5.1 安培力（2）安培力的应用 课件-2022-2023学年高二下学期物理沪科版（2020）选择性必修第二册

第五章 磁场 第一节 安培力（2） 安培力的应用 选修系列 前文回顾 遵循左手定则 安培力的方向： 安培力的大小： F = BIL sinθ （1）当 I⊥B ，且为匀强磁场，此时电流所受的安培力最大。 （2）当 I∥B，电流所受的安培力最小，等于零。 （3）当导线方向与磁场方向 成 θ 角时，所受安培力介于最大值和最小值之间 重要结论： 同向电流相互吸引。 反向电流相互排斥。 B c b d a I 37.5g O 如图所示是电流天平原理示意图，使用电流天平可测量通电导线在磁场中所受安培力。长方形线圈abcd共绕15匝，底边bc长5cm，挂在等臂天平的左端，并使线圈的bc边水平地悬于某一匀强磁场中，线圈平面跟磁场垂直。先使天平保持平衡，然后在线圈内通入0.5A 的电流，天平失去平衡。设此时右盘上升，为使天平重新达到平衡，需在右端盘内再加入37.5g 砝码。求： （1）线圈中电流的方向； （2）匀强磁场的磁感应强度大小。 示例1电流天平 每一条都会受到安培力的作用，因此n匝线圈通过电流I 受到的安培力可以等效为单匝线圈通过nI 大小的电流受到的安培力。 分析： 3 B c b d a I 37.5g O F安 mg （1）线圈通电流后，ab 边和cd 边在磁场部分所受的安培力沿水平方向等值反向而彼此平衡； bc 边所受安培力方向应竖直向下，才会导致右盘上升而使天平失去平衡，由左手定则可判断线圈中的电流方向是a → b → c → d。 解： F安 F安 （2）由于天平两臂等长，为使天平重新平衡，bc边n匝导线所受的安培力应该等于天平右端增加的砝码的重力。设bc边长为L，通过线圈的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，天平右端增加的砝码质量为Δm，则有 示例1电流天平 4 M N E r 30° 30° 立体图 如图所示，相距L=10cm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=3V、内阻r=0.5Ω的电源，垂直于导轨平面有一匀强磁场，将质量m=10g的金属棒垂直放在平行导轨上，金属棒恰能静止不动。若两导轨间金属棒的电阻R=1Ω，试回答： （1）垂直于导轨平面的磁场方向是向上还是向下？ （2）磁场的磁感应强度大小是多少？（导轨与金属棒接触良好，导轨与金属棒间摩擦力以及导轨电阻不计） 示例2斜面磁场中的电路 涉及到哪些重要知识点： 通电导体在磁场中受到安培力 闭合电路欧姆定律 受力分析 正交分解 5 M N E r 30° 30° 30° B I mg FN F安 侧视图 立体图 示例2斜面磁场中的电路 画出正视图 以平行导轨上的金属棒为研究对象进行受力分析 mgsinθ mgcosθ 由于金属棒处于静止状态，则根据力的平衡条件，金属棒所受重力在斜面方向上的分力与安培力大小相等、方向相反，设通过金属棒的电流为 I，则有 解： 由闭合电路欧姆定律 B 6 B I 正视图 立体图 F安 F安 画出正视图 I B 请同学们仔细观察以下环形线圈在匀强磁场中，线圈将会如何运动 7 无论是指针式电压表还是电流表或多用电表，原理都是利用磁场对通电小线圈的安培力使线圈偏转带动指针指示示数，从而达到测量的目的，所以这类电表叫做磁电式电表。 在一个磁场很强的蹄形磁体的两极间可以转动的线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针。蹄形磁体两极和铁芯间的磁场是均匀地沿半径方向分布的。不管通电线圈转到什么角度，线圈平面都跟磁感线平行。当电流通过线圈的时候，线圈上跟铁芯轴线平行的两边都受到安培力，由左手定则可以判定，这两个力方向相反，使线圈发生转动。 线圈转动时，螺旋弹簧变形，阻碍线圈的转动，阻力大小随线圈转动角度的增大而增大，从而使指针稳定在相应的偏转角度。 示例3磁电式电表 8 F安 F安 I F安 F安 I 磁电式电表（立体彩图） 磁电式电表（正视彩图） 通电线圈在安培力作用下发生转动 示例3磁电式电表 9 示例4动圈式扬声器 动圈式扬声器及原理简图 扬声器是一种将电信号转换成声音的器件，可以由一个或多个组成音响组。动圈式扬声器的结构如图所示，线圈（音圈）安放在磁体磁极间的空隙中能够自由运动，按音频变化的电流通过线圈，线圈在磁场中受到安培力作用使线圈运动，运动的方向和大小根据输入信号的大小和方向而变化。纸盆与线圈连接，线圈带动纸盆振动，从而产生声音。 示例5电磁炮 电磁炮原理图 I F 传统的化学能火炮在发射过程中，后部的火药被点燃，造成气体体积迅速膨胀，推动弹体在炮膛里加速前进。传统的化学能火炮的射程受到出膛速度的限制。 电磁炮是利用电磁系统中磁场产生的安培力来对抛射体（金属炮弹）加速，使其获得打击目标所需的动能。 根据动能定理： 课堂小结 安培力的应用 电子天平 斜面磁场中的电路 磁电式电表 动圈式扬声器及原理