1.2 安培力的应用（word教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修2（粤教版）

第二节　安培力的应用 学习目标 核心素养 1.掌握通电导体在磁场中受安培力作用而运动的规律。 2.知道磁电式电表的基本构造及运用它测量电流大小和方向的基本原理。 3.了解直流电动机的原理。理解通电线圈在磁场中受安培力作用而转动的规律。 物理观念：直流电动机、磁电式电表 科学思维：1.用电流元法、特殊位置法、等效法、结论法、转化法分析导体在安培力作用下的运动和平衡问题 2.解决安培力作用下的实际问题及分析安培力作用下的力学综合问题 授课提示：对应学生用书第5页 [知识梳理] 一、电流天平 等臂电流天平的原理图如图所示。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，使线圈平面与磁场垂直，磁场方向垂直于纸面向里。当线圈中通入图示方向的电流I时，在天平左、右两边加上质量分别为m1、m2的砝码使天平平衡，设磁场磁感应强度为B，根据左手定则、安培力表达式和平衡条件，有m1g＝m2g－nBIL，保持线圈中电流的大小不变，使电流方向反向。通过在天平左盘加上质量为m的砝码使天平再次平衡，则有(m1＋m)g＝m2g＋nBIL。综合以上两式，可得该匀强磁场的磁感应强度测量值B＝。 电流天平常用于实验室中测量两平行通电导体之间的相互作用力和磁感应强度。 二、磁电式电表 1．装置：磁电式电流表是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，在铝框上绕有铜线圈。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这两个螺旋弹簧上，被测电流经过这两个弹簧流入线圈。 2.原理：如图所示，当电流通过线圈时，线圈上跟铁芯轴线平行的两边受到安培力产生力矩，使线圈发生转动。同时由于螺旋弹簧被扭转，产生一个阻碍线圈转动的力矩，最终达到平衡。线圈转动的角度由指针显示出来，根据电流与偏转角度的关系，可以得出电流的强弱。 三、直流电动机 1．分类：电动机有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。 2．原理：如图所示，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，在安培力作用下线框转动起来。 [自主评价] 1．判断正误 (1)电动机是利用安培力使线圈转动的。(√) (2)电动机工作时，将其他形式的能转化为电能。(×) (3)电动机的转速可通过改变输入电压调节。(√) (4)磁电式电表只能测定电流的大小，不能确定被测电流的方向。(×) (5)磁电式电表的线圈受到的安培力始终与线圈平面垂直。(√) 2．情景思考 用磁电式电流表测量电流时，通电线圈的左右两边受到的安培力的大小是否随着线圈的转动而变化？ 提示：通电线圈在安培力作用下转动时，安培力总与磁感应强度的方向垂直，线圈所在处磁感应强度的大小不变，故线圈左右两边受到的安培力的大小不变。 授课提示：对应学生用书第5页 要点一　安培力的实际应用 1．电流天平 (1)原理：等效替代法结合安培力平衡。 (2)根据左手定则、安培力表达式和平衡条件，有 m1g＝m2g－nBIL，(m1＋m)g＝m2g＋nBIL 综合以上两式，可得该匀强磁场的磁感应强度。 2．磁电式电流表的原理分析 (1)偏转原理 (2)偏转角度 设线圈所在处的磁场的磁感应强度为B，线框边长为L，宽度为d，匝数为n，通入电流为I时，转过的角度为θ，由相关的知识可以知道θ＝I，由此可以看出，偏转角度正比于电流。 3．直流电动机的结构及原理分析(如图所示) a　　　　　　　b c　　　　　　　d (1)当线圈由图d位置经图a位置运动到图b位置时，图中左边受力方向向上，右边受力方向向下，使线圈顺时针转动；当线圈在图b位置时，由于惯性继续转动； (2)当线圈由图b位置经图c位置运动到图d位置时，由于电流换向，图中左边受力方向向上，右边受力方向向下，使线圈继续顺时针转动；当线圈在图d位置时，由于惯性继续转动；然后，线圈重复以上过程转动下去。 　(多选)关于直流电动机，下列说法正确的是(　　) A．直流电动机的工作原理是磁场对电流的作用 B．直流电动机正常工作时将电能转换成磁场能 C．直流电动机的换向器是两个彼此绝缘的半铜环组成的 D．电源的正负极和磁场的方向都改变，直流电动机的转动方向也改变 [解析]　直流电动机是因为受安培力而转动，故A正确；其正常工作时将电能转换成机械能，故B错误；为了保证直流电动机中的线圈在一周之内的转动过程中，线圈中的电流正好换向，必须有一个改变电流方向的装置——换向器，它必须由两部分组成且彼此绝缘，能随线圈一起转动，故C正确；直流电动机的转动方向由电流方向和磁场方向共同决定，因此如果两方向同时改变其转动方向不变，故D错误。 [答案]　AC 针对训练 1．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匀辐向分