高中物理 3.4 安培力的应用课件 粤教版选修31.ppt

目标导航 预习导引 目标导航 预习导引 一 二 一 直流电动机电动机有交流电动机与直流电动机 直流电动机的突出优点就是通过改变输入电压来调节它的转速 通电以后 电动机为什么会转动呢 答案 通电的线圈受到了磁场力的作用 目标导航 预习导引 一 二 二 磁电式电表1 电流表是测量电流大小的电学仪器 我们在实验时经常使用的电流表是磁电式电流表 2 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 线圈所在的磁场是均匀辐射分布的 这样做的目的是任何位置线圈平面都与磁感线平行 3 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正比 因而线圈中的电流越大 安培力的转动力矩就越大 线圈和指针偏转的角度也就越大 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 磁电式电表1 磁力矩 安培力产生的使线圈转动的力矩 大小为m nbis 其中n为线圈匝数 s为线圈面积 2 电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布的 所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心 不管线圈处于什么位置 线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度 该磁场并非匀强磁场 但在以铁芯为中心的圆上 各点的磁感应强度b的大小是相等的 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 3 电流表的工作原理如下图所示 矩形线框两条边所受安培力大小相等 方向相反 大小为f bil 但两力不在一条直线上 两个力形成一对力偶 设两力间距为d 则安培力矩m fd bild bis 其中s为线圈面积 由于线圈由n匝串联而成 所以线框所受力矩应为m1 nbis 电流表内的弹簧产生一个阻碍线圈偏转的力矩 已知弹簧产生的弹性力矩m2与指针的偏转角度 成正比 即m2 k 其中k由弹簧决定 当m1 m2时 线圈就停在某一偏角 上 固定在转轴上的指针也转过同样的偏角 并指示刻度盘上的某一刻度 从刻度的指示数就可以测得电流大小 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 从公式中可以看出 1 对于同一电流表n b s和k为不变量 所以 i 可见 与i一一对应 从而用指针的偏角来测量电流i的值 2 因 i 随i的变化是线性的 所以表盘的刻度是均匀的 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 如图所示 我们知道电流的大小可以由电流表直接读出 你知道电流表通电后 它的指针为什么能够发生偏转吗 答案 电流在磁场中受到安培力作用而发生偏转 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 例题 如图甲是磁电式电流表的结构图 图乙是磁极间的磁场分布图 以下选项中正确的是 导学号51120092 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 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 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 解析 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 答案 c 知识精要 思考探究 典题例解 迁移应用 多选 一只电流表 发现示数偏小 为纠正这一偏差 可行的措施是 导学号51120093 a 减少表头线圈的匝数b 减小永久磁铁的磁性c 增加分流电阻的阻值d 增加表头线圈的匝数答案 cd解析 电流大小一定的情况下 线圈匝数越多 磁感应强度越大 安培力越大 偏转角度越大 所以a b错 d对 电流表表头和分流电阻并联 在总电流一定的情况下 欲使读数增大 必须增大通过表头的电流 根据并联电路的电阻之比等于电流的反比 表头电阻不变 增加分流电阻的阻值 可使线圈中电流增大 c对 知识链接 案例探究 类题试解 通电导线或线圈在安培力作用下的运动1 等效法亦称等效替代法 它是把复杂的物理现象 物理过程转化为简单的物理现象 物理过程来研究和处理的一种科学思想方法 2 微元法需将问题分解为众多微小的 元过程 而且每个 元过程 所遵循的规律是相同的 这样 我们只需分析这些 元过程 然后再将 元过程 进行必要的数学方法或物理思想处理 进而使问题求解 知识链接 案例探究 类题试解 如图所示 一弓形线圈通以逆时针方向的电流 在其圆弧的圆心处 垂直于纸面放一直导线 当直导线通有指向纸内的电流时 线圈将 导学号51120094 a a端向纸内 b端向纸外转动 且靠近导线b a端向纸内 b端向纸外转动 且远离导线c b端向纸内 a端向纸外转动 且靠近导线d b端向纸内 a端向纸外转动 且远离导线 知识链接 案例探究 类题试解 解析 方法一 电流元分析法 弓形线圈可以等效为如图甲所示的矩形线圈 由左手定则可知 上下两个电流元所受安培力为零 ad边所受的安培力f1垂直纸面向外 cb边所受的安培力f2垂直纸面向内 故b端向纸内 a端向纸外转动 方法二 特殊位置法 当线圈转到线圈平面与纸面垂直时 ab处的磁感应强度b4比cd处的磁感应强度b3大 由左手定则 由于对称性ad cb边受到的安培力大小相等 方向相反 ab电流元受到的安培力f4竖直向下 cd电流元受到的安培力f3竖直向上 因为b4 b3 所以f4 f3 故线圈要靠近导线 甲 乙 知识链接 案例探究 类题试解 答案 c 知识链接 案例探究 类题试解 知识链接 案例探究 类题试解 1 如图所示 原来静止的圆形线圈可以自由移动 在圆线圈直径mn上靠近n点处放置一根垂直于线圈平面的固定不动的通电直导线 导线中电流从外向里流动 当在圆线圈中通以逆时针方向的电流i 时 圆线圈将会 导学号51120095 a 受力向左平动b 受力向右平动c 不受力平衡不动d 以mn为轴转动答案 d 知识链接 案例探究 类题试解 解析 长直导线通电后 在它周围形成以导线上的点为圆心的圆形磁场区域 如图虚线所示 圆线圈就是在磁场中的通电导体 要受到安培力的作用 其方向由左手定则判断 如图所示 在通电导线上与虚线圆相交的a b点附近各取一电流元 电流元的电流方向为通电圆线圈该点的切线方向 由左手定则可知 通电圆线圈的下半部分受到的安培力垂直纸面向外 上半部分受到的安培力垂直纸面向里 因此线圈以mn为轴转动 故d选项正确 知识链接 案例探究 类题试解 2 如图所示 当给弹性线圈ab通电时下面判断正确的是 导学号51120096 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 线圈长度都减小答案 d 知识链接 案例探究 类题试解 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