高中物理 3.4安培力的应用 粤教版选修3-1
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第四节 安培力的应用
整理课件
知识解惑
整理课件
知识点一 电磁炮一安培力作用下的平动 1．电磁炮如图所示．
2．原理：发射轨道处在很强的磁场中，当通过导轨 的强大电流通过炮弹支架时，炮弹将受到很大的安 培力而迅速加速，并以某一速度飞出．
整理课件
知识点二 直流电动机一在安培力作用下的转动 1．基本结构． 如图所示为直流电动机模型图．
整理课件
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．
整理课件
►变式训练
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．如图 所示，下列结论中正确的是(AB)
整理课件
解析： 通入1 A电流时，线圈长边一侧受到的最大 安培力： F1＝nI1lB＝20×1×0.05×0.5 N＝0.5 N， 通入2 A电流时，受到的最大安培力： F2＝nI2lB＝20×2×0.05×0.5 N＝1 N. 答案：0.5 N 1 N
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►变式训练
2．为了保证直流电动机朝一个方向转动，能自动完成这 一任表是测定电流强弱和方向的电学仪． 2．实验室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．
A．继电器
B．电刷
C．变阻器
D．换向器
整理课件
题型三 磁电式电流表 例3 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，以下选项中正确的 是( )
整理课件
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
整理课件
解析：这是一道力电综合题，考查安培力、动力学、 瞬时功率的计算． 由运动学公式2as＝v2，代入已知数值得：弹体运动的 加速度a＝1.8×105 m/s2， 根据牛顿第二定律知：BIL＝ma， 可解得磁感应强度B＝18 T， 磁场力的最大功率P＝Fv＝BILv＝2.16×106 W. 答案：18 2.16×106
答案：C
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►变式训练 3．(多选)关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的 均匀辐向分布的磁场．下列说法中正确的是(AD) A．该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向不同 B．该磁场的磁感应强度的方向处处相同，大小不 同 C．使线圈平面始终与磁感线垂直 D．线圈所处位置的磁感应强度大小都相等
整理课件
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
整理课件
题型二 安培力作用下的转动一直流电动机 例2 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？如果通入2 A的电流呢？
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．①② ④
B．③④
C．①②④
D．①②③
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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①正确，磁电式电流表蹄形 磁铁和铁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③错误，④ 正确．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．
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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．如下图所示．
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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，θ∝I. ②灵敏度高，但负载能力差． ③满偏电流Ig，内阻Rg反映了电流表的最主要特 性．
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典型问题精 释
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题型一 安培力作用下的平动 一 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 m，通过的电流为10 A， 则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为 ________T，磁场力的最大功率P＝ ________W(轨道摩擦不计)．
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知识解惑
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知识点一 电磁炮一安培力作用下的平动 1．电磁炮如图所示．
2．原理：发射轨道处在很强的磁场中，当通过导轨 的强大电流通过炮弹支架时，炮弹将受到很大的安 培力而迅速加速，并以某一速度飞出．
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知识点二 直流电动机一在安培力作用下的转动 1．基本结构． 如图所示为直流电动机模型图．
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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．
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►变式训练
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．如图 所示，下列结论中正确的是(AB)
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解析： 通入1 A电流时，线圈长边一侧受到的最大 安培力： F1＝nI1lB＝20×1×0.05×0.5 N＝0.5 N， 通入2 A电流时，受到的最大安培力： F2＝nI2lB＝20×2×0.05×0.5 N＝1 N. 答案：0.5 N 1 N
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►变式训练
2．为了保证直流电动机朝一个方向转动，能自动完成这 一任表是测定电流强弱和方向的电学仪． 2．实验室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．
A．继电器
B．电刷
C．变阻器
D．换向器
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题型三 磁电式电流表 例3 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，以下选项中正确的 是( )
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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
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解析：这是一道力电综合题，考查安培力、动力学、 瞬时功率的计算． 由运动学公式2as＝v2，代入已知数值得：弹体运动的 加速度a＝1.8×105 m/s2， 根据牛顿第二定律知：BIL＝ma， 可解得磁感应强度B＝18 T， 磁场力的最大功率P＝Fv＝BILv＝2.16×106 W. 答案：18 2.16×106
答案：C
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►变式训练 3．(多选)关于磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间的 均匀辐向分布的磁场．下列说法中正确的是(AD) A．该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向不同 B．该磁场的磁感应强度的方向处处相同，大小不 同 C．使线圈平面始终与磁感线垂直 D．线圈所处位置的磁感应强度大小都相等
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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
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题型二 安培力作用下的转动一直流电动机 例2 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？如果通入2 A的电流呢？
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．①② ④
B．③④
C．①②④
D．①②③
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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①正确，磁电式电流表蹄形 磁铁和铁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③错误，④ 正确．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．
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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．如下图所示．
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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，θ∝I. ②灵敏度高，但负载能力差． ③满偏电流Ig，内阻Rg反映了电流表的最主要特 性．
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典型问题精 释
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题型一 安培力作用下的平动 一 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 m，通过的电流为10 A， 则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为 ________T，磁场力的最大功率P＝ ________W(轨道摩擦不计)．