2011高二物理:3.4_安培力的应用_课件(粤教版选修3-1)
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粤教版高二物理选修3-1课件:3.3探究安培力 (共43张PPT)
A. 0.3N
C. 0.1N
B. 0.2N
D. 0
答案:BCD
探究安培力 小结
方向 安 培 力 左手定则
磁场的定量描述
大小F=BILsinθ
磁感应强度
课后作业
①对比安培力与电场力
②对比磁感应强度与电场强度
磁 通 量
【定义】在磁感应强度为B的 匀强磁场中,有一个与磁场方 向垂直面积为S的平面,则磁 感应强度B与面积S的乘积叫做 磁通量,简称磁通。 【定义式】Φ=BS 【单位】 韦(伯) Wb 【性质】标量,但有正负。 1Wb=1T· m2
I
I
I
I
一、安培力的方向
I
I
I
左手定则
磁场对导线 作用力为零
左手定则
【习题1】
画出图中直导线受到的安培力方向
×
F
F F
F
【注意】不管电流方向与磁场方向是否垂直,安培力的 方向总是垂直于电流方向与磁场方向所确定的平面,即总 有F⊥I和F⊥B
【习题2】
单选题
下面的各图显示了磁场对通电直导线的作用,其中正确的是()
②不同的磁场中,比值F/IL一般是不同的;
磁感应强度
定义:物理学规定,通电导线与磁场方向垂直
时,通电导线所受的安培力F与跟电流I和导线
长度L的乘积IL的比值。(用B表示)
F 定义式: B IL
(比值定义)
磁感应强度 单位:特斯拉,简称特,符号T, 1T=1N/Am
性质:由磁场本身决定;矢量,方向与磁场的 方向相同。 物理意义:描述磁场强弱和方向的物理量。
x x x
x
I
x 60°
x
x
x
x
高中物理第三章磁场第三节探究安培力课件粤教版选修3_1.ppt
答案:ABC
知识点三 磁通量 提炼知识 1.定义:匀强磁场中磁感应强度 B 和与磁场方向垂 直的平面面积 S 的乘积,即 Φ=BS. 2.拓展:磁场 B 与研究的平面不垂直时,这个面在 垂直于磁场 B 方向的投影面积 S′与 B 的乘积表示磁通量. 3.单位:国际单位制中单位是韦伯,简称韦,符号 是 Wb,1 Wb=1 T·m2.
2.电流方向、磁场方向和安培力方向三者的因果关 系.
(1)电流方向和磁场方向间没有必然联系,这两个方 向的关系是不的方向是 唯一的.
4.引申:B=ΦS ,表示磁感应强度等于穿过单位面积 的磁通量,因此磁感应强度 B 又叫磁通密度.
判断正误 (1)磁通量有正负之分,所以是矢量.(×) (2)某个区域磁感应强度大,穿过某一回路的磁通量 一定大.(×) (3)在国际单位制中,磁通量的单位是韦伯.(√)
小试身手 3.如图所示,S1 与 S2 分别是半径为 r1 和 r2 的同心 导体圆环,磁感应强度为 B 的匀强磁场的方向与环面垂 直,范围以 S1 为边界,则穿过环 S1 的磁通量为________, 穿过环 S2 的磁通量为________.
B( )
C( )
D( )
答案:A.× B.× C.√ D.×
小试身手 1.一根容易形变的弹性导线,两端固定.导线中通 有电流,方向如图中箭头所示.当没有磁场时,导线呈直 线状态;当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸 面向外的匀强磁场时,描述导线状态的四个图示中正确的 是( )
解析:根据左手定则可判断出 A 图中导线所受安培 力为零,B 图中导线所受安培力垂直纸面向里,C、D 图 中导线所受安培力向右,由导线受力以后的弯曲方向与 受力方向的关系可知,D 图正确.
关计算.
定义式进行有关计算
知识点三 磁通量 提炼知识 1.定义:匀强磁场中磁感应强度 B 和与磁场方向垂 直的平面面积 S 的乘积,即 Φ=BS. 2.拓展:磁场 B 与研究的平面不垂直时,这个面在 垂直于磁场 B 方向的投影面积 S′与 B 的乘积表示磁通量. 3.单位:国际单位制中单位是韦伯,简称韦,符号 是 Wb,1 Wb=1 T·m2.
2.电流方向、磁场方向和安培力方向三者的因果关 系.
(1)电流方向和磁场方向间没有必然联系,这两个方 向的关系是不的方向是 唯一的.
4.引申:B=ΦS ,表示磁感应强度等于穿过单位面积 的磁通量,因此磁感应强度 B 又叫磁通密度.
判断正误 (1)磁通量有正负之分,所以是矢量.(×) (2)某个区域磁感应强度大,穿过某一回路的磁通量 一定大.(×) (3)在国际单位制中,磁通量的单位是韦伯.(√)
小试身手 3.如图所示,S1 与 S2 分别是半径为 r1 和 r2 的同心 导体圆环,磁感应强度为 B 的匀强磁场的方向与环面垂 直,范围以 S1 为边界,则穿过环 S1 的磁通量为________, 穿过环 S2 的磁通量为________.
