粵教版物理選修3-1三維設(shè)計 34安培力的應(yīng)用(可自主編輯)

1、結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 1原理原理 直流電動機(jī)是利用直流電動機(jī)是利用_使通電線圈轉(zhuǎn)動的。使通電線圈轉(zhuǎn)動的。 2優(yōu)點優(yōu)點 通過改變通過改變_來調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)速。來調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)速。 自讀教材自讀教材抓基礎(chǔ)抓基礎(chǔ) 第四節(jié)第四節(jié) 安培力的應(yīng)用安培力的應(yīng)用 直流電動機(jī)直流電動機(jī) 安培力安培力 輸入電壓輸入電壓 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 通電以后，電動機(jī)為什么會轉(zhuǎn)動呢？通電以后，電動機(jī)為什么會轉(zhuǎn)動呢？ 提示：提示：通電的線圈在磁場內(nèi)受到了安培力的作用。通電的線圈在磁場內(nèi)受到了安培力的作用。 學(xué)后自檢學(xué)后自檢(想一想想一想) 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 1直流電動機(jī)的原理直流電

2、動機(jī)的原理 如圖如圖341所示，在線圈中通以直流電流，矩形線圈在所示，在線圈中通以直流電流，矩形線圈在 磁場力的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動，帶動機(jī)械運(yùn)行。磁場力的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動，帶動機(jī)械運(yùn)行。 跟隨名師跟隨名師 解疑難解疑難 圖圖341 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 2結(jié)構(gòu)及原理分析結(jié)構(gòu)及原理分析 如圖如圖342所示。所示。 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 圖圖342直流電動機(jī)直流電動機(jī) 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 (1)當(dāng)線圈由位置當(dāng)線圈由位置d經(jīng)位置經(jīng)位置a運(yùn)動到位置運(yùn)動到位置b時，圖中左邊受力時，圖中左邊受力 方向向上，右邊受力方向向下，使線圈順時針轉(zhuǎn)動；當(dāng)線圈在方向向上，右

3、邊受力方向向下，使線圈順時針轉(zhuǎn)動；當(dāng)線圈在 位置位置b時不受力，由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動；時不受力，由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動； (2)當(dāng)線圈由位置當(dāng)線圈由位置b經(jīng)位置經(jīng)位置c運(yùn)動到位置運(yùn)動到位置d時，由于電流換時，由于電流換 向，圖中左邊受力方向向上，右邊受力方向向下，使線圈繼續(xù)向，圖中左邊受力方向向上，右邊受力方向向下，使線圈繼續(xù) 順時針轉(zhuǎn)動；當(dāng)線圈在位置順時針轉(zhuǎn)動；當(dāng)線圈在位置d時不受力，由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動；時不受力，由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動； 然后，線圈重復(fù)以上過程轉(zhuǎn)動下去。然后，線圈重復(fù)以上過程轉(zhuǎn)動下去。 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 下列關(guān)于直流電動機(jī)的說法，錯誤的是下列關(guān)于直流電動機(jī)的說法，錯誤的是

4、() A直流電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置直流電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置 B直流電動機(jī)能把電能全部轉(zhuǎn)化為動能直流電動機(jī)能把電能全部轉(zhuǎn)化為動能 C直流電動機(jī)是依靠磁場對電流的作用工作的直流電動機(jī)是依靠磁場對電流的作用工作的 D直流電動機(jī)工作時也會有發(fā)熱現(xiàn)象，是電流的熱效應(yīng)直流電動機(jī)工作時也會有發(fā)熱現(xiàn)象，是電流的熱效應(yīng) 解析：解析：選選B從能量角度來看直流電動機(jī)是把電能轉(zhuǎn)化成從能量角度來看直流電動機(jī)是把電能轉(zhuǎn)化成 機(jī)械能的裝置。其工作原理是利用了磁場對電流的作用。但由機(jī)械能的裝置。其工作原理是利用了磁場對電流的作用。但由 于線圈有一定的電阻，直流電動機(jī)在工作過程中會產(chǎn)生一定的于線圈有一定的

