安培力 磁電式儀表

1、關(guān)于安培力 磁電式儀表第1頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三第2課時(shí)安培力磁電式儀表第2頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三一、安培力1.定義：磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力叫安培力2.大?。篎=BIL（B、I、L兩兩互相垂直）若B與I（L）夾角為時(shí)，則F=BILsin ）適用條件：勻強(qiáng)磁場(chǎng)（一般）3.方向：左手定則L為導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，即導(dǎo)線兩端點(diǎn)所連直線的長(zhǎng)度，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端.第3頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三例如圖所示，一直角三角形通有電流I，磁應(yīng)強(qiáng)度為B，ab長(zhǎng)為L(zhǎng)，則三角形所受的磁場(chǎng)力為（）D第4頁(yè)，共28頁(yè)，2

2、022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三 例 如圖所示，蹄形磁鐵用懸線懸于O點(diǎn)，在磁鐵的正下方有一水平放置的長(zhǎng)直導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中通以由左向右的電流時(shí)，蹄形磁鐵的運(yùn)動(dòng)情況將是A靜止不動(dòng)B向紙外平動(dòng)CN極向紙外，S極向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)DN極向紙內(nèi)，S極向紙外轉(zhuǎn)動(dòng)FF第5頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三例 如圖所示，在條形磁鐵的S極附近懸掛一個(gè)線圈磁鐵水平放置其軸線與線圈共面并通過線圈的圓心當(dāng)線圈中電流沿圖示方向流動(dòng)時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)A線圈向磁鐵平移B線圈遠(yuǎn)離磁鐵平移C從上往下看線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近磁鐵D從上往下看細(xì)圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近磁鐵SN第6頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，

3、22點(diǎn)0分，星期三例 如圖兩條長(zhǎng)直導(dǎo)線AB和CD相互垂直，彼此相隔一很小距離，通以圖所示方向的電流，其中AB固定，CD可以其中心為軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)或平動(dòng)，則CD的運(yùn)動(dòng)情況是A順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近導(dǎo)線ABB順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開導(dǎo)線AB C逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近導(dǎo)線AB D逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開導(dǎo)線ABFFD(C)F第7頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三例 如圖所示，將通電導(dǎo)線圓環(huán)平行于紙面的緩慢地豎直向下放入水平方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則在通電圓環(huán)從剛進(jìn)入到完全進(jìn)入磁場(chǎng)的過程中，所受的安培力大小A逐漸變大B先變大后變小C逐漸變小D先變小后變大IBDFaDF1aD

4、LF=BILF1=BILsinF=BIdBOIB第8頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用見步步高第9頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三二、安培力與力學(xué)的綜合問題1.通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的平衡與加速運(yùn)動(dòng)問題。處理這類問題要注意：（1）變?nèi)S為二維，作出平面受力分析圖，進(jìn)行受力分析，安培力的方向要用左手定則判斷，注意FB、F I。（2）受力分析完后，列平衡方程式，牛頓第二定律的方程求解。第10頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三例4:如圖所示，MN、PQ為水平放置的金屬導(dǎo)軌，直導(dǎo)線ab與導(dǎo)軌垂直放置，導(dǎo)軌間距L=10cm

5、，其電阻為Rab=0.4W，導(dǎo)軌所在區(qū)域處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向豎直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T，電池電動(dòng)勢(shì)E=1.5V，內(nèi)電阻r=0.18W，電阻R=1.6W，開關(guān)S接通后ab仍靜止不動(dòng)，求ab所受的摩擦力的大小和方向R摩擦力大小為0.048N，方向水平向左 第11頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三例5:如圖所示，兩根平行放置的光滑導(dǎo)軌，間距L，與水平夾角為，導(dǎo)軌間接有電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電源，現(xiàn)將一根質(zhì)量為M，電阻為R的金屬棒ab 與導(dǎo)軌垂直放置，同時(shí)加上方向垂直于導(dǎo)線勻強(qiáng)磁場(chǎng)，使ab桿在導(dǎo)軌上保持靜止，若導(dǎo)軌電阻不計(jì)，求：（1）所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向允許的范圍（2）可

6、使ab桿靜止的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的最小磁感應(yīng)強(qiáng)度B.abME raaODCmgNQPFaF=mgsinF=BIL 第12頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三（2005北京卷）下圖是導(dǎo)軌式電磁炮實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。兩根平行長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌沿水平方向固定，其間安放金屬滑塊（即實(shí)驗(yàn)用彈丸）?；瑝K可沿導(dǎo)軌無摩擦滑行，且始終與導(dǎo)軌保持良好接觸。電源提供的強(qiáng)大電流從一根導(dǎo)軌流入，經(jīng)過滑塊，再?gòu)牧硪粚?dǎo)軌流回電源?；瑝K被導(dǎo)軌中的電流形成的磁場(chǎng)推動(dòng)而發(fā)射。在發(fā)射過程中，該磁場(chǎng)在滑塊所在位置始終可以簡(jiǎn)化為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直于紙面，其強(qiáng)度與電流的關(guān)系為B=kI，比例常量k=2.5106T/A。已知兩導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)間距l(xiāng)