B( )
C( )
D( )
答案:A.× B.× C.√ D.×
小试身手 1.一根容易形变的弹性导线,两端固定.导线中通 有电流,方向如图中箭头所示.当没有磁场时,导线呈直 线状态;当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸 面向外的匀强磁场时,描述导线状态的四个图示中正确的 是( )
解析:根据左手定则可判断出 A 图中导线所受安培 力为零,B 图中导线所受安培力垂直纸面向里,C、D 图 中导线所受安培力向右,由导线受力以后的弯曲方向与 受力方向的关系可知,D 图正确.
关计算.
定义式进行有关计算
高中物理 3.4 安培力的应用课件 粤教版选修31
第十一页,共31页。
考点一 安培力作用(zuòyòng)下的平衡——电 磁炮
[例1] 电磁炮是一种理想的兵器,它的主要原理如图 所示,利用这种装置可以把质量为2.0 g的弹体(包括金属杆 EF的质量)加速到6 km/s.若这种装置的轨道宽2 m,长为100 栏
目
m,通过的电流(diànliú)为10 A,则轨道间所加匀强磁场的 链
匀强磁场考虑(kǎolǜ)),线圈长边一侧受到的最大安培力是多
少?如果通入2 A的电流呢?
栏 目
链
接
第十六页,共31页。
解析: 通入1 A电流(diànliú)时,线圈长边一侧受到 的最大安培力
F1=E1lB=20×1×0.05×0.5 N=0.5 N,
通入2 A电流(diànliú)时,受到的最大安培力
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(diàn lì jī chē)、矿井提升机等起重设备 中.
第七页,共31页。
3.磁电式电流表.
(1) 电 流 表 是 测 定 _电__流_强__弱__(_q_iá_n_ɡ__ru_ò)和方向 的电学仪.
栏
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 目
链
布的磁场特点(tèdiǎn)是大小相等、方向不同,故③错,④正 接 确.电流越大,电流表指针偏转的角度也越大,故②正确.故C 正确.
答案:C
第二十一页,共31页。
练习
3.(双选)关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的 均匀(jūnyún)辐向分布的磁场.下列说法中正确AD的是( )
接
场的分布特点.
4.能准确判定线圈各边所受磁场力的方向.
考点一 安培力作用(zuòyòng)下的平衡——电 磁炮
[例1] 电磁炮是一种理想的兵器,它的主要原理如图 所示,利用这种装置可以把质量为2.0 g的弹体(包括金属杆 EF的质量)加速到6 km/s.若这种装置的轨道宽2 m,长为100 栏
目
m,通过的电流(diànliú)为10 A,则轨道间所加匀强磁场的 链
匀强磁场考虑(kǎolǜ)),线圈长边一侧受到的最大安培力是多
少?如果通入2 A的电流呢?
栏 目
链
接
第十六页,共31页。
解析: 通入1 A电流(diànliú)时,线圈长边一侧受到 的最大安培力
F1=E1lB=20×1×0.05×0.5 N=0.5 N,
通入2 A电流(diànliú)时,受到的最大安培力
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(diàn lì jī chē)、矿井提升机等起重设备 中.
第七页,共31页。
3.磁电式电流表.
(1) 电 流 表 是 测 定 _电__流_强__弱__(_q_iá_n_ɡ__ru_ò)和方向 的电学仪.
栏
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 目
链
布的磁场特点(tèdiǎn)是大小相等、方向不同,故③错,④正 接 确.电流越大,电流表指针偏转的角度也越大,故②正确.故C 正确.
答案:C
第二十一页,共31页。
练习
3.(双选)关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的 均匀(jūnyún)辐向分布的磁场.下列说法中正确AD的是( )
接
场的分布特点.
4.能准确判定线圈各边所受磁场力的方向.
高中物理第三章磁场第四节安培力的应用课件粤教版选修3_1.ppt
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பைடு நூலகம்
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
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? 如果通入 2 A 的电流呢?
2.电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布 的:所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心,不管线圈 处于什么位置,线圈平面与磁感线之间的夹角都是零 度.该磁场并非匀强磁场,但在以铁芯为中心的圆上, 各点的磁感应强度 B 的大小是相等的.
3.电流表的工作原理. 如下图所示,矩形线框两条边所受安培力大小相等, 方向相反,大小为 F=BIL,但两力不在一条直线上,两 个力形成一对力偶,设两力间距为 d,则安培力矩 M= Fd=BILd=BIS(其中 S 为线圈面积).由于线圈由 N 匝串 联而成,所以线框所受力矩应为 M1=NBIS,电流表内的 弹簧产生一个阻碍线圈偏转的力矩,已知弹簧产生的弹性 力矩 M2 与指针的偏转角度 θ 成正比,即 M2=kθ(其中 k 由弹簧决定),当 M1=M2 时,线圈就停在某一偏角 θ 上, 固定在转轴上的指针也转过同样的偏角 θ,并指示刻度盘 上的某一刻度,从刻度的指示数就可以测得电流大小.