5、電阻，直流電動機(jī)在工作過程中會產(chǎn)生一定的 焦耳熱。焦耳熱。 學(xué)后自檢學(xué)后自檢(小試身手小試身手) 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 (1)電流表是測量電流表是測量_的電學(xué)儀器，我們在實驗時的電學(xué)儀器，我們在實驗時 經(jīng)常使用的電流表是經(jīng)常使用的電流表是_電流表。電流表。 (2)不論是電動機(jī)，還是磁電式電流表，都是磁場中的線不論是電動機(jī)，還是磁電式電流表，都是磁場中的線 圈受到安培力作用而旋轉(zhuǎn)起來的，線圈所在的磁場是圈受到安培力作用而旋轉(zhuǎn)起來的，線圈所在的磁場是 _分布的，這樣做的目的是任何位置線圈都與磁感線分布的，這樣做的目的是任何位置線圈都與磁感線 _。 自讀教材自讀教材抓基礎(chǔ)抓基礎(chǔ) 磁電

6、式電表磁電式電表 電流電流 磁電式磁電式 均勻輻射均勻輻射 平行平行 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 (3)對于磁電式電流表，我們根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小可對于磁電式電流表，我們根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小可 以知道被測電流的強(qiáng)弱，這是因為磁場對電流的作用力跟電流以知道被測電流的強(qiáng)弱，這是因為磁場對電流的作用力跟電流 成成_，因而線圈中的電流越大，安培力的轉(zhuǎn)動作用也，因而線圈中的電流越大，安培力的轉(zhuǎn)動作用也 越越_，線圈和指針偏轉(zhuǎn)的角度也就越，線圈和指針偏轉(zhuǎn)的角度也就越_。 正比正比 大大大大 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 若磁電式儀表的指針只能從左向右偏，使用時，正負(fù)極能若磁電式儀表的

7、指針只能從左向右偏，使用時，正負(fù)極能 不能接反？若指針在中間呢？不能接反？若指針在中間呢？ 提示：提示：不能。正負(fù)極接反后，電流方向與正常相反，指針不能。正負(fù)極接反后，電流方向與正常相反，指針 向左偏，容易損壞電表。若指針在中間，正負(fù)極接反影響不向左偏，容易損壞電表。若指針在中間，正負(fù)極接反影響不 大。大。 學(xué)后自檢學(xué)后自檢(想一想想一想) 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 1電流表中磁鐵與鐵芯之間的磁場是均勻輻射分布的電流表中磁鐵與鐵芯之間的磁場是均勻輻射分布的 所有磁感線的延長線都通過鐵芯的中心，所有磁感線的延長線都通過鐵芯的中心， 不管線圈處于不管線圈處于 什么位置，線圈平面與磁感線

8、之間的夾角都是零度。該磁場并什么位置，線圈平面與磁感線之間的夾角都是零度。該磁場并 非勻強(qiáng)磁場，但在以鐵芯為中心的圓圈上，各點的磁感應(yīng)強(qiáng)度非勻強(qiáng)磁場，但在以鐵芯為中心的圓圈上，各點的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B的大小是相等的。的大小是相等的。 跟隨名師跟隨名師 解疑難解疑難 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 2電流表的工作原理電流表的工作原理 如圖如圖343矩形線框兩條邊所受安培力大小相等，方向矩形線框兩條邊所受安培力大小相等，方向 相反，大小為相反，大小為FBIL，但兩力不在一條直線上，兩個力形成，但兩力不在一條直線上，兩個力形成 一對力偶，設(shè)兩力間距為一對力偶，設(shè)兩力間距為d，則安培力矩，則安培力矩

9、MFdBILd BIS(其中其中S為線圈面積為線圈面積)。 圖圖343電流表的工作原理電流表的工作原理 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 從公式中可以看出：從公式中可以看出： (1)對于同一電流表對于同一電流表N、B、S和和k為不變量，所以為不變量，所以I，可，可 見見與與I一一對應(yīng)，從而用指針的偏角來測量電流強(qiáng)度一一對應(yīng)，從而用指針的偏角來測量電流強(qiáng)度I的值；的值； (2)因為因為I，隨隨I的變化是線性的，所以表盤的刻度是均的變化是線性的，所以表盤的刻度是均 勻的。勻的。 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 (多選多選)關(guān)于磁電式電流表，下列說法中

