安培力应用正式版共15页
合集下载
1.2 安培力的应用 课件-2023学年高二下学期物理粤教版(2019)选择性必修第二册
第一章第二节 安培力的应用
学习目标
【目标一】了解安培力在生产生活中的应用
【目标二】观察电流天平、磁电式电表、直流电动机的
安培力的大小
1、大小：当导线方向与磁场方向垂直时，通电导线在磁场
中受到的安培力的大小，既与导线的长度成正比，又与导
线中的电流 I 成正比，即与 I 和 l 的乘积成正比。
2、公式：F = BIl
（1）垂直于导轨平面的磁场方向是向上还是向下？
安培力的大小
【例题2】如图所示，相距 L = 10 cm 的两条
平行导轨组成的平面与水平面夹角 θ = 30°，
导轨两端 M、N 间接一电动势 E = 3 V、内
阻R= 0.5 Ω 的电源，垂直于导轨平面有一匀
强磁场，将质量 m = 10 g 的金属棒垂直放在
方法四：增大线圈面积
d
d
nBIL nBIL nBILd
2
2
磁电式电表
生活中装配了直流电动机的设备
原理：利用安培力使通电线圈转动
能量转化：电能转化成机械能
直流电动机
【讨论与交流】如图所示是直流电动机的内部结构示意图。
直流电动机
（1）当线圈
FF换向位于图所F示的四种状
(a)
态时，所受
I
B∥
B
θ
B⊥
B⊥= Bsinθ
F安 = IlB⊥
F安 = IlBsinθ
电流天平
情境：如图所示是等臂电流天平的原理图。在天平的右端挂
一矩形线圈，设线圈匝数为n，底边cd长L，放在待测匀强磁
场中，线圈平面与磁场垂直，磁场方向垂直于纸面向里。
（1）设磁感应强度为B，当线圈中通入如图所
示方向的电流I时，在天平左、右两边加上质量
学习目标
【目标一】了解安培力在生产生活中的应用
【目标二】观察电流天平、磁电式电表、直流电动机的
安培力的大小
1、大小：当导线方向与磁场方向垂直时，通电导线在磁场
中受到的安培力的大小，既与导线的长度成正比，又与导
线中的电流 I 成正比，即与 I 和 l 的乘积成正比。
2、公式：F = BIl
（1）垂直于导轨平面的磁场方向是向上还是向下？
安培力的大小
【例题2】如图所示，相距 L = 10 cm 的两条
平行导轨组成的平面与水平面夹角 θ = 30°，
导轨两端 M、N 间接一电动势 E = 3 V、内
阻R= 0.5 Ω 的电源，垂直于导轨平面有一匀
强磁场，将质量 m = 10 g 的金属棒垂直放在
方法四：增大线圈面积
d
d
nBIL nBIL nBILd
2
2
磁电式电表
生活中装配了直流电动机的设备
原理：利用安培力使通电线圈转动
能量转化：电能转化成机械能
直流电动机
【讨论与交流】如图所示是直流电动机的内部结构示意图。
直流电动机
（1）当线圈
FF换向位于图所F示的四种状
(a)
态时，所受
I
B∥
B
θ
B⊥
B⊥= Bsinθ
F安 = IlB⊥
F安 = IlBsinθ
电流天平
情境：如图所示是等臂电流天平的原理图。在天平的右端挂
一矩形线圈，设线圈匝数为n，底边cd长L，放在待测匀强磁
场中，线圈平面与磁场垂直，磁场方向垂直于纸面向里。
（1）设磁感应强度为B，当线圈中通入如图所
示方向的电流I时，在天平左、右两边加上质量
1.2安培力的应用课件高二下学期物理教科版选择性
受到的安培力
（1）当线圈位 于如图所示的 四种状态时， 所受安培力的 情况如何？
F F
(a)
F
F
F 换向
F
F 换向
F
（2）直流电动机的线圈是如何实现连续不停地朝一个方向转动的 ？
