安培力的應(yīng)用課件高二下學(xué)期物理粵教版選擇性

第一章

磁場(chǎng)第2節(jié)

安培力的應(yīng)用電流天平磁電式電表直流電動(dòng)機(jī)安培力在生活、生產(chǎn)和科研中有著廣泛的應(yīng)用01電流天平

對(duì)于較難直接測(cè)量的安培力和磁感應(yīng)強(qiáng)度，人們同樣運(yùn)用等效替代法，結(jié)合安培力的相關(guān)知識(shí)和現(xiàn)代電子技術(shù)，設(shè)計(jì)出了如圖所示的電流天平．

普通天平是應(yīng)用杠桿原理把被測(cè)物與已知質(zhì)量的砝碼進(jìn)行力學(xué)平衡，利用等效替代法測(cè)量出被測(cè)物體的質(zhì)量．電流天平問(wèn)題1：線圈所受安培力的方向是怎樣的？大小怎樣表示？

如圖所示是等臂電流天平的原理圖。在天平的右端掛一矩形線圈，設(shè)線圈匝數(shù)為n

，底邊cd長(zhǎng)L，放在待測(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈平面與磁場(chǎng)垂直，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里。

（1）設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，當(dāng)線圈中通入如圖所示方向的電流I

時(shí)，在天平左、右兩邊加上質(zhì)量分別為m1、m2的砝碼使天平平衡；問(wèn)題2：根據(jù)共點(diǎn)力平衡知識(shí)，天平平衡時(shí)，應(yīng)滿足什么樣的關(guān)系？方向：豎直向上大?。篎安=nBIL

如圖所示是等臂電流天平的原理圖。在天平的右端掛一矩形線圈，設(shè)線圈匝數(shù)為n

，底邊cd長(zhǎng)L，放在待測(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈平面與磁場(chǎng)垂直，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里。問(wèn)題1：此時(shí)，線圈所受安培力的方向又是怎樣的？大小怎樣表示？問(wèn)題2：根據(jù)共點(diǎn)力平衡知識(shí)，此時(shí)，又應(yīng)滿足什么樣的關(guān)系？

（2）保持線圈中電流的大小不變，使電流方向反向，通過(guò)在天平左盤加上質(zhì)量m為的砝碼使天平再次平衡。方向：豎直向下大?。篎安=nBIL電流天平常用于實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量?jī)善叫型妼?dǎo)體之間的相互作用力和磁感應(yīng)強(qiáng)度。綜合以上兩式可得磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值:

如果把上述情境中的線圈換成如圖所示的四種不同形狀的線圈，其中通電線圈匝數(shù)相同，變成MN相等，將它們分別掛在天平的右臂下方。線圈中通有大小相同的電流，天平處于平衡狀態(tài)。若磁場(chǎng)發(fā)生微小變化，哪一種天平最容易失去平衡？由此說(shuō)明了什么？MMMMNNNN(a)(b)(c)(d)AC例1(多選)如圖為電流天平，可用來(lái)測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度。天平的右盤掛有一匝數(shù)為n的矩形線圈，線圈的寬度為L(zhǎng)，且線圈下端處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面，調(diào)節(jié)天平平衡，此時(shí)左、右兩邊的砝碼質(zhì)量分別為m1、m2。當(dāng)線圈中通有順時(shí)針?lè)较虻碾娏鲿r(shí)發(fā)現(xiàn)天平的左端高右端低，在左盤中增加質(zhì)量為Δm的砝碼，天平重新平衡，重力加速度大小為g則下列分析正確的是(

)02磁電式電表

如圖所示是磁電式電表內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。主要部件：蹄形磁鐵、鐵芯、線圈、螺旋彈簧等

蹄形磁鐵與鐵芯間的磁場(chǎng)可看做是均勻輻射分布的，無(wú)論通電線圈轉(zhuǎn)到什么位置，線圈的平面總與磁場(chǎng)方向平行。

【思考問(wèn)題】

（1）線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)是怎樣產(chǎn)生的？

（2）線圈為什么不能一直轉(zhuǎn)動(dòng)下去？

電流通過(guò)線圈時(shí)，線圈左右兩邊受到的安培力的方向相反

磁場(chǎng)力矩與螺旋彈簧的反作用力矩相等時(shí)，電表指針漸漸停下來(lái)

