安培力的應(yīng)用

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高二 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

一、直流電動(dòng)機(jī)
電動(dòng)機(jī)有________電動(dòng)機(jī)和______電動(dòng)機(jī)之分,直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是通過改變________可調(diào)節(jié)它的轉(zhuǎn)速.

圖1
如圖1所示,單匝線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁感應(yīng)強(qiáng)度為B)中通以電流I,當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)的夾角為α?xí)r,則此時(shí)安培力的力矩M=Mab+Mcd,即:M=Fab?bc2?cos α+Fcd?bc2?cos α,而Fab=Fcd=BI? ab,所以M=BI Scos α.
若線圈是N匝線圈繞制而成,則M=NBIScos α.線圈在磁場(chǎng)中受到安培力矩M=NBIScos α作用而轉(zhuǎn)動(dòng)起來,這就是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的原理.
二、磁電式電表(如圖2所示)

圖2
1.構(gòu)造:(1)____________(2)____________(3)__________
2.磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力跟電流成______比,因而線圈中的電流越大,______力產(chǎn)生的力矩越大,線圈和指針偏轉(zhuǎn)的角度也就越________.因此,根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小,可以知道___.

一、直流電動(dòng)機(jī)
[問題情境]
電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要裝置,在日常生活中有廣泛的應(yīng)用,電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)之分,通 過課本“實(shí)驗(yàn)與探究”的學(xué)習(xí),回答以下問題
1.電動(dòng)機(jī)是在什么力的驅(qū)使下而轉(zhuǎn)動(dòng)的?
 
 
2.分析課本3-4-2四幅圖中線框的受力情況?

 
3.試從理論上分析如何通過調(diào)節(jié)電流來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速.
 
4.直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是什么?有哪些用途?
 
 
二、磁電式電表
[問題情境]
1.簡(jiǎn)述磁電式電表的構(gòu)造?
 
2.簡(jiǎn)述磁電式電表的工作原理?
 
例1 根據(jù)以上對(duì)磁電式電流表的學(xué)習(xí),判斷以下說法錯(cuò)誤的是(  )
A.指針穩(wěn)定后,線圈受到螺旋彈簧的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的
B.通電線圈中的電流越大,電流表指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大
C.在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi),各處的磁場(chǎng)都是 勻強(qiáng)磁場(chǎng)
D.在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi),線圈所受安培力與電流有關(guān),而與所處位置無關(guān)
聽課記錄: 

 
變式訓(xùn)練1 在直流電動(dòng)機(jī)模型中,下列說法正確的是(  )
A.當(dāng)線圈平面靜止在與磁感線方向垂直的位置時(shí),若通以直流電,線圈將轉(zhuǎn)動(dòng)起來
B.隨著線圈的轉(zhuǎn)動(dòng),線圈上各邊所受的安培力大小都要發(fā)生變化[來源:高.考.資.源.網(wǎng)]
C.當(dāng)線圈平面與磁感線方向平行時(shí),安培力的力矩最小
D.改變線圈中的輸入電壓,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也將發(fā)生變化
例2 如圖3所示,把輕質(zhì)導(dǎo)電線圈用絕緣細(xì)線懸掛在磁鐵N極附近,磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面,當(dāng)線圈內(nèi)通入如圖方向的電流后,則線圈(  )

圖3
A.向左運(yùn)動(dòng)
B.向右運(yùn)動(dòng)
C.靜止不動(dòng)
D.無法確定
聽課記錄: 

圖4
變式訓(xùn)練2 一條形磁鐵放在水平桌面上,在它的上方靠S極一側(cè)吊掛一根與它垂直的導(dǎo)體棒,圖4中只畫出此棒的橫截面圖,并標(biāo)出此棒中的電流是流向紙內(nèi)的,在通電的一瞬間可能產(chǎn)生的情況是(  )
A.磁鐵對(duì)桌面的壓力減小
B.磁鐵對(duì)桌面的壓力增大
C.磁鐵受到向右的摩擦力
D.磁鐵受到向左的摩擦力

圖5
例3 如圖5所示,一 金屬直桿MN兩端接有導(dǎo)線,懸掛于線圈上方,MN與線圈軸線均處于豎直平面內(nèi),為使MN垂直于紙面向里運(yùn)動(dòng),可以(  )
A.將a、c端接在電源正極,b、d端接在電源負(fù)極
B.將b、d端接在電源正極,a、c端接在電源負(fù)極
C.將a、d端 接在電源正極,b、c端接在電源負(fù)極
D.將a、c端接在交流電源的一端,b、d端接在交流電源的另一端
聽課記錄: 

 
點(diǎn)評(píng) 安培定則、左手定則盡管都與電流、導(dǎo)線有關(guān),而且往往同時(shí)應(yīng)用,但安培定則是用來判斷電流的磁場(chǎng)方向,又稱右手螺旋定則,用右手判斷;而左手定則是用左手判斷通電導(dǎo)線的受力情況的.