换向器的作用： 改变线圈中电流流入的方向，保证线圈沿同一方向持续转动下去。
在上图中，当图(a)直流电动机中的线圈通入电流后，线圈在安培力的 作用下转到图(b)位置时，尽管受力平衡，但由于惯性作用，线圈仍能 够按原方向继续转过该平衡位置。为了让线圈能够持续转动下去，技术 人员巧妙地使线圈两端与两个半圆形铜环相连并一起转动，同时在电路 中安装了与半圆形铜环接触的电刷。由此通过电流的周期性换向、确保 线圈受到的安培力始终起到推动线圈往同一个方向持续转动的效果。
安培力的应用
为什么它们能动？
直流电动机
都装配了直流电动机
原理：利用安培力使通电线圈转动 能量转化：电能转化成机械能
一、构造 主要部件：蹄形磁铁、线圈、电刷和滑环（换向器）
定子（磁体）
转子
彼此绝缘的两个 半圆环（滑环）
一对与电源 连接的电刷
能够完成改变电流方向的装置叫做换向器
滑环中间有一个缺口，可以起到换 向作用，从而使电动机能持续转动。
3、(多选)以下关于磁电式电流表的说法正确的是( ABD ) A、线圈平面跟磁感线平行 B、通电线圈中的电流越大，指针偏转角度也越大 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
D
5、实验室经常使用的电流表是磁电式电流表。这种电流表的构造如图 甲所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的。当线圈通以 如图乙所示的稳恒电流（b端电流流向垂直纸面向内），下列说法正确
（1）当线圈位 于如图所示的 四种状态时， 所受安培力的 情况如何？
F F
(a)
F
F
F 换向
F
F 换向
F
（2）直流电动机的线圈是如何实现连续不停地朝一个方向转动的 ？
换向器的作用： 改变线圈中电流流入的方向，保证线圈沿同一方向持续转动下去。
在上图中，当图(a)直流电动机中的线圈通入电流后，线圈在安培力的 作用下转到图(b)位置时，尽管受力平衡，但由于惯性作用，线圈仍能 够按原方向继续转过该平衡位置。为了让线圈能够持续转动下去，技术 人员巧妙地使线圈两端与两个半圆形铜环相连并一起转动，同时在电路 中安装了与半圆形铜环接触的电刷。由此通过电流的周期性换向、确保 线圈受到的安培力始终起到推动线圈往同一个方向持续转动的效果。
安培力的应用
为什么它们能动？
直流电动机
都装配了直流电动机
原理：利用安培力使通电线圈转动 能量转化：电能转化成机械能
一、构造 主要部件：蹄形磁铁、线圈、电刷和滑环（换向器）
定子（磁体）
转子
彼此绝缘的两个 半圆环（滑环）
一对与电源 连接的电刷
能够完成改变电流方向的装置叫做换向器
滑环中间有一个缺口，可以起到换 向作用，从而使电动机能持续转动。
3、(多选)以下关于磁电式电流表的说法正确的是( ABD ) A、线圈平面跟磁感线平行 B、通电线圈中的电流越大，指针偏转角度也越大 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
D
5、实验室经常使用的电流表是磁电式电流表。这种电流表的构造如图 甲所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的。当线圈通以 如图乙所示的稳恒电流（b端电流流向垂直纸面向内），下列说法正确
高中物理 第4讲 安培力的综合应用课件 教科版选修31
a＝2vx2t ＝120××1100032 m/s2＝5×105 m/s2.