2011高二物理:3.3_探究安培力_课件(粤教版选修3-1)
二、安培力的大小 1.实验表明:把一段通电直导线放在磁场里,当导 .实验表明:把一段通电直导线放在磁场里, 线方向与磁场方向____时 线方向与磁场方向 垂直 时,导线所受到的安培力最 当导线方向与磁场方向____时 大;当导线方向与磁场方向 一致 时,导线所受到的 安培力等于零;当导线方向与磁场方向斜交时, 安培力等于零;当导线方向与磁场方向斜交时,所 受到的安培力介于_______和 之间 受到的安培力介于 最大值 和__之间. 零 之间. 2.磁感应强度 . (1)定义:当通电导线与磁场方向垂直 时,通电导线 定义: 定义 当通电导线与磁场方向____时 所受的安培力F跟 电流 和 所受的安培力 跟_____和_________的乘积 的 电流I 导线长度 的乘积 比值 导线长度L 的乘积IL的 ____叫做磁感应强度. 叫做磁感应强度. 叫做磁感应强度
1.磁场对电流的作用力称为_______ .磁场对电流的作用力称为 安培力. 安培力. 2.左手定则:伸开左手,使大拇指跟其余四指垂直, .左手定则:伸开左手,使大拇指跟其余四指垂直, 并且都跟手掌在同一平面内,把手放入磁场中让磁感 并且都跟手掌在同一平面内, 线垂直穿入手心,并使伸开的四指指向__________, 线垂直穿入手心,并使伸开的四指指向 电流的方向 , 那么, 大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所 那么,_______所指的方向就是通电导线在磁场中所 受安培力的方向. 受安培力的方向.
即时突破, 即时应用 (即时突破,小试牛刀 即时突破 小试牛刀) 3.如图 -3-6所示,在匀强磁场中放有下列各 所示, .如图3- - 所示 种形状的通电导线,通入导线的电流为I, 种形状的通电导线,通入导线的电流为 ,磁感应 强度为B,求各导线所受到的安培力. 强度为 ,求各导线所受到的安培力.
高中物理第3章磁场第3节探究安培力课件粤教版选修3_1
D.磁铁 N 极向外转,悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力
【解析】 由条形磁铁的磁场分布,并由左手定则,可知导线左半部分受 到安培力方向垂直纸面向外,右半部分安培力方向垂直纸面向里,由牛顿第三 定律得磁铁左半部分受到安培力方向垂直纸面向里,右半部分安培力方向垂直 纸面向外,因此条形磁铁 N 极向里转.当转过 90°时导线受力竖直向上,则磁铁 受力竖直向下,导致悬线所受的拉力大于磁铁所受的重力,故 C 正确.
图 3-3-1
[再判断] 1.安培力的方向一定与电流方向、磁场方向均垂直.(√ ) 2.只有电流方向与磁场方向垂直时,通电导线才受安培力的作用.( × )
[后思考] 试分析两通电直导线间安培力的方向. 【提示】 根据左手定则可判断,当电流方向相同时,吸引;当电流方向 相反时,排斥.
[合作探讨]
线的方向
的磁场力的方向
的方向
3.安培力作用下导体运动方向的五种判断方法 把整段导线分为多段电流元,先用左手定则判断每段电流元所受
电流 安培力的方向,然后判断整段导线所受安培力的方向,从而确定
元法 导线运动方向 环形电流可等效成小磁针,通电螺线管可以等效成条形磁铁或多
等效法 个环形电流(反过来等效也成立),然后根据磁体间或电流间的作 用规律判断
【答案】 C
左手定则应用的两个要点 (1)安培力的方向既垂直于电流的方向,又垂直于磁场的方 向,所以应用左手定则时,必须使拇指指向与四指指向和磁场方 向均垂直. (2)由于电流方向和磁场方向不一定垂直,所以磁场方向不 一定垂直穿入手掌,可能与四指方向成某一夹角,但四指一定要 指向电流方向.
安培力的大小及磁感应强度
特殊位 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置,判断其所受安培 置法 力的方向,从而确定其运动方向
高中物理3.4安培力的应用课件粤教版选修3_1
知识精要
思考探究
典题例解
迁移应用
如图所示,我们知道电流的大小可以由电流表直接读出,你知道 电流表通电后,它的指针为什么能够发生偏转吗?
答案:电流在磁场中受到安培力作用而发生偏转.
知识精要
思考探究
典题例解
迁移应用
知识精要
思考探究
典题例解
迁移应用
①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 ②通电线圈中的电流越大,电流表指针偏转的角度也越大 ③在线圈转动的范围内,各处的磁场都是匀强磁场 ④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.①②③ B.③④ C.①②④ D.②③④
知识链接
案例探究
类题试解
知识链接
案例探究
类题试解
解析:方法一:电流元分析法.弓形线圈可以等效为如图甲所示 的矩形线圈,由左手定则可知:上下两个电流元所受安培力为零,ad 边所受的安培力F1垂直纸面向外,cb边所受的安培力F2垂直纸面向 内,故b端向纸内,a端向纸外转动.方法二:特殊位置法.当线圈转到线 圈平面与纸面垂直时,ab处的磁感应强度B4比cd处的磁感应强度B3 大.由左手定则,由于对称性ad、cb边受到的安培力大小相等、方 向相反;ab电流元受到的安培力F4竖直向下;cd电流元受到的安培 力F3竖直向上,因为B4>B3,所以F4>F3,故线圈要靠近导线.
