第三章第四节.

1、第四节安培力的应用第四节安培力的应用第三章磁第三章磁 场场栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场1.了解直流电动机的原理了解直流电动机的原理2了解磁电式电表的原理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会分析导体在安培力作用下的平衡和运动问题栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场新知初探新知初探自主学习自主学习一、直流电动机一、直流电动机自主探究自主探究1.当通电导线垂直放置在磁场中时，会受到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电的导线，而是一个通电的矩形线圈a

2、bcd(图图341)，会发生什么现象？，会发生什么现象？ 图图341提示：提示：受到安培力而发生转动受到安培力而发生转动栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场2假如直流电动机通电前，线圈刚好与磁场垂直，即位于假如直流电动机通电前，线圈刚好与磁场垂直，即位于教材教材P85图图342中的中的(b)、(d)两图所示的位置，通电后，两图所示的位置，通电后，电动机能否正常工作？电动机能否正常工作？提示：提示：不能假如线圈处于这两个位置，通电后线圈各边所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，不能使线圈转动受的力都在线圈平面内，不能使线圈转动栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁

3、场场成功发现成功发现1直流电动机的原理：直流电动机的原理：如图如图342所示，在线圈中通以直所示，在线圈中通以直流电流，矩形线圈在磁场力的作用下发生流电流，矩形线圈在磁场力的作用下发生_，带动机，带动机械运行械运行图图342转动转动栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场2结构及原理分析结构及原理分析如图如图343所示所示图图343栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场(1)当线圈由位置丁经位置甲运动到位置乙时，图中线圈左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边受力方向向上,右边受力方向向下右边受力方向向下,使线圈使线圈_时针转动；时针转动；当线圈在位置乙时不受力，由

4、于惯性继续转动；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当线圈由位置乙经位置丙运动到位置丁时,由于电流换向由于电流换向,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，使线圈继续续_时针转动；当线圈在位置丁时不受力，由于惯性继续时针转动；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：直流电动机的优点：通过改变输入通过改变输入_很容易调节它很容易调节它的转速，而交流电动机的调速就不太方便的转速，而交流电动机的调速就不太方便顺

5、顺顺顺电压电压栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场二、磁电式电表二、磁电式电表自主探究自主探究1我们知道电流的大小可以由电流表直接读出，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？如图你知道电流表是根据什么原理测电流的吗？如图344所示，观察电流表的刻度盘，它的刻度是所示，观察电流表的刻度盘，它的刻度是均匀的吗？为什么？均匀的吗？为什么？提示：提示：电流在磁场里受安培力是均匀的因为由力矩平衡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？磁电式电流表中磁铁与

6、铁芯之间的磁场是匀强磁场吗？提示：提示：不是不是图图344栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场成功发现成功发现1装置：装置：磁电式电流表是在强蹄形磁铁的两极间有一个固定磁电式电流表是在强蹄形磁铁的两极间有一个固定的的_，铁芯外面套一个可以转动的，铁芯外面套一个可以转动的_，在，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两个弹簧流入线圈圆柱形铁芯圆柱形铁芯铝框铝框栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场2.原理：如图原

7、理：如图345所示，当电流通过线圈时，线圈上跟所示，当电流通过线圈时，线圈上跟铁芯轴线平行的两边受到铁芯轴线平行的两边受到_产生力矩，使线圈发生产生力矩，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据指针偏转角度的_，可以知道被测电流的强弱，可以知道被测电流的强弱图图345安培力安培力大小大小栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场3电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布的电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向

8、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的大小是的大小是_的据安培力公式的据安培力公式FIlB知，安培力与知，安培力与I成成正比，指针的偏角正比，指针的偏角也与也与I成正比，所以，电流表的刻度是均成正比，所以，电流表的刻度是均匀的匀的相等相等栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场要点探究要点探究讲练互动讲练互动安培力作用

9、下导体运动方向的判断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进一步判断物体将要发生的运动栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场2安培力作用下的物体运动方向的判断方法安培力作用下的物体运动方向的判断方法(1)

10、电流元受力分析法：把整段电流等效为很多段直线电流电流元受力分析法：把整段电流等效为很多段直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元受安培力的方向，从元，先用左手定则判断出每小段电流元受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向(2)特殊位置分析法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特特殊位置分析法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置殊位置(如转过如转过90)后，再判断所受安培力方向，从而确定后，再判断所受安培力方向，从而确定运动方向运动方向(3)等效分析法：环形电流可以等效成条形磁铁，条形磁铁等效分析法：环形电流可以等效成条

11、形磁铁，条形磁铁也可以等效成环形电流，通电螺线管可等效成很多的环形电也可以等效成环形电流，通电螺线管可等效成很多的环形电流来分析流来分析栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场(4)推论分析法推论分析法两直线电流相互平行时无转动趋势两直线电流相互平行时无转动趋势,方向相同时相互吸引方向相同时相互吸引,方向相反时相互排斥方向相反时相互排斥两直线电流不平行时有转动到相互平行且电流方向相同的两直线电流不平行时有转动到相互平行且电流方向相同的趋势趋势. (5)转换研究对象法：因为电流之间、电流与磁体之间相互转换研究对象法：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，所以定性分析磁体在电流磁场

12、作用作用满足牛顿第三定律，所以定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题下如何运动的问题,可先分析电流在磁场中所受到的安培力可先分析电流在磁场中所受到的安培力,然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流作用力，从而确定然后由牛顿第三定律，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磁体所受合力及运动方向向栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场特别提醒：特别提醒：(1)导体处于非匀强磁场中时，通常用电流元法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判断其受力情况(2)判断条形磁铁判断条形磁铁(或小磁针或小磁针)与环形电流间的相互作用时，通与环形电流间的相互作用时，通常选择等效法常选

