教科版高中物理选择性必修第二册第一章磁场对电流的作用2安培力的应用课件（41页ppt）

(共41张PPT)
第一章　磁场对电流的作用
2.安培力的应用
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核心素养：1.能用安培力解释一些物理现象，了解安培力在生产生活中的应用. 2.了 解直流电动机、电磁炮、磁电式电流表的工作原理.
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研习任务一　直流电动机
合作　讨论
直流电动机滑环的作用是什么？
提示：滑环分成两个相互绝缘的半圆环A与B，当电流由A流入时，则从B流出；当电 流由B流入时，则从A流出.因此，滑环在其中起了一个换向器的作用.
教材　认知
1. 直流电动机的组成
直流电动机由磁场（磁体）、转动 、滑环、 等组成，由直流电源供 电，工作模型如图所示.
2. 直流电动机的工作原理
当线圈通电后，由于受到安培力的作用，线圈在磁场中旋转起来，并且每转半圈，线
圈内 方向就变换一次，从而可以连续转动.
3. 电动机的能量转化
能量转化方面，是利用 力做功把电能转化为机械能.
线圈　
电刷　
电流　
安培　
研习　经典
AD
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，这样当线圈在题图所示位置时，线圈的上、下边受水平方向的安培力 而转动，转过一周后再次受到同样的安培力而使其转动，选项A正确；若将左、右转 轴上、下两侧的绝缘漆都刮掉，则当线圈在题图所示位置时，线圈的上、下边受水平 方向的安培力而转动，转过半周后仍受到安培力而使其来回摆动，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，线圈不受安培 力作用，不会转动，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，这样当线圈在题图所示位置时，线圈的上、下边受水平方向的安培 力而转动，转过半周后电路不导通，由于惯性，线圈回到竖直平面，此时线圈再次受 到同样的安培力而使其转动，选项D正确.
对应　训练
A. 安培力使直流电动机线圈转动
B. 直流电动机是一种将电能转化为机械能的装置
C. 直流电动机换向器的作用是不断改变磁场的方向
D. 直流电动机换向器的作用是不断改变线圈中电流的方向
解析：安培力使直流电动机线圈转动，A正确；直流电动机通过安培力做功将电能转 化为机械能，B正确；直流电动机换向器使线圈每转动半圈，线圈中电流的方向改变 一次，从而实现线圈的连续转动，C错误，D正确.
ABD
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研习任务二　电磁炮
教材　认知
1. 电磁炮
也叫作轨道炮，是利用电磁系统中的 力发射弹丸的一种先进的动能杀 伤性武器.
安培　
2. 电磁炮的原理
如图所示是电磁轨道炮发射的基本原理图，其中两条平行的金属导轨A和B充当 传统火炮的炮管，弹丸放在两导轨间，它与两导轨间接触良好且摩擦很小，当 两导轨接入电源时，强大的电流I从导轨A流入，经弹丸从导轨B流回，两导轨中 的强电流在两导轨间产生强磁场，弹丸在安培力作用下以很大的加速度做加速 运动，最终高速发射出去.
3. 电磁炮的优点
（1）弹丸体积小，重量轻，方便携带.
（2）飞行时的空气阻力小，发射稳定性好，初速度大，射程 ，射击精 度 .
（3）安全隐患小.
远　
高　
研习　经典
AC
A. 磁场方向应竖直向上
B. 磁场方向应竖直向下
C. 增大磁感应强度B的值，炮弹受到的安培力变大
D. 若同时将电流方向和磁场方向反向，安培力方向也会反向
解析：炮弹所受安培力向右，根据左手定则可知，磁场方向应竖直向上，选项A正 确，B错误；根据F＝BIL可知，增大磁感应强度B的值，炮弹受到的安培力变大，选 项C正确；根据左手定则可知，若同时将电流方向和磁场方向反向，安培力方向不 变，选项D错误.
对应　训练
A. 磁场方向水平向左
B. 磁场方向水平向右
C. 磁场的磁感应强度大小为1×103 T
D. 炮弹的加速度大小为3×105 m/s2
C
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研习任务三　磁电式电流表
教材　认知
1. 磁电式电流表的结构如图甲所示.
2. 辐向磁场：磁场内同一圆周上的任何位置，磁感应强度的大小都 ，方向 总是沿 方向，如图乙所示.
