高中物理 3.4 安培力的应用课件 粤教版选修31.ppt

第三章磁场第四节安培力的应用 栏目链接 1 知道磁电式电流表的基本构造以及运用它测量电流的大小和方向的基本原理 2 知道直流电动机的基本构造以及它的基本工作原理 3 知道直流电动机和电流表的内部磁场的分布特点 4 能准确判定线圈各边所受磁场力的方向 栏目链接 栏目链接 1 电磁炮 安培力作用下的平动 1 电磁炮如图所示 栏目链接 2 原理 发射轨道处在很强的磁场中 当通过导轨的 通过炮弹支架时 炮弹将受到很大的安培力而迅速加速 并以某一速度飞出 2 直流电动机 在安培力作用下的转动 1 基本结构 如图所示为直流电动机模型图 强大电流 栏目链接 它由定子和转子两部分组成 定子 主要部分是 转子 由 线圈 两个铜半环 和 组成 2 工作原理 直流电动机是利用 在 受力转动的原理制成的 它把 能转化为 能 给矩形线圈通电后 线圈便在磁力矩作用下绕轴转动 3 直流电动机的起动力矩大 容易调整 广泛应用在电车 电力机车 矿井提升机等起重设备中 磁极 电枢绕组 换向器 转轴 线圈 磁场中 电 机械 栏目链接 3 磁电式电流表 1 电流表是测定 的电学仪 2 实验时经常使用的电流表是磁电式仪表 其构造是 在一个磁性很强的蹄形永久磁铁的两极间有一个固定的 铁芯外面套有一个可以绕轴转动的 上面绕有 它的转轴上装有 和 线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上 如右图所示 电流强弱和方向 圆柱形铁芯 铝框 线圈 两个螺旋弹簧 一个指针 栏目链接 3 蹄形磁铁的铁芯间的磁场是均匀辐射分布的 不管通电线圈转到什么角度 它的平面都跟磁感线平行 如下图所示 栏目链接 4 磁场对电流的作用力跟 成正比 因而线圈中的电流越大 安培力产生的力矩也越大 线圈和指针 也就越大 因此 根据指针偏转角度的大小 可以知道被测电流的强弱 5 电流表的特点 表盘的刻度均匀 i 灵敏度高 但过载能力差 满偏电流ig 内阻rg反映了电流表的最主要特性 电流 偏转的角度 栏目链接 栏目链接 考点一安培力作用下的平衡 电磁炮 例1 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2m 长为100m 通过的电流为10a 则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为 t 磁场力的最大功率p w 轨道摩擦不计 栏目链接 解析 这是一道力电综合题 考查安培力 动力学 瞬时功率的计算 由运动学公式2as v2 代入已知数值得 弹体运动的加速度a 1 8 105m s2 根据牛顿第二定律知 bil ma 可解得磁感应强度b 18t 磁场力的最大功率p fv bilv 2 16 106w 答案 182 16 106 栏目链接 练习 1 双选 从20世纪70年代开始 一些西方国家和军事大国纷纷进行电磁炮的研究和发展 2006年8月 中国军方在内蒙古炮兵靶场对超高速电磁炮进行了首次实验 实验获得圆满成功 电磁炮是一种新型的炮弹发射装置 根据磁场对电流会产生作用力的原理 如下图所示 下列结论中正确的是 ab 栏目链接 练习 a 要使炮弹沿导轨向右发射 必须通以自m向n的电流b 要想提高炮弹的发射速度 可适当增大电流c 要想提高炮弹的发射速度 可适当减少磁感应强度d 使电流和磁感应强度的方向同时反向 炮弹的发射方向亦将随之反向 栏目链接 考点二安培力作用下的转动 直流电动机 例2 如下图所示 电动机模型的矩形线圈长边的长为5cm 共20匝 通入1a电流 磁场的磁感应强度是0 5t 当作匀强磁场考虑 线圈长边一侧受到的最大安培力是多少 如果通入2a的电流呢 栏目链接 解析 通入1a电流时 线圈长边一侧受到的最大安培力f1 e1lb 20 1 0 05 0 5n 0 5n 通入2a电流时 受到的最大安培力f2 ni2lb 20 2 0 05 0 5 1n 答案 0 5n1n 栏目链接 练习 2 为了保证直流电动机朝一个方向转动 