专题3.磁动力模型
一．选择题
1.．(2023广东重点高中期末)如图为一款热销“永动机”玩具示意图，其原理是通过隐藏的电池和磁铁对小钢球施加安培力从而实现“永动”。小钢球从水平光滑平台的洞口M 点静止出发，无磕碰地穿过竖直绝缘管道后从末端N 点进入平行导轨PP ʹ-QQ ʹ，电池、导轨与小钢球构成闭合回路后形成电流，其中电源正极连接导轨PQ ，负极连接P ʹQ ʹ；通电小钢球在底部磁场区域受安培力加速，并从导轨的圆弧段末端QQ ʹ抛出；然后小钢球恰好在最高点运动到水平光滑平台上，最终滚动至与挡板发生完全非弹性碰撞后再次从M 点静止出发，如此循环。已知导轨末端QQ ʹ与平台右端的水平、竖直距离均为0.2m ，小钢球质量为40g ，在导轨上克服摩擦做功为0.04J ，其余摩擦忽略不计，重力加速度g 取10m/s 2，则（） A ．磁铁的N 极朝上
B ．取下电池后，小钢球从M 点静止出发仍能回到平台上
C ．小钢球从导轨末端QQ ʹ抛出时速度为2m/s
D ．为了维持“永动”，每个循环需安培力对小球做功大于0.04J
【参考答案】．AD
【名师解析】．由电路可知钢球中电流方向垂直于纸面向里，由左手定则可知磁铁上方轨道处磁场方向向上，故磁铁N 极朝上，故A 正确； 取下电池后，小球缺少安培力做功，即使从导轨末端抛出，初速度减小也将导致不能到达平台，故B 错误；斜抛到最高点可反向看作平抛运动，则
212y gt =，x x v t =解得0.2s t =，
1m/s x v =所以2m/s
y v gt ==所以抛出时的速度为225m/s x y v v v =+=，故C 错误；
为了维持“永动”，每个循环安培力做的功应该补充机械能的损失，一部分是克服摩擦力做的功，还有一部分是碰撞挡板的损失，一定大于0.04J ，故D 正确。
2．（2022河北普通高中第一次联考）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10V ，额定功率为200W ，A 、B 为线圈上的两点。下列选项中不正确的
是
甲乙
A ．在额定功率下运行时，电动机电路中的电流大小为20A
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
【参考答案】．B
【名师解析】电动机的电功率表达式为P UI =，代入题中数据可得：200W=10V I ⨯，解得20A I =，A 项正确；B ．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b 为正极，a 为负极，B 项错误；C ．电动机转过180°后两半铜环所接电刷互换，AB 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；D ．直流电源可以驱动该电动机正常工作，D 项正确。
【命题意图】本题以电动车为背景，主要考查理解能力、推理论证能力，体现科学思维、科学探究、科学态度与责任的要求。
3.（2021南京期末）电磁泵在目前的生产、科技中得到了广泛应用.如图所示，泵体是一个长方体，ab 边长为L 1，两侧端面是边长为L 2的正方形；流经泵体内的液体密度为ρ，在泵头通入导电剂后液体的电导率为σ（电阻率的倒数），泵体所在处有方向垂直向外的磁场B ，把泵体的上下两表面接在电压为U （内阻不计）的电源上.则
A ．泵体上表面应接电源负极
B ．通过泵体的电流I =UL 2σ
C ．仅将磁场方向反向，电磁泵仍能正常工作
D ．增大液体的电导率σ可获得更大的抽液高度
【参考答案】D
【名师解析】当泵体上表面接电源的正极时，电流从上向下流过泵体，这时受到的磁场力水平向左，拉动液体，选项A 错误；根据电阻定律，泵体内液体的电阻212111L L R S L L L ρ
σσ==⨯=，因此流过泵体的电流1U I UL R
σ==，选项B 错误；仅将磁场方向反向，根据左手定则，安培力和原来相反，液体的运动方向也会相反，电磁泵不能正常工作，选项C 错误；若增大液体的电导率σ
，可以使电流增大，受到的磁场力增
大，使抽液高度增大，选项D 正确。
4.（2020成都调研）如图，等离子体以平行两极板向右的速度v=100m/s 进入两极板之间，平行极板间有磁感应强度大小为0.5T 、方向垂直纸面向里的匀强磁场，两极板间的距离为10cm ，两极板间等离子体的电阻r =1Ω。小波同学在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极接电路中B 点，沿边缘放一个圆环形电极接电路中A 点后完成“旋转的液体”实验。若蹄形磁铁两极间正对部分的磁场视为匀强磁场，上半部分为S 极，R 0=2.0Ω，闭合开关后，当液体稳定旋转时电压表（视为理想电压表）的示数恒为2.0V ，则
A.玻璃皿中的电流方向由中心流向边缘
B.由上往下看，液体做顺时针旋转
C.通过R 0的电流为1.5A
D.闭合开关后，R 0的热功率为2W
【参考答案】D
【名师解析】
由左手定则可知，正离子向上偏，所以上极板带正电，下极板带负电，所以由于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，在电源外部电流由正极流向负极，因此电流由边缘流向中心，器皿所在处的磁场竖直向上，由左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转，故A ，B 错误；当电场力与洛伦兹力相等时，两极板间的电压不变，则有
