【同步】高中物理教科版(2019)選擇性必修2：第1章2.安培力的應(yīng)用課件

第一章2.安培力的應(yīng)用基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測全達標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道直流電動機、電磁炮、磁電式電流表的基本構(gòu)造及工作原理。(物理觀念)2.進一步熟練掌握安培力公式應(yīng)用及方向的判斷。(科學(xué)思維)3.了解直流電動機、電磁炮、磁電式電流表在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)一、直流電動機1.定義電動機是利用

使通電線圈轉(zhuǎn)動,將電能轉(zhuǎn)化為____________

的重要裝置。

2.分類電動機分為

電動機和交流電動機。

安培力機械能直流3.原理

注意轉(zhuǎn)向器特點如圖所示,當(dāng)電流通過線圈時,右邊線框受到的安培力

,左邊線框受到的安培力

,在安培力作用下線框轉(zhuǎn)動起來。

向下向上二、電磁炮1.定義利用

系統(tǒng)中的安培力發(fā)射彈丸的一種先進的

殺傷性武器,也叫軌道炮。

2.分類分為

、電磁線圈炮和重接炮三類。

電磁動能電磁軌道炮3.原理電流通過導(dǎo)軌A、B和彈丸,在兩導(dǎo)軌間產(chǎn)生

,彈丸受到

的作用在導(dǎo)軌上以很大的加速度加速運動并發(fā)射出去。

4.電磁炮的優(yōu)點(1)方便攜帶;(2)安全隱患小;(3)射擊精度高。強磁場安培力三、磁電式電流表1.構(gòu)造蹄形永磁體的兩個磁極上各加一個軟鐵制的

;中心固定一個圓柱形的

,在極靴和鐵芯間產(chǎn)生沿徑向均勻分布的輻向磁場,線圈繞在鐵芯上并連接在

轉(zhuǎn)軸上,軸的上、下兩端各連有一盤游絲(螺旋彈簧),指針固定在轉(zhuǎn)軸上。不是勻強磁場

極靴軟鐵芯2.原理通電線圈在磁場中受到安培力而偏轉(zhuǎn)(如圖所示)。線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大,被測電流就越大。3.優(yōu)缺點(1)優(yōu)點:

;(2)缺點:易燒壞。

靈敏度高情境鏈接自制的簡易電動機示意圖如圖所示。為了使電池與兩金屬支架連接后線圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動,一位同學(xué)將左、右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆刮掉,另一位同學(xué)將左、右轉(zhuǎn)軸上下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉。哪位同學(xué)的方法可行?為什么?提示

第一位同學(xué)的方法可行。當(dāng)把左、右轉(zhuǎn)軸下側(cè)的絕緣漆都刮掉,通電后線圈開始轉(zhuǎn)動,在前半周安培力開始做正功,后半周轉(zhuǎn)動過程中沒有電流,不受安培力,由于慣性,線圈能夠連續(xù)轉(zhuǎn)動;當(dāng)把左、右轉(zhuǎn)軸上、下兩側(cè)的絕緣漆都刮掉,線圈不能連續(xù)轉(zhuǎn)動。教材拓展

閱讀教材P11“發(fā)展空間”——《電磁彈射》分析下列問題:我國第三艘航空母艦“福建艦”的艦載作戰(zhàn)飛機沿平直跑道起飛過程的第一階段是電磁彈射,電磁彈射區(qū)的長度為x1=80

m,彈射原理如圖所示。飛機在滑桿上,儲能裝置通過導(dǎo)軌和滑桿放電,產(chǎn)生強電流恒為I=4

000

A,兩導(dǎo)軌間的磁場近似為豎直方向的勻強磁場且B=10

T,在安培力和飛機發(fā)動機推力作用下,滑桿和飛機從靜止開始向右加速,在導(dǎo)軌末端飛機與滑桿脫離,導(dǎo)軌間距為L=3

m。問:滑桿受到的安培力大小是多少?電磁彈射過程安培力做的功是多少?提示

滑桿受到的安培力大小為F1=BIL=10×4

000×3

N=1.2×105

N,安培力做功為W1=F1x1=1.2×105×80

J=9.6×106

J。易錯辨析(1)直流電動機通過改變輸入電壓很容易調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,交流電動機不容易調(diào)速。(

)(2)電磁炮是將電能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。(

)(3)磁電式電流表表盤的刻度是不均勻的。(

)(4)磁電式電流表指針的偏轉(zhuǎn)是由于線圈受安培力的作用。(

)√√×√重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點一直流電動機電磁炮導(dǎo)學(xué)探究電磁炮是利用電磁系統(tǒng)中磁場產(chǎn)生的安培力來對金屬炮彈進行加速,使其達到打擊目標(biāo)所需的巨大動能。其簡化原理如圖所示,其中金屬桿表示炮彈,磁場方向垂直軌道平面向上,則當(dāng)彈體中通過如圖所示的電流時,判斷炮彈加速度的方向。提示