第四节
安培力的应用
目标导航
预习导引
学习目 标 重点难 点
1.了解直流电动机的原理. 2.了解磁电式电表的原理. 通电线圈在匀强磁场中所受安培力力矩及磁电式电流 表的工作原理.
目标导航
预习导引
一
二
一、直流电动机 电动机有交流电动机与直流电动机,直流电动机的突出优点就是 通过改变输入电压来调节它的转速.
高中物理 3.3探究安培力课件 粤教版选修3-1
A.Φ1最大 B.Φ2最大
C.Φ3最大 D.Φ1=Φ2=Φ3
解析:从图中看出,线圈S3穿过的磁感线条数最多,所 以磁通量最大.故A、B、D三项错误,C项正确.故选 C.
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13
典型问题精 释
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14
题型一 安培力方向的判断
(1)用左手定则判断.若磁感应强度方向与电流方向不垂直, 可将磁感应强度B分解为与电流垂直分量和平行分量.
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6
注意:磁感应强度反映磁场本身的特征,其值决定于 磁场.其值与放入的检验电流的电流大小、导线长度、 摆放方向、检验电流是否受到磁场力及检验电流是否 存在等均无关系.
2.安培力大小计算.
(1)当B、I、L两两垂直时,F=BIL.
(2)若B与I(L)夹角为θ,则F=BILsin θ.当通电导线与磁 场垂直时,导线所受安培力最大,Fmax=BIL,当通电 导线与磁场平行时,导线所受的安培力最小,Fmin=0.
C.0.20 N D.0.40 N
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10
知识点三:磁通量Φ
1.定义:磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S 的乘积叫做穿过这个面的磁通量.
2.定义式:Φ=BS.
注意:公式Φ=BS中的B应是匀强磁场的磁感应强 度,S是与磁场方向垂直的面积,因此可以理解为 Φ=BS⊥.如果平面与磁场方向不垂直,应把面积S 投影到与磁场垂直的方向上,求出投影面积S⊥, 代入到Φ=BS⊥中计算,应避免硬套公式Φ=BSsin θ或Φ=BScos θ.
解析:根据左手定则,A项中的安培力方向为向下,B项 中的安培力为零,C项中的安培力方向向下,D项中的安 培力方向垂直纸面向外,所以C项正确.
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5
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一、 直流电动机
【实验与探究】 1.直流电动机的结构 2.直流电动机的原理 3.直流电动机的启动 4.直流电动机转速的调节
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一、 直流电动机
【实验与探究】 1.直流电动机的结构 2.直流电动机的原理 3.直流电动机的启动 4.直流电动机转速的调节
3.4 安培力的应用 课件(粤教版选修3-1)
第 4节
安培力的应用
学习目标
1.了解直流电动机和磁电式电表的构造和工作原理. 2.会利用左手定则和安培力公式解决实际问题.
思维启迪
安培力在生活中的应用非常广泛.当你欣赏音乐、烹饪美味佳肴、吹理头发、洗衣服、 玩电动小车、用电钻打孔时,你都在和安培力打交道.正是安培力使这些电器里的一个 重要部件——电动机转了起来.
2.如图 343 所示,一个矩形线圈放在磁场中能绕 OO′轴转 动,当线圈中通有如图所示方向的恒定电流时,在线圈转动 90° 的过程中( )
ห้องสมุดไป่ตู้
图 343 A.ab 边和 cd 边所受到的安培力不变,磁场力矩逐渐减小 B.ab 边和 cd 边所受的安培力逐渐减小,磁力矩也减小 C.ad 边和 cd 边始终不受安培力 D.ad 边和 cb 边所受的安培力逐渐变大,但磁力矩为零
直流电动机的工作原理
电动机是利用安培力使通电线圈转动制成的, 电动机是将电能 转化为机械能的重要装置. 一、力矩 我们把力和力臂的乘积叫做力对物体的力矩, 力矩是改变物体 转动状态的原因.
二、线圈的转动 1.当线圈平面与磁场方向垂直时 如图 346 表示放在匀强磁场中通电矩形线圈,其线圈与磁感 线垂直.
解析: 当阻碍线圈转动的力矩增大到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、 方向相向, 故①正确; 磁电式电流表蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐射 分布的,不管线圈转到什么角度,它的平面都跟磁感线平行, 均匀辐射分布的磁场特点是大小相等、方向不同,故③错,④ 选项正确;电流越大,电流表指针偏转的角度也越大,故②正 确,综合上述,C 选项正确. 答案:C
【思考】
为什么磁电式电流表的刻度是均匀的?
答案:磁电式电流表的指针是在磁场力的作用下偏转的,而磁 场力的大小 F=ILB, 在磁场和 L 一定的情况下与电流成正比, 所以刻度是均匀的.
安培力的应用
学习目标
1.了解直流电动机和磁电式电表的构造和工作原理. 2.会利用左手定则和安培力公式解决实际问题.
