高中物理 第三章 磁场 3.4 安培力的应用知识导学案 粤教版选修3-1.doc

第四节安培力的应用问题探究如图3-4-1，把一个可绕固定转轴oo转动的线圈abcd放入匀强磁场中，线圈平面平行于磁场方向.给线圈通以如图方向的恒定电流后，线圈将如何运动？图3-4-1解析：通电导体在磁场中要受到安培力作用.ab边和cd边中电流方向和磁场方向平行.因此这两边不受磁场力.由左手定则可知，ac边所受安培力的方向指向纸内；bd边所受安培力的方向指向纸外.因此，线圈受这两边力矩的作用，绕oo轴转动.答案：绕oo轴转动.自学导引1.电流表是测量_的电学仪器，我们在实验时经常使用的电流表是_电流表.答案：电流磁电式2.电动机有_与_，直流电动机的突出优点就是通过改变_很容易调节它的转速，而交流电动机的调速不太方便.答案：直流电动机交流电动机输入电压3.交流电动机可分为_与_.答案：单相交流电动机三相交流电动机4.不论是电动机，还是磁电式电流表，都是磁场中的线圈受到安培力作用而旋转起来的.线圈所在的磁场是_分布的，这样做的目的是_.答案：均匀辐射保证通电线圈不管转到什么角度，线圈的平面都跟磁感线平行5.对于磁电式电流表，我们根据指针偏转角度的大小可以知道被测电流的强弱，这是因为磁场对电流的作用力跟电流成_，因而线圈中的电流越大，安培力的转动作用也_，线圈和指针偏转的角度也就_.答案：正比越大越大6.磁电式仪表的优点是_，可以测出_的电流；缺点是_，允许通过的_，如果通过的电流_，很容易把它_，我们在使用时应该注意.答案：灵敏度高很弱绕制线圈的导线很细电流很弱超过允许值烧坏疑难剖析磁电式仪表的工作原理【例1】 如图3-4-2是电流表内部构造图，其转动部分由圆柱形铁芯、铝框、线圈、轴和螺旋弹簧组成.试说明铁芯、铝框和螺旋弹簧的作用各是什么？ 图3-4-2解析：铁芯的作用是和蹄形磁铁一起形成辐轴状磁场，因而使线圈所受的安培力矩m=nbis不受偏转角度的影响；铝框的作用是在线框转动时起电磁阻尼作用；螺旋弹簧的作用是产生和线圈的电磁力矩平衡的弹力矩，和胡克定律类似，弹力大小和转动角度成正比，因此弹力矩也和转动角度成正比，有k=nbis，i.可见这种磁电式电表的刻度是均匀的.电动机原理【例2】 如图3-4-3所示，把一个可以绕水平轴转动的铝盘放在蹄形磁铁之间，盘的下边缘浸在导电液体中.把转轴和导电液体分别接到直流电源的两极上，铝盘就会转动起来.为什么?用什么方法可以改变铝盘的转动方向?图3-4-3解析：由于铝盘是良好的导体，我们可以把铝盘看成是由许多条金属棒拼合而成（可以与自行车轮胎上的辐条类比）.接通电源后，电流从铝盘中心o处流向盘与导电液的接触处，从导电液中的引出导线流出，而这股电流恰好处在一个与电流垂直的磁场中，由左手定则可以判断出它受到一个与盘面平行的安培力作用，这个力对转轴的力矩不为零，所以在通电后铝盘开始转动起来.如果对铝盘通以一恒定的电流，则铝盘就会不停地转动下去，当阻力的力矩与安培力力矩相等时铝盘就匀速转动.由安培定则不难看出，要改变铝盘的转动方向，我们可以改变电流方向或是改变磁场的方向.关于安培力的综合计算【例3】 如图3-4-4所示，光滑导轨与水平面成角，导轨宽l.匀强磁场磁感应强度为b.金属杆长也为l，质量为m，水平放在导轨上.当回路总电流为i1时，金属杆正好能静止.求：图3-4-4(1)b至少多大？这时b的方向如何？(2)若保持b的大小不变而将b的方向改为竖直向上，应把回路总电流i2调到多大才能使金属杆保持静止？图3-4-5解答：如图3-4-5，画出金属杆的截面图.由三角形定则得，只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小，b也最小.根据左手定则，这时b应垂直于导轨平面向上，大小满足：bi1l=mgsin，b=mgsin/i1l.当b的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，沿导轨方向合力为零，得bi2lcos=mgsin，i2=i1/cos.温馨提示：在解这类题时必须画出截面图，只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向，从而弄清各矢量方向间的关系.拓展迁移测磁场的磁感应强度1.在赤道上，地磁场可看成是沿南北方向的匀强磁场.若赤道上有一根沿东西方向放置的导线，长20 m，通有30 a的电流.测得导线所受安培力为0.03 n，赤道上地磁场的磁感应强度为多大？答案：0.5010-4t2.还有其他方法测磁感应强度吗？答案：其实还有很多方法测量磁场的磁感应强度.我们知道，磁场具有能量，磁场中单位体积具有的能量叫能量密度，其值为，式中b是磁感应强度，是磁导率，在空气中为一已知常数.为了近似测得条形磁铁极端附近的磁感应强度b，我们可以用