(讲义)第1章 2 安培力的应用-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(教科版2019)

2．安培力的应用 学习任务 1．进一步熟练掌握安培力公式及方向的判断。 2．知道直流电动机、电磁炮、磁电式电流表的基本构造及工作原理。 3．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。 (科学思维) 4．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。 (科学态度与责任) 知识点一　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．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。 1：思考辨析(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)直流电动机通过改变输入电压很容易调节转速，交流电动机不容易调速。 (√) 知识点二　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 (1)方便携带； (2)安全隐患小； (3)射击精度高。 2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)电磁炮是将电能转化为机械能的装置。 (√) (2)电磁炮的基本原理与直流电动机相同，即通电导体在磁场中受到力的作用。 (√) 知识点三　磁电式电流表 1．构造：在蹄形永磁体的两个磁极上各加一个软铁制的极靴；中心固定一个圆柱形的软铁芯，在极靴和铁芯间产生沿径向均匀分布的辐向磁场，线圈绕在铁芯上并连接在转轴上，轴的上、下两端各连有一盘游丝(螺旋弹簧)，指针固定在转轴上。 2．原理：通电线圈在磁场中受到安培力而偏转(如图)。 线圈偏转的角度越大，被测电流就越大。 3．优缺点：(1)优点：灵敏度高；(2)缺点：易烧坏。 　电流表中磁场分布有何特点呢？ 提示：均匀辐向磁场。 3：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)磁电式电流表内的磁铁和铁芯之间是均匀辐向分布的磁场，使线圈平面始终与磁感线平行。 (√) (2)磁电式电流表内的磁场的磁感应强度的方向处处相同，大小不等。 (×) 当通电导线垂直放置在磁场中时，会受到安培力作用，如果放在磁场中的不是一段通电导线，而是一个通电的矩形线圈会发生什么现象？ 提示：受到安培力而发生转动。 考点1　直流电动机 1．基本结构 如图所示为直流电动机模型 它由定子和转子两部分组成。 (1)定子：主要部分是磁极。 (2)转子：由电枢绕组(线圈)，换向器(两个铜半环)和转轴组成。 2．工作原理 直流电动机是利用线圈在磁场中受力转动的原理制成的。它把电能转化为机械能，给矩形线圈通电后，线圈便在安培力作用下绕轴转动。 3．直流电动机的起动力矩大，容易调整，广泛应用在电车、电力机车、矿井提升机等起重设备中。 【典例1】　如图所示，电动机模型的矩形线圈长边的长为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)，线圈长边一侧受到的最大安培力是多少？如果通入2 A的电流呢？ [解析]　通入1 A电流时，线圈长边一侧受到的最大安培力： F1＝nI1lB＝20×1×0.05×0.5 N＝0.5 N， 通入2 A电流时，受到的最大安培力： F2＝nI2lB＝20×2×0.05×0.5 N＝1 N。 [答案]　0.5 N　1 N [跟进训练] 1．(多选)几位同学课后讨论直流电动机时，有下面几种说法，你认为正确的是(　　) A．直流电动机将电能转化为机械能 B．直流电动机的电源是直流电，线圈中的电流方向是不变的 C．直流电动机中的换向器是由彼此绝缘的两个金属半圆环制成的 D．直流电动机的优点是容易改变转动方向，可以连续调节转动速度 ACD　[直流电动机将电能转化为机械能，故A正确；直流电动机的电源是直流电，但线圈中电流方向是改变的，故B错误；直流电动机中的换向器是由彼此绝缘的两个金属半圆环制成的，故C正确；线圈中电流的大小决定了线圈转动的快慢，所以直流电动机的优点是容易改变转动方向，可以连续调节转动速度，故D正确。] 考点2　安培力作用下导体的运动问题 1．判断安培力作用下通电导体的运动方向的思路 (1)首先应画出通电导体(或通电线圈)所在位置的磁感线方向。 (2)根据左手定则确定通电导体(或通电线圈)所受安培力的方向。 (3)由通电导体(或通电线圈)的受力情况判断通电导体(或通电线圈)的运动方向。 2．五种常用方法 电流元法 把整段导线分为许多段直线电流元，先用左手定则判断每段