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第2节　安培力的应用
(分值：100分)
选择题1～8题，10题，每小题10分，共90分。
对点题组练
题组一　直流电动机
1.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10 V，额定功率为200 W，A、B为线圈上的两点。下列选项中不正确的是(　　)
在额定功率下运行时，电动机电路中的电流大小为20 A
电刷a接入电路正极，电刷b接入电路负极
A点与B点间电流方向在不断变化
直流电源可以驱动该电动机正常工作
题组二　电磁炮
2.(多选)电磁炮是一种理想兵器，它的主要原理如图所示，1982年澳大利亚国立大学成功研制出能把2.2 g的弹体(包括金属杆MN的质量)加速到10 km/s的电磁炮(常规炮弹的速度大小约为2 km/s)。若轨道宽2 m，长100 m，通过金属杆的电流恒为10 A，不计轨道摩擦，则(　　)
垂直轨道平面的匀强磁场的磁感应强度大小为55 T
垂直轨道平面的匀强磁场的磁感应强度大小为5.5×104 T
该电磁炮工作时磁场力的最大功率为1.1×104 kW
该电磁炮装置中对磁场方向和电流方向的关系没有要求
题组三　磁电式电流表
3.(多选)下列关于磁电式电流表的说法中正确的是(　　)
指针稳定后，螺旋弹簧形变产生的阻碍效果与线圈受到的安培力的转动效果方向是相反的
通电线圈中的电流越大，电流表指针的偏转角度越大
在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场
在线圈转动的范围内，线圈所受安培力大小与电流大小有关，与所处位置无关
4.(多选)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。蹄形磁体和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的。若线圈中通以如图乙所示的电流，则下列说法中正确的是(　　)
在量程内指针转至任一角度，线圈平面都跟磁感线平行
线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动
当线圈在如图乙所示的位置时，b端受到的安培力方向向上
当线圈在如图乙所示的位置时，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动
综合提升练
5.(2023·广东惠州一中月考)所谓电流表的灵敏度，是指在通入相同电流的情况下，指针偏转角度的大小。偏转角度越大，灵敏度越高。下列关于提高磁电式电流表灵敏度的方法不正确的是(　　)
增强永久磁体的磁性
增大螺旋弹簧的劲度系数
增大线圈沿轴线的长度
增加线圈的匝数
6.如图所示，质量m＝0.5 kg的通电导体棒在安培力作用下静止在倾角为37°、宽度L＝1 m的光滑绝缘框架上，磁场方向垂直于框架平面向下(磁场仅存在于绝缘框架内)。右侧回路中，电源的电动势E＝8 V、内阻r＝1 Ω，额定功率为8 W、额定电压为4 V的电动机M正常工作，取sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，重力加速度g取10 m/s2，则磁场的磁感应强度大小为(　　)
2 T 1.73 T 　
1.5 T 　 1 T
7.(多选)如图所示，处在匀强磁场中的通电矩形线圈平面跟磁感线平行，线圈在磁场力的作用下从静止开始转动，已知线圈中电流强度大小不变。不计摩擦等机械损耗，则下列说法正确的是(　　)
在线圈转过90°的过程中，垂直纸面的每条边受到的磁场力逐渐减小
在线圈转过90°的过程中，垂直纸面的每条边受到的磁场力大小不变
线圈将朝一个方向一直转动下去
线圈从图示位置朝一个方向每转过180°就倒转
8.(多选)(2024·重庆市南坪中学期末)常导磁吸式(EMS)利用装在车辆两侧转向架上的常导电磁线圈和铺设在线路导轨上的磁铁，在两者的相互作用下产生的吸引力使车辆浮起，轨道磁铁受列车速度影响，速度大磁性强，轨道磁铁外部磁感应强度随距离增大而减小。车体运行时，通过精确控制车身线圈中的电流I磁，形成稳定的吸引力，使车体与轨道之间始终保持10 mm的悬浮间隙，如图所示。下列选项正确的是(　　)
车身悬浮时受到的竖直方向安培力等于重力
当悬浮间隙小于10 mm时，应增大电流I磁使之恢复
车体满载时悬浮较空载所需的电流I磁较小
列车高速时更难悬浮
9.(10分)音圈电机是一种应用于硬盘、光驱等系统的特殊电动机。如图是某音圈电机的原理示意图，它由一对正对的磁极和一个方形刚性线圈构成，线圈边长为L，匝数为n，磁极正对区域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下，大小为B，区域外的磁场忽略不计。线圈左边始终在磁场外，右边始终在磁场内，前后两边的磁场内的长度始终相等。某时刻线圈中的电流从P流向Q，大小为I。
(1)(5分)求此时线圈所受安培力的大小和方向；
(2)(5分)若此时线圈水平向右运动的速度大小为v，求安培力的功率。
培优加强练
