高中 | 磁电式电流表 题目答案及解析

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选修第二册

第二十二章 安培力与洛伦兹力

22.1 安培力及其应用

磁电式电流表

测绘小灯泡的伏安特性曲线实验中

 

某次读数时,电流表示数如图甲所示,电流表量程为$0.6\ \text{A}$,读数为:           $\text{A}$(保留两位有效数字);

[["$0.24$"]]

电流表量程为$0.6\ \text{A}$,最小分度值为$0.02\ \text{A}$,根据指针的位置可得电流表的读数为$0.24\ \text{A}$;

小张测绘小灯泡的伏安特性曲线时,分别用了电流表内接法和外接法进行实验,经多次测量后获得两个系列$U-I$数据,根据测得数据在$U-I$图像上描点作图所得到的图像如图乙所示,从误差的角度分析,数据点是用           (填“${\mathrm O}$”或“$\times $”)表示的图线更接近小灯泡实际的伏安特性曲线;

[["$\\times $"]]

电流相同时,电流表内接时电压表的示数大,所以“${\mathrm O}$”表示电流表内接得到的图线;

由于小灯泡的电阻较小,本实验应该采用外接,故用“$\times $”表示的图线更接近小灯泡实际的伏安特性曲线;

有一小灯泡的规格为“$3\ \text{V}$,$0.3\ \text{A}$”,用如图丙所示的多用电表测其电阻,选择开关应打到欧姆表           挡(填“$\times 1$”或“$\times 10$”),其测得的电阻阻值          (填“大于”、“小于”或“等于”)小灯泡正常工作时的电阻。

[["$\\times 1$","小于"]]

规格为“$3\ \text{V}$,$0.3\ \text{A}$”的小灯泡内电阻约为:${{R}_{\text{L}}}=\dfrac{U}{I}=\dfrac{3}{0.3}\ \text{ }\!\!\Omega\!\!\text{ }=10\ \text{ }\!\!\Omega\!\!\text{ }$,用如图丙所示的多用电表测其电阻,选择开关应打到欧姆表“$\times 1$”,

由于小灯泡发光时内阻大,所以测得的电阻阻值小于小灯泡正常工作时的电阻。

磁电式仪表的基本组成部分是磁铁和线圈。缠绕线圈的骨架常用铝框,铝框、指针固定在同一转轴上。线圈未通电时,指针竖直指在表盘中央;线圈通电时发生转动,指针随之偏转,由此就能确定电流的大小。如图所示,线圈通电时指针向右偏转,在此过程中,下列说法正确的是$(\quad\ \ \ \ )$

 

["

俯视看线圈中通有逆时针方向的电流

","

穿过铝框的磁通量减少

","

俯视看铝框中产生逆时针方向的感应电流

","

使用铝框做线圈骨架会使电流的测量值偏小

"]
[["C"]]

$\text{A}$、根据指针的偏转方向,铝框右边受到的安培力向下,左边受到的安培力向上,根据左手定则可知,俯视看线圈中通有顺时针方向的电流,故$\text{A}$错误;

$\text{B}$、根据图可知,铝框转动时,穿过铝框的磁通量增大,故$\text{B}$错误;

$\text{C}$、线框转动,穿过线圈的磁通量增大,根据楞次定律可知,俯视看产生的感应电流为逆时针方向,故$\text{C}$正确;

$\text{D}$、由于铝框转动时会产生感应电流,所以铝框要受安培力,安培力阻碍铝框的转动使其快速停止转动;即发生电阻尼,当铝框停止转动后,就没有感应电流产生,故不影响电流的测量,故$\text{D}$错误。

故选:$\text{C}$。

下列说法正确的是$(\quad\ \ \ \ )$

 

["

图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图,要想粒子获得的最大动能增大,可增加$D$形盒的半径

","

图乙是磁流体发电机的结构示意图,可以判断出$A$极板是发电机的正极,$B$极板是发电机的负极

","

图丙所示的速度选择器可以判断粒子电性,带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是$Eq=qvB$,即$v=\\dfrac{E}{B}$

","

图丁是磁电式电流表内部结构示意图,线圈在极靴所产生的匀强磁场中转动

"]
[["A"]]

$\text{A}$、根据公式$r=\dfrac{mv}{qB}$,有$v=\dfrac{qBr}{m}$,故最大动能${{E}_{\text{km}}}=\dfrac{1}{2}m{{v}^{2}}=\dfrac{{{q}^{2}}{{B}^{2}}{{r}^{2}}}{2m}$,要想粒子获得的最大动能增大,可增加$D$形盒的半径,故$\text{A}$正确;