据牛顿第二定律 F＝ma 得 F＝ma＝2.2×10－3×5×105 N＝1.1×103 N，
而 F＝BIL， 所以 B＝IFL＝1.110××1203 T＝55 T
第十一页，共15页。
对点练习
(liànxí)
安培力作用下导体(dǎotǐ)的平 衡
高中物理·选修(xuǎnxiū)3-1·教科版
第三章 磁 场
第四讲 习题课 安培力的综合(zōnghé)应用
第一页，共15页。
目标 (mùbiāo)定 位
1 知道安培力的概念，会用左手定则判定安培力的方向
2 理解并熟练应用安培力的计算公式F＝ILBsin θ
3 会用左手定则分析解决通电导体在磁场中的受力及平衡类问题
(1)ab 中通入的最大电流为多少？ (2)ab 中通入的最小电流为多少？
解析 (1)当 ab 棒恰好不沿导轨上滑时，ab 中电流最大，受力如图 x 方向：Fmax＝μFNcos θ＋FNsin θ① y 方向：mg＝FNcos θ－μFNsin θ② 由①②两式联立解得：Fmax＝mgμcocsosθθ－＋μssiinn θθ，
θ，竖直向上
Fmin＝mgsin θ，
mg B. Il tan
mg C. Il sin
即
θ，竖直向下
得
θ，平行悬线向下
IlBmin＝mgsin Bmin＝mIlgsin θ
θ，
mg D. Il sin
θ，平行悬线向上
第十二页，共15页。
安培力的综合(zōnghé) 应用
FT
mg
对点练习
安培力作用下导体(dǎotǐ)的平 衡
据牛顿第二定律 F＝ma 得 F＝ma＝2.2×10－3×5×105 N＝1.1×103 N，
而 F＝BIL， 所以 B＝IFL＝1.110××1203 T＝55 T
第十一页，共15页。
对点练习
(liànxí)
安培力作用下导体(dǎotǐ)的平 衡
高中物理·选修(xuǎnxiū)3-1·教科版
第三章 磁 场
第四讲 习题课 安培力的综合(zōnghé)应用
第一页，共15页。
目标 (mùbiāo)定 位
1 知道安培力的概念，会用左手定则判定安培力的方向
2 理解并熟练应用安培力的计算公式F＝ILBsin θ
3 会用左手定则分析解决通电导体在磁场中的受力及平衡类问题
(1)ab 中通入的最大电流为多少？ (2)ab 中通入的最小电流为多少？
解析 (1)当 ab 棒恰好不沿导轨上滑时，ab 中电流最大，受力如图 x 方向：Fmax＝μFNcos θ＋FNsin θ① y 方向：mg＝FNcos θ－μFNsin θ② 由①②两式联立解得：Fmax＝mgμcocsosθθ－＋μssiinn θθ，
θ，竖直向上
Fmin＝mgsin θ，
mg B. Il tan
mg C. Il sin
即
θ，竖直向下
得
θ，平行悬线向下
IlBmin＝mgsin Bmin＝mIlgsin θ
θ，
mg D. Il sin
θ，平行悬线向上
第十二页，共15页。
安培力的综合(zōnghé) 应用
FT
mg
对点练习
安培力作用下导体(dǎotǐ)的平 衡
高二物理安培力的应用PPT精品课件
直流电动机的运转过程：
常见的直流电动机：
【说明】 大多数微型和小型直流电动机是用永磁铁提供磁场，而
大型和超大型直流电动机是用励磁电流来提供磁场的。
大型和超大型直流电机的生产和维修
大型和超大型直流电机的生
二、 磁电式电表
在强蹄形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 转动的铝框，在铝框上绕有线圈。铝框 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两个螺旋的弹簧上， 被测电流经过这两个弹簧流入线圈 【说明】
THANKS
FOR WATCHING
演讲人: XXX
PPT文档·教学课件
由于磁场对电流的作用力跟电流成正比，因而安培力的 力矩也跟电流成正比，而螺旋形弹簧的扭矩与指针转过的角 度成正比，所以磁电式电表的表盘刻度是均匀的。
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 角度线圈的平面跟磁感线平行。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矩 使线圈发生扭转。同时，螺旋弹簧被 扭转，产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。直到上述两个力矩相平衡 线圈才会停下来。
安培力的应用
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
【说明】 直流电动机最突出的优点是通过改变输入电压很容易调
节它的转速，而交流电动机的调速就不太方便。因此，不少 需要调速的设备，都采用直流电电动机。如：无轨电车和电 气机车都是用直流电动机来开动的。
1-1安培力及其应用课件(30张PPT)
I1
I1
I2
×
F×
12
×
×
×
×
×
×
×
×
· ·
· ·
F
· · 21
· ·
· ·
同向电流
I2
同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。
I1
I1
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
F12
F21
I2
I2
反向电流
例 如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同、方向相反的电流，
