3.4安培力的应用
2014-2015学年高二物理粤教版选修3-1课件：3.4 安培力的应用
三、导线在安培力作用下的平衡 问题
例 4 如图所示，光滑导轨与水 平面成 α 角，导轨宽 L.有大小 为 B 的匀强磁场，方向垂直导 轨面，金属杆长为 L，质量为 m，水平放在导轨上.当回路中 通过电流时，金属杆正好能静 止.求：电流的大小为多大？ 磁感应强度的方向如何？
一、直流电动机及磁电式电表的原理
例 1 (单选)如图中①②③所示， 在匀强磁场中，有三个通电线 圈处于如图所示的位置，则
(B ) A.三个线圈都可以绕 OO′轴
转动
B. 只 有 ② 中 的 线 圈 可 以 绕 OO′轴转动
C.只 有 ①② 中 的 线 圈 可 以 绕 OO′轴转动
D.只 有 ②③ 中 的 线 圈 可 以 绕 OO′轴转动
解析 从侧面对棒受力分析如 图，安培力的方向由左手定则判 出为水平向右，
F＝ILB＝5×0.2×0.6 N＝0.6 N. 由平衡条件得重力 mg＝tanF37°＝0.8 N.
答案 0.8 N
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再见
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高中物理·选修3-1·粤教版
第三章 磁 场
3.4 安培力的应用
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1 知道直流电动机、磁电式电表的基本构造及工作原理. 2 会分析导线在安培力作用下的转动与平衡问题.
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一、直流电动机 1.安培力 机械能 直流 单相交流电动机 2.向下 向上 3.输入电压 二、磁电式电表 1.磁铁 线圈 2.电流 安培力 指针偏角
34安培力的应用
5、在倾角为θ 的斜面上，放置一段通有电流强度 为I，长度为L，质量为m的导体棒a，(通电方向垂 直纸面向里)，如图所示，斜面光滑。 ⑴欲使导体棒静止在斜面上，应加匀强磁场，磁感 应强度B最小值是多少? ⑵如果要求导体棒a静止在斜面上且对斜面无压力， 则所加匀强磁场磁感应强度又如何?
⑶棒与斜面间动摩擦因数μ <tanθ 。求⑴⑵ ⊕a α
s g v0 s t 2h
ms g Q BL 2h
线圈平面与磁感线平行时， （α = 0°） 磁力矩M=nBIScosα 磁力矩最大=nBIS
线圈平面与磁感线垂直时， （α = 90°） 磁力矩M=nBIScosα 磁力矩最小=0
三、安培力的应用
1、磁感应强度B，一般恒定，可能变化 2、电路分析——欧姆定律，E=I(R+r) 3、受力分析——重点在平衡，F合= 0
M总=nBIS
匀强磁场对闭合的通电线圈的合力总为0，合力矩 的大小为M=nBIS n：线圈匝数，S：线圈面积， α :线圈平面与磁 感应强度B的夹角
三、磁电式电表
0 Ig
在实验中使用的电压表和电流表，实际上是 由表头和电阻串联或并联而成的，表头实际上就 是一个小量程的电流表，有时称之为灵敏电流计， 常用的表头主要组成部分为永久磁铁和放在永久 磁铁中的可以转动的线圈组成的，其工作原理是 当线圈中有电流通过时，通电线圈在永久磁铁所 形成的磁场中受到磁场力的作用而偏转，随着电 流的增大，线圈的偏转角度增大，于是指针所指 示的测量值就大 通过表头的电流增大时，显然说明表头两端 的电压也随之增大．所以我们可以在表头上描绘 出相应的刻度，从而用来测量电流和电压．
O
F1
F2
F3
O
L1
L3
2011高二物理：3.4_安培力的应用_课件(粤教版选修3-1)
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．
高中物理 第三章 磁场 3_4安培力应用(1)----视图处理学案新人教版选修3-1
§3.4安培力应用（1）----视图处理【学习目标】1．熟练运用左手定则判断安培力方向2．能合理选择观察视角分析电流受力3．能进行有关安培力的计算【学习过程】学习任务：正确选择视图、受力分析平面化情景：如下面图示三种情况问题：怎样观察才能在同一平面内对导体进行有效的受力分析？例题：质量为m的导体棒MN静止于宽度为L的水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与导轨平面成θ角斜向下，如图所示，求MN所受的支持力和摩擦力的大小。
应用：电源电动势E＝2V，r＝0.5Ω，竖直导轨电阻可略，金属棒的质量m＝0.1kg，R=0.5Ω，它与导体轨道的动摩擦因数μ＝0.4，有效长度0.2 m，为使金属棒不下滑，我们施一与纸面夹角为600且与导线垂直向外的磁场（g=10 m/s2），求：（1）此磁场是斜向上还是斜向下？（2）B的范围是多少？问题：如图所示，通电直导线ab质量为m、长为L，水平放置在倾角为θ的光滑斜面上，斜面宽也为L，通以图示方向的电流，电流为I，要求导线ab静止在斜面上。