圖6
變式訓(xùn)練3 直導(dǎo)線AB與圓線圈的平面垂直且隔有一小段距離,直導(dǎo)線固定,線圈可以自由運(yùn)動(dòng).當(dāng)通過如圖6所示的電流時(shí)(同時(shí)通電),從左向右看,線圈將(  )
A.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)靠近直導(dǎo)線AB
B.順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)離開直導(dǎo)線AB
C.逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)靠近直導(dǎo)線AB
D.不動(dòng)

圖7
例4 在傾角為α的光滑斜面上,放 置一通有電流為I,長(zhǎng)為L(zhǎng),質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒,如圖7所示,試問:
(1)欲使棒靜止在斜面上,外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值和方向.
(2)欲使棒靜止在斜面上且對(duì)斜面無壓力,外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向.

圖8
變式訓(xùn)練4 如圖8所示,用兩根輕細(xì)懸線將質(zhì)量為m、長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬棒ab懸掛在c、d兩處,置于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi).當(dāng)棒中通以從a到b的電流I后,兩懸線偏離豎直方向θ角,棒處于平衡狀態(tài).則磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多少?為了使棒平衡在該位置上,所需磁場(chǎng)的最小磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多少?方向如何?

【即學(xué)即練】
1.下列關(guān)于磁電式電流表的說法中,正確的是(  )
A.電流表的工作原理是安培力對(duì)通電導(dǎo)線的加速作用
B.電流表的工作原理是安培力對(duì)通電線框的轉(zhuǎn)動(dòng)作用
C.電流表指針的偏轉(zhuǎn)角與所通電流的大小成正比
D.電流表指針的偏轉(zhuǎn)角與所通電流的大小成反比
2.一根長(zhǎng)為0.2 m、通有2 A電流的通電導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,則其受到的磁場(chǎng)力的大小不可能是(  )
A.0.4 N B.0.2 N C.0.1 N D.0

 圖9
3.一根有質(zhì)量的金屬棒MN兩端用細(xì)軟導(dǎo)線連接后懸掛于a、b兩點(diǎn),棒的中部處于方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,棒中電流方向從M流向N,如圖9所示,此時(shí)棒受到導(dǎo)線對(duì)它的拉力作用.為使拉力等于零,可以(  )
A.適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度 B.適當(dāng)增大電流
C.使磁場(chǎng)反向 D.使電流反向

圖10
4.質(zhì)量為m、長(zhǎng)度為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒MN靜止在水平導(dǎo)軌上.通過MN的電流為I,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,與導(dǎo)軌平面成θ角斜向上,如圖10所示.求MN受到的支持力和摩擦力的大。

參考答案
課前自主學(xué)習(xí)
一、直流 交流 輸入電壓
二、1.(1)軟鐵 (2)螺旋彈簧 (3)線圈 2.正 安培 大 被測(cè)電流的強(qiáng)弱
核心知識(shí)探究
一、
[問題情境]
1.電動(dòng)機(jī)是在線圈所受安培力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)的.
2.(a)圖中紅色邊受向上的安培力,藍(lán)色邊受力向下.此時(shí)力矩最大,轉(zhuǎn) 動(dòng)效 果最明顯;(b)圖中線圈轉(zhuǎn)到豎直位置前,紅色邊受力向上,藍(lán)色邊受力向下;此時(shí)力矩為0,無轉(zhuǎn)動(dòng)效果;(c)圖中紅色邊受力向下,藍(lán)色邊受力向上,此時(shí)力矩最大,轉(zhuǎn)動(dòng)效果最明顯(與(a)圖同向);(d)圖中線圈轉(zhuǎn)到豎直位置前,紅色邊受力向下,藍(lán)色邊受力向上,此時(shí)力矩為0,無轉(zhuǎn)動(dòng)效果.
3.因使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力為安培力BIL,B、L均為固定值,所以通過調(diào)節(jié)I可改變力的大小,從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速.
4.通過調(diào)節(jié)輸入電壓很容 易調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,用途為無軌電車、電氣機(jī)車等.
二、
[問題情境]