a受到的磁场力大小为F1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受
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
谢 谢！
圆柱间的磁场都沿半径方向，保持线圈转动时，
安培力的大小不受磁场影响，线圈所受安培力的
方向始终与线圈平面垂直，线圈平面都与磁场方
向平行，表盘刻度均匀。
S
N
（4）优缺点
优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。
缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱（量程小）。
要测较大的电流，必须进行改装。
磁电式电流表
例 图甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均
（2）通电线圈转动到与磁场方向垂直的位置时(平衡位置)，受力平衡，由于惯性继续转
动。(图b)
想一想
用什么办法能使线圈持续转动呢？
当线圈刚过平衡位置时，要及时改变线圈中导体ab和cd所受力的方向。
用什么办法能改变力的方向呢？哪种方法更方便？
I1
I2
×
F×
12
×
×
×
×
×
×
×
×
· ·
· ·
F
· · 21
· ·
· ·
同向电流
I2
同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。
I1
I1
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
F12
F21
I2
I2
反向电流
例 如图所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同、方向相反的电流，
a受到的磁场力大小为F1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受
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
谢 谢！
圆柱间的磁场都沿半径方向，保持线圈转动时，
安培力的大小不受磁场影响，线圈所受安培力的
方向始终与线圈平面垂直，线圈平面都与磁场方
向平行，表盘刻度均匀。
S
N
（4）优缺点
优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。
缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱（量程小）。
要测较大的电流，必须进行改装。
磁电式电流表
例 图甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均
（2）通电线圈转动到与磁场方向垂直的位置时(平衡位置)，受力平衡，由于惯性继续转
动。(图b)
想一想
用什么办法能使线圈持续转动呢？
当线圈刚过平衡位置时，要及时改变线圈中导体ab和cd所受力的方向。
用什么办法能改变力的方向呢？哪种方法更方便？
2022-2021学年高二物理粤教版选修3-1 安培力的应用 课件（36张）
③由M＝M′知，NBIS＝kθ，即θ＝NkBSI .对某一电流表，线 圈的偏转角度θ与电流I的大小成正比，根据指针偏转角度 的大小就可测出电流的数值. (3)电流方向改变时，安培力方向随着改变，指针的偏转方 向也随着改变，根据指针偏转方向，就可知道电流的方向， 因此，电流表是测定电流强弱和方向的电学仪器.
4.如图13所示，一根长L＝0.2 m的金 属棒放在倾角θ＝37°的光滑斜面上， 并通过I＝5 A的电流，方向如图所示， 整个装置放在磁感应强度B＝0.6 T 竖 直向上的匀强磁场中，金属棒恰能静 止在斜面上，则该金属棒的重力为多 少？(sin 37°＝0.6)
图13
解析 从侧面对金属棒受力分析如图所示，安培力的 方向由左手定则可知为水平向右， F＝BIL＝0.6×5×0.2 N＝0.6 N.由平衡条件得重力 mg＝tanF37°＝0.8 N. 答案 0.8 N
属导轨间有一电源，在相距1 m的平行导轨上放一质
量为m＝0.3 kg的金属棒ab，通以从b→a，I＝3 A的电
流，磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止.求：
图8
(1)匀强磁场磁感应强度的大小；
解析 此类问题是关于安培力的综合问题，处理此
问题仍需沿用力学思路和方法，只不过多考虑一个
安培力而已.画出导体棒的受力分析图，一般先画出
磁电式电流表 2.如图11所示是磁电式电流表的结构图及磁极间的磁场分布图， 以下选项中正确的是( )
图11
①指针稳定后，线圈受到螺旋弹簧的力矩与线圈受到的
安培力矩方向是相反的 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
安培力作用下的物体平衡
高二物理选修课件安培力的应用
02
安培力在生活中的应用
电磁铁工作原理及类型
电磁铁工作原理
电磁铁是利用安培力原理工作的装置，当导线通电后，在导线周围产生磁场，使 得铁芯被磁化，从而产生强大的磁力。
电磁铁类型
根据用途和特性，电磁铁可分为直流电磁铁和交流电磁铁。直流电磁铁具有稳定 的磁力和较好的控制性能，而交流电磁铁则具有较大的磁力和较快的响应速度。