(1)若磁场的方向竖直向上，则磁感应强度为多大？(2)若要求磁感应强度最小，则磁感应强度为多少？方向如何？练习：如图所示，光滑的平行导轨倾角为θ，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，导轨中接入电动势为E、内阻为r的直流电源，电路中有一阻值为R的电阻，其余电阻不计，将质量为m，长度为L的导体棒由静止释放，求导体棒在释放瞬间的加速度的大小。
拓展：质量为m＝0.02 kg的通电细杆ab置于倾角为θ＝37°的平行放置的导轨上，导轨的宽度d＝0.2 m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ＝0.4，磁感应强度B＝2 T 的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图所示。
现调节滑动变阻器的触头，试求出为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流范围为多少？【课后作业】（）1. 质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的导轨上，导轨的宽度为d，杆ab 与导轨间的摩擦因数为μ，有电流时，ab恰好在导轨上静止，如图所示。
3-4安培力的应用
例 5 、如图 3 － 2 － 10 所示，条形磁铁放在水平桌 面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导 线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向里的电流， 用N表示磁铁对桌面的压力的反作用力，用f表示 桌面对磁铁的摩擦力，导线中通电后与通电前相 比较( ) A．N减小，f＝0 B．N减小，f≠0 C．N增大，f＝0 D．N增大，f≠0 图3－2－10
例10、质量为m＝0.02 kg的通电细杆ab置于倾角为 θ＝ 37°的平行放置的导轨上，导轨的宽度 d ＝ 0.2 m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ＝0.4，磁感应强 度 B＝2 T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下， 如图3－2－8所示．现调节滑动变阻器的触头，试 求出为使杆 ab 静止不动，通挂在磁铁N极附 近：磁铁处于水平位置和线圈在同一平面内， 且磁铁的轴线经过线圈圆心，线圈将[ ] A．转动同时靠近磁铁 B．转动同时离开磁铁 C．不转动，只靠近磁铁 D．不转动，只离开磁铁
例3、在光滑的水平杆上有两个通有同方向的金属圆环， 则两环的运动情况是 A. 彼此相向运动，具有大小相等的加速度 B. 彼此相向运动，电流大的加速度大 C. 彼此相向运动，质量小的速度大 D. 彼此背向运动，质量大的速度小
B．向纸外平动
C．N极向纸外，S极向纸内转动 D．N极向纸内，S极向纸外转动
三、安培力作用下的物体平衡
1 ．有安培力参与的物体平衡，此平衡与前面所讲 的物体平衡一样，也是利用物体平衡条件解题．只 是多了一个安培力而已．
2 ．与闭合电路欧姆定律相结合的题目，主要应用： (1)闭合电路欧姆定律； (2)求安培力用公式F＝BIL； (3)物体平衡条件．
解析：选 C.如图所示，画出一条通过电流 I处 的磁感线，电流I处的磁场方向水平向左，由 左手定则知电流I受安培力方向竖直向上，根 据牛顿第三定律知，电流对磁铁的作用力方 向竖直向下，所以磁铁对桌面压力增大，由 于磁铁没有相对于桌面的运动趋势，故桌面 对磁铁无摩擦力作用．
2022-2021学年高二物理粤教版选修3-1 3.4 安培力的应用 课件（24张）
第四节 安培力的应用
一、直流电动机 1．构造：主要由__磁__铁____、___线__圈___、___电__刷___等． 2．工作原理：安培力的_磁__力__矩__使线圈在磁场中转动． 3．电动机有直流电动机与交流电动机，直流电动机的 突出优点就是通过改变输入___电__压__很容易调节它的 ___转__速___，调节输入电压的方式就是在电路中增加滑动 变阻器，而交流电动机的调速不太方便．
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。
线例圈1中在导匀线强受磁场中线，圈有中三导个线通受电线线圈圈处中于导 力如在图水所平示方的向位置，则一(转动力) 矩 线不受力
A．三个线圈都可以绕OO′轴转动 B．只有②中的线圈可以绕OO′轴转动 C．只有①②中的线圈可以绕OO′轴转动 D．只有②③中的线圈可以绕OO′轴转动