$\text{B}$、由左手定则知正离子向下偏转,所以下极板带正电,$A$板是电源的负极,$B$板是电源的正极,故$\text{B}$错误;

$\text{C}$、电场的方向与$B$的方向垂直,带电粒子进入复合场,受电场力和安培力,且二力是平衡力,即$Eq=qvB$,所以$v=\dfrac{E}{B}$,故$\text{C}$错误;

$\text{D}$、磁场是均匀地辐向分布,磁感线始终与线圈平面平行,通电线圈所在的磁场是非匀强磁场,故$\text{D}$错误。

故选:$\text{A}$。

如图,是磁电式电流表的结构,蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布,线圈中$a$、$b$两导线通以图示方向的电流,则下列说法正确的是$(\quad\ \ \ \ )$

 

["

该磁场是匀强磁场

","

线圈平面总与磁场方向垂直

","

线圈将顺时针方向转动

","

磁电式电流表的优点是灵敏度很高,而且可以通过很大的电流

"]
[["C"]]

$\text{A}$、匀强磁场的磁感应强度应大小处处相等,方向处处相同,由图可知,该磁场不是匀强磁场,故$\text{A}$错误;

$\text{B}$、由图可知,线圈平面总与磁场方向平行,故$\text{B}$错误;

$\text{C}$、在图示的位置,$a$受向上的安培力,$b$受向下的安培力,线圈顺时针转动,故$\text{C}$正确;

$\text{D}$、磁电式电流表的优点是灵敏度高,缺点是允许通过的电流很弱,故$\text{D}$错误。

故选:$\text{C}$。

如图所示,关于下列器材的原理和用途,正确的是$(\quad\ \ \ \ )$

 

["

变压器可以改变交变电压和频率

","

扼流圈对交流的阻碍作用是因为扼流圈中产生感应电动势阻值电流的变化

","

真空冶炼炉的工作原理是炉体产生涡流使炉内金属熔化

","

磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电场阻尼的作用

"]
[["BD"]]

$\text{A}$、变压器可以改变交流电的电压但不能改变频率,故$\text{A}$错误;

$\text{B}$、扼流圈对交流的阻碍作用是因为线圈产生了自感现象,不是因为电阻的热效应,故$\text{B}$正确;

$\text{C}$、真空冶炼炉的工作原理是炉中金属产生涡流使炉内金属熔化,不是炉体产生涡流,故$\text{C}$错误;

$\text{D}$、磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框中可以产生感应电流能起电磁阻尼的作用,故$\text{D}$正确。

故选:$\text{BD}$。

如图所示,甲、乙、丙、丁四图是电学实验中常见的仪器或结构示意图,下列说法正确的是$(\quad\ \ \ \ )$

 

["

图甲中只有当带电体与验电器上端导体接触时,金属箔片才会张开

","

图乙静电计是用来精确测量电荷量的仪器

","

图丙磁电式电表的指针偏转,是通电线圈受安培力作用的结果

","

图丁多用电表在使用时,电流总是从“$-$”插线孔流入,“$+$”插线孔流出

"]
[["C"]]

$\text{A}$、验电器通过同种电荷相互排斥的原理检验物体是否带电,当带电体靠近验电器上端导体时,金属箔片就会张开,故$\text{A}$错误;

$\text{B}$、静电计能测量两个物体之间的电势差,电势差越大,指针张角越大,电势差越小,指针张角越小,但不能用来精确测量电荷量,故$\text{B}$错误;

$\text{C}$、磁电式电表的指针偏转,是通电线圈受安培力作用的结果,磁电式电表由于蹄形磁铁和铁芯间的磁场是辐向均匀分布的,因此不管铜电线圈转到什么角度,它的平面都跟磁感线平行,因此,磁力矩与线圈中电流成正比(与线圈位置无关)。当铜电线圈转动时,螺旋弹簧将被扭动,产生一个阻碍线圈转动的阻力矩,其大小与线圈转动的角度成正比,当磁力矩与螺旋弹簧中的阻力矩相等时,线圈停止转动,此时指针偏向的角度与电流成正比,故$\text{C}$正确;

$\text{D}$、多用电表在使用时,电流总是从“$-$”插线孔流出,“$+$”插线孔流入,故$\text{D}$错误。

故选:$\text{C}$。

如图是磁电式电流表的结构,蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布,线圈中$a$$b$两条导线长均为$l$,通以图示方向的电流$I$,两条导线所在处的磁感应强度大小均为$B$。则$(\quad\ \ \ \ )$

 

["

该磁场是匀强磁场

","

线圈将逆时针方向转动

","