相等　
半径　
3. 磁电式电流表的工作原理：当有待测电流通过线圈时，磁场就对线圈产生安培 力，使它偏转.线圈偏转时，游丝发生形变，产生弹力，阻止线圈继续偏转，线圈偏 转的角度越大，游丝的形变越厉害，弹力就越大，当弹力和安培力的作用使线圈达到 平衡时，指针所指的位置就反映出待测电流的大小.
线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变.所 以，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向.
研习　经典
A. 线圈平面跟磁感线平行
B. 通电线圈中的电流越大，指针偏转角度也越大
C. 在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场
D. 在线圈转动的范围内，线圈所受安培力大小与电流有关，而与所处位置无关
解析：磁电式电流表内磁场是均匀辐向分布的磁场，不管线圈转到什么位置，它的平 面都跟磁感线平行，线圈所在各处磁场的磁感应强度大小相等、方向不同，所以安培 力大小与电流大小有关而与所处位置无关，电流越大，安培力越大，指针转过的角度 越大，选项A、B、D正确.
ABD
对应　训练
A. 该磁场是匀强磁场
B. 穿过该线圈的磁通量为BL2
C. a导线受到的安培力方向向下
D. b导线受到的安培力大小为BIL
D
解析：匀强磁场应该是一系列平行且间距相等的磁感线，方向相同，A错误；线圈平 面与磁感线平行，故穿过线圈的磁通量为零，B错误；a导线中电流方向垂直纸面向 外，该处磁场方向向右，根据左手定则，知安培力方向向上，C错误；b导线始终与 磁感线垂直，故受到的安培力大小一直为BIL，D正确.
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课时作业（二）
[基础训练]
A. 导轨之间的磁场方向可能竖直向下
B. 导轨之间的磁场方向可能水平向右
C. 电磁炮的本质是一种大功率型发电机
D. 若要增大发射速度，可增大流过弹丸的电流
D
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解析：根据安培定则可知，两导轨中的强电流（如图示）在导轨之间产生的磁场方向 竖直向上，故A、B错误；电磁炮的本质是电磁发射技术，不是大功率的发电机，故C 错误；增大流过弹丸的电流，安培力将增大，根据牛顿第二定律知，弹丸获得的加速 度增大，则其他条件不变的情况下，发射速度增大，故D正确.故选D.
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A. 铁质圆柱将磁场屏蔽，内部没有磁场
B. 线圈所处位置是匀强磁场
C. 若更换更强的磁场，将增大电流表的量程
D. 运输过程中把电表正负接线柱用导线相连可减缓表针摆动幅度
D
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解析：铁质圆柱没有将磁场屏蔽，内部有磁场，故A错误；磁场是均匀地辐向分布， 线圈转动过程中各个位置的磁感应强度的大小不变，故B错误；若更换更强的磁场， 安培力增大，但不会增大电流表的量程，故C错误；运输过程中把电表正负接线柱用 导线相连，电流表短路，指针摆动时产生感应电流，感应电流受到安培力作用，可减 缓表针摆动幅度，故D正确.故选D.
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A. 图示左侧通电导线所受安培力向下
B. a、b两点的磁感应强度相同
C. 圆柱内的磁感应强度处处为零
D. c、d两点的磁感应强度大小相等
解析：由左手定则可知，图示左侧通电导线所受安培力向下，A正确；a、b两点的磁 感应强度大小相同，但是方向不同，B错误；磁感线是闭合的曲线，则圆柱内的磁感 应强度不为零，C错误；因c点处的磁感线较d点密集，可知c点的磁感应强度大于d点 的磁感应强度，D错误.故选A.
A
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4. 如图，在竖直向下的匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面 内，电阻不计.轨道端点MN间接有直流电源，内阻为r，电阻为R的金属导体棒ab垂直 于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，向右做匀速运动（速度平行于MN），通 过滑轮可以匀速提升重物，请简述该装置能量转化的情况： ；写出一个用 类似原理制作的机械： 　.