根據(jù)左手定則可知炮彈受到水平向左的安培力,加速度的方向水平向左。知識歸納1.直流電動機(1)電動機基本結(jié)構(gòu)。直流電動機模型如圖所示。它由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子主要部分是磁極;轉(zhuǎn)子由電樞繞組(線圈)、換向器(兩個銅半環(huán))和轉(zhuǎn)軸組成。(2)工作原理。直流電動機是利用線圈在磁場中受安培力轉(zhuǎn)動的原理制成的。它把電能轉(zhuǎn)化為機械能。給矩形線圈通電后,線圈便在安培力作用下繞軸轉(zhuǎn)動。(3)應(yīng)用。直流電動機廣泛應(yīng)用在電車、電力機車、礦井提升機等設(shè)備中。2.電磁炮(1)電磁炮是利用安培力沿導(dǎo)軌發(fā)射炮彈的武器。它主要由能源、加速器、開關(guān)三部分組成。能源通常采用可蓄存10~100MJ能量的裝置。當(dāng)前實驗用的能源有蓄電池組、磁通壓縮裝置和單極發(fā)電機,其中單極發(fā)電機是目前最有前途的能源。

(2)加速器是把電磁能量轉(zhuǎn)換成炮彈動能,使炮彈達到高速的裝置,主要有使用低壓直流單極發(fā)電機供電的軌道炮加速器和離散或連續(xù)線圈結(jié)構(gòu)的同軸同步加速器兩大類。開關(guān)是接通能源和加速器的裝置,能在幾毫秒之內(nèi)把兆安級電流引進加速器中,其中的一種是由兩根銅軌和一個可在其中滑動的滑塊組成。應(yīng)用體驗【例1】

電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進的武器。試驗所采用的電磁軌道如圖所示,該軌道長7.5m,寬1.5m,若發(fā)射質(zhì)量為50g的炮彈,炮彈從軌道左端由靜止開始加速,當(dāng)回路中的電流恒為20A時,最大速度可達3km/s。軌道間所加磁場為勻強磁場,不計空氣及摩擦阻力。下列說法正確的是(

)A.磁場方向豎直向下B.磁場方向水平向右C.磁感應(yīng)強度的大小為1×103TD.電磁炮的加速度大小為3×105m/s2C解析

由左手定則,根據(jù)安培力向右可判斷磁場方向豎直向上,A、B錯誤;由動能定理得BILx=mv2,解得B=1×103

T,C正確;由牛頓第二定律得BIL=ma,解得a=6×105

m/s2,D錯誤。對點演練1某款電動車如圖甲所示,圖乙為該電動車的電動機的工作示意圖。電動機電路兩端電壓為20V,額定功率為200W,A、B為線圈上的兩點。下列說法錯誤的是(

)A.該電動車在額定功率下運行時,電動機電路中的電流大小為10AB.電刷a接入電路正極,電刷b接入電路負極C.A點與B點間電流方向在不斷變化D.直流電源可以驅(qū)動該電動車的電動機正常工作B解析

電動機的電功率表達式為P=UI,代入題中數(shù)據(jù)解得I=10

A,A正確;磁場方向在磁體外部由N極指向S極,由電動機運轉(zhuǎn)方向可知,AB段受力方向向上,再由左手定則可知,電流方向由A指向B,故b為正極,a為負極,B錯誤;電動機轉(zhuǎn)過180°后兩半銅環(huán)所接電刷互換,A點與B點間電流方向改變,依次類推可知,A點與B點間電流方向不斷變化,C正確;直流電源可以驅(qū)動該電動車的電動機正常工作,D正確。此題選擇錯誤的選項,故選B。探究點二磁電式電流表導(dǎo)學(xué)探究如圖所示,通電線圈在磁場中所受安培力方向如何?線圈將如何運動?提示

左邊導(dǎo)線所受安培力方向向上,右邊導(dǎo)線所受安培力方向向下,線圈將沿順時針方向轉(zhuǎn)動。知識歸納1.原理(1)通電線圈在磁場中受安培力發(fā)生轉(zhuǎn)動時,螺旋彈簧變形,以反抗線圈的轉(zhuǎn)動。(2)電流越大,安培力就越大,螺旋彈簧的形變也就越大,線圈偏轉(zhuǎn)的角度也越大,達到新的平衡時,從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷通過電流的大小。(3)線圈中的電流方向改變時,安培力的方向隨著改變,指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變。根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向,可以知道被測電流的方向。2.磁電式電流表的靈敏度(1)磁電式電流表的靈敏度:是指在通入相同電流的情況下,指針偏轉(zhuǎn)角度的大小,偏轉(zhuǎn)角度越大,靈敏度越高。(2)提高靈敏度的方法:如果要提高磁電式電流表的靈敏度,就要使在相同電流下導(dǎo)線所受的安培力增大,可通過增加線圈的匝數(shù)、增大永磁鐵的磁感應(yīng)強度、增加線圈的面積和減小轉(zhuǎn)軸處摩擦等方法實現(xiàn)。應(yīng)用體驗【例2】