能自动完成这一任务的是 a 继电器b 电刷c 变阻器d 换向器 d 栏目链接 考点三磁电式电流表 例3 如下图甲所示是磁电式电流表的结构图 下图乙是磁极间的磁场分布图 以下选项中正确的是 栏目链接 指针稳定后 线圈受到螺旋弹簧的力矩与线圈受到的磁力矩方向是相反的 通电线圈中的电流越大 电流表指针偏转的角度也越大 在线圈转动的范围内 各处的磁场都是匀强磁场 在线圈转动的范围内 线圈所受磁力矩与电流有关 而与所处位置无关a b c d 栏目链接 解析 辐射状磁场保证了线圈转动到任何位置 其转动力矩都不受b和转动角度的影响 而只与电流强度有关 当阻碍线圈转动的力矩增大到与安培力产生的使线圈转动的力矩平衡时 线圈停止转动 即两力矩大小相等 方向相反 故 正确 磁电式电流表蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的 不管线圈转到什么角度 它的平面都跟磁感线平行 均匀辐向分布的磁场特点是大小相等 方向不同 故 错 正确 电流越大 电流表指针偏转的角度也越大 故 正确 故c正确 答案 c 栏目链接 练习 3 双选 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 下列说法中正确的是 a 该磁场的磁感应强度大小处处相等 方向不同b 该磁场的磁感应强度的方向处处相同 大小不同c 使线圈平面始终与磁感线垂直d 线圈所处位置的磁感应强度大小都相等 ad 栏目链接 考点四通电导线或线圈在安培力作用下的平动与转动分析方法 判断通电导线或线圈在安培力作用下的运动方向 一般采用下列几种方法 1 电流元分析法 把长直电流等分为无数小段直线电流元 先用左手定则判断出一小段电流元受到的安培力方向 再判断整段电流所受的安培力合力的方向 从而确定导线的运动方向 栏目链接 2 特殊位置分析法 先分析通电导线上的某个特殊位置 判断其安培力方向 从而确定运动方向 3 等效分析法 常把条形磁铁等效为环形电流 也可把环形电流等效为小磁针 以及把通电螺线管等效成多个环形电流或条形磁铁 4 结论分析法 两电流相互平行时无转动趋势 同向电流相互吸引 反向电流相互排斥 两电流不平行时 有转动到相互平行且电流方向相同的趋势 栏目链接 5 转换研究对象法 因为电流之间 电流与磁体之间相互作用满足牛顿第三定律 这样 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题 可先分析电流在磁体的磁场中所受到的安培力 然后由牛顿第三定律 再确定磁体所受电流作用力 从而确定磁体所受合力及运动方向 栏目链接 例4 两条导线相互垂直如图所示 但相隔一段小距离 其中一条ab是固定的 另一条cd能自由活动 当直流电流按图所示方向通入两条导线时 导线cd将 从纸外向纸内看 a 顺时针方向转动 同时靠近导线abb 逆时针方向转动 同时离开导线abc 顺时针方向转动 同时离开导线abd 逆时针方向转动 同时靠近导线ab 栏目链接 解析 本题可用下面两种方法解答 1 电流元受力分析法 把直线电流cd等效为co do两段电流元 ab电流的磁感线分布如图所示 用左手定则判定可知导线cd将逆时针转动 栏目链接 2 特殊值分析法 将导线cd转过90 的特殊位置 两直线电流相互平行 方向相同相互吸引 可见cd将靠近ab 所以导线cd逆时针方向转动 同时要靠近导线ab 因此正确答案是d 答案 d 栏目链接 例5 如图所示的弹性线圈ab 当给它通电时下面判断正确的是 a 当电流从a向b通过时线圈长度增加 当电流反向时线圈长度减小b 当电流从b向a通过时线圈长度增加 当电流反向时线圈长度减小c 不管电流方向如何 线圈长度都不变d 不管电流方向如何 线圈长度都减小 栏目链接 解析 本题可用下面两种方法解答 1 等效分析法 通电弹性线圈由许多环形电流组成 把环形电流等效成条形磁铁 当电流从a向b通过线圈时条形磁铁的极性如图所示 各条形磁铁相互吸引 即各线环相互吸引 可见线圈的长度变短 当电流从b向a通过线圈时条形磁铁的极性与图所示的相反 各条形磁铁相