见解析　
直流电动机
　解析：电源产生的电能在电路产生电流，电流通过电
源内阻和导体棒时将一部分电能转化成电源内阻和导体
棒上的内能，同时在导体棒上产生安培力，安培力对导
体棒做正功，将电能转化为金属棒和重物的机械能，当
导体棒和重物都匀速时转化成的机械能全部为增加的重物重力势能.根据上述分析可知，原理是把电能转化为机械能，用类似原理制作的机械有直流电动机.
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5. 某同学学习了电磁炮驱动原理和磁电式电流表结构后，设想将电磁炮水平轨道L1L2 改为半径为R的L1'L2'半圆形轨道，正对竖直摆放，轨道宽度为d，如图（a）所示.并 将匀强磁场改为均匀辐向分布的磁场，使得轨道所在处磁感应强度大小恒为B，并用 质量为m，长度略大于d的细导体棒代替炮弹，与轨道接触良好，正视图如图（b）所 示，轨道最高位置与圆心齐平.给导体棒一瞬时冲量，输入合适的变化电流，使得导 体棒以速度v在半圆形轨道上做匀速圆周运动，重力加速度大小为g.
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（2）若测得μ非常小，可以忽略摩擦，且不考虑电磁感应现象，那么从最低点开始计 时，输入电流I随时间t的变化关系图像是 .
A　
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[能力提升]
A. 泵体的上表面应接电源正极
C. 减小液体电阻率可以获得更大抽液高度
D. 减小磁感应强度可以获得更大抽液高度
C
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A. 在额定功率下运行时，电动机电路中的电流大小为20 A
B. 电刷a接入电路正极，电刷b接入电路负极
C. A点与B点间电流方向在不断变化
D. 直流电源可以驱动该电动机正常工作
B
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解析：电动机的电功率表达式为P＝UI，代入题中数据可得200 W＝10 V×I，解得I＝ 20 A，A正确；磁场方向在磁体外部由N极指向S极，由电动机运转方向可知，AB段受 力方向向上，再由左手定则可知，电流方向由A指向B，故b为正极，a为负极，B错 误；线圈转过180°后两半铜环所接电刷互换，AB间电流方向改变，依次类推可知， A点与B点间电流方向不断改变，C正确；直流电源可以驱动该电动机正常工作，D正 确.此题选择不正确的选项，故选B.
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A. CMNF回路内的磁场方向与驱动电流I的方向满足安培定则
B. 导电底座MN所受安培力F的方向与CMNF回路中驱动电流I的方向有关
C. 驱动电流I变为原来的2倍，导电底座MN所受安培力F的大小将变为原来的4倍
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解析：CMNF回路内的磁场是由驱动电流产生的，所以其方向与驱动电流的方向满足 安培定则，故A正确；CMNF回路中驱动电流的方向改变，根据安培定则，磁场方向 与之前相反，由于导电底座MN中电流方向与之前相反，根据左手定则，导电底座MN 所受安培力F的方向不变，与CMNF回路中驱动电流I的方向无关，故B错误；驱动电 流I变为原来的2倍，CMNF回路内的磁场磁感应强度随之变为原来的2倍，根据F＝ BIL飞翔体MN受的安培力将变为原来的4倍，故C正确；飞翔体的质量只是飞翔体和 底座的一部分，故将飞翔体质量减为原来的一半，整体质量和原来质量的关系未知， 无法计算最终速度变化，故D错误.故选AC.
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9. “电磁炮”是利用电磁力对弹体加速的新型武器，具有速度快、效率高等优点.如 图是“电磁炮”的原理结构示意图.光滑水平加速导轨电阻不计，轨道宽为L＝0.2 m；在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B＝1×102 T；“电磁炮”弹体总质 量m＝0.2 kg，其中弹体在轨道间的电阻R＝0.4 Ω；可控电源的内阻r＝0.6 Ω，电源 的电压能自行调节，以保证“电磁炮”匀加速发射；在某次试验发射时，电源为加速 弹体提供的电流是I＝4×103 A，不计空气阻力.求：
（1）弹体所受安培力大小和方向；
答案：8×104 N　水平向右　
解析：由安培力公式得安培力大小
F＝IBL＝8×104 N 由左手定则可知安培力方
向水平向右.
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（2）弹体从静止加速到4 km/s，轨道至少要多长；
答案：20 m　
（3）弹体从静止加速到4 km/s过程中，该系统消耗的总能量.
答案：1.76×106 J
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