第二节 安培力的应用（教学课件）物理粤教版选择性必修第二册

第二节 安培力的应用 粤教版（2019）高中物理选择性必修第二册 第一章 磁场 @HY 新课引入 电流天平 磁电式电表 直流电动机 电流天平 磁电式电表 直流电动机 安培力在生活、生产和科研中有着广泛的应用 对于较难直接测量的安培力和磁感应强度，人们同样运用等效替代法，结合安培力的相关知识和现代电子技术，设计出了如图所示的电流天平． 普通天平是应用杠杆原理把被测物与已知质量的砝码进行力学平衡，利用等效替代法测量出被测物体的质量． 电流天平 电流天平 问题1：线圈所受安培力的方向是怎样的？大小怎样表示？ 如图所示是等臂电流天平的原理图。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，线圈平面与磁场垂直，磁场方向垂直于纸面向里。 （1）设磁感应强度为B ，当线圈中通入如图所示方向的电流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； 问题2：根据共点力平衡知识，天平平衡时，应满足什么样的关系？ 方向：竖直向上 大小：F安=nBIL 电流天平 如图所示是等臂电流天平的原理图。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，线圈平面与磁场垂直，磁场方向垂直于纸面向里。 问题1：此时，线圈所受安培力的方向又是怎样的？大小怎样表示？ 问题2：根据共点力平衡知识，此时，又应满足什么样的关系？ （2）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m为的砝码使天平再次平衡。 方向：竖直向下 大小：F安=nBIL 电流天平 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。 综合以上两式 可得磁感应强度测量值: 电流天平 如果把上述情境中的线圈换成如图所示的四种不同形状的线圈，其中通电线圈匝数相同，变成MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方。线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态。若磁场发生微小变化，哪一种天平最容易失去平衡？由此说明了什么？ M M M M N N N N (a) (b) (c) (d) 如图所示是磁电式电表内部结构示意图。 主要部件：蹄形磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧等 蹄形磁铁与铁芯间的磁场可看做是均匀辐射分布的，无论通电线圈转到什么位置，线圈的平面总与磁场方向平行。 【思考问题】 （1）线圈的转动是怎样产生的？ （2）线圈为什么不能一直转动下去？ 电流通过线圈时，线圈左右两边受到的安培力的方向相反 磁场力矩与游丝的反作用力矩相等时，电表指针渐渐停下来 磁电式电表 （3）为什么指针偏转角度的大小可以说明被测电流的强弱？ 电流越大，安培力越大，螺旋弹簧的形变也就越大。 （4）能否通过电表指针的偏转方向判断通过电表电流的方向？ 电流方向改变，安培力的方向随之改变，电表指针偏转的方向也随之改变。 蹄形磁铁与铁芯间的磁场可看做是均匀辐射分布的，无论通电线圈转到什么位置，线圈的平面总与磁场方向平行。 磁电式电表 （5）磁电式电流电流刻度为什么是均匀的？ 电流强度与指针偏转角度成正比 （6）磁电式电表的优点有哪些？ （7）磁电式电表的缺点有哪些？ （8）使用磁电式电表来测量较大的电流时，应当怎样做？ 蹄形磁铁与铁芯间的磁场可看做是均匀辐射分布的，无论通电线圈转到什么位置，线圈的平面总与磁场方向平行。 若要利用磁电式电表测量较大的电流值，需要根据电表改装方法扩大其量程。 磁电式电表灵敏度高，能够测出很弱的电流 缺点是线圈的导线很细，只允许通过很弱的电流。 磁电式电表 【课堂练习】磁电式电表的灵敏度较高，如果仅通过较小的电流就能使磁电式电表指针有显著的偏转，我们就认为该电表有较高的灵敏度。试根据磁电式电表的设计原理，简要列举提高磁电式电表灵敏度的办法，并说明相应的理由。 方法一：增加线圈匝数 方法二：增强电流计中永久磁 铁的磁感应强度 方法三：换用弹性较小的游丝 方法四：增大线圈面积 生活中装配了直流电动机的设备 原理：利用安培力使通电线圈转动 能量转化：电能转化成机械能 直流电动机 如图所示是直流电动机的内部结构示意图。 主要部件：蹄形磁铁、线圈、电刷和换向器 （1）当线圈位于如图所示的四种状态时，所受安培力的情况如何？ (a) 换向 换向 （2）直流电动机的线圈是如何实现连续不停地朝一个方向转动的？ 换向器的作用：改变线圈中电流流入的方向，保证线圈沿同一方向持续转动下去。 （3）直流电动机的优点是什么？ 直流电动机的优点是只需改变输入电流的大小，就能够直接调节电动机的转速，而输人电流的大小是较容易改变的，因此，直流电动机常被应用于需