1、第三章 磁场第四节 安培力的应用学 习 目 标重 点 难 点1.知道磁电式电流表的基本构造以及运用它测量电流的大小和方向的基本原理.2.知道直流电动机的基本构造以及它的基本工作原理.3.知道直流电动机和电流表的内部磁场的分布特点.4.能准确判定线圈各边所受磁场力的方向重点直流电动机的基本构造以及它的基本工作原理.难点磁电式电流表的基本构造以及运用它测量电流的大小和方向的基本原理.知识点一 直流电动机提炼知识1电磁炮是利用_推动通电导体平动的2直流电动机利用_使通电线圈转动的3直流电动机的优点：通过改变_很容易调节它的转速安培力安培力输入电压判断正误(1)直流电动机是将电能转化为机械能的装置()
2、(2)直流电动机能把电能全部转化为动能()(3)直流电动机是依靠磁场对电流的作用工作的()小试身手1为了保证直流电动机朝一个方向转动，能自动完成这一任务的是()A继电器 B电刷C变阻器D换向器答案：D知识点二 磁电式电表提炼知识1电流表是测量_的电学仪器，实验时经常使用的电流表是_电流表2磁电式电表的蹄形磁铁的铁芯间的磁场是_分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行电流磁电式均匀辐射3磁场对电流的作用力跟电流成_，因而线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也_，线圈和指针偏转的角度也就_因此，根据指针偏转角度的_，可以知道被测电流的强弱正比越大越大大小判断正误(1)电流表的线圈处于
3、匀强磁场中()(2)电流表的线圈处于均匀辐射磁场中()(3)电流表指针的偏转角与所测电流成反比()小试身手2(多选)电流表(指针受力发生偏转)就是利用安培力的原理，现要使指针偏转角度增大，可以()A增大电流 B减小电流C增强电流表内部的磁场D减小电流表内部的磁场解析：电流表的指针偏转是由于通电线圈在磁场中受到安培力的作用，使其产生力矩，从而偏转当偏转增大时，则安培力要增大只有当增大电流，或增强内部的磁场时，才能增大安培力故 A、C 正确，B、D 错误 答案：AC拓展一 进一步理解安培力应用直流电动机当通电导线垂直放置在磁场中时，会受到安培力作用，如果放在磁场中的不是一段通电导线，而是一个通电的
4、矩形线圈会发生什么现象？提示：受到安培力而发生转动1基本结构如图所示为直流电动机模型图它由定子和转子两部分组成：(1)定子：主要部分是磁极(2)转子：由电枢绕组(线圈)、换向器(两个铜半环)和转轴组成2工作原理直流电动机是利用线圈在磁场中受力转动的原理制成的它把电能转化为机械能给矩形线圈通电后，线圈便在磁力矩作用下绕轴转动3直流电动机的起动力矩大，容易调整，广泛应用在电车、电力机车、矿井提升机等起重设备中【典例 1】如下图所示，电动机模型的矩形线圈长边的长为 5 cm，共 20 匝，通入 1 A 电流，磁场的磁感应强度是 0.5 T(当作匀强磁场考虑)，线圈长边一侧受到的最大安培力是多少？如果
5、通入 2 A 的电流呢？解析：通入 1 A 电流时，线圈长边一侧受到的最大安培力：F1nI1lB2010.050.5 N0.5 N，通入 2 A 电流时，受到的最大安培力：F2nI2lB2020.050.5 N1 N.答案：0.5 N 1 N题后反思 直流电动机是利用线圈在磁场中受力转动的原理制成的它把电能转化为机械能给矩形线圈通电后，线圈便在磁力矩作用下绕轴转动当通电线圈与磁场垂直时，导线所受安培力最大，FmaxBIL.1(多选)从 20 世纪 70 年代开始，一些西方国家和军事大国纷纷进行电磁炮的研究和发展.2006 年 8 月，中国军方在内蒙古炮兵靶场对超高速电磁炮进行了首次实验，实验获
6、得圆满成功电磁炮是一种新型的炮弹发射装置，根据磁场对电流会产生作用力的原理如下图所示，下列结论中正确的是()A要使炮弹沿导轨向右发射，必须通以自 M 向 N的电流B要想提高炮弹的发射速度，可适当增大电流C要想提高炮弹的发射速度，可适当减少磁感应强度D使电流和磁感应强度的方向同时反向，炮弹的发射方向亦将随之反向答案：AB拓展二 进一步理解安培力应 用磁电式电表我们知道电流的大小可以由电流表直接读出，你知道电流表是根据什么原理测电流吗？如图所示，观察电流表的刻度盘，它的刻度是均匀的吗？为什么？提示：电流在磁场中受安培力；是均匀的；因为由力矩平衡可知，线圈偏转角度与电流成正比1电流表是测定电流强弱和