10.(多选)如图所示，某同学在玻璃皿中心放一个圆柱形电极接电源的负极，沿边缘放一个圆环形电极接电源的正极，做“旋转的液体”实验，若蹄形磁铁两极间正对部分的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小为B＝0.1 T，玻璃皿横截面的半径为a＝0.05 m，电源的电动势为E＝3 V，内阻为r＝0.1 Ω，限流电阻R0＝4.9 Ω，玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R＝0.9 Ω，闭合开关后，若液体旋转时电压表的示数为1.5 V，则(　　)
由上往下看，液体做顺时针旋转
液体所受的安培力大小为1.5×10－3 N
闭合开关后，液体热功率为0.081 W
闭合开关10 s，液体具有的动能是3.69 J
第2节　安培力的应用
1.B　[电动机的电功率表达式为P＝UI，代入数据解得I＝20 A，A项正确；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，AB段受力方向向上，再由左手定则可知，电流方向由A指向B，故电刷b接入电路正极，电刷a接入电路负极，B项错误；电动机转过180°后两半铜环所接电刷互换，A、B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；直流电源可以驱动该电动机正常工作，D项正确。]
2.AC　[由匀变速直线运动规律v2＝2ax可得弹体的加速度为a＝＝ m/s2＝5×105 m/s2，由牛顿第二定律可得ILB＝ma，解得B＝＝ T＝55 T，选项A正确，B错误；速度最大时磁场力的功率最大，为Pm＝ILB·vm＝10×2×55×104 W＝1.1×104 kW，选项C正确；电磁炮装置中必须使得磁场方向和电流方向决定的安培力方向与炮弹沿导轨的加速方向一致，选项D错误。]
3.ABD　[螺旋弹簧形变产生的阻碍效果与线圈受到的安培力的转动效果方向相反，线圈才能停止转动，使指针稳定；电流表内磁场是均匀辐射磁场，在线圈转动的范围内，不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，线圈所在各处的磁感应强度大小相等，但方向不同，所以安培力大小与电流大小有关而与所处位置无关，电流越大，安培力越大，指针转过的角度越大，则A、B、D正确，C错误。]
4.ABD　[由于磁场辐向分布，且线圈与铁芯共轴，故线圈平面总是与磁感线平行，故A正确；通有电流时，线圈在安培力的作用下转动，从而使螺旋弹簧发生形变，螺旋弹簧因为形变而产生阻碍线圈转动的力，故B正确；由左手定则知，b端受到的安培力方向向下，a端受到的安培力方向向上，安培力的作用将使线圈沿顺时针方向转动，故C错误，D正确。]
5.B　[通电线圈在磁场中转动时，螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动。电流越大，所受安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大。要提高电流表的灵敏度，就要在通入相同的电流时，让指针的偏转角度增大。所以应该减小螺旋弹簧的劲度系数，或者保持电流大小不变使安培力变大。增强永久磁体的磁性、增大线圈沿轴线的长度和增加线圈的匝数，均可使安培力增大，B正确。]
6.C　[电动机M正常工作时通过M的电流I1＝＝2 A，电源内阻上的电压U＝E－U1＝8 V－4 V＝4 V，根据欧姆定律得干路中的电流I＝＝4 A，则通过导体棒的电流I2＝I－I1＝2 A，根据导体棒受力平衡，有I2LB＝mgsin 37°，解得B＝1.5 T，选项C正确。]
7.BD　[线圈转动过程中I与B始终垂直，故F大小不变，选项A错误，B正确；转过180°角时，左右导线位置互换，故线圈会倒转，选项C错误，D正确。]
8.AB　[根据平衡条件可知车身悬浮时受到的安培力大小等于重力，A正确；当悬浮间隙小于10 mm时，应增大电流I磁，从而增大向上的安培力，使之恢复，B正确；车体满载时会使车重增加，要增大安培力稳定悬浮，根据F＝ILB可知，应增大电流，即车体满载时悬浮所需的电流I磁较大，C错误；轨道磁铁受列车速度影响，速度大，磁性强，根据F＝ILB，安培力增大，更容易磁悬浮，D错误。]
9.(1)nBIL　方向水平向右　(2)nBILv
解析　(1)由安培力的计算公式F＝BIL及左手定则可知，线圈前、后两边受到的安培力大小相等，方向相反，两力的合力为零；左边不受安培力；右边受到的安培力的方向水平向右，因为线圈所在的平面与磁场的方向垂直，所以线圈所受安培力的大小F＝nBIL。
(2)线圈在安培力的作用下向右运动，根据功率的表达式可得P＝Fv＝nBILv。
10.BCD　[通过液体的电流方向由边缘指向中心，器皿所在处的磁场方向竖直向上，由左手定则可知，从上向下看，液体受到的安培力方向沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转，故A错误；电压表的示数为1.5 V，则根据闭合电路的欧姆定律得E＝U＋IR0＋Ir，所以电路中的电流为I＝＝ A＝0.3 A，液体所受的安培力大小为F＝IaB＝0.3×0.05×0.1 N＝1.5×10－3 N，故B正确；玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R＝0.9 Ω，则液体热功率为P热＝I2R＝0.32×0.9 W＝0.081 W，故C正确；10 s末液体的动能等于安培力对液体做的功，通过液体的电流的功率P＝UI＝1.5×0.3 W＝0.45 W，所以闭合开关10 s，液体具有的动能是Ek＝W－Q热＝(P－P热)t＝(0.45－0.081)×10 J＝3.69 J，故D正确。]第2节　安培力的应用
