高中物理 3.4 安培力的应用课件 粤教版选修31.ppt

第四节安培力的应用 第三章磁场 学习目标1 了解直流电动机的原理 2 了解磁电式电表的原理 3 会分析导体在安培力作用下的平衡和运动问题 第三章磁场 一 直流电动机1 当通电导线垂直放置在磁场中时 会受到安培力作用 如果放在磁场中的不是一段通电的导线 而是一个通电的矩形线圈abcd 如图 会发生什么现象 提示 受到安培力而发生转动 2 假如直流电动机通电前 线圈刚好与磁场垂直 即位于教材p85图3 4 2中的 b d 两图所示的位置 通电后 电动机能否正常工作 提示 不能 假如线圈处于这两个位置 通电后线圈各边所受的力都在线圈平面内 不能使线圈转动 1 直流电动机的原理 如图所示 在线圈中通以直流电流 矩形线圈在磁场力的作用下发生 带动机械运行 转动 2 结构及原理分析如图所示 1 当线圈由位置丁经位置甲运动到位置乙时 图中线圈左边受力方向向上 右边受力方向向下 使线圈 时针转动 当线圈在位置乙时不受力 由于惯性继续转动 2 当线圈由位置乙经位置丙运动到位置丁时 由于电流换向 图中线圈左边受力方向向上 右边受力方向向下 使线圈继续 时针转动 当线圈在位置丁时不受力 由于惯性继续转动 然后 线圈重复以上过程转动下去 3 直流电动机的优点 通过改变输入 很容易调节它的转速 而交流电动机的调速就不太方便 顺 顺 电压 二 磁电式电表1 我们知道电流的大小可以由电流表直接读出 你知道电流表是根据什么原理测电流的吗 如图所示 观察电流表的刻度盘 它的刻度是均匀的吗 为什么 提示 电流在磁场里受安培力是均匀的因为由力矩平衡知 线圈偏转角度与电流成正比 2 磁电式电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是匀强磁场吗 提示 不是 1 装置 磁电式电流表是在强蹄形磁铁的两极间有一个固定的 铁芯外面套一个可以转动的 在铝框上绕有线圈 铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针 线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上 被测电流通过两个弹簧流入线圈 圆柱形铁芯 铝框 2 原理 如图所示 当电流通过线圈时 线圈上跟铁芯轴线平行的两边受到 产生力矩 使线圈发生转动 同时由于螺旋弹簧被扭转 产生一个阻碍线圈转动的力矩 最终达到平衡 线圈转动的角度由指针显示出来 根据指针偏转角度的 可以知道被测电流的强弱 安培力 大小 3 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圈上 各点的磁感应强度b的大小是 的 据安培力公式f ilb知 安培力与i成正比 指针的偏角 也与i成正比 所以 电流表的刻度是均匀的 相等 安培力作用下导体运动方向的判断 1 判断导体在磁场中运动的基本思路不管是电流还是磁体 对通电导线的作用都是通过磁场来实现的 因此必须要清楚导线所在位置的磁场分布情况 然后结合左手定则准确判断导线所受安培力及其他力情况 然后进一步判断物体将要发生的运动 2 安培力作用下的物体运动方向的判断方法 把整段导线分为多段电流元 先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方向 然后判断整段导线所受安培力的方向 从而确定导线运动方向 环形电流可等效成小磁针 通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流 反过来等效也成立 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置 然后判断其所受安培力的方向 从而确定其运动方向 两平行直线电流在相互作用过程中 无转动趋势 同向电流互相吸引 反向电流互相排斥 两不平行的直线电流相互作用时 有转到平行且电流方向相同的趋势 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磁场中所受的安培力 然后由牛顿第三定律 确定磁体所受电流磁场的反作用力 从而确定磁体所受合力及运动方向 特别提醒 1 