1、3.4 安培力的应用 学案（粤教版选修3-1）一、直流电动机电动机有_电动机和_电动机之分，直流电动机的优点是通过改变_可调节它的转速图1如图1所示，单匝线圈abcd在匀强磁场(磁感应强度为B)中通以电流I，当线圈平面与磁场的夹角为时，则此时安培力的力矩MMabMcd，即：MFabcos Fcdcos ，而FabFcdBI，所以MBIScos .若线圈是N匝线圈绕制而成，则MNBIScos .线圈在磁场中受到安培力矩MNBIScos 作用而转动起来，这就是电动机转动的原理二、磁电式电表(如图2所示)图21构造：(1)_(2)_(3)_2磁场对电流的作用力跟电流成_比，因而线圈中的电流越大，_力
2、产生的力矩越大，线圈和指针偏转的角度也就越_因此，根据指针偏转角度的大小，可以知道_.一、直流电动机问题情境电动机是将电能转化为机械能的重要装置，在日常生活中有广泛的应用，电动机有直流电动机和交流电动机之分，通过课本“实验与探究”的学习，回答以下问题1电动机是在什么力的驱使下而转动的？ 2分析课本342四幅图中线框的受力情况？ 3试从理论上分析如何通过调节电流来控制电动机的转速 4直流电动机的优点是什么？有哪些用途？ 二、磁电式电表问题情境1.简述磁电式电表的构造？ 2简述磁电式电表的工作原理？ 例1 根据以上对磁电式电流表的学习，判断以下说法错误的是( )A指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的阻力
3、与线圈受到的安培力方向是相反的B通电线圈中的电流越大，电流表指针偏转的角度也越大C在线圈转动的范围内，各处的磁场都是匀强磁场D在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，而与所处位置无关听课记录： 变式训练1 在直流电动机模型中，下列说法正确的是( )A当线圈平面静止在与磁感线方向垂直的位置时，若通以直流电，线圈将转动起来B随着线圈的转动，线圈上各边所受的安培力大小都要发生变化C当线圈平面与磁感线方向平行时，安培力的力矩最小D改变线圈中的输入电压，电动机的转速也将发生变化例2 如图3所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图方
4、向的电流后，则线圈( )图3A向左运动B向右运动C静止不动D无法确定听课记录： 图4变式训练2 一条形磁铁放在水平桌面上，在它的上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直的导体棒，图4中只画出此棒的横截面图，并标出此棒中的电流是流向纸内的，在通电的一瞬间可能产生的情况是( )A磁铁对桌面的压力减小B磁铁对桌面的压力增大C磁铁受到向右的摩擦力D磁铁受到向左的摩擦力图5例3 如图5所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直平面内，为使MN垂直于纸面向里运动，可以( )A将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极B将b、d端接在电源正极，a、c端接在电源负极C将a、d端接在电源
5、正极，b、c端接在电源负极D将a、c端接在交流电源的一端，b、d端接在交流电源的另一端听课记录： 点评 安培定则、左手定则尽管都与电流、导线有关，而且往往同时应用，但安培定则是用来判断电流的磁场方向，又称右手螺旋定则，用右手判断；而左手定则是用左手判断通电导线的受力情况的图6变式训练3 直导线AB与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离，直导线固定，线圈可以自由运动当通过如图6所示的电流时(同时通电)，从左向右看，线圈将( )A顺时针转动，同时靠近直导线ABB顺时针转动，同时离开直导线ABC逆时针转动，同时靠近直导线ABD不动图7例4 在倾角为的光滑斜面上，放置一通有电流为I，长为L，质量为m的导体
6、棒，如图7所示，试问：(1)欲使棒静止在斜面上，外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值和方向(2)欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力，外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向图8变式训练4 如图8所示，用两根轻细悬线将质量为m、长为L的金属棒ab悬挂在c、d两处，置于竖直向上的匀强磁场内当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向角，棒处于平衡状态则磁感应强度B为多少？为了使棒平衡在该位置上，所需磁场的最小磁感应强度B为多少？方向如何？【即学即练】1下列关于磁电式电流表的说法中，正确的是( )A电流表的工作原理是安培力对通电导线的加速作用B电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用C电流表指针的