思维启迪
安培力在生活中的应用非常广泛.当你欣赏音乐、烹饪美味佳肴、吹理头发、洗衣服、 玩电动小车、用电钻打孔时,你都在和安培力打交道.正是安培力使这些电器里的一个 重要部件——电动机转了起来.
2.如图 343 所示,一个矩形线圈放在磁场中能绕 OO′轴转 动,当线圈中通有如图所示方向的恒定电流时,在线圈转动 90° 的过程中( )
ห้องสมุดไป่ตู้
图 343 A.ab 边和 cd 边所受到的安培力不变,磁场力矩逐渐减小 B.ab 边和 cd 边所受的安培力逐渐减小,磁力矩也减小 C.ad 边和 cd 边始终不受安培力 D.ad 边和 cb 边所受的安培力逐渐变大,但磁力矩为零
直流电动机的工作原理
电动机是利用安培力使通电线圈转动制成的, 电动机是将电能 转化为机械能的重要装置. 一、力矩 我们把力和力臂的乘积叫做力对物体的力矩, 力矩是改变物体 转动状态的原因.
二、线圈的转动 1.当线圈平面与磁场方向垂直时 如图 346 表示放在匀强磁场中通电矩形线圈,其线圈与磁感 线垂直.
解析: 当阻碍线圈转动的力矩增大到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、 方向相向, 故①正确; 磁电式电流表蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐射 分布的,不管线圈转到什么角度,它的平面都跟磁感线平行, 均匀辐射分布的磁场特点是大小相等、方向不同,故③错,④ 选项正确;电流越大,电流表指针偏转的角度也越大,故②正 确,综合上述,C 选项正确. 答案:C
【思考】
为什么磁电式电流表的刻度是均匀的?
答案:磁电式电流表的指针是在磁场力的作用下偏转的,而磁 场力的大小 F=ILB, 在磁场和 L 一定的情况下与电流成正比, 所以刻度是均匀的.
高中物理 3.4 安培力的应用课件 粤教版选修31
1. (单选)如图所示,把一轻质线圈悬挂在磁铁N极附近,磁
铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的平面.当线圈中
通有如图所示的电流时,线圈将( A )
A.向左运动
B.向右运动
C.静止不动
D.无法确定
解析:法一:等效法.把通电线圈等效成小磁针.由安培定 则知,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.
二、磁电式电表
1.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的吗?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:电流在磁场里受安培力是均匀的因为 由力矩平衡知,线圈偏转角度与电流成正比. 2.磁电式电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是 匀强磁场吗? 提示:不是.
电流元 把整段导线分为多段电流元,先用左手定向,然后判断整段导线所
受安培力的方向,从而确定导线运动方向
等效法
环形电流可等效成小磁针,通电螺线管可以等效 成条形磁铁或多个环形电流,反过来等效也成立
特殊位 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置,然 置法 后判断其所受安培力的方向,从而确定其运动方向
[解析] ①根据图甲所示的导线所处的特殊位置判断其转动 情况.将导线AB从N、S极的中间O分成两段,AO、BO段所 处的磁场方向如图甲所示,由左手定则可得AO段所受安培力 方向垂直纸面向外,BO段所受安培力的方向垂直纸面向里, 可见从上向下看,导线AB将绕O点逆时针转动.
②再根据导线转过90°时的特殊位置判断其上下运动情况, 如图乙所示,导线AB此时受安培力方向竖直向下,导线将向 下运动. ③由上述两个特殊位置的判断可知,当导线不在上述特殊位 置时,所受安培力使AB逆时针转动的同时还要向下运动.故 正确答案为C.
【教育课件】粤教版高中物理选修3-1第3章第4节《安培力的应用》课件(1).ppt
• 一、力矩 • 我们把力和力臂的乘积叫做力对物体的力矩,力矩
是改变物体转动状态的原因.
• 二、线圈的转动 • 1.当线圈平面与磁场方向垂直时 • 如图3-4-3表示放在匀强磁场中通电矩形线圈,
其线圈与磁感线垂直.
图3-4-3
• 设磁感应强度为B,通入电流为I,其方向图中已标 出 小,相线等圈 、方ab向边相受反安,培彼力此Fab平和衡线;圈线cd圈边a受d和安b培c边力受Fc安d大 培 矩 线 动形上,Fad线,所和圈 以FFabd所 线c和也受 圈F是b合 所c在大外 受同小力的一相为合直等零力线、.矩上方又也,向因为都相为零不反,F能,ab即和使彼MF线此=cd圈平在0.发衡同生,一转故直
ad 为 M,则此时 M=2BI ab ·2 =BIS,线框加速转动.
• 当线框转过90°角时,从左向右侧视图如图乙所 示.从图示可知,此时线框四条边都受安培力,整 个线框的F外=0,整个线框受磁力矩M=0.转动过程 中,任一位置的俯视图如图丙所示,受力大小、方 向均不变,所以答案选取B和D.
