈(指針)偏轉角，k是與螺旋彈簧有關的常量。不考慮電磁感應現象，由題中的信息可知(　　)
A
解析　磁場是均勻輻向分布的，線圈轉動過程中各個位置的磁感應強度的大小不變，根據nBIS＝kθ可知，螺旋彈簧的彈力與偏轉角度成正比，該電流表的刻度是均勻的，故A正確，B錯誤；若線圈中通以如圖乙所示的電流時，根據左手定則，左側所受安培力向上，右側所受安培力向下，則線圈將沿順時針方向轉動，故C錯誤；更換k值更大的螺旋彈簧，同樣的電流變化導致同樣的安培力變化，但偏轉角度的變化減小了，即靈敏度降低了，故D錯誤。
磁電式電表的靈敏度
(1)電流表的靈敏度：是指在通入相同電流的情況下，指針偏轉角度的大小。偏角越大，靈敏度越高。
(2)提高靈敏度的方法：如果要提高磁電式電表的靈敏度，就要使在相同電流下線圈所受的安培力增大，可通過增加線圈的匝數、增大永磁體的磁感應強度、增加線圈的面積和減小轉軸處摩擦等方法實現。
知識點三　直流電動機
　　　如圖所示是直流電動機的工作原理圖，它主要由
蹄形磁鐵、線圈、電刷和換向器等部件組成。其中兩磁
極間的磁場可近似看作勻強磁場。換向器是一對相互絕
緣的半圓形銅環，它們通過固定的電刷與直流電源相連。
(1)當線圈處于如圖所示位置時，試判斷線框ab邊和cd邊
所受安培力的方向；
(2)當ab邊轉至cd邊所在位置時，速度反向。若ab邊中電流方向不變，其所受安培力方向變嗎？安培力此時充當動力還是阻力？
(3)換向器如何解決這個矛盾。
提示　(1)ab邊中通入由a到b的電流時根據左手定則可知，ab邊受向上的安培力，同理可判斷cd邊受向下的安培力，線圈順時針轉動。
(2)安培力方向不變，安培力充當阻力。
(3)解決方案：利用換向器改變電流方向，從而改變安培力的方向。
1.直流電動機是利用________使通電線圈轉動的典型應用。從能量的角度看， 它是將電能轉換成________的旋轉電機。
2.直流電動機線圈兩端與兩個半圓形銅環相連，同時安裝與半圓形銅環接觸的電刷，由此通過電流的________換向，確保線圈受到的安培力始終起到推動線圈往同一個方向持續轉動的效果。
3.直流電動機的優點是只需改變輸入電流的______，就能夠直接調節電動機的轉速，而輸入電流的大小是較容易改變的，因此，直流電動機常被應用于需要調速的設備。
安培力
機械能
周期性
大小
【思考】 若想提高電動機的轉速，思考可采用的方案有哪些(提出一種方案即可)
提示　減小滑動變阻器的電阻或適當提高電源電壓或適當增加線圈匝數等。
B
例3 如圖甲為市面上常見的一種電動車，圖乙為這種電動車的電動機的工作示意圖。電動機電路兩端電壓為10 V，額定功率為200 W，A、B為線圈上的兩點。下列選項中不正確的是(　　)
A.在額定功率下運行時，電動機電路中的
電流大小為20 A
B.電刷a接入電路正極，電刷b接入電路負極
C.A點與B點間電流方向在不斷變化
D.直流電源可以驅動該電動機正常工作
解析　電動機的電功率表達式為P＝UI，代入數據解得I＝20 A，A項正確；磁場方向在磁體外部由N極指向S極，由電動機運轉方向可知，AB段受力方向向上，由左手定則可知，電流方向由A指向B，故b為正極，a為負極，B項錯誤；電動機轉過180°后兩半銅環所接電刷互換，A、B間電流方向改變，依次類推可知，A點與B點間電流方向不斷改變，C項正確；直流電源可以驅動該電動機正常工作，D項正確。
訓練1 如圖所示，在一直流電動機的氣隙中(磁極和電樞之間的區域)，磁感應強度為0.8 T。假設在勻強磁場中垂直放有400匝電樞導線，電流為10 A，導線的有效長度為0.15 m，求：
(1)電樞導線ab邊所受安培力的大小；
(2)線圈轉動的方向。