7、偏转角与所通电流的大小成正比D电流表指针的偏转角与所通电流的大小成反比2一根长为0.2 m、通有2 A电流的通电导线放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，则其受到的磁场力的大小不可能是( )A0.4 N B0.2 N C0.1 N D0 图93一根有质量的金属棒MN两端用细软导线连接后悬挂于a、b两点，棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中电流方向从M流向N，如图9所示，此时棒受到导线对它的拉力作用为使拉力等于零，可以( )A适当减小磁感应强度 B适当增大电流C使磁场反向 D使电流反向图104质量为m、长度为L的导体棒MN静止在水平导轨上通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，
8、与导轨平面成角斜向上，如图10所示求MN受到的支持力和摩擦力的大小参考答案课前自主学习一、直流 交流 输入电压二、1.(1)软铁 (2)螺旋弹簧 (3)线圈 2正 安培 大 被测电流的强弱核心知识探究一、问题情境1电动机是在线圈所受安培力的作用下转动的2(a)图中红色边受向上的安培力，蓝色边受力向下此时力矩最大，转动效果最明显；(b)图中线圈转到竖直位置前，红色边受力向上，蓝色边受力向下；此时力矩为0，无转动效果；(c)图中红色边受力向下，蓝色边受力向上，此时力矩最大，转动效果最明显(与(a)图同向)；(d)图中线圈转到竖直位置前，红色边受力向下，蓝色边受力向上，此时力矩为0，无转动效果3因使
9、线圈转动的力为安培力BIL，B、L均为固定值，所以通过调节I可改变力的大小，从而调节转速4通过调节输入电压很容易调节电动机的转速，用途为无轨电车、电气机车等二、问题情境1见课本2(1)蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐射分布的，线圈在转动过程中始终与磁感线平行(2)当线圈通入电流后，线圈的两条边受到如图所示的安培力，线圈转动，连带指针偏转，同时螺旋弹簧给线圈施加阻力，最终指针停在某一角度线圈通入的电流越大，指针偏转的角度越大，因此指针偏转角度的大小就可以表示线圈中通过电流的大小，通过刻度盘就可以直接读出电流的数值解题方法探究例1 C 当阻碍线圈转动的螺旋弹簧的阻力力矩与安培力引起的动力力矩达到平衡
10、时，线圈停止转动，故从转动角度来看二力方向相反，A正确；磁电式电流表的内磁场是均匀辐射磁场，因此不是匀强磁场，C错误；但是不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，线圈所在各处的磁场大小相等、方向不同，所以安培力与电流大小有关，而与所述位置无关，电流越大，安培力越大，指针转过的角度越大变式训练1 D例2 A 方法一：等效法把通电线圈等效成小磁针由安培定则，线圈等效成小磁针后，左端是S极，右端是N极，异名磁极相吸引，线圈向左运动方法二：电流元法如图所示，取其中的上、下两小段分析，根据其中心对称性，线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动变式训练2 AD例3 C 按照A选项中接法，由安培定
11、则知螺线管上端为N极，MN中电流方向自左向右，由左手定则知MN垂直于纸面向外运动；B选项中的接法使螺线管上端为S极，MN中电流方向自左向右，故由左手定则可判断，MN垂直于纸面向外运动；而C选项中螺线管上端为S极，MN中电流方向自右向左，则由左手定则可判知，MN垂直于纸面向里运动，所以选项C正确D选项所接为交流电，只要保证a、c的电势相对于另一端同步变化(即同高或同低)，则线圈磁场方向与MN中电流方向的关系即与选项A、B两种情况相同变式训练3 C例4 (1)，方向垂直斜面向上(2)，方向水平向左解析 (1)棒在斜面上处于静止状态，故受力平衡棒共受三个力作用：重力大小为mg，方向竖直向下；弹力垂直于斜面，大小随磁场力的变化而变化；磁场力始终与磁场方向及电流方向垂直，大小随磁场方向不同而改变，但由平衡条件知：斜面弹力与磁场力的合力必与重力mg等大反向，故当磁场力方向与弹力方向垂直即沿斜面向上时，安培力最小Fminmgsin ，所以B，由左手定则知：B的方向应垂直斜面向上(2)棒静止在斜面上，又对斜面无压力，则棒只受两个力作用，即竖直向下的重力mg和磁场力F作用，由平衡条件知Fmg，且磁场力F竖直向上，所以BILmg，故B，由左手定则知B的方向水平向左 .变式训练4 tan sin ，方向平行于悬线向上即学即练1BC 2.A 3.B4mgBILcos BLIsin