10、正確的有關(guān)于磁電式電流表，下列說法中正確的有() A電流表的線圈處于勻強(qiáng)磁場中電流表的線圈處于勻強(qiáng)磁場中 B電流表的線圈處于均勻輻向磁場中電流表的線圈處于均勻輻向磁場中 C電流表的線圈轉(zhuǎn)動時，安培力大小不變電流表的線圈轉(zhuǎn)動時，安培力大小不變 D電流表指針的偏轉(zhuǎn)角與所測電流成反比電流表指針的偏轉(zhuǎn)角與所測電流成反比 解析：解析：選選BC電流表的線圈所處的磁場并非是勻強(qiáng)磁電流表的線圈所處的磁場并非是勻強(qiáng)磁 場，是均勻輻向磁場，線圈兩條邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相場，是均勻輻向磁場，線圈兩條邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相 同，但方向不同，而且離轉(zhuǎn)動軸距離不同的位置其磁感應(yīng)強(qiáng)度同，但方向不同，而且離轉(zhuǎn)動軸距離

11、不同的位置其磁感應(yīng)強(qiáng)度 大小也不同，所以不是勻強(qiáng)磁場。大小也不同，所以不是勻強(qiáng)磁場。 學(xué)后自檢學(xué)后自檢(小試身手小試身手) 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 1如圖如圖344甲所示是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)圖，圖甲所示是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)圖，圖34 4乙是磁極間的磁場分布圖，以下選項中正確的是乙是磁極間的磁場分布圖，以下選項中正確的是() 典題例析典題例析 磁電式電流表原理的理解磁電式電流表原理的理解 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 圖圖344 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 指針穩(wěn)定后，線圈受到螺旋彈簧的力矩與線圈受到的磁指針穩(wěn)定后，線圈受到螺旋彈簧的力矩與線圈受到的磁 力矩方向是

12、相反的力矩方向是相反的 通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大通電線圈中的電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大 在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)，各處的磁場都是勻強(qiáng)磁場在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)，各處的磁場都是勻強(qiáng)磁場 在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)，線圈所受磁力矩與電流有關(guān)，而在線圈轉(zhuǎn)動的范圍內(nèi)，線圈所受磁力矩與電流有關(guān)，而 與所處位置無關(guān)與所處位置無關(guān) AB C D 思路點撥思路點撥輻射狀磁場保證了線圈轉(zhuǎn)動到任何位置，其輻射狀磁場保證了線圈轉(zhuǎn)動到任何位置，其 轉(zhuǎn)動力矩都不受轉(zhuǎn)動力矩都不受B和轉(zhuǎn)動角度的影響，而只與電流有關(guān)。和轉(zhuǎn)動角度的影響，而只與電流有關(guān)。 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 解析解析當(dāng)阻礙線圈

13、轉(zhuǎn)動的力矩增大到與安培力產(chǎn)生的使當(dāng)阻礙線圈轉(zhuǎn)動的力矩增大到與安培力產(chǎn)生的使 線圈轉(zhuǎn)動的力矩平衡時，線圈停止轉(zhuǎn)動，即兩力矩大小相等、線圈轉(zhuǎn)動的力矩平衡時，線圈停止轉(zhuǎn)動，即兩力矩大小相等、 方向相反，故方向相反，故正確。磁電式電流表蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場正確。磁電式電流表蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場 是均勻輻向分布的，不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁是均勻輻向分布的，不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁 感線平行，均勻輻向分布的磁場特點是大小相等、方向不同，感線平行，均勻輻向分布的磁場特點是大小相等、方向不同， 故故錯，錯，正確。電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大，正確。電流越大，電流表指針偏轉(zhuǎn)的

14、角度也越大， 故故正確。故正確。故C正確。正確。 答案答案C 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 2所謂電流表的靈敏度，是指在通入相同電流的情況所謂電流表的靈敏度，是指在通入相同電流的情況 下，指針偏轉(zhuǎn)角度的大小。偏角越大，靈敏度越高。下列方法下，指針偏轉(zhuǎn)角度的大小。偏角越大，靈敏度越高。下列方法 不能提高磁電式電流表靈敏度的方法有不能提高磁電式電流表靈敏度的方法有() A增強(qiáng)永久磁鐵的磁性增強(qiáng)永久磁鐵的磁性 B增大螺旋彈簧的勁度系數(shù)增大螺旋彈簧的勁度系數(shù) C增大線圈的面積增大線圈的面積 D增加線圈的匝數(shù)增加線圈的匝數(shù) 跟蹤演練跟蹤演練 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 解析：解析：選選