7、方向的电学仪器2实验时经常使用的电流表是磁电式仪表，其构造是：在一个磁性很强的蹄形永久磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以绕轴转动的铝框，上面绕有线圈，它的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上如图所示3.蹄形磁铁的铁芯间的磁场是均匀辐射分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行如图所示4磁场对电流的作用力跟电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大，线圈和指针偏转的角度 也就越大因此，根据指针偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱5电流表的特点(1)表盘的刻度均匀，I.(2)灵敏度高，但过载能力差(3)满偏电流 I
8、g，内阻 Rg 反映了电流表的最主要特性【典例 2】如下图甲所示是磁电式电流表的结构图，下图乙是磁极间的磁场分布图，以下说法中正确的是()指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的力矩与线圈受到的磁力矩方向是相反的通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转的角度也越大在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场在线圈转动的范围内，线圈所受磁力矩与电流有关，而与所处位置无关A BCD解析：辐射状磁场保证了线圈转动到任何位置，其转动力矩都不受 B 和转动角度的影响，而只与电流强度有关当阻碍线圈转动的力矩增大到与安培力产生的使线圈转动的力矩平衡时，线圈停止转动，即两力矩大小相等、方向相反，故正确磁电式电流表蹄形磁铁和铁
9、芯间的磁场是均匀辐向分布的，不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，均匀辐向分布的磁场特点是大小相等、方向不同，故错，正确电流越大，电流表指针偏转的角度也越大，故正确故 C 正确 答案：C题后反思 首先利用图示的装置分析出其制成原理，即通电线圈在磁场中受力转动，线圈的转动可以带动指针的偏转；然后找出与电流表的原理相同的选项即可同时由左手定则来确定安培力的方向 1(多选)下列关于磁电式电流表的说法中正确的是()A磁电式电流表内部的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的 B磁电式电流表的指针偏转角度的大小与被测电流的大小成反比 C磁电式电流表的优点是灵敏度高，缺点是允许通过的电流很弱 D磁电
10、式电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用 解析：蹄形磁铁和铁芯间的磁场是辐向均匀分布的，不是匀强磁场，故 A 正确；电流表由于蹄形磁铁和铁芯间的磁场是辐向均匀分布的，因此不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行因此，磁力矩与线圈中电流成正比(与线圈位置无关)当通电线圈转动时，螺旋弹簧将被扭动，产生一个阻碍线圈转动的阻力矩，其大小与线圈转动的角度成正比，当磁力矩与螺旋弹簧中的阻力矩相等时，线圈停止转动，此时指针偏向的角度与电流成正比，故电流表的刻度是均匀的，故 B 错误；磁电式电流表的优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流，故 C 正确；磁电式电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用，故 D 正确 答案：ACD2.实验室常用到磁电式电流表其结构可简化为如图所示的模型，最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈，OO为圈的转轴忽略线圈转动中的摩擦，当静止的线圈中突然通有如图所示方向的电流时，顺着OO方向看()A线圈保持静止状态B线圈开始沿顺时针方向转动C线圈开始沿逆时针方向转动D线圈既可能沿顺时针方向转动，也可能沿逆时针方向转动解析：由左手定则知线圈的左边受力向上，右边受力向下，故线圈开始沿顺时针方向转动，A、C、D 错误，B正确 答案：B
