

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
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1、第四節(jié)安培力的應(yīng)用第四節(jié)安培力的應(yīng)用課標(biāo)定位課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo):學(xué)習(xí)目標(biāo):1.理解直流電動機(jī)的原理理解直流電動機(jī)的原理2理解磁電式電表的原理理解磁電式電表的原理重點難點:直流電動機(jī)和磁電式電表的原理重點難點:直流電動機(jī)和磁電式電表的原理一、直流電動機(jī)一、直流電動機(jī)1電動機(jī)的分類:電動機(jī)有電動機(jī)的分類:電動機(jī)有_電動機(jī)與電動機(jī)與_電動機(jī)之分,電動機(jī)之分, _電動機(jī)還可分為單相交電動機(jī)還可分為單相交流電動機(jī)與三相交流電動機(jī)流電動機(jī)與三相交流電動機(jī)直流直流交流交流交流交流2直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理(如圖如圖341):圖圖341(1)當(dāng)線圈由位置丁經(jīng)位置甲運(yùn)動到位置乙時,圖中當(dāng)線圈由
2、位置丁經(jīng)位置甲運(yùn)動到位置乙時,圖中左邊受力方向左邊受力方向_ ,右邊受力方向,右邊受力方向_ ,使線圈,使線圈順時針轉(zhuǎn)動;當(dāng)線圈在位置乙時不受力,由于慣性順時針轉(zhuǎn)動;當(dāng)線圈在位置乙時不受力,由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動繼續(xù)轉(zhuǎn)動(2)當(dāng)線圈由位置乙經(jīng)位置丙運(yùn)動到位置丁時,由于當(dāng)線圈由位置乙經(jīng)位置丙運(yùn)動到位置丁時,由于電流換向,圖中左邊受力方向電流換向,圖中左邊受力方向_ ,右邊受力方,右邊受力方向向_ ,使線圈繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動;當(dāng)線圈在位置,使線圈繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動;當(dāng)線圈在位置丁時不受力,由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動;然后,線圈重復(fù)丁時不受力,由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動;然后,線圈重復(fù)以上過程轉(zhuǎn)動下去以上過程轉(zhuǎn)動下去3直流電動機(jī)的優(yōu)
3、點:通過改變輸入電壓很容易直流電動機(jī)的優(yōu)點:通過改變輸入電壓很容易調(diào)節(jié)它的調(diào)節(jié)它的_ ,而,而_的調(diào)速就不太方的調(diào)速就不太方便便向上向上向下向下向上向上向下向下轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速交流電動機(jī)交流電動機(jī)思考感悟思考感悟1在開關(guān)閉合前,能否讓線圈停在上圖中的乙、在開關(guān)閉合前,能否讓線圈停在上圖中的乙、丁兩圖所示的位置上?丁兩圖所示的位置上?提示:提示:不能不能二、磁電式電表二、磁電式電表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在磁電式電流表中,強(qiáng)蹄形磁鐵的兩極間有一在磁電式電流表中,強(qiáng)蹄形磁鐵的兩極間有一個固定的圓柱形鐵芯
4、,鐵芯外面套有一個轉(zhuǎn)動的鋁個固定的圓柱形鐵芯,鐵芯外面套有一個轉(zhuǎn)動的鋁框,在鋁框上繞有線圈鋁框的轉(zhuǎn)軸上裝有兩個螺框,在鋁框上繞有線圈鋁框的轉(zhuǎn)軸上裝有兩個螺旋彈簧和一個指針,線圈的兩端分別接在這兩個螺旋彈簧和一個指針,線圈的兩端分別接在這兩個螺旋彈簧上,被測電流經(jīng)過這兩個彈簧流入線圈旋彈簧上,被測電流經(jīng)過這兩個彈簧流入線圈電流電流磁電式磁電式如圖如圖342所示,蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均所示,蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻輻射分布的,通電線圈不管轉(zhuǎn)到什么角度,線圈勻輻射分布的,通電線圈不管轉(zhuǎn)到什么角度,線圈的平面都跟磁感線平行當(dāng)電流通過線圈的時候,的平面都跟磁感線平行當(dāng)電流通過線圈的時候,線圈上跟