答案　(1)480 N　(2)從外向里看為順時針方向
解析　(1)根據安培力公式，電樞導線ab邊所受安培力的大小為
F安＝nBIL＝400×0.8×10×0.15 N＝480 N。
(2)在題圖位置，由左手定則知ab邊所受安培力方向向上，dc邊所受安培力方向向下。則從外向里看，線圈沿順時針方向轉動。
知識點四　電磁炮
例4 (2024·廣東深圳高二期中)電磁炮是利用電磁發射技術制成的新型武器，如圖所示為電磁炮的原理結構示意圖。若某水平發射軌道長7.5 m，寬1.5 m，發射的炮彈質量為50 g，炮彈被發射時從軌道左端由靜止開始加速。當電路中的電流恒為20 A時，炮彈被發射后的最大速度可達3×103 m/s，軌道間磁場為勻強磁場，不計空氣及摩擦阻力。下列說法正確的是(　　)
A.磁場方向為豎直向下
B.磁場方向為水平向右
C.磁場的磁感應強度大小為1×103 T
D.炮彈的加速度大小為3×105 m/s2
解析　由題意可知，炮彈所受的安培力水平向右，根據左手定則可判斷出磁場方向為豎直向上，A、B錯誤；由v2＝2as可得a＝6×105 m/s2，D錯誤；由BIL＝ma可得B＝1×103 T，C正確。
C
訓練2 (多選)(2024·廣東廣州高二期末)超導電磁船是一種不需要螺旋槳推進的低噪音新型船，如圖是電磁船的簡化原理圖，AB和CD是與電源相連的導體板，AB與CD之間部分區域浸沒在海水中并有垂直紙面向里的勻強磁場(磁場由固定在船上的超導線圈產生，其獨立電路部分未畫出)，下列說法正確的是(　　)
A.要使船前進，海水中的電流方向從AB板指向CD板
B.使船前進的力，是磁場對海水中電流的安培力
C.保持磁場的方向不變，僅改變電源的正負極，可控制
船的前進與后退
D.增大電極間的電流同時減小磁感應強度，則船的航行速度一定不變
AC
解析　海水的電流方向從AB板流向CD板，根據左手定則，海水所受的安培力向后，根據牛頓第三定律，海水對船的磁場力向前，使船前進，僅改變超導線圈中電流的方向，就可以改變海水對超導線圈的磁場力的方向，從而控制船前進或者倒退，A、C正確；使船前進的力是海水對超導線圈的作用力，B錯誤；根據F＝BIL，若增大的電極間的電流與同時減小的磁感應強度，且B1、I乘積改變，這樣使得對船的作用力發生改變，則船的航行速度將發生改變，D錯誤。
隨堂對點自測
2
D
1.(電流天平)(2024·廣東廣州高二期中)如圖所示為電流天平，可用來測定磁感應強度。天平的右臂上掛有一匝數為n的矩形線圈，線圈下端懸在勻強磁場中，磁場方向垂直紙面向里，當線圈中通有順時針方向的電流I時，發現天平的左端低右端高，下列哪些調解方案可以使天平水平平衡(　　)
A.僅減小電流大小 　
B.僅改變電流方向
C.僅減小線框的寬度 　
D.僅增加線圈的匝數
解析　天平是等臂杠桿，當線圈中通有電流I時，根據左手定則，
右端線圈受到的安培力豎直向下，天平的左端低右端高，說明安培力偏小，要使天平水平平衡，必須增大安培力，根據F＝nBIL可知，可增大匝數、電流、線圈短邊的長度，故A、C錯誤，D正確；改變電流方向時，安培力方向變為豎直向上，天平不可能水平平衡，故B錯誤。
A
2.(磁電式電表)(2024·浙江1月選考)磁電式電表原理示意圖如圖所示，兩磁極裝有極靴，極靴中間還有一個用軟鐵制成的圓柱。極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向，兩者之間有可轉動的線圈。a、b、c和d為磁場中的四個點。下列說法正確的是(　　)
A.圖示左側通電導線受到安培力向下
B.a、b兩點的磁感應強度相同
C.圓柱內的磁感應強度處處為零
D.c、d兩點的磁感應強度大小相等
