高二物理粤教版选修3-1第三章磁场 第4节 安培力的应用（共25张PPT）

课件25张PPT。第四节　　安培力的应用 1．直流电动机功能：电动机是利用__________使通电线圈
转动，将电能转化为__________的重要装置．
2．电动机分类：电动机有______电动机和交流电动机，交
流电动机又分为______________和三相交流电动机．
3．磁电式电流表基本组成部分：磁铁和放在磁铁两极之间
的____________．安培力机械能 直流单相交流电动机线圈 4．电表工作原理：如图 3－4－1 所示，磁场的方向总沿着
________均匀辐射地分布，在距轴线等距离处的磁感应强度的
大小总是____________的，保证 B 的大小不发生变化，且安培
力的方向与线圈垂直．图 3－4－1径向 相等 5．电流表中蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布，
当线圈中通入恒定电流时，线圈将发生转动，电流表的指针也
随着偏转，最后停在某一偏角位置上，则在偏转过程中随着偏转角度的增大(　　) A．线圈所受安培力的力矩逐渐增大
B．线圈所受安培力的力矩逐渐减小
C．线圈所受安培力的力矩不变
D．以上说法都不对
解析：因线圈无论转到哪个位置，线圈平面总是与该位置
处的磁场平行，故安培力的力矩不变．C知识点 1 直流电动机 电动机是利用安培力使通电线圈转动，将电能转化为机械
能的重要装置．电动机有直流电动机和交流电动机，交流电动
机又分为单相交流电动机和三相交流电动机．观察图 3－4－2，讨论：图 3－4－2(1)直流电动机为什么会转动？安培力在其中起到什么作用？答案：通电后，线圈在磁场中受到安培力作用，安培力有力矩，使得线圈开始转动． (2)假如直流电动机通电前，线圈刚好与磁场垂直，即位于
图乙和图丁所示的位置，通电后，电动机能否正常工作？
力矩为零，线圈不会转动．
答案：通过改变电流的大小可调节转速．答案：若线圈在通电前位于图中乙和丁位置，则通电后磁 (3)如何调整电动机的转速？1．直流电动机的构造：如图 3－4－2 所示．图 3－4－2 2．工作原理：如图 3－4－2 甲，当电流通过线圈时，右边
线框受到的安培力方向向下，左边线框受到的安培力方向向上，
在安培力的作用下线框转动起来．3．调速办法：直流电动机突出的优点是可以通过改变电流大小调节其转速，而交流电动机的调速比较复杂．A．F 不变，M 变大
B．F 不变，M 变小
C．F 变大，M 变大
D．F 变小，M 变小
　　　　　　　　　　　　　　　　　图 3－4－3 【例 1】如图 3－4－3 所示，矩形线圈 abcd 可绕对称轴
OO′转动．开始时线圈面与磁场方向平行，按图示方向通以电
流 I，线圈从图示位置开始转过 90°的过程中，ab 边所受磁场力F 和线圈所受磁场力矩 M 的变化情况是(　　)M＝2·nF· cosθ＝nBI·ab·ad·cosθ＝nBIScosθ解析：ab 边和 cd 边始终与磁场方向垂直，所受磁场力始终为最大值，保持不变．n 匝线圈受到的磁力矩为ad2可知，随着θ不断增大，磁力矩不断变小．答案：B【触类旁通】
1．如图 3－4－4 中甲、乙、丙所示，在匀强磁场中，有三个通电线圈如图中所示位置．则(　　) 图 3－4－4
A．三个线圈都可以绕 OO′轴转动
B．只有乙中的线圈可以绕 OO′轴转动
C．只有甲、乙中的线圈可以绕 OO′轴转动
D．只有乙、丙中的线圈可以绕 OO′轴转动解析：只有线圈中两条对边所受安培力对 OO′轴的合力矩不为零，才能使线圈绕 OO′轴转动．答案：B知识点 2 磁电式电表 我们知道，电流表表盘上的刻度是均匀的，那就是说，当
电流通过线圈，导线受到安培力作用转动的角度必须与电流的
大小成正比．若是线圈处在匀强磁场中，一旦线圈转动，磁力
矩随即改变．那么怎样的设计才能使得电流表满足上述条件
呢？答案：详见电流表的工作原理． 1．电流表是测量电流的电学仪器，实验时经常使用的电流
表是磁电式电流表．
2．磁电式电表结构：电流表的构造如图 3－4－5 所示，在
一个磁性很强的蹄形磁铁的两极间有一个固
定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以绕轴
转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框的转动轴
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，被测电流经过这两个弹簧流入线圈．图 3－4－5 3．电流表的工作原理：如图 3－4－6 所示，磁场的方向总
沿着径向均匀辐射地分布，在距轴线等距离处的磁感应强度的
大小总是相等的，保证 B 的大小不发生变化，且安培力的方向
与线圈垂直．当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，使
线圈转动．同时螺旋弹簧被扭转，反抗线圈的转动．电流越大，
安培力就越大，螺旋弹簧的形变也就越