5、鐵芯軸線平行的兩邊受到的安培力產(chǎn)生力線圈上跟鐵芯軸線平行的兩邊受到的安培力產(chǎn)生力矩,使線圈發(fā)生轉(zhuǎn)動同時,螺旋彈簧被扭轉(zhuǎn),產(chǎn)矩,使線圈發(fā)生轉(zhuǎn)動同時,螺旋彈簧被扭轉(zhuǎn),產(chǎn)生一個阻礙線圈轉(zhuǎn)動的力矩,其大小隨線圈轉(zhuǎn)動角生一個阻礙線圈轉(zhuǎn)動的力矩,其大小隨線圈轉(zhuǎn)動角度的增大而增大直至上述兩個力矩相度的增大而增大直至上述兩個力矩相_時,線時,線圈才會停下來圈才會停下來均勻輻射分布的磁場均勻輻射分布的磁場圖圖342平衡平衡磁場對電流的作用力跟電流成磁場對電流的作用力跟電流成_,因而線圈,因而線圈中的電流越大,安培力產(chǎn)生的力矩也越大,線圈中的電流越大,安培力產(chǎn)生的力矩也越大,線圈和指針偏轉(zhuǎn)的角度也就越大因此,根據(jù)
6、指針偏和指針偏轉(zhuǎn)的角度也就越大因此,根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度的轉(zhuǎn)角度的_,可以知道被測電流的強(qiáng)弱,可以知道被測電流的強(qiáng)弱正比正比大小大小思考感悟思考感悟2磁電式電流表中磁鐵與鐵芯之間的磁場是磁電式電流表中磁鐵與鐵芯之間的磁場是勻強(qiáng)磁場嗎?勻強(qiáng)磁場嗎?提示:提示:不是不是一、直流電動機(jī)的原理一、直流電動機(jī)的原理如圖如圖343所示,矩形線圈所示,矩形線圈abcd的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)軸OO垂直垂直于勻強(qiáng)磁場于勻強(qiáng)磁場B的方向,且線圈平面與磁場方向的夾的方向,且線圈平面與磁場方向的夾角為角為.為了便于分析通入恒定電流為了便于分析通入恒定電流I時各邊的受力情時各邊的受力情況,首先將立體空間圖轉(zhuǎn)化為平面圖,即順著轉(zhuǎn)軸況,首
7、先將立體空間圖轉(zhuǎn)化為平面圖,即順著轉(zhuǎn)軸OO看線圈所看到的結(jié)果如圖看線圈所看到的結(jié)果如圖344所示,所示,ad與磁與磁場方向的夾角就是線圈平面與磁場方向的夾角場方向的夾角就是線圈平面與磁場方向的夾角圖圖343圖圖344即時應(yīng)用即時應(yīng)用(即時突破,小試牛刀即時突破,小試牛刀)圖圖3451(單選單選)一單匝線圈一單匝線圈abcd,面積為,面積為S,通入電流,通入電流為為I,方向如圖,方向如圖345所示在磁感應(yīng)強(qiáng)度為所示在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的的勻強(qiáng)磁場中,線圈平面與勻強(qiáng)磁場中,線圈平面與B成成角,此時線圈所受角,此時線圈所受磁力矩為磁力矩為()AMBISsin,順時針,順時針BMBISsin,逆時針,逆時
8、針CMBIScos,順時針,順時針DMBIScos,逆時針,逆時針二、磁電式電表的原理二、磁電式電表的原理1電流表中磁鐵與鐵芯之間的磁場是均勻輻向分電流表中磁鐵與鐵芯之間的磁場是均勻輻向分布的布的所有磁感線的延長線都通過鐵芯的中心,不管線圈所有磁感線的延長線都通過鐵芯的中心,不管線圈處于什么位置,線圈平面與磁感線之間的夾角都是處于什么位置,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2電流表的工作原理電流表的工作原理如圖如圖346矩形線框兩條邊所受
9、安培力大小相等,矩形線框兩條邊所受安培力大小相等,方向相反,大小為方向相反,大小為FBIL,但兩力不在一條直線上,但兩力不在一條直線上,兩個力形成一對力偶,設(shè)兩力間距為兩個力形成一對力偶,設(shè)兩力間距為d,則安培力,則安培力矩矩MFdBILdBIS(其中其中S為線圈面積為線圈面積)圖圖346由于線圈由由于線圈由N匝串聯(lián)而成,所以線框所受力矩應(yīng)匝串聯(lián)而成,所以線框所受力矩應(yīng)為為M1NBIS,電流表內(nèi)的彈簧產(chǎn)生一個阻礙線圈,電流表內(nèi)的彈簧產(chǎn)生一個阻礙線圈偏轉(zhuǎn)的力矩,已知彈簧產(chǎn)生的彈性力矩偏轉(zhuǎn)的力矩,已知彈簧產(chǎn)生的彈性力矩M2與指針與指針的偏轉(zhuǎn)角度的偏轉(zhuǎn)角度成正比,即成正比,即M2k,(其中其中k由彈