• 答案:BD
• 2.当线圈平面与磁场方向平行时 • 将线圈如图3-4-4所示放置时,bc边和ad边均与
磁向感相线 反平 ,行 合, 力故 为零Fbc,=但Fa合d=力0矩.Fa并b和不F为cd大零小,相此等位、置方 合力矩的大小为:
图3-4-4
M=Fab·b2c+Fcd·b2c, 又 Fab=Fcd=BI·ab,所以 M=BI·ab·bc=BIS, 若是 N 匝线圈绕制而成,则 M=NBIS.
• (_2_)_铁铝__芯框__外__套__有__一__个_,可_以__绕__轴__转__动__的__上绕铝框有线圈. • (3)铝框的转轴上装有两个________________和一个
是改变物体转动状态的原因.
• 二、线圈的转动 • 1.当线圈平面与磁场方向垂直时 • 如图3-4-3表示放在匀强磁场中通电矩形线圈,
其线圈与磁感线垂直.
图3-4-3
• 设磁感应强度为B,通入电流为I,其方向图中已标 出 小,相线等圈 、方ab向边相受反安,培彼力此Fab平和衡线;圈线cd圈边a受d和安b培c边力受Fc安d大 培 矩 线 动形上,Fad线,所和圈 以FFabd所 线c和也受 圈F是b合 所c在大外 受同小力的一相为合直等零力线、.矩上方又也,向因为都相为零不反,F能,ab即和使彼MF线此=cd圈平在0.发衡同生,一转故直
ad 为 M,则此时 M=2BI ab ·2 =BIS,线框加速转动.
• 当线框转过90°角时,从左向右侧视图如图乙所 示.从图示可知,此时线框四条边都受安培力,整 个线框的F外=0,整个线框受磁力矩M=0.转动过程 中,任一位置的俯视图如图丙所示,受力大小、方 向均不变,所以答案选取B和D.
• 答案:BD
• 2.当线圈平面与磁场方向平行时 • 将线圈如图3-4-4所示放置时,bc边和ad边均与
磁向感相线 反平 ,行 合, 力故 为零Fbc,=但Fa合d=力0矩.Fa并b和不F为cd大零小,相此等位、置方 合力矩的大小为:
图3-4-4
M=Fab·b2c+Fcd·b2c, 又 Fab=Fcd=BI·ab,所以 M=BI·ab·bc=BIS, 若是 N 匝线圈绕制而成,则 M=NBIS.
• (_2_)_铁铝__芯框__外__套__有__一__个_,可_以__绕__轴__转__动__的__上绕铝框有线圈. • (3)铝框的转轴上装有两个________________和一个
高中物理 第3章 第4节 安培力的应用同步备课课件 粤教版选修31
能 检
学
测
菜单
YJ ·物理 选修3-1
教 学
2.思考判断
课 堂
教 法
(1)电动机是利用安培力使线圈转动的.(√)
互 动
分
析 (2)电动机工作时,将其他形式的能转化为电能.(×)
探 究
(3)电动机的转速可通过改变输入电压调节.(√)
3.探究交流
教
当
学 假如直流电动机通电前,线圈刚好与磁场垂直,即位于教 堂
标
课
课
前
后
自
知
主
能
导
检
学
测
菜单
YJ ·物理 选修3-1
教 学
• (2)原理:如图3-4-1所示当电流通过线圈时,右边线框
课 堂
教 法 分 析
受在到安的培安力培作力用方下向 线框__转_向_动_下_起,来左.边线框受到____向_的上安培力,
互 动 探
究
教
当
学
堂
方
双
案
基
设
达
计
标
课
课
前
后
自
知
主 导
图3-4-1
难点)
3.了解磁电式电表的构造及原
课
课
前 自
理.
后 知
主
能
导
检
学
测
菜单
教 学 教 法 分 析
直流电动机
YJ ·物理 选修3-1
课 堂 互 动 探 究
教 1.基础知识
学
当 堂
方 案 设
(1机)分又类分:为电__动__机__有_和__三__相_直_电_流电动动机机.和交流电动机,交流电动
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解析: 选 由左手定则可判知线框左边 解析: D.由左手定则可判知线框左边 ab 所受安培 力竖直向下, 所受的安培力竖直向上, 力竖直向下,右边 cd 所受的安培力竖直向上,而 bc 边所受安培力相互抵消, 边和 ad 边所受安培力相互抵消, 所以通电线圈在匀 bc 强磁场中所受的总力矩, 强磁场中所受的总力矩, 即磁力矩 M=BI ab · 2 cosθ = ad bc +BI cd · 2 cosθ=2BI ab · 2 cosθ=BIScosθ. = = 边的受力, 根据 ab 边和 cd 边的受力,可以肯定通电线圈将沿 逆时针方向转动,所以磁力矩方向为逆时针方向, 逆时针方向转动,所以磁力矩方向为逆时针方向, 是正确的. 故选项 D 是正确的.