（3）為什么指針偏轉(zhuǎn)角度的大小可以說(shuō)明被測(cè)電流的強(qiáng)弱？

電流越大，安培力越大，螺旋彈簧的形變也就越大。

（4）能否通過(guò)電表指針的偏轉(zhuǎn)方向判斷通過(guò)電表電流的方向？

電流方向改變，安培力的方向隨之改變，電表指針偏轉(zhuǎn)的方向也隨之改變。

蹄形磁鐵與鐵芯間的磁場(chǎng)可看做是均勻輻射分布的，無(wú)論通電線圈轉(zhuǎn)到什么位置，線圈的平面總與磁場(chǎng)方向平行。

（5）磁電式電流電流刻度為什么是均勻的？

電流強(qiáng)度與指針偏轉(zhuǎn)角度成正比

（6）磁電式電表的優(yōu)點(diǎn)有哪些？

（7）磁電式電表的缺點(diǎn)有哪些？

（8）使用磁電式電表來(lái)測(cè)量較大的電流時(shí)，應(yīng)當(dāng)怎樣做？

蹄形磁鐵與鐵芯間的磁場(chǎng)可看做是均勻輻射分布的，無(wú)論通電線圈轉(zhuǎn)到什么位置，線圈的平面總與磁場(chǎng)方向平行。若要利用磁電式電表測(cè)量較大的電流值，需要根據(jù)電表改裝方法擴(kuò)大其量程。磁電式電表靈敏度高，能夠測(cè)出很弱的電流缺點(diǎn)是線圈的導(dǎo)線很細(xì)，只允許通過(guò)很弱的電流。

【思考】磁電式電表的靈敏度較高，如果僅通過(guò)較小的電流就能使磁電式電表指針有顯著的偏轉(zhuǎn)，我們就認(rèn)為該電表有較高的靈敏度。試根據(jù)磁電式電表的設(shè)計(jì)原理，簡(jiǎn)要列舉提高磁電式電表靈敏度的辦法，并說(shuō)明相應(yīng)的理由。

方法一：增加線圈匝數(shù)

方法二：增強(qiáng)電流計(jì)中永久磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度

方法三：換用彈性較小的游絲

方法四：增大線圈面積例2(粵教版P11T2改編)磁電式電流表的構(gòu)造如圖甲所示，在蹄形磁鐵的兩極間有一個(gè)可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈，轉(zhuǎn)軸上裝有螺旋彈簧和指針。蹄形磁鐵和鐵芯間有均勻輻向分布的磁場(chǎng)，如圖乙所示。當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，線圈在安培力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋彈簧被扭轉(zhuǎn)，線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滿足nBIS＝kθ，式中n為線圈的匝數(shù)，S為線圈的面積，I為通過(guò)線圈的電流，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，θ為線圈(指針)偏轉(zhuǎn)角，k是與螺旋彈簧有關(guān)的常量。不考慮電磁感應(yīng)現(xiàn)象，由題中的信息可知(

)A03直流電動(dòng)機(jī)生活中裝配了直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)備原理：利用安培力使通電線圈轉(zhuǎn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)化：電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能

如圖所示是直流電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。主要部件：蹄形磁鐵、線圈、電刷和換向器（1）當(dāng)線圈位于如圖所示的四種狀態(tài)時(shí)，所受安培力的情況如何？(a)換向換向（2）直流電動(dòng)機(jī)的線圈是如何實(shí)現(xiàn)連續(xù)不停地朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的？

換向器的作用：改變線圈中電流流入的方向，保證線圈沿同一方向持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去。（3）直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是什么？

直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是只需改變輸入電流的大小，就能夠直接調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，而輸人電流的大小是較容易改變的，因此，直流電動(dòng)機(jī)常被應(yīng)用于需要調(diào)速的設(shè)備。B例3如圖甲為市面上常見(jiàn)的一種電動(dòng)車，圖乙為這種電動(dòng)車的電動(dòng)機(jī)的工作示意圖。電動(dòng)機(jī)電路兩端電壓為10V，額定功率為200W，A、B為線圈上的兩點(diǎn)。下列選項(xiàng)中不正確的是(

) A.在額定功率下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)電路中的

電流大小為20A B.電刷a接入電路正極，電刷b接入電路負(fù)極 C.A點(diǎn)與B點(diǎn)間電流方向在不斷變化 D.直流電源可以驅(qū)動(dòng)該電動(dòng)機(jī)正常工作04電磁炮

電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進(jìn)動(dòng)能殺傷武器，利用電磁系統(tǒng)中磁場(chǎng)產(chǎn)生的安培力來(lái)對(duì)金屬炮彈進(jìn)行加速。例4(2024·廣東深圳高二期中)電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的新型武器，如圖所示為電磁炮的原理結(jié)構(gòu)示意圖。若某水平發(fā)射軌道長(zhǎng)7.5m，寬1.5m，發(fā)射的炮彈質(zhì)量為50g，炮彈被發(fā)射時(shí)從軌道左端由靜止開(kāi)始加速。當(dāng)電路中的電流恒為20A時(shí)，炮彈被發(fā)射后的最