第三章 第四节 安培力的应用

第三章磁场理解教材新知应用创新演练随堂基础巩固知识点一知识点二课时跟踪训练把握热点考向第四节安培力的应用考向一考向二考向三1.直流电动机是利用安培力使通

电线圈转动的原理。2．在磁电式电流表中，蹄形磁

铁和铁芯间的磁场是均匀辐\

射分布的，通电线圈不管转

到什么角度，线圈平面都跟

磁感线平行。[自学教材]1．原理直流电动机是利用

使通电线圈转动的。2．优点通过改变

来调节它的转速。安培力输入电压[重点诠释]1．直流电动机的原理如图3－4－1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转动，带动机械运行。图3－4－12．结构及原理分析如图3－4－2所示图3－4－2

(1)当线圈由位置d经位置a运动到位置b时，图中左边受力方向向上，右边受力方向向下，使线圈顺时针转动；当线圈在位置b时不受力，由于惯性继续转动；

(2)当线圈由位置b经位置c运动到位置d时，由于电流换向，图中左边受力方向向上，右边受力方向向下，使线圈继续顺时针转动；当线圈在位置d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。1．下列关于直流电动机的说法，错误的是(

)A．直流电动机是将电能转化为机械能的装置

B．直流电动机能把电能全部转化为动能

C．直流电动机是依靠磁场对电流的作用工作的

D．直流电动机工作时也会有发热现象，是电流的热效

应解析：从能量角度来看直流电动机是把电能转化成机械能的装置。其工作原理是利用了磁场对电流的作用。但由于线圈有一定的电阻，直流电动机在工作过程中会产生一定的焦耳热。答案：B[自学教材](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。

(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

分布的，这样做的目的是任何位置线圈都与磁感线

。电流磁电式均匀辐射平行(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

，因而线圈中的电流越大，安培力的转动作用也越

，线圈和指针偏转的角度也就越

。正比大大[重点诠释]1．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的大小是相等的。2．电流表的工作原理如图3－4－3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＝F·d＝BIL·d＝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θ成正比，即M2＝kθ，(其中k由弹簧决定)当M1＝M2图3－4－3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θ∝I，可见θ与I一一对应，从而用指针的偏角来测量电流强度I的值；

(2)因为θ∝I，θ随I的变化是线性的，所以表盘的刻度是均匀的。2．(双选)关于磁电式电流表，下列说法中正确的有(

)A．电流表的线圈处于匀强磁场中

B．电流表的线圈处于均匀辐向磁场中

C．电流表的线圈转动时，安培力不变

D．电流表指针的偏转角与所测电流成正比解析：匀强磁场的磁感线是间隔相等的平行直线，A错；电流表的线圈转动时，所受安培力的大小不变，方向变化，C错。答案：BD[例1]

(双选)如图3－4－4所示，匀强磁场中，矩形通电线框可绕中心轴OO′转动，则下列说法正确的是(

)A．在图示位置线框所受磁力矩为零

B．转过90°时线框所受磁力矩为零

C．转过90°时线框四条边都不受磁场力作用

D．转动中，ab、cd边所受磁场力均恒定不变图3－4－4当线框转过90°角时，从左向右侧视图如图乙所示，从图示可知，此时线框四条边都受安培力。整个线框的

F外＝0，整个线框受磁力矩M＝0。转动过程中，任一位置的俯视图如图丙所示，受力大小、方向均不变，所以答案选取B和D。

[答案]

BD1.如图3－4－5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

盘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3－4－5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的力矩相等时铝盘就匀速转动。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。答案：见解析[例2]

如图3－4－6甲所示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

(

)图3－4－6①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②通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转的角度也越大③在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场④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．①② B．③④C．①②④

D．①②③④[思路点拨]

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，而只与电流有关。[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①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③错，④正确。电流越大，电流表指针偏转的角度也越大，故②正确。故C正确。[答案]

C[例3]

如图3－4－8所示，两平行金属导轨间的距离L＝0.40m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ＝37°，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B＝0.50T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E＝4.5V、内阻r＝0.50Ω的直流电源。现把一根质量m＝0.040kg的导体棒ab放在金属图3－4－8导轨上，导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R＝2.5Ω，金属导轨电阻不计，g取10m/s2。已知sin37°＝0.60，cos37°＝0.80，求：

(1)通过导体棒的电流；

(2)导体棒受到的安培力大小；

(3)导体棒受到的摩擦力。[答案]

(1)1.5A

(2)0.30N

(3)0.06N，方向沿斜面向下(1)对物体进行受力分析一般应先分析场力(重力、安培力、电场力等)，再分析接触力，因为接触力一般是被动力，需要由场力的大小和方向来决定，例如本题中静摩擦力的方向和大小就取决于安培力和重力的大小。

(2)电学与力学结合，是最常见的考查方式。在分析安培力作用下的平衡问题(或运动问题)时只要将安培力作为一个普通力，再结合物体受力平衡条件(或牛顿运动定律)进行分析即可。2．如图3－4－8所示，平行金属导轨

PQ与MN都与水平面成θ角，相距

为l。