导体处于非匀强磁场中时 通常用电流元法判断其受力情况 2 判断条形磁铁 或小磁针 与环形电流间的相互作用时 通常选择等效法 单选 2014 佛山高二检测 如图所示 把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方 导线可以自由转动 当通入图示方向电流i时 导线的运动情况是 从上往下看 a 顺时针方向转动 同时下降b 顺时针方向转动 同时上升c 逆时针方向转动 同时下降d 逆时针方向转动 同时上升 c 解析 根据图甲所示的导线所处的特殊位置判断其转动情况 将导线ab从n s极的中间o分成两段 ao bo段所处的磁场方向如图甲所示 由左手定则可得ao段所受安培力方向垂直纸面向外 bo段所受安培力的方向垂直纸面向里 可见从上向下看 导线ab将绕o点逆时针转动 再根据导线转过90 时的特殊位置判断其上下运动情况 如图乙所示 导线ab此时受安培力方向竖直向下 导线将向下运动 由上述两个特殊位置的判断可知 当导线不在上述特殊位置时 所受安培力使ab逆时针转动的同时还要向下运动 故正确答案为c 1 单选 如图所示 把一轻质线圈悬挂在磁铁n极附近 磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的平面 当线圈中通有如图所示的电流时 线圈将 a 向左运动b 向右运动c 静止不动d 无法确定 a 解析 法一 等效法 把通电线圈等效成小磁针 由安培定则知 线圈等效成小磁针后 左端是s极 右端是n极 异名磁极相吸引 线圈向左运动 法二 电流元法 如图所示 取其中的上 下两小段分析 根据其中心对称性线圈所受安培力的合力水平向左 故线圈向左运动 1 在安培力作用下的导体平衡 与力学 电学中的物体平衡一样 利用导体平衡条件解题 其中安培力只不过是导体所受的众多力中的一个 2 与闭合电路欧姆定律相结合的题目 主要应用的知识 1 闭合电路欧姆定律 2 安培力求解公式f ilb及左手定则 3 导体平衡条件 安培力作用下导体的平衡 3 在安培力作用下的导体平衡问题的解决步骤和前面学习的共点力平衡相似 一般也是先进行受力分析 再根据共点力平衡的条件列出平衡方程 其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力 4 安培力作为通电导体所受的外力参与受力分析 产生了通电导体在磁场中的平衡 加速及做功问题 这类问题与力学知识联系很紧密 解题时把安培力等同于重力 弹力 摩擦力等性质力 对导体进行受力分析时 注意安培力大小和方向的确定 求解时注意运用力学中的静力学的有关知识 特别提醒 为方便对问题的分析和便于列方程 在受力分析时最好先将立体图画成平面图 即画成俯视图 剖面图或侧视图等 8分 如图所示 导体杆ab的质量为m 电阻为r 放置在与水平面夹角为 的倾斜金属导轨上 导轨间距为d 电阻不计 系统处在竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度为b 电池内阻不计 问 若导线光滑 电源电动势e多大才能使导体杆静止在导轨上 思路点拨 画受力分析图时要画成平面受力图 同时还应注意安培力的方向既垂直于b又垂直于i 2 双选 广州市高二教学质量检测 如图所示 在匀强磁场b的区域中有一光滑斜面体 其上放了一根导线 当通以图示方向的电流i后 导线恰能保持静止 则磁感应强度b的方向可能是 a 垂直纸面向外b 垂直纸面向里c 竖直向下d 水平向左 cd 解析 因导线所受重力方向竖直向下 由左手定则知 当磁感应强度b水平向左时 安培力竖直向上 可能使导线受力平衡 当b的方向竖直向下时 导线所受安培力水平向左 再考虑斜面对导线有垂直斜面向上的支持力 也可使导线受力平衡 而当b垂直纸面放置时 与电流i共线 则f安 0 导线不可能静止 安培力作用下导体加速运动的处理方法 范例 10分 电磁炮是一种理想的兵器 它的主要原理如图所示 1982年澳大利亚国立大学制成了能把2 2g的弹体 包括金属杆ef的质量 加速到10km s的电磁炮 常规炮弹速度大小约为2km s 若轨道宽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多大 磁场力