线圈将顺时针方向转动

","

$a$$b$导线受到的安培力大小总为$IlB$

"]
[["CD"]]

$\text{A}$、该磁场明显不是匀强磁场,匀强磁场应该是一系列平行的磁感线,方向相同,故$\text{A}$错误;

$\text{BC}$、由左手定则可知,$a$受到的安培力向上,$b$受到的安培力向下,故线圈顺时针旋转,故$\text{B}$错误,$\text{C}$正确;

$\text{D}$$a$$b$导线始终与磁感线垂直,故受到的安培力大小总为$IlB$,故$\text{D}$正确。

故选:$\text{CD}$

实验室经常使用的电流表是磁电式仪表.这种电流表的构造如图甲所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的。当线圈通以如图乙所示的电流,下列说法正确的是$(\quad\ \ \ \ )$

 

["线圈在磁场中转动时,它的平面始终跟磁感线平行\t
","线圈转动时,螺旋弹簧被扭动,阻碍线圈转动\t
","当线圈转到图乙所示的位置,安培力的作用使线圈沿逆时针方向转动\t
","当线圈转到图乙所示的位置,线圈不受安培力的作用"]
[["AB"]]

$\text{A}$、蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布,所以线圈在磁场中转动时,线圈平面始终与磁感线平行,故$\text{A}$正确;

$\text{B}$、通电后,处于磁场中的线圈受到安培力作用,使其转动,螺旋弹簧被扭动,则受到弹簧的阻力,从而阻碍线圈转动,故$\text{B}$正确;

$\text{C}$、当线圈转到如图乙所示的位置,由左手定则可判定:$b$端受到的安培力方向向下,可知,安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动,故$\text{C}$错误;

$\text{D}$、当线圈转到如图乙所示的位置,由左手定则可判定:$a$端受到的安培力方向向上,$b$端受到的安培力方向向下,故$\text{D}$错误。

故选:$\text{AB}$。

甲、乙、丙、丁四幅图分别是回旋加速器、磁流体发电机、速度选择器、磁电式电流表的结构示意图,下列说法中正确的是$(\quad\ \ \ \ )$ 

 

["图甲中增大电压$U$可增大粒子的最大动能\t
","图乙中可以判断出$B$极板为发电机的正极\t
","图丙中粒子沿直线$PQ$运动的条件是$v=\\dfrac{E}{B}$\t
","图丁中线圈在极靴产生的匀强磁场中转动"]
[["BC"]]

$\text{A}$、根据公式$r=\dfrac{mv}{qB}$,有$v=\dfrac{qBr}{m}$,故最大动能${{E}_{\text{km}}}=\dfrac{1}{2}m{{v}^{2}}=\dfrac{{{q}^{2}}{{B}^{2}}{{r}^{2}}}{2m}$,要想粒子获得的最大动能增大,可增加$D$形盒的半径,故$\text{A}$错误。

$\text{B}$、由左手定则知正离子向下偏转,所以下极板带正电,$A$板是电源的负极,$B$板是发电机的正极,故$\text{B}$正确。

$\text{C}$、电场的方向与$B$的方向垂直,带电粒子进入复合场,受电场力和安培力,且二力是平衡力,即$Eq=qvB$,粒子沿直线$PQ$运动的条件是$v=\dfrac{E}{B}$,故$\text{C}$正确。

$\text{D}$、磁电式电流表中磁场是均匀地辐向分布,磁感线始终与线圈平面平行,通电线圈所在的磁场是非匀强磁场,故$\text{D}$错误。

故选:$\text{BC}$。

下列现象属电磁驱动的是$(\quad\ \ \ \ )$ 

 

["磁电式仪表线圈的骨架用铝框来做\t
","微安表的表头在运输时要把两接线框短接\t
","自制金属地雷探测器\t
","当图中$B$变大时,$a$、$b$在固定光滑导轨上滑动"]
[["AD"]]

$\text{A}$、铝是导体,仪表指针偏转时铝框随之转动,并切割磁感线产生感应电流,感应电流又会受到安培阻力,阻碍线圈的转动,故$\text{A}$正确;

$\text{B}$、连接后由于电磁效应动圈阻尼变得极大,运输时线圈不再容易摆动,可以防止指针打坏,故$\text{B}$错误;

$\text{C}$、金属探测器由高频振荡器、振荡检测器、音频振荡器和功率放大器等组成,而非电磁驱动,故$\text{C}$错误;

$\text{D}$、当图中$B$变大时,回路中产生电流,又产生安培力,故属于电磁驱动,故$\text{D}$正确;

故选:$\text{AD}$。

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