专题1.3 安培力作用下的能量问题、综合问题-2022-2023学年高二物理举一反三系列（人教版2019选择性必修第二册）（原卷版）

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专题 1.3 安培力作用下的能量问题、综合问题

【人教版】

【题型 1 电磁炮问题】......................................................................................................................

【题型 2 电动机问题】......................................................................................................................

【题型 3 旋转液体实验】..................................................................................................................

【题型 4 综合问题】..........................................................................................................................

【题型 1 电磁炮问题】

【例 1】如图甲所示，电磁发射是一种全新的发射技术，通过电磁发射远程投送无动力的

炮弹，可以实现比较高的出口速度，且它的能量是可调控的，未来可用于消防、军事等方

面。它的主要原理如图乙所示，两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，炮弹可沿导轨无

摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触。内阻为 r的可控电源提供强大的电流经导轨流入

炮弹再流回电源，炮弹被导轨中电流形成的磁场推动而发射。在发射过程中，该磁场在炮

弹所在位置始终可以简化为磁感应强度为 B的匀强磁场。已知两导轨内侧间距为 L，炮弹

的质量为 m，炮弹在导轨间的电阻为 R，若炮弹滑行距离 s后获得的发射速度为 v。不计空

气阻力、导轨电阻，不考虑炮弹切割磁感线产生的感应电动势，下列说法正确的是( )

A.匀强磁场方向为竖直向下

B.电磁炮受到的安培力大小为

C.通过炮弹的电流为

D.可控电源此时的电动势是

【变式 1-1】（多选）如图所示是导轨式电磁炮的结构原理示意图，两根平行长直金属导轨

沿水平方向固定，其间安放炮弹，炮弹可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触

内阻为 r的可控电源提供的强大电流从一根导轨流入，经过炮弹，再从另一根导轨流回电

源。炮弹被导轨中电流形成的磁场推动而发射。在发射过程中，在炮弹所在位置的导轨电

流形成的磁场始终可以简化为磁感应强度为 B的匀强磁场。已知两导轨内侧间距为 L，炮

弹的质量为 m，炮弹在导轨间的电阻为 R，若炮弹滑行 s后获得的发射速度为 v，不计空气

阻力，不考虑炮弹切割磁感线产生的感应电动势，导轨电阻不计，下列说法正确的是( )

A.匀强磁场的方向为竖直向上

B.炮弹受到的安培力大小为

C.可控电源的电动势是

D.这一过程中系统消耗的总能量是

【变式 1-2】如图所示为电磁炮的简化原理示意图，它由两条水平放置的平行光滑长直轨道

组成。轨道间放置一个导体滑块作为弹头。当电流从一条轨道流入，经弹头从另一条轨道

流回时，在两轨道间产生磁场，弹头就在安培力推动下以很大的速度射出去。不计空气阻

力，将该过程中安培力近似处理为恒力，为了使弹头获得更大的速度，可适当( )

A.减小平行轨道间距 B.增大轨道中的电流 C.缩短轨道的长度 D.增大弹头的质量

【变式 1-3】（多选）电磁炮是将电磁能转变成动能的装置。我国电磁炮曾在 936 坦克登陆

舰上进行了海上测试，据称测试中弹丸以 2 580 m/s 的出口速度，击中了 220 km 外的目标。

如图是“电磁炮”模型的原理结构示意图。光滑水平平行金属导轨的间距，

电阻不计，在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小。装有弹体的导

体棒垂直放在导轨上的最左端，且始终与导轨接触良好，导体棒（含弹体）

的质量，在导轨心间部分的电阻，可控电源的内阻。

在某次模拟发射时，可控电源为导体棒提供的电流恒为，不计空气阻力，

导体棒由静止加速到后发射弹体。则( )

A.其他条件不变，若弹体质量变为原来的 2倍，射出速度将变为原来的

B.其他条件不变，若水平金属导轨的长度变为原来的 2倍，加速时间将变为原来的倍

C.其他条件不变，若磁感应强度大小 B变为原来的 2倍，射出速度将变为原来的 2倍

D.该过程系统产生的焦耳热为

【题型 2 电动机问题】

【例 2】如图所示为网络科学小视频中经常出现的一组装置，将一段电阻为 r的裸铜导线弯

成心形，A端与电池正极接触，端与负极相连，然后将电池放在小磁铁上方，保证电

路良好接触，心形铜导线就会转起来，不计转动阻力。下列说法正确的是( )

A.可根据电池的正负极和裸铜线的转动方向判断小磁铁的N、S极

B.从上向下看，裸铜导线在安培力作用下一定逆时针转动

C.如果磁铁的磁极调换一下，心形线框启动，其转动的方向不变

D.电池的输出功率等于线圈转动的机械功率

【变式 2-1】小明同学在抖音上发现了一个有趣的“简易电动机”，将一节5号干电池的正

极向上，几块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极上，把一段裸铜导线弯折成一个线框，线框

上端的中点折出一个突出部分与正极良好接触，下面弯曲的两端与磁铁表面保持良好接触

如图甲所示，放手后线框就会转动起来.小明运用学过的磁场知识对其进行深入研究，画出

的“原理图”如图乙所示，图中虚线表示磁感线，关于该“简易电动机”，下列说法正确

的是( )

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