解析 电流元法：把电流CD等效成CO、OD 两段电流．由安培定则画出CO、OD所在位 置的AB电流的磁场，由左手定则可判断CO、 OD受力如图甲所示，导线CD逆时针转动． 特殊位置法：让CD逆时针转动90°，如图乙， 并画出CD此时位置AB电流的磁感线分布， 据左手定则可判断CD受力垂直于纸面向里， 可见导线CD靠近导线AB. 答案 D
一、直流电动机
1. 电 动 机 的 工 作 原 理 ： 通 电 线 圈 在 安 培力作用下的转动。 2.能量转化：把电能转化为机械能。 3.电动机分类：直流电动机和交流电 动机。 交流电动机又分为单相交流电动机和 三相交流电动机．
4.直流电动机的运转过程：
5．运动分析：如图 甲，当电流通过线圈时，右边线框 受到的安培力方向向下，左边线框受到的安培力方向向 上，在安培力的作用下线框转动起来． 6．调速办法：直流电动机突出的优点是可以通过改变 电压大小调节其转速，而交流电动机的调速比较复杂．
高中物理新选修课件安培力的应用
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
物理粤教版选修3-1学案：知识导学 3-4-安培力的应用
第四节安培力的应用问题探究如图3-4-1，把一个可绕固定转轴OO′转动的线圈abcd放入匀强磁场中，线圈平面平行于磁场方向.给线圈通以如图方向的恒定电流后，线圈将如何运动？图3-4-1解析：通电导体在磁场中要受到安培力作用.ab边和cd边中电流方向和磁场方向平行.因此这两边不受磁场力.由左手定则可知，ac边所受安培力的方向指向纸内；bd边所受安培力的方向指向纸外.因此，线圈受这两边力矩的作用，绕OO′轴转动.答案：绕OO′轴转动.自学导引1.电流表是测量_______________的电学仪器，我们在实验时经常使用的电流表是_______________电流表.答案：电流磁电式2.电动机有_______________与_______________，直流电动机的突出优点就是通过改变_______________很容易调节它的转速，而交流电动机的调速不太方便.答案：直流电动机交流电动机输入电压3.交流电动机可分为_______________与_______________.答案：单相交流电动机三相交流电动机4.不论是电动机，还是磁电式电流表，都是磁场中的线圈受到安培力作用而旋转起来的.线圈所在的磁场是______________________分布的，这样做的目的是_____________________.答案：均匀辐射保证通电线圈不管转到什么角度，线圈的平面都跟磁感线平行5.对于磁电式电流表，我们根据指针偏转角度的大小可以知道被测电流的强弱，这是因为磁场对电流的作用力跟电流成______________，因而线圈中的电流越大，安培力的转动作用也______________，线圈和指针偏转的角度也就______________.答案：正比越大越大6.磁电式仪表的优点是______________，可以测出______________的电流；缺点是______________，允许通过的______________，如果通过的电流______________，很容易把它______________，我们在使用时应该注意.答案：灵敏度高很弱绕制线圈的导线很细电流很弱超过允许值烧坏疑难剖析磁电式仪表的工作原理【例1】如图3-4-2是电流表内部构造图，其转动部分由圆柱形铁芯、铝框、线圈、轴和螺旋弹簧组成.试说明铁芯、铝框和螺旋弹簧的作用各是什么？图3-4-2解析：铁芯的作用是和蹄形磁铁一起形成辐轴状磁场，因而使线圈所受的安培力矩M=NBIS不受偏转角度的影响；铝框的作用是在线框转动时起电磁阻尼作用；螺旋弹簧的作用是产生和线圈的电磁力矩平衡的弹力矩，和胡克定律类似，弹力大小和转动角度成正比，因此弹力矩也和转动角度成正比，有kα=NBIS，I∝α.可见这种磁电式电表的刻度是均匀的.电动机原理【例2】如图3-4-3所示，把一个可以绕水平轴转动的铝盘放在蹄形磁铁之间，盘的下边缘浸在导电液体中.把转轴和导电液体分别接到直流电源的两极上，铝盘就会转动起来.为什么?用什么方法可以改变铝盘的转动方向?图3-4-3解析：由于铝盘是良好的导体，我们可以把铝盘看成是由许多条金属棒拼合而成（可以与自行车轮胎上的辐条类比）.接通电源后，电流从铝盘中心O处流向盘与导电液的接触处，从导电液中的引出导线流出，而这股电流恰好处在一个与电流垂直的磁场中，由左手定则可以判断出它受到一个与盘面平行的安培力作用，这个力对转轴的力矩不为零，所以在通电后铝盘开始转动起来.如果对铝盘通以一恒定的电流，则铝盘就会不停地转动下去，当阻力的力矩与安培力力矩相等时铝盘就匀速转动.由安培定则不难看出，要改变铝盘的转动方向，我们可以改变电流方向或是改变磁场的方向.关于安培力的综合计算【例3】如图3-4-4所示，光滑导轨与水平面成α角，导轨宽L.匀强磁场磁感应强度为B.金属杆长也为L，质量为m，水平放在导轨上.当回路总电流为I1时，金属杆正好能静止.求：图3-4-4(1)B至少多大？这时B的方向如何？