第3章 第4节 安培力的应用-2021-2022学年高中物理选修3-1【名师导航】同步Word教参(粤教版)

第四节　安培力的应用 [学习目标]　1.[科学思维]掌握通电导体在磁场中受安培力作用而运动的规律．(重点)　2.[科学思维]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．(重点、难点)　3.[科学态度与责任]了解磁电式电表的构造及原理． 一、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，左边线框受到向上的安培力，在安培力作用下线框转动起来． 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，根据电流与偏角关系，可以得出电流的强弱． 1．正误判断 (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．要改变直流电动机的转动方向，可行方法有(　　) A．适当减小电流强度 B．适当减弱磁场 C．改变线圈中的电流方向或把磁铁两极对调 D．改变线圈中的电流方向的同时对调磁铁两极 C　[线圈的转动方向跟通入的电流方向和磁场方向有关，而与电流强弱、磁场强弱无关，但不可同时改变电流方向和磁场方向，故只有选项C正确．] 3．电流表中蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐射分布的，下列说法正确的是(　　) A．目的是使线圈平面始终与磁感线平行 B．目的是让磁铁和铁芯间形成匀强磁场 C．离转轴越远，越靠近磁极，因此磁感应强度越大 D．目的是使线圈平面始终与磁感线垂直 A　[辐射磁场的目的是使线圈平行于磁感线，线框在转动中安培力大小不变，A正确，D错误；辐射磁场各处磁感应强度方向不同，距离轴线越远磁场越弱，则B、C错误．] 安培力的实际应用 1．直流电动机的结构及原理分析 如图所示． a　　　　　　　b c　　　　　　　d (1)当线圈由位置d经位置a运动到位置b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；当线圈在位置b时，由于惯性继续转动； (2)当线圈由位置b经位置c运动到位置d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；当线圈在位置d时，由于惯性继续转动；然后，线圈重复以上过程转动下去． 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． 1．(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化为磁场能 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 AC　[直流电动机是因为受安培力而转动，故A正确；其正常工作时要消耗电能输出机械能，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，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，D错误．] 2．如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布，如图乙所示，边长为L的正方形线圈中通以电流I，线圈中的某一条a导线电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向里，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B，则(　　) A．该磁场是匀强磁场 B．该线圈的磁通量为BL2 C．a导线受到的安培力方向向下 D．b导线受到的安培力大小为BIL D　[匀强磁场应该是一系列平行的磁感线，方向相同，该磁场明显不是匀强磁场，故A错误；线圈与磁感线平行，故磁通量为零，故B错误；a导线电流方向垂直纸面向外，磁场方向向右，根据左手定则，安培力方向向上，故C错误；导线b始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小一直为ILB，故D正确．] 安培力作用下导体的运动问题 1．判断导体在磁场中运动情况的常规思路：不管是电流还是磁体，对通电