10、簧由彈簧決定決定)當(dāng)當(dāng)M1M2時,線圈就停在某一偏角時,線圈就停在某一偏角上,固上,固定在轉(zhuǎn)軸上的指針也轉(zhuǎn)過同樣的偏角定在轉(zhuǎn)軸上的指針也轉(zhuǎn)過同樣的偏角,并指示刻,并指示刻度盤上的某一刻度,從刻度的指示數(shù)就可以測得度盤上的某一刻度,從刻度的指示數(shù)就可以測得電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度由由M1M2可得可得NBISk,I.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,所為不變量,所以以I,可見,可見與與I一一對應(yīng),從而用指針的偏一一對應(yīng),從而用指針的偏角來測量電流強(qiáng)度角來測量電流強(qiáng)度I的值;的值;(2)因為因為I,隨隨I的變化是線性的,所以表盤的變化是線性的,所
11、以表盤的刻度是均勻的的刻度是均勻的即時應(yīng)用即時應(yīng)用(即時突破,小試牛刀即時突破,小試牛刀)2(雙選雙選)關(guān)于磁電式電流表,下列說法中正確的關(guān)于磁電式電流表,下列說法中正確的有有()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,安培力不變電流表的線圈轉(zhuǎn)動時,安培力不變D電流表指針的偏轉(zhuǎn)角與所測電流成正比電流表指針的偏轉(zhuǎn)角與所測電流成正比解析:解析:選選BD.勻強(qiáng)磁場的磁感線是間隔相等的平行勻強(qiáng)磁場的磁感線是間隔相等的平行直線,直線,A錯;電流表的線圈轉(zhuǎn)動時,所受安培力的錯;電流表的線圈轉(zhuǎn)動時,所受安培力的
12、大小不變,方向變化,大小不變,方向變化,C錯錯 如圖如圖347是一種測定磁感應(yīng)強(qiáng)度是一種測定磁感應(yīng)強(qiáng)度B的裝置,的裝置,在天平的一端掛個矩形線圈,它的底邊放在待測的在天平的一端掛個矩形線圈,它的底邊放在待測的勻強(qiáng)磁場中,磁場方向與線圈平面垂直,線圈匝數(shù)勻強(qiáng)磁場中,磁場方向與線圈平面垂直,線圈匝數(shù)n10,底邊長,底邊長L20 cm.當(dāng)線圈通當(dāng)線圈通0.2 A電流時,電流時,天平達(dá)到平衡,然后保持電流大小不變,使電流反天平達(dá)到平衡,然后保持電流大小不變,使電流反向,此時發(fā)現(xiàn)天平左盤再加入向,此時發(fā)現(xiàn)天平左盤再加入m36 g的砝碼才的砝碼才能使天平平衡求磁感應(yīng)強(qiáng)度能使天平平衡求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小的大
13、小(g取取10 m/s2)通電導(dǎo)體在安培力作用下的平衡通電導(dǎo)體在安培力作用下的平衡圖圖347【答案答案】0.45 T【方法總結(jié)方法總結(jié)】正確分析受力是解決此類問題正確分析受力是解決此類問題的關(guān)鍵的關(guān)鍵 電磁炮是一種理想的兵器,它的主要原理如電磁炮是一種理想的兵器,它的主要原理如圖圖348所示,所示,1982年澳大利亞國立大學(xué)制成了年澳大利亞國立大學(xué)制成了能把能把2.2 g的彈體的彈體(包括金屬桿包括金屬桿EF的質(zhì)量的質(zhì)量)加速到加速到10 km/s的電磁炮的電磁炮(常規(guī)炮彈速度大小約為常規(guī)炮彈速度大小約為2 km/s),若,若軌道寬軌道寬2 m,長為,長為100 m,通過的電流為,通過的電流為