13、择等效法栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场 (单选单选)(2013佛山高二检测佛山高二检测)如图如图346所示，把所示，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，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导线可以自由转动，当通入图示方向电流I时，导线的运动时，导线的运动情况是情况是(从上往下看从上往下看)()A顺时针方向转动，同时下降顺时针方向转动，同时下降B顺时针方向转动，同时上升顺时针方向转动，同时上升C逆时针方向转动，同时下降逆时针方向转动，同时下降D逆时针方向转动，同时上升逆时针方向转动，同时上升例例1图图346栏目栏目导

14、引导引第三章第三章 磁磁 场场【解析解析】根据图甲所示的导线所处的特殊位置判断其转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动情况将导线AB从从N、S极的中间极的中间O分成两段，分成两段，AO、BO段段所处的磁场方向如图所处的磁场方向如图347甲所示，由左手定则可得甲所示，由左手定则可得AO段段所受安培力方向垂直纸面向外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段所受安培力的方向垂直纸面向里纸面向里,可见从上向下看可见从上向下看,导线导线AB将绕将绕O点逆时针转动点逆时针转动图图347栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场再根据导线转过再根据导线转过90时的特殊位置判断

15、其上下运动情况，时的特殊位置判断其上下运动情况，如图乙所示，导线如图乙所示，导线AB此时受安培力方向竖直向下，导线将此时受安培力方向竖直向下，导线将向下运动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，所受安培力使置时，所受安培力使AB逆时针转动的同时还要向下运动逆时针转动的同时还要向下运动故正确答案为故正确答案为C.【答案答案】C栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场跟踪训练跟踪训练1(单选单选)如图如图348所示，把一轻质线圈悬挂在所示，把一轻质线圈悬挂在磁铁磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的极附近，磁

16、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，线圈将平面当线圈中通有如图所示的电流时，线圈将()图图348A向左运动向左运动 B向右运动向右运动C静止不动静止不动 D无法确定无法确定栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场解析：选解析：选A.法一：等效法把通电线圈等效成小磁针由安法一：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，左端是培定则知，线圈等效成小磁针后，左端是S极，右端是极，右端是N极极,异名磁极相吸引，线圈向左运动异名磁极相吸引，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，法二：电流元法如图所示，取其中的上、下两小段分析

17、，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，故线圈向左运动向左运动栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场安培力作用下导体的平衡安培力作用下导体的平衡1在安培力作用下的物体平衡，与力学、电学中的物体平在安培力作用下的物体平衡，与力学、电学中的物体平衡一样，利用物体平衡条件解题，其中安培力只不过是物衡一样，利用物体平衡条件解题，其中安培力只不过是物体所受的众多力中的一个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：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；闭合电路欧姆定律；(2)安培力

18、求解公式安培力求解公式FILB及左手定则；及左手定则；(3)物体平衡条件物体平衡条件栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场3在安培力作用下的物体平衡问题的解决步骤和前面学习在安培力作用下的物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

19、题，这类问题与力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；对物体进行受力分析时，注意安培力大小和擦力等性质力；对物体进行受力分析时，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方向的确定；求解时注意运用力学中的静力学的有关知识栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场特别提醒：特别提醒：为方便对问题的分析和便于列方程，在受力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、剖分析时最好先将立体图画成平面图，即画成俯

20、视图、剖面图或侧视图等面图或侧视图等栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场 (8分分)如图如图349所示，导体杆所示，导体杆ab的质量为的质量为m，电阻，电阻为为R，放置在与水平面夹角为，放置在与水平面夹角为的倾斜金属导轨上，导轨间的倾斜金属导轨上，导轨间距为距为d，电阻不计，系统处在竖直向上的匀强磁场中，磁感，电阻不计，系统处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为应强度为B，电池内阻不计，问：若导线光滑，电源电动势，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？多大才能使导体杆静止在导轨上？图图349【思路点拨思路点拨】画受力分析图时要画成平面受力图同时还画受力分析

21、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应注意安培力的方向既垂直于B又垂直于又垂直于I.例例2栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场跟踪训练跟踪训练2(单选单选)如图如图3411所示，用两根相同的细绳水所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流，电流I的方向如图所示，两的方向如图所示，两绳的拉力均为绳的拉力均为F.为使为使F0，可能达到要求的方法是，可能达到要求的方法是()图图3411A加水平向右的磁场加水平向右的磁场B加水平向左的磁场加水平向左的磁场C加垂直纸面向里的磁场加垂直纸面向里的磁场 D加垂

22、直纸面向外的磁场加垂直纸面向外的磁场解析：选解析：选C.根据题意可知，欲使根据题意可知，欲使F0，则需使磁场力竖直，则需使磁场力竖直向上，大小等于导线受到的重力，由左手定则可知，磁场方向上，大小等于导线受到的重力，由左手定则可知，磁场方向要垂直纸面向里，故选向要垂直纸面向里，故选C.栏目栏目导引导引第三章第三章 磁磁 场场寻规探法寻规探法思维启迪思维启迪安培力作用下导体加速运动的处理方法安培力作用下导体加速运动的处理方法【范例范例】(10分分)电磁炮是一种理想的兵器，电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图它的主要原理如图3412所示，所示，1982年澳年澳大利亚国立大学制成了能把大利亚国立大学制成了能把2.2 g的弹体的弹体(包括包括金属杆金属杆EF的质量的