U qvB q d
=，得==0.50.1100V=5V U Bdv ⨯⨯，由闭合电路欧姆定律有V 0()U U I r R -=+，解得1A I =。R 0的热功率0202W R P I R ==，故C 错误，D 正确。
5.（2020高考模拟示范卷3）某兴趣小组制作了一个简易的“转动装置”，如图甲所示，在干电池的负极吸上一块圆柱形强磁铁，然后将一金属导线折成顶端有一支点、底端开口的导线框，并使导线框的支点与电源正极、底端与磁铁均良好接触但不固定，图乙是该装置的示意图。若线框逆时针转动(俯视)，下列说法正确的是
A.线框转动是因为发生了电磁感应
B.磁铁导电，且与电池负极接触的一端是S 极
C.若将磁铁的两极对调，则线框转动方向不变
D.线框转动稳定时的电流比开始转动时的大
【参考答案】B
【名师解析】对线框的下端平台侧面分析，若扁圆柱形磁铁上端为S 极，下端为N 极，周围磁感线由上往下斜穿入线框内部，在垂直于纸面向外的径向上，磁感应线有垂直于纸面向里的分量，在此径向上的负电荷由下往上运动，由左手定则知：此负电荷受到垂直于径向沿纸面向右的洛伦兹力，即在径向的左垂线方向；同理，其他任一径向上的电荷均受到左垂线方向的洛伦兹力（中心原点除外），所
以，由上往下看（俯视），线框沿逆时针转动，若扁圆柱形磁铁上端为N 极，下端为S 极，则转动方向相反，所以该装置的原理是电流在磁场中的受力，不是电磁感应。故AC 错误，B 正确；稳定时，因导线切割磁感应线，则线框中电流比刚开始转动时的小，故D 错误。
6.超导电磁船是一种不需要螺旋桨推进的低噪音新型船，如图是电磁船的简化原理图，AB 和CD 是与电源相连的导体板，AB 与CD 之间部分区域浸没在海水中并有垂直纸面向内的匀强磁场(磁场由固定在船上的超导线圈产生，其独立电路部分未画出)，以下说法正确的是 A ．使船前进的力，是磁场对海水中电流的安培力
B ．要使船前进，海水中的电流方向从CD 板指向AB 板
C ．同时改变磁场的方向和电源正负极，推进力方向将与原方向相反
D ．若接入电路的海水电阻为R ，其两端的电压为U ，则船在海水中前进时，AB 与CD 间海水中的电流强度小于R
U 【参考答案】D
【名师解析】根据题述，AB 与CD 之间部分区域浸没在海水中并有垂直纸面向内的匀强磁场，海水中
该部分为导体，与导体板和电源构成回路，海水通电后受到安培力作用，磁场对海水有向后的作用力，根据牛顿第三定律，海水对磁场（实质是海水对超导电磁船）有向前的作用力，该力是使船前进的力，选项A 错误；根据左手定则，要使船前进，海水中的电流方向从AB 板指向CD 板，选项B 错误；同时改变磁场的方向和电源正负极，推进力方向将与原方向相同，选项C 错误；若接入电路的海水电阻为R ，其两端的电压为U ，则船在海水中前进时，由于可视为导线的海水切割磁感线要产生与电流方向相反的感应电动势，所以AB 与CD 间海水中的电流强度小于R
U ，选项D 正确。7.（2023云南昭通名校联考）.电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图所示，利用这种装置可以把质
量为m＝2.0g的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到6km/s，若这种装置的轨道宽为d＝2m，长L＝100m，电流I＝10A，轨道摩擦不计且金属杆EF与轨道始终接触良好，则下列有关轨道间所加匀强磁场的磁感应强度和磁场力的最大功率结果正确的是()．
A．B＝18T，P m＝1.08×108W
B．B＝0.6T，P m＝7.2×104W
C．B＝0.6T，P m＝3.6×106W
D．B＝18T，P m＝2.16×106W
.【参考答案】D
【名师解析】通电金属杆在磁场中受安培力的作用而对弹体加速，由功能关系得BIdL＝mv，代入数
值解得B＝18T；当速度最大时磁场力的功率也最大，即P m＝BIdv m，代入数值得P m＝2.16×106W，故D项正确．
8．电磁轨道炮工作原理如题图所示。待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触。电流I从一条轨道流入，通过导电弹体从另一条轨道流回。轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与I成正比。通电的弹体在轨道上受到的安培力在作用而高速射出。现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是
航空母舰模型题图
A．只将轨道长度L变为原来的2倍
B．只将电流I增加到原来的2倍
C．只将弹体质量减小到原来的一半
D．将弹体质量减小到原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其它量不变，
【参考答案】．BD
【名师解析】
设B=kI，轨道之间距离d，则发射过程中，安培力F=BId做功W=FL=kI2dL，由动能定理kI2dL=1
2mv2，要
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