学习目标　1.能用安培力解释一些物理现象，了解安培力在生产生活中的应用。2.了解直流电动机、电磁炮、磁电式电流表的工作原理。
知识点一　直流电动机
如图所示，生活中不少设备装配了直流电动机，请结合上节课学到的知识，简单叙述一下这些设备是如何“动”起来的。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.直流电动机的组成
直流电动机由磁场(磁体)、转动______、滑环、______等组成，由直流电源供电，工作模型如图所示。
2.直流电动机的工作原理
(1)滑环分成两个半圆环A与B，它们相互绝缘。当电流由A流入时，则从B流出；当电流由B流入时，则从A流出。因此滑环在其中起了一个________的作用。
(2)当线圈通电后，由于受到安培力的作用，线圈在磁场中旋转起来，并且每转半圈，线圈内________方向就变换一次，从而可以连续转动，如图所示。
通电线圈在磁场中受到一对安培力的作用
3.电动机的能量转化
实际应用中既有直流电动机，也有交流电动机，虽然它们有多种形式，结构各不相同，但都是利用________力做功把电能转化为机械能。
例1 (多选)某同学自制的简易电动机示意图如图所示。矩形线圈由一根漆包线绕制而成，漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出，并作为线圈的转轴。将线圈架在两个金属支架之间，线圈平面位于竖直面内，永磁铁置于线圈下方。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来，该同学应将(　　)
A.左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉
B.左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉
C.左转轴上侧的绝缘漆刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉
D.左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
训练1 如图所示为直流电动机的示意图，当它接通不计内阻的直流电源后，从上而下看去，线圈沿顺时针方向转动。则电源的极性为(　　)
A.A正B负
B.B正A负
C.没有要求
D.无法判断
知识点二　电磁炮
1.电磁炮
也叫作轨道炮，是利用电磁系统中的__________力发射弹丸的一种先进的动能杀伤性武器，分为电磁轨道炮、电磁线圈炮和重接炮三类。
2.电磁炮的原理
如图所示是电磁轨道炮发射的基本原理图，其中两条平行的金属导轨A和B充当传统火炮的炮管，弹丸放置在两导轨间，它与两导轨间接触良好且摩擦很小。当两导轨接入电源时，强大的电流I从导轨A流入，经弹丸从另一导轨B流回，两导轨中的强电流在两导轨间产生强磁场，弹丸在安培力作用下以很大的加速度做加速运动，最终高速发射出去。
3.电磁炮的优点
(1)弹丸体积小，重量轻，方便携带。
(2)飞行时的空气阻力很小，发射稳定性好，初速度大，射程________，精度________。
(3)安全隐患小。
【思考】
电磁炮的原理并不复杂，为什么在过去的实战中我们很少见到它的身影呢？它的主要技术难点会在哪里？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例2 电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤性武器。如图所示为某款电磁炮的轨道，该轨道长10 m，宽2 m。若发射质量为100 g的弹丸，从轨道左端以初速度为零开始加速，当回路中的电流恒为100 A时，最大速度可达2 km/s，假设轨道间磁场为匀强磁场，不计空气及摩擦阻力。下列说法正确的是(　　)
A.磁场方向竖直向下
B.磁场方向为水平向右
C.弹丸的加速度大小为4×105 m/s2
D.磁感应强度的大小为100 T
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
知识点三　磁电式电流表
1.磁电式电流表的结构如图甲所示。
2.辐向磁场的特点：磁场内同一圆周上的任何位置，磁感应强度的大小都________，方向总是沿________方向，如图乙所示。
3.磁电式电流表的工作原理：当有待测电流通过线圈时，磁场就对线圈产生安培力，使它偏转。线圈偏转时，游丝发生形变，产生的弹力，阻止线圈继续偏转。线圈偏转的角度越大，游丝的形变越厉害，弹力就越大，当弹力和安培力的作用使线圈达到平衡时，指针所指的位置就反映出待测电流的大小。
线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变。所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。
