2024-2025学年粤教版（2019）选择性必修第二册 1.2安培力的应用 同步作业（含解析）
一、单选题
1．磁电式电流表是实验室中常用的电学实验器材，图为其结构示意图，其线圈绕在一个与指针、转轴相连的铝框骨架上，并处在极靴和铁质圆柱间的磁场中。线圈未通电时，指针竖直指在表盘中央；线圈通电时指针随之偏转，由此就能确定电流的大小。下列说法正确的是( )
A.线圈通电时指针随之偏转，这是利用电磁感应原理
B.运输时要把电流表的正、负接线柱用导线连在一起从而保护电表指针，这是利用电磁阻尼原理
C.为了节约成本，可以将铝框骨架换成轻质的塑料框
D.磁电式电流表允许通过的电流很弱，如果要扩大它的量程，可将它与一个大电阻串联改装成一个大量程电流表
2．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
3．如图甲所示为磁电式电流表的结构图。磁电式电流表最基本的组成部分是磁体和放在磁体两极间的线圈，两极间装有极靴，极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，螺旋弹簧反抗线圈的转动。某时刻当线圈左边导线a电流方向为垂直纸面向里时，它受到的安培力如图乙所示，下列说法正确的是( )
A.此时导线a所处的磁场方向为水平向右
B.圆柱内磁感线全部穿过圆心
C.线圈中通入恒定的电流并转过一个小角度，导线受到的安培力不变
D.不管线圈转到什么位置，导线所受的安培力总是与线圈平面垂直
4．下列与电、磁相关的实例应用中利用电磁感应原理的是( )
①图甲中扬声器把电流信号转换成声音信号
②图乙中磁电式电流表的指针偏转
③图丙中利用电磁炉加热铁锅内食物
④图丁中动圈式话筒把声音信号转化成电流信号
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
5．如图甲所示是磁电式电表内部结构示意图，蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以绕轴转动的铝框，在铝框上绕有铜线圈。电表指针固定铁芯在线圈上，可与线圈一起转动，线圈的两端分别接在两个螺旋弹簧上，被测电流经过这两个弹簧流入线圈。蹄形磁铁与铁芯间的磁场可看作是均匀辐射分布的，如图乙所示，无论线圈转到什么位置，线圈平面总与线圈所在磁场甲的方向平行。关于磁电式电表，下列说法不正确的是( )
A.磁电式电表的原理是通电线圈在磁场中因受安培力而转动
B.改变线圈中电流的方向，指针会反向偏转
C.增加线圈的匝数可以提高电表的灵敏度
D.用塑料框代替铝框，在使用电表时可以使指针更迅速稳定在示数位置上
6．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.如图所示的电流表指针只能顺时针转动
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
7．磁电式电流表的构造如图甲所示，其最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈。两磁极间装有极靴，极靴中间又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，如图乙所示。当线圈中通以恒定电流时，安培力带动线圈偏转，在螺旋弹簧的反向作用下最终使线圈稳定。下列说法正确的是( )
A.极靴与圆柱间的磁场是匀强磁场
B.线圈转动过程中不产生感应电动势
C.线圈通电转动停止后，不再受到安培力
D.若线圈a、b两边通以如图乙所示方向的电流时，a边受到的安培力方向向上
8．如图所示为双量程电流表的内部结构，由表头和定值电阻、组成，表头的满偏电流，内阻，定值电阻，。则A接线柱对应的量程为( )
A.4mA B.6mA C.13mA D.15mA
二、多选题
9．磁电式电流表的原理是当可动线圈通以电流以后，在永久磁铁的磁场作用下，使线圈转动，回复作用力通常由螺旋弹簧产生。特点是灵敏度高、工作稳定可靠、刻度均匀、制成多量程的仪表比较容易实现。磁电式电流表通以相同电流时，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.较多的线圈匝数 B.较少的线圈匝数
C.较强的辐向分布的磁场 D.较弱的辐向分布的磁场
10．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
11．关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的均匀辐向分布的磁场，下列说法正确的是( )
A.该磁场的磁感应强度处处大小相等，方向相同
B.该磁场的磁感应强度处处方向相同，大小不等
C.使线圈平面始终与磁感线平行
D.该磁场中距轴线等距离处的磁感应强度的大小都相等
三、计算题
12.(0分)
如图所示为一电流表的原理示意图.质量为 的均质细金属棒 的中点处通过一挂钩与一竖直悬挂的绝缘弹簧相连,绝缘弹簧的劲度系数为 .在矩形区域 内有匀强磁场,磁感应强度大小为 ,方向垂直纸面向外.与 的右端 连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的读数, 的长度大于 .当 中没有电流通过且处于平衡状态时, 与矩形区域的 边重合;当 中有电流通过时,指针示数可表示电流的大小。
1.当电流表示数为零时,弹簧伸长量为多少 (重力加速度为 )
2.若要电流表正常工作, 的哪一端应与电源正极相接
3.若 , , , ,此电流表的量程是多少 (不计通电时电流产生的磁场的作用)
4.在3的条件下,若将量程扩大2倍,磁感应强度应变为
13．设电流汁中的磁场为均匀辐向分布的磁场如图甲所示,如图乙中表示的是电流计中的通电线圈,,.共有50匝,线圈两边所在位置的磁感应强度为0.5.已知线圈每偏转1°,弹簧产生的阻碍线圈偏转的力矩为.