优势
磁悬浮列车具有无接触、无磨损、低 噪音、低能耗和高速度等优点，是未 来城市轨道交通的重要发展方向。
超导材料中安培力特性
超导材料中的安培力
在超导材料中，电流可以无阻力地流动，形成强大的磁场。安培力在这种环境下表现出独特的性质， 如超导磁悬浮和超导电机等。
应用前景
超导材料中的安培力特性为超导技术的应用提供了广阔的空间，如超导磁体、超导储能、超导电机和 超导量子干涉仪等。这些技术在能源、交通、医疗和科研等领域具有巨大的应用潜力。
扬声器和话筒中安培力作用
扬声器中安培力作用
扬声器是将电信号转换为声音信号的装置。在扬声器中，安培力使得音圈在磁场中振动，从而驱动振膜发出声音 。安培力的大小和方向决定了扬声器的音质和音量。
话筒中安培力作用
话筒是将声音信号转换为电信号的装置。在话筒中，声音信号通过振膜转换为机械振动，然后经过磁场的作用， 将机械振动转换为电信号。安培力在这个过程中起到了关键的作用，它使得话筒能够准确地捕捉声音并转换为相 应的电信号。
法拉第电磁感应定律联系
法拉第电磁感应定律表明，当穿过回 路的磁通量发生变化时，回路中就会 产生感应电动势。而安培力是磁场对 电流的作用力，因此安培力与电磁感 应现象密切相关。
当导体在磁场中运动时，如果导体中 的自由电荷随导体一起运动，那么这 些自由电荷就会受到洛伦兹力的作用 。洛伦兹力会使自由电荷发生定向移 动，从而形成感应电流。这个感应电 流又会受到安培力的作用，进一步影 响导体的运动状态。
高中物理新选修课件安培力的应用
安培力公式
安培力的大小可以通过公式F=BIL来计算，其中F为安培力，B为磁感应强度，I为电流强 度，L为导线在磁场中的有效长度。
安培力方向
安培力的方向可以用左手定则来判断，即伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都 与手掌在同一平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的 方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
03
动生和感生电动势的计算方法
根据法拉第电磁感应定律和洛伦兹力公式，可以推导出动生和感生电动
势的计算公式，从而计算出相应的电动势大小。
03
安培力在磁场中运动规律
洛伦兹力与霍尔效应
洛伦兹力
运动电荷在磁场中所受到的力，其方向垂直于磁场方向和电 荷运动方向所构成的平面，遵循左手定则。
霍尔效应
当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直 于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两 端产生电势差。
通过测量磁通量的变化率，可以计算出感应电动势的大小，从而了解电磁感应现 象的本质和规律。
动生和感生电动势计算
01 02
动生电动势
当导体在磁场中运动时，会在导体中产生动生电动势。动生电动势的大 小与导体的运动速度、磁场的磁感应强度以及导体与磁场的相对角度有 关。
感生电动势
当磁场发生变化时，会在导体中产生感生电动势。感生电动势的大小与 磁通量的变化率有关。
VS
无线电波接收
通过天线接收空中的电磁波，并将其转换 为高频电流。接收过程中的关键元件包括 接收器、解调器和放大器等。通过解调器 将高频信号还原为原始信号，实现信息的 接收和识别。
05
实验：测量安培力大小和方向
实验目的和器材准备
实验目的
安培力的大小可以通过公式F=BIL来计算，其中F为安培力，B为磁感应强度，I为电流强 度，L为导线在磁场中的有效长度。
安培力方向
安培力的方向可以用左手定则来判断，即伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都 与手掌在同一平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的 方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
03
动生和感生电动势的计算方法
根据法拉第电磁感应定律和洛伦兹力公式，可以推导出动生和感生电动
势的计算公式，从而计算出相应的电动势大小。
03
安培力在磁场中运动规律
洛伦兹力与霍尔效应
洛伦兹力
运动电荷在磁场中所受到的力，其方向垂直于磁场方向和电 荷运动方向所构成的平面，遵循左手定则。
霍尔效应
当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直 于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两 端产生电势差。
通过测量磁通量的变化率，可以计算出感应电动势的大小，从而了解电磁感应现 象的本质和规律。
动生和感生电动势计算
01 02
动生电动势
当导体在磁场中运动时，会在导体中产生动生电动势。动生电动势的大 小与导体的运动速度、磁场的磁感应强度以及导体与磁场的相对角度有 关。
感生电动势
当磁场发生变化时，会在导体中产生感生电动势。感生电动势的大小与 磁通量的变化率有关。
VS
无线电波接收
通过天线接收空中的电磁波，并将其转换 为高频电流。接收过程中的关键元件包括 接收器、解调器和放大器等。通过解调器 将高频信号还原为原始信号，实现信息的 接收和识别。
05
实验：测量安培力大小和方向
实验目的和器材准备
实验目的