1.見課本
2.(1)蹄形 磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是均勻輻射分布的,線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中始終與磁感線平行.
(2)當(dāng)線圈通入電流后,線圈的兩條邊受到如圖所示的安培力,線圈轉(zhuǎn)動(dòng),連帶指針偏轉(zhuǎn),同時(shí)螺旋彈簧給線圈施加阻力,最終指針停在某一角度.線圈通入的電流越大,指針偏轉(zhuǎn)的角度越大,因此指針偏轉(zhuǎn)角度的大小就可以表示線圈中通過電流的大小,通過刻度盤就可以直接讀出電流的數(shù)值.
解題方法探究
例1 C [當(dāng)阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋彈簧的阻力力矩與安培力引起的動(dòng)力力矩達(dá)到平衡時(shí),線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng),故從轉(zhuǎn)動(dòng)角度來看二力方向相反,A正確;磁電式電流表的內(nèi)磁場(chǎng)是均勻輻射磁場(chǎng),因此不是勻強(qiáng)磁場(chǎng),C錯(cuò)誤;但是不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度,它的平面都跟磁感線平行,線圈所在各處的磁場(chǎng)大小相等、方向不同,所以安培力與電流大小有關(guān),而與所述位置無關(guān),電流越大,安培力越大,指針轉(zhuǎn)過的角度越大.]
變式訓(xùn)練1 D
例2 A [方法一:等效法.把通電線圈等效成小磁針.由安培定則,線圈等效成小磁針后,左端是S極,右端是N極,異名磁極相吸引,線圈向左運(yùn)動(dòng).

方法二:電流元法.如圖所示,取其中的上、下兩小段分析,根據(jù)其中心對(duì)稱性,線圈所受安培力的合力水平向左,故線圈向左運(yùn)動(dòng).]
變式訓(xùn)練2 AD
例3 C [按照A選項(xiàng) 中接法,由安培定則知螺線管上端為N極,MN中電流方向自左向右,由左手定則知MN垂直于紙面向外運(yùn)動(dòng);B選項(xiàng)中的接法使螺線管上端為S極,MN中電流方向自左向右,故由左手定則可判斷,MN垂直于紙面向外運(yùn)動(dòng);而C選項(xiàng)中螺線管上端為S極,MN中電流方向自右向左,則由左手定則可判知,MN垂直于紙面向里運(yùn)動(dòng),所以選項(xiàng)C正確.D選項(xiàng)所接為交流電,只要保證a、c的電勢(shì)相對(duì)于另一端同步變化(即同高或同低),則線圈磁場(chǎng)方向與MN中電 流方向的關(guān)系即與選項(xiàng)A 、B兩種情況相同.]
變式訓(xùn)練3 C
例4 (1)mgsin αIL,方向垂直斜面向上
(2)mgIL,方向水平向左
解析 (1)棒在斜面上處于靜止?fàn)顟B(tài),故受力平衡.棒共受三個(gè)力作用:重力大小為mg,方向豎直向下;彈力垂直于斜面,大小隨磁場(chǎng)力的變化而變化;磁場(chǎng)力始終與磁場(chǎng)方向及電流方向垂直,大小隨磁場(chǎng)方向不同而改變,但由平衡條件知:斜面彈力與磁場(chǎng)力的合力必與重力mg等大反向,故當(dāng)磁場(chǎng)力方向與彈力方向垂直即沿斜面向上時(shí),安培力最小Fmin=mgsin α,所以B=mgsin αIL,由左手定則知:B的方向應(yīng)垂直斜面向上.
(2)棒靜止在斜面上,又對(duì)斜面無壓力,則棒只受兩個(gè)力作用,即豎直向下的重力mg和磁場(chǎng)力F作用,由平衡條件知F=mg,且磁場(chǎng)力F豎直向上,所以BIL=mg,故B=mgIL,由左手定則知B的方向水平向左 .
變式訓(xùn)練4 mgILtan θ mgILsin θ,方向平行于懸線向上
即學(xué)即練

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