4.磁电式电表的优缺点
优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流；
缺点：对过载很敏感，如果通过的电流超过允许值，很容易被烧坏。
例3 磁电式电流表的结构示意图如图甲所示，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布。如图乙所示，边长为L的正方形线圈中通以电流I，线圈中的某一条a导线中电流方向垂直纸面向外，b导线中电流方向垂直纸面向里，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。则(　　)
A.该磁场是匀强磁场
B.穿过该线圈的磁通量为BL2
C.a导线受到的安培力方向向下
D.b导线受到的安培力大小为ILB
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
训练2 (多选)以下关于磁电式电流表的说法正确的是(　　)
A.线圈平面跟磁感线平行
B.通电线圈中的电流越大，指针偏转角度也越大
C.在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场
D.在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，而与所处位置无关
随堂对点自测
1.(直流电动机)下列关于直流电动机的说法错误的是(　　)
A.安培力使直流电动机转子转动
B.直流电动机是一种将电能转化为机械能的装置
C.直流电动机的换向器的作用是不断改变磁场的方向
D.直流电动机的换向器的作用是不断改变线圈中电流的方向
2.(电磁炮)电磁弹射就是采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动，电磁炮就是利用电磁弹射的原理工作的。电磁炮的原理如图所示，则炮弹导体滑块受到的安培力的方向是(　　)
A.竖直向上 B.竖直向下
C.水平向左 D.水平向右
3.(磁电式电流表)磁电式电流表的构造如图甲所示，在蹄形磁铁的两磁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。蹄形磁铁和铁芯间有均匀辐向分布的磁场，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，螺旋弹簧被扭转，线圈停止转动时满足NISB＝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)的偏转角，k是与螺旋弹簧有关的常量。不考虑电磁感应现象，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
第2节　安培力的应用
知识点一
导学　提示　直流电动机是利用安培力使通电线圈转动起来的。
知识梳理
1.线圈　电刷　2.(1)换向器　(2)电流　3.安培
例1 AD　[若将左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉，这样当线圈在题图所示位置时，线圈的上、下边受水平方向的安培力而转动，转过半周后电路中没有电流通过，不受安培力的作用，由于惯性，线圈回到初始位置后再次受到同样的安培力而使其转动，选项A正确；若将左、右转轴上、下两侧的绝缘漆都刮掉，则当线圈在题图所示位置时，线圈的上、下边受水平方向的安培力而转动，转过半周后因受到相反方向的安培力而使其停止转动，选项B错误；若将左转轴上侧的绝缘漆刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉，电路不能接通，选项C错误；若将左转轴上、下两侧的绝缘漆都刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉，这样当线圈在题图所示位置时，线圈的上、下边受水平方向的安培力而转动，转过半周后电路不导通，由于惯性，线圈回到竖直平面，此时线圈再次受到同样的安培力而使其转动，选项D正确。]
训练1 A　[磁场方向向右，线圈顺时针转动，根据左手定则可知，线圈中电流方向为由A经线圈流到B，故A为电源正极，B为负极，选项A正确。]
知识点二
1.安培　3.(2)远　高
[思考] 提示　作为发展中的高技术兵器，电磁炮的军事用途十分广泛，但也存在不少技术上的困难，主要困难：要求电源在极短的时间里为电磁炮提供巨大的能量，因此必须附有复杂的储能设备及转换开关。如果要把电磁炮应用到车辆、舰船等移动发射装置上，技术难度更高。
例2 D　[回路中电流方向如题图所示，则根据安培定则可知，磁场方向应竖直向上，故A、B错误；由题意可知，弹丸的最大速度v＝2 km/s，加速距离x＝10 m，由速度和位移关系可知v2＝2ax，解得加速度大小a＝2×105 m/s2，由牛顿第二定律可得F＝ma，又F＝ILB，联立解得B＝100 T，故C错误，D正确。]
知识点三
2.相等　半径