大，I 与指针偏角θ成正比，表盘刻度均
匀．指针转过的角度反映电流的大小．图 3－4－6(3)最终线圈停止转动时 M ′＝M，即θ＝ (1)当线圈中有电流通过时，磁力矩使线圈转动，M＝nISB
(n为线圈匝数，S 为线圈面积)．
(2)线圈转动时，螺旋弹簧被扭转，扭转力矩阻碍线圈转动，
螺旋弹簧的扭转形变产生的弹力力矩与扭转角度成正比．即
M ′＝kθ.nBS
k·I，所以θ∝I. (4)所以从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小．
4．优、缺点：优点是灵敏度高，能测出很弱的电流；缺点
是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱．【例 2】(双选)下列有关磁电式电流表的说法中正确的是(　　) A．电流表的工作原理是安培力对通电导线的加速作用
B．电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用
C．电流表的指针的偏转角度与所通电流成正比
D．电流表的指针的偏转角度与所通电流成反比
解析：磁场是均匀辐向分布的，安培力对线框起转动作用，
故 A 错误，B 正确；当线框所受安培力的转动力矩与弹簧产生
的阻力力矩相等时，指针有确定读数，转动角度与电流成正比
关系，C 正确，D 错误．
答案：BC【触类旁通】
2．(双选)关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯间的矩形线圈与该磁场的关系，下列说法中正确的有(　　) A．通电线圈旋转的角度不同，它所在位置的磁感应强度
大小也不同
B．不管通电线圈转到什么位置，它所在位置的磁感应强
度大小都相等
C．通电线圈旋转的角度不同，它的平面与磁感线的夹角
也不同
D．不管通电线圈转到什么位置，它的平面都与磁感线相
平行BD关于安培力的综合计算1．有安培力参与的物体平衡，也是利用物体的平衡条件解题，其中安培力是众多力中的一个．2．与闭合电路欧姆定律相结合的题目，主要应用：
(1)闭合电路欧姆定律；(2)安培力求解公式 F＝BIL；
(3)物体平衡条件． 3．在安培力作用下物体平衡的求解步骤和共点力平衡相
似，一般也是先进行受力分析，再根据共点力的平衡条件列出
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
知识的联系很紧密，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，注意安培力大小和方向
的确定；求解时注意运用力学中静力学、动力学及功和能等有
关知识． 5．为方便对问题的分析和便于列方程，在受力分析时先将
立体图画成截面图，即画成俯视图、剖面图等．立体图向截面
图转化的过程中应注意摆正空间位置，先选好观察的方向，再
确定截面的方向． 【例 3】如图 3－4－7 所示，两平行光滑导轨相距为 L＝
20 cm，金属棒 MN 的质量为 m＝10 g，电阻 R＝8 Ω，匀强磁场
的磁感应强度 B＝0.8 T，方向竖直向下，电源电动势 E＝10 V，
内阻 r＝1 Ω，当开关 S 闭合时，MN 恰好静止，求变阻器 R1 的
取值为多少？设θ＝45°，取 g＝10 m/s2.图 3－4－7由闭合电路欧姆定律得 I＝－R－r＝7 Ω. 解：MN 受力分析如图 3－4－8 所示，因 M N 平衡，所以
有 mgsinθ＝BILcosθ① E
R＋R1＋r②由①②并代入数据得 R1＝ BLE
mgtanθ图 3－4－8方向垂直纸面向外，导线用平行于斜面的轻绳拴住不动，整个
装置放在磁感应强度每秒增加 0.4 T、方向竖直
向上的磁场中，设 t＝0，B＝0，则需要多长时
间斜面对导线的支持力为零？(取 g＝10 m/s2)
图 3－4－9长为 0.4 m、质量为 6×10－2【触类旁通】
3．如图 3－4－9 所示，在倾角为 37°的光滑斜面上有一根kg 的通电直导线，电流 I＝1 A，F 安＝B＝T＝2 T解：支持力为0 时导线的受力如图 8 所示，由平衡条件得 mg
tan 37°＝6×10-2×10
0.75N＝0.8 N由 F 安＝BIL 得F安
IL＝ 0.8
1×0.4图 8由 B＝0.4t 得 t＝ B
0.4 T/s＝ 2
0.4s＝5 s. 4．如图 3－4－10 所示，长为 L、质量为 m 的金属杆 ab，
被两根竖直的金属丝静止吊起，金属杆 ab 处在方向垂直纸面向
里的匀强磁场中．当金属杆中通有方向 a→b 的电流 I 时，每根
金属丝的拉力大小为 T.当金属杆通有方向 b→a 的电流 I 时，每
根金属丝的拉力大小为 2T.求磁场的磁感应强度 B 的大小．图 3－4－10联立①②解得B＝　 . 解：导体 ab 受重力、磁场力、金属丝的拉力作用，而且平
衡．当 ab 中的电流方向由 a 到 b 时，磁场力向上，有2T＋BIL＝mg ①当 ab 中的电流方向由 b 到 a 时，磁场力向下，有
4T＝BIL＋mg ②TIL