第2节　安培力的应用　

第2节安培力的应用核心素养导学物理观念(1)了解直流电动机、电磁炮的结构和原理。(2)了解磁电式电流表的结构，知道其工作原理。科学态度与责任认识到电磁技术的应用对人类生活的影响。一、直流电动机1．构造：由磁场(磁体)、转动线圈、两个半圆滑环、两个电刷等组成。2．原理：通过两个半圆滑环，每转半圈，线圈内电流方向就改变一次，从而使线圈受到安培力作用后转动方向不变，线圈可以连续转动起来。二、电磁炮1．分类：电磁轨道炮、电磁线圈炮、重接炮。2．电磁轨道炮(1)原理示意图(2)工作原理当两金属导轨接入电源时，强大的电流在两导轨间产生竖直向上的强磁场，弹丸受到水平向_____的安培力，以很大的_________做加速运动，最终高速发射出去。3．特点：弹丸体积小，重量轻，飞行时的空气阻力______，因而发射稳定性好，初速度大，射程远。右加速度很小三、磁电式电流表1．构造：永磁体、线圈、指针、铁芯、游丝、极靴、刻度盘、机械调零螺旋等。2．原理(1)当被测电流流入线圈时，线圈受________作用而转动，线圈的转动使游丝扭转变形，产生阻碍线圈转动的效果。(2)当安培力产生的转动与游丝形变产生的阻碍达到______时指针便停留在某一刻度。(3)根据线圈__________的大小，可以确定被测电流的大小；根据__________的方向，可以知道被测电流的方向。安培力平衡偏转角度线圈偏转1.如图为一台直流电动机的简化示意图。已知转子为n匝、长L、宽d的矩形线圈，匀强磁场的磁感应强度为B。当线圈中通有恒定电流I，转子绕线圈平面内垂直于磁场的轴，由图示位置顺时针(从a看向b)转过θ角时(转动过程中线圈平面与磁场方向始终平行)，则此时ab边中的电流方向沿什么方向，ab边所受安培力大约是多少？提示：a→b；nBIL。2．如图所示为电磁轨道炮的工作原理图，判断下列说法是否正确。(1)电磁轨道炮发射过程中，化学能转化为弹丸的动能。

()(2)电磁轨道炮发射过程中，弹丸的动能是由电能转化而来的。

()(3)电流越大，磁场越强，同一弹丸获得的初速度越大。

()×√√3.磁电式电流表的原理如图所示，判断下列说法的正误。(1)磁电式电流表指针偏转角度随电流的增大而增大。

()(2)磁电式电流表只能测定电流的大小，不能确定被测电流的方向。

()(3)磁电式电流表内是均匀辐射磁场，不是匀强磁场。

()√×√新知学习(一)

|安培力作用下导体的运动[任务驱动]如图所示，将一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触。(1)通电后，你会观察到什么现象？(2)为什么会出现这种现象？提示：(1)弹簧上下振动。(2)通电时，弹簧各相邻线圈通有同向电流，线圈相互吸引，弹簧收缩；由于弹簧收缩，电路断开，相互吸引力消失，电路又接通。这个过程反复出现，使得弹簧上下振动，电路交替通断。[重点释解]判断通电导线在磁场中运动的五种方法电流元法分割为电流元

安培力方向→整段导线所受合力方向→运动方向特殊位置法在特殊位置→安培力方向→运动方向等效法环形电流→小磁针通电螺线管→条形磁铁结论法同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行位置且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题，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作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向续表[典例体验][典例]如图所示，两个完全相同且相互绝缘、正交的金属环A、B，可沿轴线OO′自由转动。现通以图示方向电流，沿OO′看去会发现

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)A．A环、B环均不转动B．A环将逆时针转动，B环也逆时针转动，两环相对不动C．A环将顺时针转动，B环也顺时针转动，两环相对不动D．A环将顺时针转动，B环将逆时针转动，两者吸引靠拢至重合为止[解析]

由安培定则可得，A环在环内产生的磁场方向向下，B环在环内产生的磁场方向向左，两磁场相互作用后磁场的方向趋向一致，所以A环顺时针转动，B环逆时针转动，二者相互靠拢，直至重合，D正确。[答案]

D/方法技巧/判断安培力作用下通电导体的运动方向的思路(1)首先应画出通电导体所在位置的磁感线方向。(2)根据左手定则确定通电导体所受安培力的方向。(3)由通电导体的受力情况判断通电导体的运动方向。

[针对训练]1.如图所示，将通电直导线AB用丝线悬挂在电磁铁的正上方，直导线可自由转动，则接通开关K的瞬间

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)A．A端向上运动，B端向下运动，悬线张力不变B．A端向下运动，B端向上运动，悬线张力不变C．A端向纸外运动，B端向纸内运动，悬线张力变小D．A端向纸内运动，B端向纸外运动，悬线张力变大解析：当开关K接通时，根据安培定则知电磁铁附近磁感线的分布如图所示，由左手定则知通电直导线此时A端受力指向纸内，B端受力指向纸外，故导线将转动，由特殊位置法知当导线转到与磁感线垂直时，整根导线受到的磁场力方向竖直向下，故悬线张力变大，D正确。答案：D

