磁場對通電導(dǎo)線的作用力（安培力的應(yīng)用）高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊

電流天平磁電式電表直流電動機(jī)第一章

安培力與洛倫茲力第一節(jié)

磁場對通電導(dǎo)線的作用力——安培力的應(yīng)用高中物理選擇性必修二三、直流電動機(jī)四、安培力作用下的力電綜合問題二、磁電式電表一、電流天平

安培力學(xué)習(xí)目標(biāo)電流天平1.結(jié)構(gòu)2.原理電流方向如左圖，左右分別加m1、m2，平衡后：同反向電流，左邊加m,其他不變，平衡后：解得：電流天平等臂電流天平通常測：電導(dǎo)體之間的相互作用力和磁感應(yīng)強(qiáng)度。

如圖所示是磁電式電表內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。主要部件：蹄形磁鐵、鐵芯、線圈、螺旋彈簧等磁電式電表電流表的指針最終能穩(wěn)定的指向某一刻度原理：磁電式電流表的結(jié)構(gòu)線圈通電時，安培力使線圈轉(zhuǎn)動時變形產(chǎn)生彈力阻礙轉(zhuǎn)動安培力與彈力平衡，指針停止轉(zhuǎn)動電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變也就越大，線圈偏轉(zhuǎn)的角度也越大觀察表盤發(fā)現(xiàn)，電流表表盤刻度是均勻的，這說明了指針偏轉(zhuǎn)角度與電流成正比，如何才能實現(xiàn)這一要求？磁電式電表

蹄形磁鐵與鐵芯間的磁場可看做是均勻輻射分布的，無論通電線圈轉(zhuǎn)到什么位置，線圈的平面總與磁場方向平行。磁電式電表偏轉(zhuǎn)角度大小能反映電流大小原理：線圈轉(zhuǎn)動的軌跡圓上B大小處處相等，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動時B與I始終互相垂直。F=ILBθ

∝I，表盤的刻度均勻優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：測大電流：若要利用磁電式電表測量較大的電流值，需要根據(jù)電表改裝方法擴(kuò)大其量程。磁電式電表靈敏度高，能夠測出很弱的電流缺點(diǎn)是線圈的導(dǎo)線很細(xì)，只允許通過很弱的電流。磁電式電表生活中裝配了直流電動機(jī)的設(shè)備原理：利用安培力使通電線圈轉(zhuǎn)動能量轉(zhuǎn)化：電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能直流電動機(jī)1.結(jié)構(gòu)主要部件：蹄形磁鐵、線圈、電刷和換向器受力分析：由左手定則得ab受力向上，cd受力向下。這兩個力不是平衡力。運(yùn)動分析：在這兩個力作用下，線圈作順時針轉(zhuǎn)動。受力使線圈轉(zhuǎn)動直流電動機(jī)2.運(yùn)轉(zhuǎn)原理分析受力分析：此時換向器與碳刷沒接觸，線圈不受力。運(yùn)動分析：由于慣性線圈將繼續(xù)轉(zhuǎn)動。無電流不受力直流電動機(jī)2.運(yùn)轉(zhuǎn)原理分析換向器：線圈轉(zhuǎn)過90°后，換向器換向，線圈上電流發(fā)生變化。受力分析：線圈轉(zhuǎn)過90°后ab受力向下，cd受力向上。運(yùn)動分析：線圈繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動。受力使線圈轉(zhuǎn)動abcad直流電動機(jī)2.運(yùn)轉(zhuǎn)原理分析受力分析：線圈轉(zhuǎn)到270°時，換向器又和碳刷沒接觸，線圈不受力。運(yùn)動分析：由于慣性線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動。換向器：此時，換向器又換向，電流方向也變化，線圈仍繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動。換向器可自動改變線圈中電流方向，使線圈不停地轉(zhuǎn)動下去。無電流不受力直流電動機(jī)2.運(yùn)轉(zhuǎn)原理分析直流電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程：直流電動機(jī)直流電動機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)是通過改變輸入電壓很容易調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)速，而交流電動機(jī)的調(diào)速就不太方便。因此，不少需要調(diào)速的設(shè)備，都采用直流電動機(jī)。如無軌電車和電氣機(jī)車都用直流電動機(jī)。直流電動機(jī)2.直流電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程：磁電式電表換向換向安培力的應(yīng)用電流天平：用于實驗室中測量兩平行通電導(dǎo)體

