安培力的应用+高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第二册

第一章

磁场第2节

安培力的应用电流天平磁电式电表直流电动机安培力在生活、生产和科研中有着广泛的应用1.了解如何利用安培力有关的物理知识制作电流天平2.了解如何利用安培力有关的物理知识制作制作磁电式电表3.了解如何利用安培力有关的物理知识制作简单的直流式电动机一、电流天平普通天平是应用杠杆原理把被测物与已知质量的砝码进行力学平衡，利用等效替代法测量出被测物体的质量。对于较难直接测量的安培力和磁感应强度，人们同样运用等效替代法，结合安培力的相关知识和现代电子技术，设计出了如左图所示的电流天平。天平右端挂一矩形线圈，匝数为n，底边cd长为L，放在待测匀强磁场中，线圈中通入如图所示电流I，在天平左、右两边加上质量分别为m1、m2的砝码使天平平衡m1g＝m2g－nBIL保持电流大小不变，使电流反向，(m1＋m)g＝m2g＋nBIL在左盘中加入质量为m的砝码，天平再次平衡联立方程，解得：m1m2FF＝

nBILcdL在实验室中，常用到一种测电流强弱和方向的电学仪器——电流表，它就是根据磁场对电流作用的安培力制成的。二、磁电式电表构造：刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成）、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）。电流表中磁场分布有何特点？

①电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布：所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心②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.该磁场并非匀强磁场思考：该磁场是否匀强磁场？FF③无论线圈转到什么位置，线圈平面总与磁场方向平行，所受安培力方向始终与线圈平面垂直.当线圈通入电流时，线圈的两对边受到大小相等、方向相反的一对安培力作用，线圈绕中心轴转动。导致螺旋弹簧被扭转，产生一个阻碍线圈转动的阻力。当安培力与螺旋弹簀阻力作用效果相当时,线圈停在某一位置，电表指针指示表盘相应刻线，进而得到相应电流的大小；工作原理：电流方向改变，安培力方向也改变，线圈朝相反方向转动。所以，根据指针的偏转方向，就可以判断出通过电表的电流方向。思考2：如何进一步提高灵敏度？提高磁电式电表的灵敏度，就要使在相同电流下线圈所受的安培力增大。可增加线圈的匝数n、增大永磁铁的磁感应强度B、增加线圈的面积S思考1：能够通过指针的偏转方向判断通过电流的方向？磁电式电表灵敏度高，可以测量很弱的电流，但是绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很小；所以往往要与电阻并联扩大量程。为什么磁电式电表的表盘刻度是均匀的？思考拓展：磁电式电表里，有个通电线圈会在磁场中受力转动。转动时受到的阻碍力和它转的角度成正比，而线圈受力大小又和通过的电流大小有关。当平衡时，电流大小和线圈转动角度成正比例关系，按角度均匀划分刻度，表盘刻度就是均匀的。三、直流电动机生活中装配了直流电动机的设备原理：利用安培力使通电线圈转动能量转化：电能转化成机械能FFII线圈在一对大小相等，方向相反的安培力作用下，发生顺时针转动。FFab和cd边的安培力不变，尽管受力平衡，但线圈由于惯性继续顺时针转动。此位置为平衡位置。F安培力阻碍了线圈继续转动，使线圈反过来向逆时针方向转动。F又回到平衡位置，由于惯性，继续逆时针转动，然后反复如此，最后静止在平衡位置。思考：直流电动机的线圈如何实现连续不停地朝一个方向转动的？两个半圆铜环电刷换向器为了解决连续转动问题，我们一般会进行如下改造：II线圈连同半圆铜环正常顺时针转动电刷没有与半圆铜环接触，线圈靠惯性继续转动使流经线圈的电流方向发生改变，线圈继续顺时针转动图a图b图cIIIIII1.关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的均匀辐向分布的磁场，下列说法中正确的是（）A．该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向相同B．使线圈平面始终与磁感线平行C．使线圈上与轴平行的导线所受的安培力始终与线圈平面平行D．线圈上各点的磁感应强度大小都相等B2.如图所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场中的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为l，处于匀强磁场中，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。下列说法中正确的是（）A．线圈受到的安培力大小为BIlB．线圈受到的安培力方向水平指向纸内C．若发现右盘向上翘起，则应增大线圈中的电流D．若把电流大小不变而方向反向，则左盘向上翘起D安培力