例3 D　[匀强磁场的磁感线应该是一系列平行且间距相等的平行直线，方向相同，A错误；线圈平面与磁感线平行，故穿过线圈的磁通量为零，B错误；a导线中电流方向垂直纸面向外，该处磁场方向向右，根据左手定则，知安培力方向向上，C错误；导线b始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小一直为ILB，D正确。]
训练2 ABD　[磁电式电流表内磁场是均匀辐向分布的磁场，不管线圈转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，线圈所在各处磁场的磁感应强度大小相等、方向不同，所以安培力与电流大小有关而与所处位置无关，电流越大，安培力越大，指针转过的角度越大，选项A、B、D正确，C错误。]
随堂对点自测
1.C　[安培力使直流电动机转子转动，A正确；直流电动机通过安培力做功将电能转化为机械能，B正确；直流电动机的换向器使线圈每转动半圈，线圈中电流的方向改变一次，从而实现线圈的连续转动，C错误，D正确。]
2.C　[根据左手定则可知，炮弹导体滑块受到的安培力方向水平向左，C正确。]
3.A　[磁场是均匀辐向分布的，线圈转动过程中各个位置的磁感应强度的大小不变，受到的安培力大小不变，B错误；根据题意知，线圈停止转动时满足NISB＝kθ，则θ＝I，可知线圈(指针)偏转角与通过线圈的电流成正比，则该电流表的刻度是均匀的，故A正确；若线圈中通以如题图乙所示的电流，根据左手定则，左侧边受安培力方向向上，右侧边受安培力方向向下，线圈顺时针转动，故C错误；当线圈停止转动时有NISB＝kθ，则＝，更换k值更大的螺旋弹簧，则＝减小，故灵敏度降低，故D错误。](共47张PPT)
第2节　安培力的应用
第一章　磁场对电流的作用
1.能用安培力解释一些物理现象，了解安培力在生产生活中的应用。
2.了解直流电动机、电磁炮、磁电式电流表的工作原理。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二　电磁炮
知识点一　直流电动机
知识点三　磁电式电流表
知识点一　直流电动机
如图所示，生活中不少设备装配了直流电动机，请结合上节课学到的知识，简单叙述一下这些设备是如何“动”起来的。
提示　直流电动机是利用安培力使通电线圈转动起来的。
1.直流电动机的组成
直流电动机由磁场(磁体)、转动______、滑环、______等组成，由直流电源供电，工作模型如图所示。
线圈
电刷
2.直流电动机的工作原理
(1)滑环分成两个半圆环A与B，它们相互绝缘。当电流由A流入时，则从B流出；当电流由B流入时，则从A流出。因此滑环在其中起了一个________的作用。
(2)当线圈通电后，由于受到安培力的作用，线圈在磁场中旋转起来，并且每转半圈，线圈内______方向就变换一次，从而可以连续转动，如图所示。
换向器
电流
通电线圈在磁场中受到一对安培力的作用
3.电动机的能量转化
实际应用中既有直流电动机，也有交流电动机，虽然它们有多种形式，结构各不相同，但都是利用______力做功把电能转化为机械能。
安培
AD
例1 (多选)某同学自制的简易电动机示意图如图所示。矩形线圈由一根漆包线绕制而成，漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出，并作为线圈的转轴。将线圈架在两个金属支架之间，线圈平面位于竖直面内，永磁铁置于线圈下方。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来，该同学应将(　　)
A.左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉
B.左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉
C.左转轴上侧的绝缘漆刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉
D.左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉
解析　若将左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉，这样
当线圈在题图所示位置时，线圈的上、下边受水平
方向的安培力而转动，转过半周后电路中没有电流
通过，不受安培力的作用，由于惯性，线圈回到初
始位置后再次受到同样的安培力而使其转动，选项
A正确；若将左、右转轴上、下两侧的绝缘漆都刮掉，则当线圈在题图所示位置时，线圈的上、下边受水平方向的安培力而转动，转过半周后因受到相反方向的安培力而使其停止转动，选项B错误；若将左转轴上侧的绝缘漆刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉，电路不能接通，选项C错误；若将左转轴上、下两侧的绝缘漆都刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉，这样当线圈在题图所示位置时，线圈的上、下边受水平方向的安培力而转动，转过半周后电路不导通，由于惯性，线圈回到竖直平面，此时线圈再次受到同样的安培力而使其转动，选项D正确。
A
训练1 如图所示为直流电动机的示意图，当它接通不计内阻的直流电源后，从上而下看去，线圈沿顺时针方向转动。则电源的极性为(　　)