之間的相互作用力和磁感應(yīng)強(qiáng)度磁電式電表：直流電動機(jī)：電磁炮：利用線圈在磁場中受到安培力，測量電流大小利用電磁系統(tǒng)中磁場產(chǎn)生的安培力來對金屬炮彈進(jìn)行加速將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動機(jī)小結(jié)【練習(xí)1】如圖3－3－1所示，把輕質(zhì)導(dǎo)電線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面．當(dāng)線圈內(nèi)通入如圖方向的電流后，判斷線圈如何運(yùn)動？圖3－3－1答案：線圈向磁鐵運(yùn)動課堂練習(xí)【練習(xí)2】如圖3－3－2所示，把一通電直導(dǎo)線放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導(dǎo)線可以自由移動，當(dāng)導(dǎo)線中通過如圖所示方向的電流I時，試判斷導(dǎo)線的運(yùn)動情況．圖3－3－2答案：俯視逆時針方向轉(zhuǎn)動且向下運(yùn)動課堂練習(xí)【練習(xí)3】將長為1m的導(dǎo)線ac，從中點(diǎn)b折成如圖3－3－7所示形狀，放入B＝0.08T的勻強(qiáng)磁場中，abc平面與磁場垂直．若在導(dǎo)線abc中通入25A的直流電，則整個導(dǎo)線所受安培力大小為________N.圖3－3－7答案：1.732課堂練習(xí)【練習(xí)4】條形磁鐵豎直放置，閉合圓環(huán)水平放置，條形磁鐵中心線穿過圓環(huán)中心，如圖3－3－9所示，若圓環(huán)為彈性環(huán)，其形狀由Ⅰ擴(kuò)大到Ⅱ，那么圓環(huán)內(nèi)磁通量的變化的情況()圖3－3－9A．磁通量增大B．磁通量減小C．磁通量不變D．條件不足，無法確定答案：B課堂練習(xí)

【練習(xí)5】如圖所示為電流天平，可以用來測量勻強(qiáng)磁場中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。它的右臂掛著矩形線圈，匝數(shù)為n，線圈的水平邊長為l，處于勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與線圈平面垂直。當(dāng)線圈中通過電流I時，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達(dá)到平衡。下列說法中正確的是()A.線圈受到的安培力大小為BIlB.線圈受到的安培力方向水平指向紙內(nèi)C.若發(fā)現(xiàn)右盤向上翹起，則應(yīng)增大線圈中的電流D.若把電流大小不變而方向反向，則左盤向上翹起D課堂練習(xí)電磁炮電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進(jìn)動能殺傷武器，利用電磁系統(tǒng)中磁場產(chǎn)生的安培力來對金屬炮彈進(jìn)行加速。安培力作用下的力電綜合問題【典例1】電磁炮是一種新式兵器，其主要原理如圖所示．某電磁炮能夠把m=2.2g的彈體（包括金屬桿ＣＤ的質(zhì)量）加速到v=10km/s．若軌道寬L=2m，長s=100m，通過的電流為I=10A，忽略軌道摩擦．（１）軌道間所加的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為多少？（２）電磁炮的最大功率為多少（2)磁場力的最大功率

P=Fv=1.1x103x10x103W=1.1x107W.解：（1)在導(dǎo)軌通有電流I時，彈體作為導(dǎo)體受到磁場施加的安培力

F=BIL設(shè)彈體的加速度的大小為a,則有

F=ma彈體在兩導(dǎo)軌間做初速度為0的勻加速運(yùn)動，因而v2=2as,聯(lián)立以上各式，代入數(shù)據(jù)，可得

F=1.1×103N,B=55T.安培力作用下的力電綜合問題【典例2】

某電子天平原理如圖所示，Ｅ形磁鐵的兩側(cè)為Ｎ極，中心為Ｓ極，兩極間磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為Ｂ，磁極寬度均為Ｌ．忽略邊緣效應(yīng)，一正方形線圈套于中心磁極，其骨架與秤盤連為一體，線圈兩端Ｃ、Ｄ與外電路連接．當(dāng)質(zhì)量為ｍ的重物放在秤盤上時，彈簧被壓縮，秤盤和線圈一起向下運(yùn)動（骨架與磁極不接觸），隨后外電路對線圈供電，秤盤和線圈恢復(fù)到未放重物時的位置并靜止．此時根據(jù)對應(yīng)的供電電流Ｉ，可確定重物的質(zhì)量．已知線圈匝數(shù)為ｎ，線圈電阻為Ｒ，重力加速度為ｇ．（１）供電電流Ｉ是從Ｃ端，還是從Ｄ端流入？（２）求重物質(zhì)量與電流的關(guān)系（2)由于兩極間的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,磁極寬度均為L,線圈匝數(shù)為n,左右兩側(cè)受力相等，得解：（1)秤盤和線圈向上恢復(fù)到未放重物時的位置并靜止，說明這個過程托盤和線圈受到的安培力的方向向上，由左手定則即可判斷出電流的方向是逆時針方向（從上向下看），因此供電電流I從由D端流人。安培力作用下的力電綜合問題【典例3】(安培力有關(guān)的力學(xué)問題）

(2020山西重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)質(zhì)量為m=0.02kg的通電細(xì)桿ab置于傾角為θ=37°的平行放置的導(dǎo)軌上,導(dǎo)軌的寬度d=0.2m,桿ab與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ=0.4,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場與導(dǎo)軌平面垂直且方向向下,如圖所示?，F(xiàn)調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,為使桿ab靜止不動,則通過桿ab的電流范圍為多少?g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。安培力作用下的力電綜合問題分析：安培力作用下導(dǎo)體棒的平衡問題和加速問題，題目所給出的圖形一般為“立體圖”，如果把物體的受力直接畫在導(dǎo)體棒上，則較為抽象，不利于問題的求解，一般把抽象的立體圖轉(zhuǎn)換為直觀的“平面圖”，即畫出“側(cè)視圖”。安培力作用下的力電綜合問題解析:圖甲、乙是電流最大和最小兩種情況下桿ab的受力分析圖根據(jù)甲圖列式如下:F1-mgsinθ-Ff1=0，F(xiàn)N-mgcosθ=0，F(xiàn)f1=μFN,F