解析　由左手定則可知，圖示左側通電導線受到安培力向下，故A正確；a、b兩點的磁感應強度大小相同，但是方向不同，故B錯誤；磁感線是閉合的曲線，則圓柱內的磁感應強度不為零，故C錯誤；因c點處的磁感線較d點密集，可知c點的磁感應強度大于d點的磁感應強度，故D錯誤。
A
3.(直流電動機)如圖所示是直流電動機的模型，閉合開關后線圈順時針轉動。現要線圈逆時針轉動，下列方法中可行的是(　　)
A.只改變電流方向
B.只改變電流大小
C.換用磁性更強的磁鐵
D.對換磁極同時改變電流方向
解析　直流電動機的轉動方向與線圈中的電流方向和磁場方向有關，若使通入直流電動機的電流方向改變或磁場的方向改變，它的轉動方向將改變。但是如果同時改變電流的方向和磁場的方向，線圈的轉動方向將不變，故A正確，D錯誤；若只改變電流大小或換用磁性更強的磁鐵，則線圈所受安培力方向不變，線圈轉動方向不變，故B、C錯誤。
課后鞏固訓練
3
A
題組一　電流天平和電磁炮
1.如圖所示，用天平測量勻強磁場的磁感應強度。下列各選項
所示的載流線圈匝數相同，邊長MN相等，將它們分別掛在
天平的右臂下方，線圈中通有大小相同的電流，天平處于平
衡狀態。若磁場發生微小變化，天平最容易失去平衡的是(　　)
基礎對點練
解析　四個線圈在磁場中的等效長度不同，A線圈等效長度最大，根據F＝nBIL，A所受磁場力最大，當磁場發生微小變化時，A線圈對應的天平最容易失去平衡，故A正確。
BCD
2.(多選)為了提高航空母艦上飛機在單位時間內起飛的架次，人們正研制一種電磁彈射裝置，它的基本原理如圖所示。待彈射的飛機掛在導體棒上，導體棒放置在處于勻強磁場中的兩條平行導軌上，給導軌通以很大的電流，使飛機和導體棒作為一個載流導體在磁場的作用下，沿導軌做加速運動，從而將飛機以某一速度彈射出去。關于這種彈射裝置以下說法中正確的是(　 　)
A.導體棒中的電流方向是N→M
B.導體棒中的電流方向是M→N
C.可以通過改變磁感應強度的大小來改變飛機彈射出時速度
D.可以通過增大導軌中的電流來提高飛機的彈射速度
解析　為了讓飛機向前彈射，則飛機受到的安培力方向向前，由左手定則知導體棒中的電流方向是M→N，故A錯誤，B正確；飛機的彈射速度由加速度和位移決定，加速度由安培力決定，又安培力F＝BIL，則可以通過改變磁感應強度的大小來改變飛機彈射出時速度，故C正確；同理，可以通過增大導軌中的電流來提高飛機的彈射速度，故D正確。
C
3.(粵教版P11T1改編)電磁炮是一種新式兵器，炮彈的出射速度可達當前海軍艦炮的3倍以上，其原理是利用磁場產生的安培力來對金屬炮彈進行加速。圖為電磁炮的示意圖，兩根間距為L的光滑平行金屬導軌MN、PQ固定在水平面內，質量為m的金屬炮彈垂直于MN、PQ放在軌道上，距軌道右端的距離為d，整個裝置處于豎直向下的勻強磁場中，磁感應強度大小為B，閉合開關后，恒流源輸出的電流恒為I，炮彈由靜止開始加速距離d后脫離導軌高速射出，不計導軌及導體棒ab的電阻，不計空氣阻力，則此過程中恒流源輸出的最大功率為(　　)
D
題組二　磁電式電表
4.(2024·廣東湛江高二期末)如圖甲是磁電式電流表的結構，線圈繞在一個與指針、轉軸固連的鋁框骨架上，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場均勻輻向分布，磁感應強度大小各處相等，如圖乙。當通以圖示方向電流時，下列說法正確的是(　　)
A.a、b導線所受安培力大小相等，方向相同
B.不管線圈轉在什么位置，磁感應強度方向
總是與線圈平面垂直
C.a、b導線所受安培力方向與磁感應強度方
向平行
D.線圈按順時針方向(正視)轉動并停在某個位置