(2023上海延安中學(xué)高二期末改編)圖甲是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)示意圖,蹄形永磁體和鐵芯間的磁場均勻輻向分布,邊長為L的N匝正方形線圈中通以電流I,如圖乙所示,線圈中左側(cè)a導(dǎo)線電流方向垂直紙面向外,右側(cè)b導(dǎo)線電流方向垂直紙面向里,a、b兩條導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強度大小均為B,則(

)A.該磁場是勻強磁場B.該線圈的磁通量為BL2C.a導(dǎo)線受到的安培力方向向上D.線圈轉(zhuǎn)動過程中,a、b兩條導(dǎo)線所受安培力恒定C解析

勻強磁場的磁感線互相平行,方向相同,該磁場均勻輻向分布,不是勻強磁場,故A錯誤;線圈平面與磁感線平行,線圈的磁通量為零,故B錯誤;a導(dǎo)線電流方向垂直紙面向外,磁場方向向右,根據(jù)左手定則,a導(dǎo)線受到的安培力方向向上,故C正確;a、b兩條導(dǎo)線始終與磁感線垂直,故受到的安培力大小總為ILB,但方向變化,故D錯誤。方法技巧

磁電式電流表的特點(1)線圈始終與磁場平行,線圈在任何位置的磁感應(yīng)強度大小相等。(2)磁場為非勻強磁場。對點演練2磁電式電流表的外部構(gòu)造如圖甲所示,在蹄形磁體的兩極間有一個可以繞軸轉(zhuǎn)動的線圈,轉(zhuǎn)軸上裝有螺旋彈簧和指針,如圖乙所示。蹄形磁體和鐵芯間的磁場均勻輻向分布。當(dāng)電流通過線圈時,線圈在安培力的作用下轉(zhuǎn)動,如圖丙所示,螺旋彈簧被扭動,線圈停止轉(zhuǎn)動時滿足NBIS=kθ,式中N為線圈的匝數(shù),S為線圈的面積,I為通過線圈的電流,B為磁感應(yīng)強度,θ為線圈(指針)偏角,k是與螺旋彈簧有關(guān)的常量。不考慮電磁感應(yīng)現(xiàn)象,下列說法錯誤的是(

)A.蹄形磁體外部和鐵芯內(nèi)部的磁場是如圖丁所示的磁場B.線圈轉(zhuǎn)動過程中受到的安培力的大小始終不變C.若線圈中通以如圖丙所示的電流,線圈將沿順時針方向轉(zhuǎn)動D.更換k值更大的螺旋彈簧,可以增大電流表的靈敏度,即答案

D解析

蹄形磁體外部和鐵芯內(nèi)部的磁場是如題圖丁所示的磁場,A正確;蹄形磁體產(chǎn)生輻射狀的磁場,線圈轉(zhuǎn)動過程中磁場的大小始終不變,受到的安培力的大小始終不變,B正確;若線圈中通以如題圖丙所示的電流時,根據(jù)左手定則,此時線圈將沿順時針方向轉(zhuǎn)動,C正確;根據(jù)題意,NBIS=kθ,解得

,更換k值更大的螺旋彈簧,電流表的靈敏度即

減小,D錯誤。學(xué)以致用·隨堂檢測全達標(biāo)1231.(電磁炮)(2023廣東汕頭聿懷中學(xué)高二期末)電磁炮由電源、金屬軌道、炮彈和電磁鐵組成,如圖所示。當(dāng)電源接通后,磁場對流過炮彈的電流產(chǎn)生力的作用,使炮彈獲得向左極大的發(fā)射速度。下列各俯視圖正確表示磁場方向的是(

)C解析

由圖A、B可知,電流方向與磁場方向平行,炮彈不受安培力作用,不能把炮彈發(fā)射出去,故A、B錯誤;由左手定則可知,圖C磁場方向與電流方向垂直,磁場對流過炮彈的電流產(chǎn)生向左的力的作用,符合實際,故C正確;由左手定則可知,圖D磁場方向與電流方向垂直,磁場對流過炮彈的電流產(chǎn)生向右的力的作用,不符合實際,故D錯誤。1231232.(電動機)(2023湖北武漢高二期末)一個“簡易電動機”如圖甲所示,一節(jié)5號干電池的正極向上,一塊圓柱形強磁鐵吸附在電池的負極,將一段裸銅導(dǎo)線彎成圖中所示形狀的線框,線框上端的彎折位置與正極良好接觸,下面彎曲的兩端與強磁鐵表面保持良好接觸,放手后線框就會轉(zhuǎn)動起來。該“簡易電動機”的原理圖如圖乙所示,關(guān)于該“簡易電動機”,下列說法正確的是(

)A.從上往下看,該“簡易電動機”逆時針旋轉(zhuǎn)B.電池消耗的電能全部轉(zhuǎn)化