2. . 由于 ab 和 cd 两边中的电流方向始终与磁场垂直, 两边中的电流方向始终与磁场垂直, 所以 ab 和 cd 两边所受安培力不因线圈与磁场的夹 角的变化而不同, 角的变化而不同,即 Fab=Fcd=BI ab . ad ·cosθ 3. 安培力的力矩: M= . 安培力的力矩: =BI ab × 2 ×2=BIScosθ, = , 为线圈所围的面积. 其中 S 为线圈所围的面积.若线圈为 n 匝,则 M= = nBIScosθ.正是安培力的力矩才使线圈发生了转动. 正是安培力的力矩才使线圈发生了转动. 正是安培力的力矩才使线圈发生了转动
2.直流电动机的结构及原理(如图 -4-1): .直流电动机的结构及原理 如图 如图3- - :
图3-4-1 - -
(1)当线圈由位置丁经位置甲运动到位置乙时,图中 当线圈由位置丁经位置甲运动到位置乙时, 当线圈由位置丁经位置甲运动到位置乙时 左边受力方向____ 右边受力方向____ 左边受力方向 向上 ,右边受力方向向下 ,使线圈 顺时针转动;当线圈在位置乙时不受力, 顺时针转动;当线圈在位置乙时不受力,由于惯性 继续转动. 继续转动. (2)当线圈由位置乙经位置丙运动到位置丁时,由于 当线圈由位置乙经位置丙运动到位置丁时, 当线圈由位置乙经位置丙运动到位置丁时 电流换向,图中左边受力方向____ 电流换向,图中左边受力方向向上 ,右边受力方 向下 使线圈继续顺时针转动; 向____ ,使线圈继续顺时针转动;当线圈在位置 丁时不受力,由于惯性继续转动;然后, 丁时不受力,由于惯性继续转动;然后,线圈重复 以上过程转动下去. 以上过程转动下去. 3.直流电动机的优点:通过改变输入电压很容易 .直流电动机的优点: 调节它的____ 调节它的 转速 ,而__________的调速就不太方 交流电动机 的调速就不太方 便.
图3-4-6 - -
由于线圈由N匝串联而成, 由于线圈由 匝串联而成,所以线框所受力矩应 匝串联而成 为M1=NBIS,电流表内的弹簧产生一个阻碍线圈 , 偏转的力矩,已知弹簧产生的弹性力矩 偏转的力矩,已知弹簧产生的弹性力矩M2与指针 的偏转角度θ成正比 成正比, kθ,(其中 其中k由弹簧 的偏转角度θ成正比,即M2=kθ,(其中k由弹簧 决定)当 线圈就停在某一偏角θ上 决定 当M1=M2时,线圈就停在某一偏角 上,固 定在转轴上的指针也转过同样的偏角θ, 定在转轴上的指针也转过同样的偏角 ,并指示刻 度盘上的某一刻度, 度盘上的某一刻度,从刻度的指示数就可以测得 电流强度. 电流强度.
例1
精讲精析】 原来天平平衡, 【精讲精析】 原来天平平衡,左边砝码的重力等 于线圈的重力与安培力的合力.当电流反向时, 于线圈的重力与安培力的合力.当电流反向时,左 盘还要加砝码才能平衡,说明后来的安培力向下, 盘还要加砝码才能平衡,说明后来的安培力向下, 则原来的安培力方向应向上. 则原来的安培力方向应向上. 电流反向前, 电流反向前,G 线圈-F=G 砝① = 电流反向后, 电流反向后,G 线圈+F=G 砝+∆mg② = ② F=nBIL③ = ③ ①②③联立解得 由①②③联立解得 ∆mg 0.036×10 B= =2nIL=2×10×0.2×0.2 T=0.45 T. = 答案】 【答案】 0.45 T 方法总结】 【方法总结】 正确分析受力是解决此类问题 的关键. 的关键.
由M1=M2可得 NBIS=kθ,θ=·I. = , = 从公式中可以看出: 从公式中可以看出: (1)对于同一电流表 、B、S和k为不变量,所 对于同一电流表N、 、 和 为不变量 为不变量, 对于同一电流表 以θ∝I,可见θ与I一一对应,从而用指针的偏 ∝ ,可见 与 一一对应, 一一对应 角来测量电流强度I的值; 角来测量电流强度 的值; 的值 (2)因为 ∝I,θ随I的变化是线性的,所以表盘 因为θ∝ , 随 的变化是线性的 的变化是线性的, 因为 的刻度是均匀的. 的刻度是均匀的.
一、直流电动机的原理 如图3- - 所示 矩形线圈abcd的转轴 所示, 的转轴OO′垂直 如图 -4-3所示,矩形线圈 的转轴 垂直 于匀强磁场B的方向 的方向, 于匀强磁场 的方向,且线圈平面与磁场方向的夹 角为θ.为了便于分析通入恒定电流 为了便于分析通入恒定电流I时各边的受力情 角为 为了便于分析通入恒定电流 时各边的受力情 况,首先将立体空间图转化为平面图,即顺着转轴 首先将立体空间图转化为平面图, OO′看线圈所看到的结果如图 -4-4所示,ad与磁 看线圈所看到的结果如图3- - 所示 所示, 与磁 看线圈所看到的结果如图 场方向的夹角就是线圈平面与磁场方向的夹角. 场方向的夹角就是线圈平面与磁场方向的夹角.