解析　由左手定則可知，a、b導線分別受到豎直向上、豎直向下的安培力，大小相等，A項錯誤；不管線圈轉在什么位置，線圈平面總與磁感應強度方向平行，穿過線圈的磁通量為零，且受到的安培力方向與磁感應強度方向垂直，故B、C項錯誤；由a、b導線受力情況可知，線圈按順時針方向轉動，當安培力力矩與螺旋彈簧彈力力矩相等時停在某個位置，D項正確。
D
5.(2024·廣東梅州高二期中)如圖甲所示是磁電式電表內部結構示意圖，蹄形磁鐵的兩極間有一個固定的圓柱形鐵芯，鐵芯外面套有一個可以繞軸轉動的鋁框，在鋁框上繞有銅線圈。電表指針固定在線圈上，可與線圈一起轉動，線圈的兩端分別接在兩個螺旋彈簧上，被測電流經過這兩個彈簧流入線圈。蹄形磁鐵與鐵芯間的磁場可看作是均勻輻射分布的，如圖乙所示，無論線圈轉到什么位置，線圈平面總與線圈所在位置的磁場方向平行。關于磁電式電表，下列說法不正確的是(　　)
A.磁電式電表的原理是通電線圈在磁場中因
受安培力而轉動
B.改變線圈中電流的方向，指針會反向偏轉
C.增加線圈的匝數可以提高電表的靈敏度
D.穿過線圈的磁通量不為零
解析　磁電式電流表的內部，在蹄形磁鐵的兩極間有一個可以繞軸轉動的線圈，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場均勻輻向分布，當電流通過線圈時，線圈在安培力的作用下轉動，故A正確；改變線圈中電流的方向，線圈受力方向相反，指針會反向偏轉，故B正確；線圈匝數越多，受到的安培力合力越大，越容易轉動，可以提高電流表的靈敏度，故C正確；穿過線圈的磁通量始終為零，故D錯誤。
C
題組三　直流電動機
6.直流電動機通電后，使線圈發生轉動的力是(　　)
A.重力 B.電場力
C.安培力 D.摩擦力
解析　直流電動機通電后，線圈中有電流通過，通電線圈在磁場中受到安培力的作用開始轉動，A、B、D錯誤，C正確。
D
7.如圖甲所示是一個“簡易電動機”，一節5號干電池的正極向上，一塊圓柱形強磁鐵吸附在電池的負極，將一段裸銅導線彎成圖中所示形狀的線框，線框上端的彎折位置與正極良好接觸，下面彎曲的兩端與磁鐵表面保持良好接觸，放手后線框就會轉動起來。該“簡易電動機”的原理圖如圖乙所示，關于該“簡易電動機”，下列說法正確的是(　　)
A.從上往下看，該“簡易電動機”逆時針旋轉
B.電池消耗的電能全部轉化為線框的動能
C.線框①、②兩部分導線電阻在電路中是串聯關系
D.電動機的工作原理是通電導線在磁場中受安培力的作用
解析　線框的左右兩條邊受到安培力的作用而發生轉動的，根據左手定則可以判斷，從上往下看線框將做順時針轉動，故A錯誤；電池消耗的電能一部分用于線框發熱產生的內能，一部分提供線框的動能，故B錯誤；線框①、②兩部分導線電阻在電路中是并聯關系，故C錯誤；電動機的工作原理是通電導線在磁場中受安培力的作用，故D正確。
A
8.(2024·廣東廣州高二期末)在玻璃皿的中心放一個圓柱形電極，緊貼邊緣內壁放一個圓環形電極，并把它們與電池的兩極相連，然后在玻璃皿中放入導電液體，例如鹽水。如果把玻璃皿放在磁場中，如圖所示，通過所學的知識可知，當接通電源后從上向下看(　　)
A.液體將順時針旋轉
B.液體將逆時針旋轉
C.若僅調換N、S極位置，液體旋轉方向不變
D.若僅調換電源正、負極位置，液體旋轉方向不變
解析　在電源外部電流由正極流向負極，因此電流由中心流向邊緣；器皿所在處的磁場豎直向上，由左手定則可知，導電液體受到的安培力沿順時針方向，因此液體沿順時針方向旋轉，故A正確，B錯誤；僅僅調換N、S極位置或僅僅調換電源的正負極位置，根據左手定則安培力方向肯定改變，故C、D錯誤。
AD