(2)若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上，应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止？图3-4-5解答：如图3-4-5，画出金属杆的截面图.由三角形定则得，只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小，B 也最小.根据左手定则，这时B 应垂直于导轨平面向上，大小满足：BI 1L =mg sin α，B =mg sin α/I 1L .当B 的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，沿导轨方向合力为零，得BI 2L cos α=mg sin α，I 2=I 1/cos α.温馨提示：在解这类题时必须画出截面图，只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向，从而弄清各矢量方向间的关系.拓展迁移 测磁场的磁感应强度1.在赤道上，地磁场可看成是沿南北方向的匀强磁场.若赤道上有一根沿东西方向放置的导线，长20 m ，通有30 A 的电流.测得导线所受安培力为0.03 N ，赤道上地磁场的磁感应强度为多大？答案：0.50×10-4T2.还有其他方法测磁感应强度吗？答案：其实还有很多方法测量磁场的磁感应强度. 我们知道，磁场具有能量，磁场中单位体积具有的能量叫能量密度，其值为μ22B ，式中B 是磁感应强度，μ是磁导率，在空气中μ为一已知常数.为了近似测得条形磁铁极端附近的磁感应强度B ，我们可以用一根端面面积为A 的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P ，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离Δl ，并测出拉力F ，因为F 所做的功等于间隙中磁场的能量，所以由此可测出磁感应强度)2(A F B B μ=.该实验利用功能原理对磁场进行测量.。
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第四节安培力的应用
一、教学内容分析
（一）、内容和地位
在《普通高中物理课程标准》选修3-1的内容标准中涉及本节的内容有“了解磁电式电表的结构和工作原理”。
本节内容为物理选修3－1中第三章磁场中第四节的教学内容，它处在探究安培力之后，起到对安培力的巩固作用，同时又拓展了学生的知识面。
这一节的内容要求学生在实验与探究的基础上展开讨论加深对安培力的理解内容。
（二）、教学目标
1、知识与技能
·通过实验与探究，了解直流电动机的原理。
·通过观察与思考，了解磁电式电表的原理。
2、过程与方法
·经历探究直流电动机工作原理的过程，认识物理实验在提高直流电动机性能中的作用。
3、情感态度与价值观
·了解电动机的研制简史，体会科学理论催化技术发明的巨大作用，体验科学家探索自然规律的艰辛。
（三）教学重点与难点
·通电线圈在匀强磁场中所受安培力矩及磁电式电流表的工作原理。
二、教学方法
（一）教法
采用“实验探究、分析归纳、讨论分析”等方法，让学生经历知识的由来过程，激发学生的兴趣，从而形成自己的知识技能。
在教学过程中采用多媒体手段，增进教学的直观性，加大课堂密度，提高教学效率。
（二）学法
在教学过程中让学生经历探究、讨论、分析、推理、运用等过程，充分提高学生的探究、分析、推理能力，发展学生的合理推理意识，培养学生主动探究的良好学习习惯。
三、教具
多媒体平台
四、教学过程
电流表
的组成：永
久磁铁、铁
芯、线圈、
螺旋弹簧、
指针、刻度
盘.（最基本
的是磁铁和
线圈）
注意：a、铁芯、线圈和指针是一个整体；b、蹄形磁铁内置软铁是为了（和铁芯一起）造就辐向磁场；c、铁芯转动时螺旋弹簧会形变。
［投影课本图3-4-4］
［思考1］电流表中磁场分布有何特点呢？［讲解］电流
表中的磁场在
磁铁与铁芯之
间是均匀辐向
分布的.
［思考2］什么
是均匀辐向分
布呢？
［讲解］所谓均匀辐向分布，就是说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圈上，各点的磁感应强度B的大小是相等的.
（2）电流表的工作原理
引导学生弄清楚以下几点：
①线圈的转动是怎样产生的?
②线圈为什么不一直转下去？
③为什么指针偏转角度的大小可以说明
被测电流的强弱?
④使用时要特别注意什么?
课件演示的工作原理。
小结引导学生小结参与本节课知
识的小结
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完成相关练习。
通过练习使
学生熟悉和
巩固本节课
的内容
五、板书设计
第四节安培力的应用
一、直流电动机
1、直流电动机的结构
2、直流电动机的原理
二、磁电式电表
1、电流表的组成及磁场分布
2、电流表的工作原理
六、教学反思。