第一章 第2节 安培力的应用-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第二册同步核心辅导与测评（教科版）

第2节　安培力的应用 新课程目标 核心素养 1.知道直流电动机的基本构造以及它的基本工作原理。 2.知道电磁炮的基本构造以及它的基本工作原理。 3.知道磁电式电流表的基本构造以及运用它测量电流的大小和方向的基本原理。 4.知道直流电动机和磁电式电流表的内部磁场的分布特点。 1.科学观点：知道直流电动机、磁电式电流表的基本构造及工作原理。 2.物理思维：进一步熟练掌握安培力公式及方向的判断。 3.科学探究：会用电流元法、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。 4.科学态度与责任：在了解直流电动机、电磁炮、磁电式电流表的原理的过程中，学会合作，培养学科学、爱科学的科学态度。 　直流电动机 1．定义：电动机是利用安培力使通电线圈转动，将电能转化为机械能的重要装置。 2．分类：电动机有直流电动机和交流电动机。 3．直流电动机由磁场(磁体)、转动线圈、滑环、电刷等组成，由直流电源供电。 4．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。 　电磁炮 1．定义：利用电磁系统中的安培力发射弹丸的一种先进的动能杀伤性武器，也叫轨道炮。 2．分类：分为电磁轨道炮、电磁线圈炮和重接炮三类。 3．原理：电流通过导轨A、B和弹丸，在导轨间形成强磁场，弹丸受到安培力的作用在导轨上以很大的加速度加速运动并发射出去。 4．电磁炮的优点和技术困难 (1)优点：方便携带、安全隐患小、发射稳定性好、射击精度高。 (2)技术困难：需要极短时间为电磁炮提供巨大能量。 　磁电式电流表 1．磁电式电流表的构造特点 (1)构造：永磁体、线圈、游丝、指针、极靴等。 (2)磁场特点：两极间的极靴和极靴中间的圆柱形的软铁芯，使极靴与圆柱间的磁场均匀地沿径向分布，这种磁场叫辐向磁场。 2．原理：通电线圈在磁场中受到安培力而偏转。线圈偏转的角度越大，被测电流就越大。 3．优缺点：优点是灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点是对过载很敏感。 [课前小练] 　思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)当电动机线圈与磁场垂直时，磁通量最大。(√) (2)电磁炮是将电能转化为机械能的装置。(√) (3)磁电式电流表内的磁场是匀强磁场。(×) (4)磁电式电流表表盘的刻度是均匀的。(√) (5)磁电式电流表指针的偏转是由于线圈受安培力的作用。(√) 　安培力的实际应用 [思维深化] 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．电磁炮 简单轨道炮主要有两条平行的金属轨道、电枢、弹丸和大功率脉冲电源组成 1、2—轨道，3—电枢，4—弹丸 轨道炮是利用轨道电流间相互作用的安培力把弹丸发射出去。它由两条平行的长直导轨组成，导轨间放置一质量较小的滑块作为弹丸。当两轨接入电源时，强大的电流从一导轨流入，经滑块从另一导轨流回时，在两导轨平面间产生强磁场，通电流的滑块在安培力的作用下，会以很大的速度射出。 3．磁电式电流表的原理分析 (1)磁电式电流表的工作原理 通电线圈在磁场中受到安培力作用而发生偏转。线圈偏转的角度越大，被测电流就越大；线圈偏转的方向不同，被测电流的方向不同。 (2)磁电式电流表的磁场特点 两磁极间装有极靴，极靴中间有铁质圆柱，使极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，保持线圈转动时，所受安培力的方向总与线圈平面垂直，使表盘刻度均匀。 (3)磁电式电流表的灵敏度 电流表的灵敏度：是指在通入相同电流的情况下，指针偏转角度的大小，偏角越大，灵敏度越高。 　如图所示为电动机模型，ab棒长为5 cm，共20匝，通入1 A电流，磁场的磁感应强度是0.5 T(当作匀强磁场考虑)，ab棒受到的安培力是多少？如果通入2 A的电流呢？ 解析：通入1 A电流时，ab棒受到的安培力： F1＝nI1LB＝20×1×0.05×0.5 N＝0.5 N， 通入2 A电流时，受到的安培力： F2＝nI2LB＝20×2×0.05×0.5 N＝1 N。 答案：0.5 N　1 N 　电磁炮的基本原理如图所示，一质量为M的弹体(包括金属杆EF的质量)静置于水平平行金属导轨最左端，金属杆与导轨垂直并接触良好，导轨宽为d，长为L，处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。现使金属杆通过的电流恒为I，把弹体从静止释放，金属杆与轨道摩擦