A.A正B负 B.B正A负
C.没有要求 D.无法判断
解析　磁场方向向右，线圈顺时针转动，根据左手定则可知，线圈中电流方向为由A经线圈流到B，故A为电源正极，B为负极，选项A正确。
知识点二　电磁炮
1.电磁炮
也叫作轨道炮，是利用电磁系统中的安培力发射弹丸的一种先进的动能杀伤性武器，分为电磁轨道炮、电磁线圈炮和重接炮三类。
2.电磁炮的原理
如图所示是电磁轨道炮发射的基本原理图，其中两条平行的金属导轨A和B充当传统火炮的炮管，弹丸放置在两导轨间，它与两导轨间接触良好且摩擦很小。当两导轨接入电源时，强大的电流I从导轨A流入，经弹丸从另一导轨B流回，两导轨中的强电流在两导轨间产生强磁场，弹丸在安培力作用下以很大的加速度做加速运动，最终高速发射出去。
3.电磁炮的优点
(1)弹丸体积小，重量轻，方便携带。
(2)飞行时的空气阻力很小，发射稳定性好，初速度大，射程____，精度____。
(3)安全隐患小。
远
高
【思考】
电磁炮的原理并不复杂，为什么在过去的实战中我们很少见到它的身影呢？它的主要技术难点会在哪里？
提示　作为发展中的高技术兵器，电磁炮的军事用途十分广泛，但也存在不少技术上的困难，主要困难：要求电源在极短的时间里为电磁炮提供巨大的能量，因此必须附有复杂的储能设备及转换开关。如果要把电磁炮应用到车辆、舰船等移动发射装置上，技术难度更高。
D
例2 电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤性武器。如图所示为某款电磁炮的轨道，该轨道长10 m，宽2 m。若发射质量为100 g的弹丸，从轨道左端以初速度为零开始加速，当回路中的电流恒为100 A时，最大速度可达2 km/s，假设轨道间磁场为匀强磁场，不计空气及摩擦阻力。下列说法正确的是(　　)
A.磁场方向竖直向下
B.磁场方向为水平向右
C.弹丸的加速度大小为4×105 m/s2
D.磁感应强度的大小为100 T
解析　回路中电流方向如题图所示，则根据安培定则可知，磁场方向应竖直向上，故A、B错误；由题意可知，弹丸的最大速度v＝2 km/s，加速距离x＝10 m，由速度和位移关系可知v2＝2ax，解得加速度大小a＝2×105 m/s2，由牛顿第二定律可得F＝ma，又F＝ILB，联立解得B＝100 T，故C错误，D正确。
知识点三　磁电式电流表
1.磁电式电流表的结构如图甲所示。
2.辐向磁场的特点：磁场内同一圆周上的任何位置，磁感应强度的大小都______，方向总是沿______方向，如图乙所示。
3.磁电式电流表的工作原理：当有待测电流通过线圈时，磁场就对线圈产生安培力，使它偏转。线圈偏转时，游丝发生形变，产生的弹力，阻止线圈继续偏转。线圈偏转的角度越大，游丝的形变越厉害，弹力就越大，当弹力和安培力的作用使线圈达到平衡时，指针所指的位置就反映出待测电流的大小。
线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变。所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。
相等
半径
4.磁电式电表的优缺点
优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流；
缺点：对过载很敏感，如果通过的电流超过允许值，很容易被烧坏。
D
例3 磁电式电流表的结构示意图如图甲所示，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布。如图乙所示，边长为L的正方形线圈中通以电流I，线圈中的某一条a导线中电流方向垂直纸面向外，b导线中电流方向垂直纸面向里，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。则(　　)
A.该磁场是匀强磁场
B.穿过该线圈的磁通量为BL2
C.a导线受到的安培力方向向下
D.b导线受到的安培力大小为ILB
解析　匀强磁场的磁感线应该是一系列平行且间距相等的平行直线，方向相同，A错误；线圈平面与磁感线平行，故穿过线圈的磁通量为零，B错误；a导线中电流方向垂直纸面向外，该处磁场方向向右，根据左手定则，知安培力方向向上，C错误；导线b始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小一直为ILB，D正确。
ABD
训练2 (多选)以下关于磁电式电流表的说法正确的是(　　 )
A.线圈平面跟磁感线平行
B.通电线圈中的电流越大，指针偏转角度也越大
C.在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场
D.在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，而与所处位置无关
解析　磁电式电流表内磁场是均匀辐向分布的磁场，不管线圈转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，线圈所在各处磁场的磁感应强度大小相等、方向不同，所以安培力与电流大小有关而与所处位置无关，电流越大，安培力越大，指针转过的角度越大，选项A、B、D正确，C错误。
随堂对点自测
2
C
1.(直流电动机)下列关于直流电动机的说法错误的是(　　)