15、B通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時，螺旋彈簧變形，通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時，螺旋彈簧變形， 反抗線圈的轉(zhuǎn)動。電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變反抗線圈的轉(zhuǎn)動。電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變 也就越大。要提高電流表的靈敏度，就要在通入相同電流時，也就越大。要提高電流表的靈敏度，就要在通入相同電流時， 讓指針的偏轉(zhuǎn)角度增大。所以要減小螺旋彈簧的勁度系數(shù)，同讓指針的偏轉(zhuǎn)角度增大。所以要減小螺旋彈簧的勁度系數(shù)，同 時使安培力變大，即增加磁感應(yīng)強(qiáng)度、增大線圈面積和增加線時使安培力變大，即增加磁感應(yīng)強(qiáng)度、增大線圈面積和增加線 圈的匝數(shù)。圈的匝數(shù)。 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 分析導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動

16、情況的幾種常用方法分析導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動情況的幾種常用方法 (1)電流元法。電流元法。 把整段電流等效為多段直線電流元，先用左手定則判斷出把整段電流等效為多段直線電流元，先用左手定則判斷出 每小段電流元所受安培力的方向，從而判斷整段電流所受合力每小段電流元所受安培力的方向，從而判斷整段電流所受合力 方向，最后確定運(yùn)動方向。方向，最后確定運(yùn)動方向。 安培力作用下通電導(dǎo)體的運(yùn)動安培力作用下通電導(dǎo)體的運(yùn)動 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 (2)特殊位置法。特殊位置法。 把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個便于分析的特殊位置后再判斷安培把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個便于分析的特殊位置后再判斷安培 力的方向，從而確定運(yùn)動方向

17、。力的方向，從而確定運(yùn)動方向。 (3)等效法。等效法。 環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵，條形磁鐵環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵，條形磁鐵 也可以等效成環(huán)形電流或通電螺線管，通電螺線管也可以等效也可以等效成環(huán)形電流或通電螺線管，通電螺線管也可以等效 成很多匝的環(huán)形電流來分析。成很多匝的環(huán)形電流來分析。 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 1如圖如圖345所示，把輕質(zhì)導(dǎo)電線圈用絕緣細(xì)線懸掛在所示，把輕質(zhì)導(dǎo)電線圈用絕緣細(xì)線懸掛在 磁鐵磁鐵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，則線圈面，當(dāng)

18、線圈內(nèi)通入如圖方向的電流后，則線圈() A向左運(yùn)動向左運(yùn)動 B向右運(yùn)動向右運(yùn)動 C靜止不動靜止不動 D無法確定無法確定 思路點拔思路點拔此題可以采用等效法，也可以采用電流元此題可以采用等效法，也可以采用電流元 法。法。 典題例析典題例析 圖圖345 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 解析解析方法一：等效法。把通電線圈等效成小磁針。由方法一：等效法。把通電線圈等效成小磁針。由 安培定則可知，線圈等效成小磁針后，左端是安培定則可知，線圈等效成小磁針后，左端是S極，右端是極，右端是N 極，異名磁極相吸引，線圈向左運(yùn)動。極，異名磁極相吸引，線圈向左運(yùn)動。 方法二：電流元法。如圖所示，取其方法二：電

19、流元法。如圖所示，取其 中的上、下兩小段分析，根據(jù)其中心對稱中的上、下兩小段分析，根據(jù)其中心對稱 性，線圈所受安培力的合力水平向左，故性，線圈所受安培力的合力水平向左，故 線圈向左運(yùn)動。線圈向左運(yùn)動。 答案答案A 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 判斷導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動情況的常規(guī)思路判斷導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動情況的常規(guī)思路 (1)不管是電流還是磁體，對通電導(dǎo)體的作用都是通過磁不管是電流還是磁體，對通電導(dǎo)體的作用都是通過磁 場來實現(xiàn)的，因此必須要清楚導(dǎo)體所在位置的磁場分布情況。場來實現(xiàn)的，因此必須要清楚導(dǎo)體所在位置的磁場分布情況。 (2)結(jié)合左手定則準(zhǔn)確判斷導(dǎo)體所受安培力的方向。結(jié)合左手定則準(zhǔn)確判斷導(dǎo)體所受安培力的方向。 (3)由導(dǎo)體的受力情況判定導(dǎo)體的運(yùn)動方向。由導(dǎo)體的受力情況判定導(dǎo)體的運(yùn)動方向。 探規(guī)尋律探規(guī)尋律 結(jié)結(jié) 束束 首 頁末 頁上一頁下一頁 2螺線管正