9.(多選)某同學自制的簡易電動機示意圖如圖所示。矩形線圈由一根漆包線繞制而成，漆包線的兩端分別從線圈的一組對邊的中間位置引出，并作為線圈的轉軸。將線圈架在兩個金屬支架之間，線圈平面位于豎直面內，永磁鐵置于線圈下方。為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能連續轉動起來，該同學可以將(　　)
A.左、右轉軸下側的絕緣漆都刮掉
B.左、右轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉
C.左轉軸上側的絕緣漆刮掉，右轉軸下側的
絕緣漆刮掉
D.左轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉，右轉軸下側的絕緣漆刮掉
綜合提升練
解析　為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能
連續轉動起來，若將左、右轉軸下側的絕緣漆
都刮掉，這樣當線圈在圖示位置時，線圈的上
下邊受水平安培力而轉動，轉過一周后再次受
到同樣的安培力而使其連續轉動，選項A正確；
若將左、右轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉，則
當線圈在圖示位置時，線圈的上下邊受水平安培力而轉動，轉過半周后因受到相反方向的安培力而使其停止轉動，選項B錯誤；若將左轉軸上側的絕緣漆刮掉，右轉軸下側的絕緣漆刮掉，電路不能接通，選項C錯誤；若將左轉軸上下兩側的絕緣漆都刮掉，右轉軸下側的絕緣漆刮掉，這樣當線圈在圖示位置時，線圈的上下邊受水平安培力而轉動，轉過半周后電路不導通；轉過一周后再次受到同樣的安培力而使其連續轉動，選項D正確。
D
10.如圖所示是電子天平的原理簡略示意圖，E形磁鐵的兩側為N極，中心為S極，兩極間磁感應強度的大小均為B，磁極寬度為L，忽略邊緣效應，一正方形線圈套于中心磁極，線圈的匝數為n，其骨架與秤盤連為一體，線圈兩端C、D與外電路連接。秤盤上不放重物時彈簧處于壓縮狀態，彈簧的長度為l，此時外界通入線圈中的電流為0；重物放在秤盤上后，在安
培力作用下彈簧長度恢復為l，可認為此時外界通
入線圈的電流為I，數據處理系統可以根據I的大小
計算出托盤上重物的質量M，并在液晶屏中顯示出
來。以下說法正確的是(　　)
C
11.如圖甲所示，電磁炮是一種新型的兵器，其射程甚至可達數百公里，遠遠超過常規炮彈，它的主要原理如圖乙所示，當彈體中通以強電流時，彈體在強大的磁場力作用下加速前進，最后從炮口高速射出，設兩軌道間距離為0.10 m，勻強磁場的磁感應強度為40 T，電流2 000 A，軌道長度為20 m，不考慮電流產生的磁場對勻強磁場強度的影響，則(　　)
12.(2024·廣東惠州高二開學考試)電磁軌道炮利用電流和磁場的作用使炮彈獲得超高速度，其原理可用來研制新型武器和航天運載器，如圖所示是電磁軌道炮的原理結構示意圖。光滑水平導軌寬為L，在導軌間有豎直向上的勻強磁場，磁感應強度大小始終為B，炮體可視為質量為m、電阻為R、長度為L并與導軌垂直的金屬棒MN，其余部分電阻不計，電源的電壓能自行調節，以保證炮體勻加速發射。在某次試驗發射時，電源為加速彈體提供的電流恒為I，彈體速度從靜止加速到v，不計空氣阻力。求：
(1)要完成此次發射，軌道至少需要多長？
(2)如果不考慮摩擦作用，該發射過程中金
屬棒產生的熱量是多少？
培優加強練
解析　(1)在導軌通有電流I時，炮彈作為導體受到磁場施加的安培力為F＝BIL
根據牛頓第二定律F＝ma
根據v2＝2as
(2)根據牛頓第二定律F＝ma
又v＝at

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