7、=1.5cm，滑塊的質(zhì)量m=30g，滑塊沿導(dǎo)軌滑行5m后獲得的發(fā)射速度v=3.0km/s（此過程視為勻加速運(yùn)動(dòng)）。（1）求發(fā)射過程中電源提供的電流強(qiáng)度。（2）若電源輸出的能量有4%轉(zhuǎn)換為滑塊的動(dòng)能，則發(fā)射過程中電源的輸出功率和輸出電壓各是多大？（3）若此滑塊射出后隨即以速度v沿水平方向擊中放在水平面上的砂箱，它嵌入砂箱的深度為s。設(shè)砂箱質(zhì)量為M，滑塊質(zhì)量為m，不計(jì)砂箱與水平面之間的摩擦。求滑塊對(duì)砂箱平均沖擊力的表達(dá)式。 第13頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三第14頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三第15頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0

8、分，星期三（07海南）據(jù)報(bào)道，最近已研制出一種可以投入使用的電磁軌道炮，其原理如圖所示。炮彈（可視為長(zhǎng)方形導(dǎo)體）置于兩固定的平行導(dǎo)軌之間，并與軌道壁密接。開始時(shí)炮彈在軌道的一端，通以電流后炮彈會(huì)被磁力加速，最后從位于導(dǎo)軌另一端的出口高速射出。設(shè)兩導(dǎo)軌之間的距離w0.10 m，導(dǎo)軌長(zhǎng)L5.0 m，炮彈質(zhì)量m0.30 kg。導(dǎo)軌上的電流I的方向如圖中箭頭所示?？烧J(rèn)為，炮彈在軌道內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，它所在處磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度始終為B2.0 T，方向垂直于紙面向里。若炮彈出口速度為v2.0103 m/s，求通過導(dǎo)軌的電流I。忽略摩擦力與重力的影響。 解：炮彈的加速度為：炮彈做勻加速運(yùn)動(dòng)，有：解得：備講4第16頁(yè)，

9、共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三2.通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中與動(dòng)量、能量相綜合的問題（1）安培力的沖量IFt=BILt=BLQ，與通電導(dǎo)體的電量有關(guān)。（2）安培力做功的實(shí)質(zhì)：起傳遞能量的作用，將電源的能量傳遞給通電導(dǎo)線，而磁場(chǎng)本身并不提供能量。第17頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三 例如圖所示，距地面高為h處水平放置的光滑導(dǎo)軌上一端放一導(dǎo)體棒，導(dǎo)軌與電源相連，置于豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，已知導(dǎo)軌寬為L(zhǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，導(dǎo)體棒的質(zhì)量為 m若開關(guān)K閉合所后，導(dǎo)體棒離開導(dǎo)軌作平拋運(yùn)動(dòng)，水平射程為s，則（1）安培力對(duì)導(dǎo)線所做的功為多少?（2）通過導(dǎo)體棒的電量多大？ 第

10、18頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三如圖所示是超導(dǎo)電磁炮的原理圖，它能在較短的炮身中使炮彈加速到極高的速度，去攻擊大氣層中飛行的任何飛機(jī)。設(shè)水平放置的兩光滑金屬導(dǎo)軌MN和PQ相距為d，左端連有開關(guān)S和電容量為C的電容器，質(zhì)量為m的炮彈連有的金屬桿EF垂直于導(dǎo)軌，放在其上，并可以自由滑動(dòng)且接觸良好，整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 。當(dāng)電容器中充電后，電容器兩端電壓為u，合上開關(guān)S，電容器迅速放電結(jié)束，炮彈在水平導(dǎo)軌上達(dá)到穩(wěn)定速度，求：（1）炮彈在水平導(dǎo)軌上所達(dá)到的穩(wěn)定速度v的大小的表達(dá)式。（2）若水平軌道末端是一個(gè)半徑為R的1/4圓弧的光滑絕緣軌道，

11、且d=0.2m,C=10F,m=10kg,B=10T,u=500V,空氣阻力不計(jì)，g=10m/s2，則炮彈離開此軌道豎直上升的最大高度h為多大？MNPQEFCSB+第19頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三解析：（1）設(shè)放電時(shí)間為t，電容器放電前電量為QCu對(duì)放電過程應(yīng)用動(dòng)量定理BId t=mvI t= QQQCBdv由以上幾式得（2）由機(jī)械能守恒定律得得第20頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三如圖所示，金屬棒ab質(zhì)量m=5g，放在相距L=1m、處于同一水平面上的兩根光滑的平行金屬導(dǎo)軌最右端，導(dǎo)軌距地面高h(yuǎn)=0.8m，電容器C=400F，電源電動(dòng)勢(shì)E1

12、6V，整個(gè)裝置放在方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.開關(guān)S先打向1，穩(wěn)定后再打向2，金屬棒被拋到水平距離x6.4m的地面上，空氣阻力忽略不計(jì)，取g10m/s2.求:金屬棒ab拋出后電容器兩端電壓有多高?第21頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三第22頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三磁電式儀表第23頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三一、 電流表的結(jié)構(gòu)電流表各部分的構(gòu)造： （1）蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是均勻地輻向分布的 （2）鋁框上繞有線圈，鋁框的轉(zhuǎn)軸上裝有兩個(gè)螺旋彈簧和一個(gè)指針第24頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三二、電流表的工作原理 1.線圈的導(dǎo)線處于蹄形磁鐵和圓柱鐵芯間均勻輻向分布的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.第25頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)0分，星期三 2.設(shè)導(dǎo)線所處位正用感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，線框長(zhǎng)為L(zhǎng)、寬為d、匝數(shù)為n，當(dāng)線圈中通有電流時(shí)，安培力對(duì)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生力矩：M1=Fd ，其中安培力的大小為：F=nBIL,故安培力的力矩大小為：M1=nBILd=nBIS第26頁(yè)，