甲 乙
1.当线圈中电流为0.6时,指针将转过多少度
2.如果指针的最大偏转角为90°,则这只电流计量程是多少
3.当指针偏转角为40°时,通入线圈的电流多大
参考答案
1．答案：B
解析：A.磁电式电流表的工作原理是安培力作用使通电线圈转动，故A错误；
B.在运输时用导线将电流表的两个接线柱连在一起，电流表短路，指针摆动时产生感应电流，感应电流受安培力作用，利用了电磁阻尼原理从而可减缓指针的晃动，故B正确；
C.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，保证仪表的准确性更高；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，C错误；
D.应并联一个电阻才能扩大电流表量程，故D错误。
故选B。
2．答案：D
解析：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。
3．答案：D
解析：A.某时刻当线圈左边导线a电流方向为垂直纸面向里时，它受到的安培力竖直向上，根据左手定则可知，此时导线a所处的磁场方向为水平向左，故A错误；
B.磁感线不可能相交，所以圆柱内磁感线不可能全部穿过圆心，故B错误；
C.线圈中通入恒定的电流并转过一个小角度，根据，可知导线受到的安培力大小不变，但方向改变，故C错误；
D.不管线圈转到什么位置，线圈平面始终与极靴与圆柱间的磁感线平行，导线所受的安培力总是与线圈平面垂直，故D正确。
故选D。
4．答案：D
解析：图甲和图乙都是利用磁场对电流的作用原理，图丙和图丁是利用电磁感应原理。
故选D。
5．答案：D
解析：A.磁电式电流表的内部，在蹄形磁铁的两极间有一个可以绕轴转动的线圈，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，当电流通过线圈时，线圈在安培力的作用下转动，故A正确，不符合题意；
B.改变线圈中电流的方向，线圈受力方向相反，指针会反向偏转，故B正确，不符合题意；
C.线圈匝数越多，受到的安培力合力越大，越容易转动，可以提高电流表的灵敏度；故C正确，不符合题意；
D.用铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时，导致铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其很快停止摆动。而塑料做骨架达不到此作用，故D错误，符合题意。
故选D。
6．答案：C
解析：A.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，故A错误；B.当没有通入电流时，如图所示的电流表指不转动，停在中间，当通入方向不同的电流时，指针顺时针转动或逆时针转动，故B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。
7．答案：D
解析：A.磁场是辐向分布的，方向不同，故极靴与圆柱间的磁场不是匀强磁场，故A错误；
B.线圈在转动过程中线圈在切割磁感线，会产生感应电动势，故B错误；
C.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错误；
D.若线圈a、b两边通以如图乙所示方向的电流时，根据左手则，可知a边受到的安培力方向向上，故D正确。
故选D。
8．答案：D
解析：当接A接线柱时表头与串联再与并联，故的电流与表头的电流关系为
，代入数据解得，A接线柱对应的量程为，故选D。
9．答案：AC
解析：AB.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，故B错误，A正确；
CD.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，故D错误，C正确。
故选AC。
10．答案：BC
解析：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。
11．答案：CD
解析：AB.磁电式仪表内的磁场为辐向分布的磁场，是非匀强磁场，A、B错误；
CD.辐向分布的磁场使得线圈转到任何位置都与磁场方向平行，离轴线等距处的磁场大小相等，但方向不同，C、D正确。
故选CD。
答案： 1.
2. M端; 3.0~2.5A; 4.0.1T解析： 1.设当电流表示数为零时,弹簧的伸长量为 ,
则有 ,
解得
2.为使电流表正常工作,作用于通有电流的金属棒 的安培力必须向下,因此 端应接正极.
3.设电流表满偏时通过 间的电流为 ,则有
,
联立并代入数据得 .
故电流表的量程为0~2.5A
4. 设量程扩大后,磁感应强度变为 ,则有
解得 .
13．答案：1.安培力力矩.
当时线圈平衡,,
故指针转过角度.
2.,又,
故电流计量程.
3.当时,,
故通过线圈电流.
解析：根据电流计的工作原理可知,整个线圈平面始终与磁场方向平行,当线圈所受安培力的力矩和弹簧产生的阻碍线圈偏转的力矩相等时,线圈静止.