2．(多选)某同学自制的简易电动机示意图如图所示。矩形线圈由一根漆包线绕制而成，

漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出，并作为线圈的转轴。将线圈架在两个金属支架之间，线圈平面位于竖直面内，永磁铁置于线圈下方。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来，该同学应将

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)A．左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉B．左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉C．左转轴上侧的绝缘漆刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉D．左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉解析：为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来，若将左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉，这样当线圈在图示位置时，线圈的上下边受安培力水平而转动，转过一周后再次受到同样的安培力而使其连续转动，选项A正确；若将左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉，则当线圈在图示位置时，线圈的上下边受安培力水平而转动，转过半周后因受到相反方向的安培力而使其停止转动，选项B错误；若将左转轴上侧的绝缘漆刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉，电路不能接通，选项C错误；若将左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉，这样当线圈在图示位置时，线圈的上下边受安培力水平而转动，转过半周后电路不导通；转过一周后再次受到同样的安培力而使其连续转动，选项D正确。答案：AD

新知学习(二)|安培力作用下导体的综合问题[典例体验][典例]

(2022·徐州高二质检)质量为m＝0.02kg的通电细杆ab置于倾角为θ＝37°的平行放置的导轨上，导轨间的距离d＝0.2m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ＝0.4，磁感应强度B＝2T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图所示。现调节滑动变阻器的触头，为使杆ab静止不动，求通过杆ab的电流I的大小范围。(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2)[拓展]对应[典例]中的情境，若ab杆中的电流为0.2A，且导轨是光滑的，其他条件不变，则要使ab杆静止至少要施加一个多大的力？方向如何？[系统归纳]安培力作用下导体问题的解题思路(1)选定研究对象。(2)受力分析时，变立体图为平面图，如侧视图、剖面图或俯视图等，并画出平面受力分析图，安培力的方向F安⊥B、F安⊥I。

如图所示：[针对训练]1．(2022·湖南高考)如图(a)，直导线MN被两等长且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴OO′上，其所在区域存在方向垂直指向OO′的磁场，与OO′距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化，其截面图如图(b)所示。导线通以电流I，静止后，悬线偏离竖直方向的夹角为θ。下列说法正确的是

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)A．当导线静止在图(a)右侧位置时，导线中电流方向由N指向MB．电流I增大，静止后，导线对悬线的拉力不变C．tanθ与电流I成正比D．sinθ与电流I成正比2.如图所示，光滑的平行导轨倾角为θ，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，导轨中接入电动势为E、内阻为r的直流电源。电路中有一阻值为R的电阻，其余电阻不计，将质量为m、长度为l的导体棒由静止释放，求导体棒在释放瞬间的加速度的大小。一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养

科学思维——电流天平的原理1．(选自人教版新教材课后练习)如图所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为l，处于匀强磁场内，磁感应强度B的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流I时，调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向，大小不变。这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使两臂再达到新的平衡。(1)请用n、m、l、I表示磁感应强度B的表达式。(2)当n＝9，l＝10.0cm，I＝0.10A，m＝8.78g时，磁感应强度是多少？

科学态度与责任——无刷直流电动机2．(粤教版新教材资料活页节选)与有刷直流电动机相比，无刷直流电动机具有体积小、重量轻、性能可靠、效率高、节能、抗电磁干扰、噪声小、维修简单、使用寿命长等优点。因此，目前在工业先进的国家，工业现代化领域中有刷直流电动机已经逐步被无刷直流电动机所替代。随着电子技术和微处理技术的发展、新材料的应用等，无刷直流电动机作为中小功率的高性能调速电机和伺服电机，在纺织机械、印刷机械、数控机床、医疗器械、家用电器等方面的应用越来越广泛。无刷直流电动机正在大踏步地走进我们的生产生活中。二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值1．(2022·钦州高二检测)如图所示，某兴趣小组制作了一个简易电动机，此装置中的铜线框能在竖直平面内在磁场作用下从静止开始以虚线OO′为中心轴转动起来，那么

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)A．若磁铁上方为N极，从上往下看，铜线框将顺时针旋转B．若磁铁上方为S极，从上往下看，铜线框将顺时针旋转C．不管磁铁上方为N极还是S极，从上往下看，铜线框都将逆时针旋转D．在铜线框加速转动过程中，电池的化学能全部转化为铜线框的动能解析：若磁铁上方为N极，铜线框左边的电流方向是向下的，磁场方向是向左的，根据左手定则可知，安培力方向是向内的；铜线框右边的电流方向也是向下的，磁场方向是向右的，根据左手定则可知，安培力方向是向外的，故从上往下看，铜线框将顺时针转动，同理可判断，若磁铁上方为S极，从上往下看，铜线框将逆时针转动，故A正确，B、C错误。在铜线框加速转动过程中，电池的化学能转化为铜线框的动能和电路中的焦耳热，故D错误。答案：A

2．(多选)在某次科技活动中，有人做了一个电磁“小车”实验：如图，用裸露的铜导线绕制成一根长螺线管，将螺线管固定在水平桌面上。用一节干电池和两个磁铁制成一个“小车”，两磁铁的同名磁极粘在电池的正、负两极上。将这辆“小车”推入螺线管中