即时突破, 即时应用 (即时突破,小试牛刀 即时突破 小试牛刀) 2.(双选 关于磁电式电流表,下列说法中正确的 双选)关于磁电式电流表 . 双选 关于磁电式电流表, ) 有( A.电流表的线圈处于匀强磁场中 . B.电流表的线圈处于均匀辐向磁场中 . C.电流表的线圈转动时,安培力不变 .电流表的线圈转动时, D.电流表指针的偏转角与所测电流成正比 . 解析: 解析:选BD.匀强磁场的磁感线是间隔相等的平行 匀强磁场的磁感线是间隔相等的平行 直线, 错 电流表的线圈转动时, 直线,A错;电流表的线圈转动时,所受安培力的 大小不变,方向变化,C错. 大小不变,方向变化, 错
2.电流表的工作原理 . 如图3- - 矩形线框两条边所受安培力大小相等 矩形线框两条边所受安培力大小相等, 如图 -4-6矩形线框两条边所受安培力大小相等, 方向相反,大小为F= 方向相反,大小为 =BIL,但两力不在一条直线上, ,但两力不在一条直线上, 两个力形成一对力偶,设两力间距为d, 两个力形成一对力偶,设两力间距为 ,则安培力 其中S为线圈面积 矩M=F·d=BIL·d=BIS(其中 为线圈面积 . = = = 其中 为线圈面积).
即时突破, 即时应用 (即时突破,小试牛刀 即时突破 小试牛刀) 1.(单选 一单匝线圈 . 单选 一单匝线圈abcd,面积为 ,通入电流 单选)一单匝线圈 ,面积为S, 所示. 为I,方向如图 -4-5所示.在磁感应强度为 的 ,方向如图3- - 所示 在磁感应强度为B的 匀强磁场中,线圈平面与 成 角 匀强磁场中,线圈平面与B成θ角,此时线圈所受 磁力矩为( 磁力矩为 ) A.M=BISsinθ,顺时针 . = , B.M=BISsinθ,逆时针 . = , C.M=BIScosθ,顺时针 . = , D.M=BIScosθ,逆时针 . = , 图3-4-5 - -
通电导体在安培力作用下的平衡 如图3- - 是一种测定磁感应强度 的装置, 是一种测定磁感应强度B的装置 如图 -4-7是一种测定磁感应强度 的装置, 在天平的一端挂个矩形线圈, 在天平的一端挂个矩形线圈,它的底边放在待测的 匀强磁场中,磁场方向与线圈平面垂直, 匀强磁场中,磁场方向与线圈平面垂直,线圈匝数 n=10,底边长 =20 cm.当线圈通 当线圈通0.2 A电流时, 电流时, = ,底边长L= 当线圈通 电流时 天平达到平衡,然后保持电流大小不变, 天平达到平衡,然后保持电流大小不变,使电流反 此时发现天平左盘再加入∆m=36 g的砝码才 向,此时发现天平左盘再加入 = 的砝码才 能使天平平衡.求磁感应强度B的大小 的大小. 取 能使天平平衡.求磁感应强度 的大小.(g取10 m/s2) 图3-4-7 - -
如图3- - 所示 所示, 如图 -4-2所示,蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均 匀辐射分布的,通电线圈不管转到什么角度, 匀辐射分布的,通电线圈不管转到什么角度,线圈 的平面都跟磁感线平行.当电流通过线圈的时候, 的平面都跟磁感线平行.当电流通过线圈的时候, 线圈上跟铁芯轴线平行的两边受到的安培力产生力 使线圈发生转动.同时,螺旋弹簧被扭转, 矩,使线圈发生转动.同时,螺旋弹簧被扭转,产 生一个阻碍线圈转动的力矩, 生一个阻碍线圈转动的力矩,其大小随线圈转动角 度的增大而增大.直至上述两个力矩相____时 平衡 度的增大而增大.直至上述两个力矩相____时,线 圈才会停下来. 圈才会停下来.
思考感悟 1.在开关闭合前,能否让线圈停在上图中的乙、 .在开关闭合前,能否让线圈停在上图中的乙、 丁两图所示的位置上? 丁两图所示的位置上? 提示:不能. 提示:不能.
二、磁电式电表 1.电流表是测量____的电学仪器,我们在实验时 .电流表是测量电流 的电学仪器 的电学仪器, 经常使用的电流表是______电流表. 经常使用的电流表是 磁电式 电流表. 电流表 2.在磁电式电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ表中, 2.在磁电式电流表中,强蹄形磁铁的两极间有一 个固定的圆柱形铁芯, 个固定的圆柱形铁芯,铁芯外面套有一个转动的铝 框,在铝框上绕有线圈.铝框的转轴上装有两个螺 在铝框上绕有线圈. 旋弹簧和一个指针, 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,被测电流经过这两个弹簧流入线圈. 旋弹簧上,被测电流经过这两个弹簧流入线圈.
二、磁电式电表的原理 1.电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分 . 布的 所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心,不管线圈 所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心, 处于什么位置, 处于什么位置,线圈平面与磁感线之间的夹角都是 零度.该磁场并非匀强磁场, 零度.该磁场并非匀强磁场,但在以铁芯为中心的 圆圈上,各点的磁感应强度 的大小是相等的 的大小是相等的. 圆圈上,各点的磁感应强度B的大小是相等的.