A.安培力使直流电动机转子转动
B.直流电动机是一种将电能转化为机械能的装置
C.直流电动机的换向器的作用是不断改变磁场的方向
D.直流电动机的换向器的作用是不断改变线圈中电流的方向
解析　安培力使直流电动机转子转动，A正确；直流电动机通过安培力做功将电能转化为机械能，B正确；直流电动机的换向器使线圈每转动半圈，线圈中电流的方向改变一次，从而实现线圈的连续转动，C错误，D正确。
C
2.(电磁炮)电磁弹射就是采用电磁的能量来推动被弹射的物体向外运动，电磁炮就是利用电磁弹射的原理工作的。电磁炮的原理如图所示，则炮弹导体滑块受到的安培力的方向是(　　)
A.竖直向上 B.竖直向下
C.水平向左 D.水平向右
解析　根据左手定则可知，炮弹导体滑块受到的安培力方向水平向左，C正确。
A
3.(磁电式电流表)磁电式电流表的构造如图甲所示，在蹄形磁铁的两磁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。蹄形磁铁和铁芯间有均匀辐向分布的磁场，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，螺旋弹簧被扭转，线圈停止转动时满足NISB＝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)的偏转角，k是与螺旋弹簧有关的常量。不考虑电磁感应现象，由题中的信息可知(　　)
课后巩固训练
3
B
题组一　直流电动机
1.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10 V，额定功率为200 W，A、B为线圈上的两点。下列选项中不正确的是(　　)
对点题组练
A.在额定功率下运行时，电动机电路中的电流大小为20 A
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
解析　电动机的电功率表达式为P＝UI，代入数据解得I＝20 A，A项正确；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，AB段受力方向向上，再由左手定则可知，电流方向由A指向B，故电刷b接入电路正极，电刷a接入电路负极，B项错误；电动机转过180°后两半铜环所接电刷互换，A、B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；直流电源可以驱动该电动机正常工作，D项正确。
AC
题组二　电磁炮
2.(多选)电磁炮是一种理想兵器，它的主要原理如图所示，1982年澳大利亚国立大学成功研制出能把2.2 g的弹体(包括金属杆MN的质量)加速到10 km/s的电磁炮(常规炮弹的速度大小约为2 km/s)。若轨道宽2 m，长100 m，通过金属杆的电流恒为10 A，不计轨道摩擦，则(　　)
A.垂直轨道平面的匀强磁场的磁感应强度大小为55 T
B.垂直轨道平面的匀强磁场的磁感应强度大小为5.5×104 T
C.该电磁炮工作时磁场力的最大功率为1.1×104 kW
D.该电磁炮装置中对磁场方向和电流方向的关系没有要求
ABD
题组三　磁电式电流表
3.(多选)下列关于磁电式电流表的说法中正确的是(　　 )
A.指针稳定后，螺旋弹簧形变产生的阻碍效果与线圈受到的安培力的转动效果方向是相反的
B.通电线圈中的电流越大，电流表指针的偏转角度越大
C.在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场
D.在线圈转动的范围内，线圈所受安培力大小与电流大小有关，与所处位置无关
解析　螺旋弹簧形变产生的阻碍效果与线圈受到的安培力的转动效果方向相反，线圈才能停止转动，使指针稳定；电流表内磁场是均匀辐射磁场，在线圈转动的范围内，不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，线圈所在各处的磁感应强度大小相等，但方向不同，所以安培力大小与电流大小有关而与所处位置无关，电流越大，安培力越大，指针转过的角度越大，则A、B、D正确，C错误。
ABD
4.(多选)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。蹄形磁体和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的。若线圈中通以如图乙所示的电流，则下列说法中正确的是(　　 )
A.在量程内指针转至任一角度，线圈平面都跟磁感线平行
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，b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顺时针方向转动
解析　由于磁场辐向分布，且线圈与铁芯共轴，故线圈平面总是与磁感线平行，故A正确；通有电流时，线圈在安培力的作用下转动，从而使螺旋弹簧发生形变，螺旋弹簧因为形变而产生阻碍线圈转动的力，故B正确；由左手定则知，b端受到的安培力方向向下，a端受到的安培力方向向上，安培力的作用将使线圈沿顺时针方向转动，故C错误，D正确。
B