14、10 A,則,則軌道間所加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度多大?磁場力的軌道間所加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度多大?磁場力的最大功率多大?最大功率多大?(軌道摩擦不計軌道摩擦不計)通電導(dǎo)體在安培力作用下的平動通電導(dǎo)體在安培力作用下的平動圖圖348【精講精析精講精析】如圖如圖349所示,電磁炮受重力所示,電磁炮受重力G、軌道支持力、軌道支持力FN和磁場對炮彈的安培力和磁場對炮彈的安培力F,做勻,做勻加速直線運(yùn)動,由運(yùn)動學(xué)知識加速直線運(yùn)動,由運(yùn)動學(xué)知識vt2v022as得:得:a1042/2100 m/s25105 m/s2.由牛頓第二定律得:由牛頓第二定律得:FmaBIL,即得:即得:B2.21035105/102
15、 T55 T.由瞬時功率由瞬時功率PFv,可得磁場力的最大功率為:,可得磁場力的最大功率為:PmFvmmavt1.1107 W.圖圖349【答案答案】55 T1.1107 W【方法總結(jié)方法總結(jié)】炮彈從靜止開始做勻加速直線運(yùn)炮彈從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動,可利用運(yùn)動規(guī)律和牛頓第二定律求解,也可動,可利用運(yùn)動規(guī)律和牛頓第二定律求解,也可利用動能定理求解利用動能定理求解通電線圈在磁場中的轉(zhuǎn)動通電線圈在磁場中的轉(zhuǎn)動 如圖如圖3410甲所示是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)甲所示是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)圖,圖乙是磁極間的磁場分布圖,以下選項中正確圖,圖乙是磁極間的磁場分布圖,以下選項中正確的是的是()圖圖3410指針穩(wěn)定
16、后,線圈受到螺旋彈簧的力矩與線圈受指針穩(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相反的到的磁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)的角度通電線圈中的電流越大,電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大也越大在線圈轉(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)關(guān),而與所處位置無關(guān)ABC 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)動力矩都不受位置,其轉(zhuǎn)動力矩都不受B和轉(zhuǎn)動角度的影響,而和轉(zhuǎn)動角度的影響,而
17、只與電流強(qiáng)度有關(guān)只與電流強(qiáng)度有關(guān)【自主解答自主解答】當(dāng)阻礙線圈轉(zhuǎn)動的力矩增大到與安當(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)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、方向相反,故正確,磁動,即兩力矩大小相等、方向相反,故正確,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,它的平面都跟磁感布的,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、方線平行,均勻輻向分布的磁場特點是大小相等、方向不同,故錯誤,正確電流越大,電流表指向不同,故錯誤,正確電流越大,電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大,故正確針偏轉(zhuǎn)的角度也越大,故正確【答案答案】C變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練(雙選雙選)如圖如圖3411所示,勻強(qiáng)磁場中,所示,勻強(qiáng)磁場中,矩形通電線框可繞中心軸矩形通電線框可繞中心軸OO轉(zhuǎn)動,則下列說法正轉(zhuǎn)動,則下列說法正確的是確的是()圖圖 3 4 11A在圖示位置線框所受磁力矩為零在圖示位置線框所受磁力矩為零B轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過90時線框所受磁
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