5.(2023·广东惠州一中月考)所谓电流表的灵敏度，是指在通入相同电流的情况下，指针偏转角度的大小。偏转角度越大，灵敏度越高。下列关于提高磁电式电流表灵敏度的方法不正确的是(　　)
A.增强永久磁体的磁性 B.增大螺旋弹簧的劲度系数
C.增大线圈沿轴线的长度 D.增加线圈的匝数
综合提升练
解析　通电线圈在磁场中转动时，螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动。电流越大，所受安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越大。要提高电流表的灵敏度，就要在通入相同的电流时，让指针的偏转角度增大。所以应该减小螺旋弹簧的劲度系数，或者保持电流大小不变使安培力变大。增强永久磁体的磁性、增大线圈沿轴线的长度和增加线圈的匝数，均可使安培力增大，B正确。
C
6.如图所示，质量m＝0.5 kg的通电导体棒在安培力作用下静止在倾角为37°、宽度L＝1 m的光滑绝缘框架上，磁场方向垂直于框架平面向下(磁场仅存在于绝缘框架内)。右侧回路中，电源的电动势E＝8 V、内阻r＝1 Ω，额定功率为8 W、额定电压为4 V的电动机M正常工作，取sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，重力加速度g取10 m/s2，则磁场的磁感应强度大小为(　　)
A.2 T B.1.73 T 　
C.1.5 T 　 D.1 T
BD
7.(多选)如图所示，处在匀强磁场中的通电矩形线圈平面跟磁感线平行，线圈在磁场力的作用下从静止开始转动，已知线圈中电流强度大小不变。不计摩擦等机械损耗，则下列说法正确的是(　　)
A.在线圈转过90°的过程中，垂直纸面的每条边受到的磁场力逐渐减小
B.在线圈转过90°的过程中，垂直纸面的每条边受到的磁场力大小不变
C.线圈将朝一个方向一直转动下去
D.线圈从图示位置朝一个方向每转过180°就倒转
解析　线圈转动过程中I与B始终垂直，故F大小不变，选项A错误，B正确；转过180°角时，左右导线位置互换，故线圈会倒转，选项C错误，D正确。
AB
8.(多选)(2024·重庆市南坪中学期末)常导磁吸式(EMS)利
用装在车辆两侧转向架上的常导电磁线圈和铺设在线路
导轨上的磁铁，在两者的相互作用下产生的吸引力使车
辆浮起，轨道磁铁受列车速度影响，速度大磁性强，轨
道磁铁外部磁感应强度随距离增大而减小。车体运行时，
通过精确控制车身线圈中的电流I磁，形成稳定的吸引力，使车体与轨道之间始终保持10 mm的悬浮间隙，如图所示。下列选项正确的是(　　)
A.车身悬浮时受到的竖直方向安培力等于重力
B.当悬浮间隙小于10 mm时，应增大电流I磁使之恢复
C.车体满载时悬浮较空载所需的电流I磁较小
D.列车高速时更难悬浮
解析　根据平衡条件可知车身悬浮时受到的安培力大小等于重力，A正确；当悬浮间隙小于10 mm时，应增大电流I磁，从而增大向上的安培力，使之恢复，B正确；车体满载时会使车重增加，要增大安培力稳定悬浮，根据F＝ILB可知，应增大电流，即车体满载时悬浮所需的电流I磁较大，C错误；轨道磁铁受列车速度影响，速度大，磁性强，根据F＝ILB，安培力增大，更容易磁悬浮，D错误。
9.音圈电机是一种应用于硬盘、光驱等系统的特殊电动机。如图是某音圈电机的原理示意图，它由一对正对的磁极和一个方形刚性线圈构成，线圈边长为L，匝数为n，磁极正对区域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下，大小为B，区域外的磁场忽略不计。线圈左边始终在磁场外，右边始终在磁场内，前后两边的磁场内的长度始终相等。某时刻线圈中的电流从P流向Q，大小为I。
(1)求此时线圈所受安培力的大小和方向；
(2)若此时线圈水平向右运动的速度大小为v，求安培力的功率。
答案　(1)nBIL　方向水平向右　(2)nBILv
解析　(1)由安培力的计算公式F＝BIL及左手定则
可知，线圈前、后两边受到的安培力大小相等，
方向相反，两力的合力为零；左边不受安培力；
右边受到的安培力的方向水平向右，因为线圈所
在的平面与磁场的方向垂直，所以线圈所受安培力的大小F＝nBIL。
(2)线圈在安培力的作用下向右运动，根据功率的表达式可得P＝Fv＝nBILv。
BCD
10.(多选)如图所示，某同学在玻璃皿中心放一个圆柱形电极接电源的负极，沿边缘放一个圆环形电极接电源的正极，做“旋转的液体”实验，若蹄形磁铁两极间正对部分的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小为B＝0.1 T，玻璃皿横截面的半径为a＝0.05 m，电源的电动势为E＝3 V，内阻为r＝0.1 Ω，限流电阻R0＝4.9 Ω，玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R＝0.9 Ω，闭合开关后，若液体旋转时电压表的示数为1.5 V，则(　　 )
培优加强练
A.由上往下看，液体做顺时针旋转
B.液体所受的安培力大小为1.5×10－3 N
C.闭合开关后，液体热功率为0.081 W
D.闭合开关10 s，液体具有的动能是3.69 J

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