2. 安培力的应用（教学课件）物理教科版选择性必修第二册

第二节 安培力的应用 教科版（2019）高中物理选择性必修第二册 @HY 第一章 磁场对电流的作用 磁电式电流表 直流电动机 安培力在生活、生产和科研中有着广泛的应用 新课引入 直流电动机 电磁炮 电磁炮 电流表 如图所示是直流电动机的内部结构示意图。 主要部件：磁体、线圈、滑环（换向器）、电刷等组成 活动探究 新课引入 直流电动机 电磁炮 电流表 (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 新课引入 直流电动机 电磁炮 电流表 （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要调速的设备。 新课引入 直流电动机 电磁炮 电流表 新课引入 直流电动机 电磁炮 电流表 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．优点：重量轻、安全稳定、射程远、高精度等 4．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。 新课引入 直流电动机 电磁炮 电流表 谈论交流 可以看出来，电磁炮的原理并不复杂，为什么在过去的实战中我们很少见到它的身影呢？它的主要技术难点会在哪里？ 技术难题：电磁炮需要解决散热冷却、炮管材料强度、炮弹精度等问题。例如，电磁炮在发射过程中会产生大量热能，需要有效的散热系统；炮管和加速轨道需要承受极高电流和压力，这对材料要求极高。 能源需求：电磁炮需要巨大的电力供应，这在舰船上是一个重大挑战。美国海军在电磁炮项目上的失败部分原因就是无法解决连续作战时的供电问题。 成本问题：尽管电磁炮的炮弹成本低廉，但整个系统的研发和维护成本非常高昂。美国在电磁炮项目上的投入巨大，但最终因成本和技术问题放弃了该项目。 新课引入 直流电动机 电磁炮 电流表 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 观察思考 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 新课引入 直流电动机 电磁炮 电流表 （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。 新课引入 直流电动机 电磁炮 电流表 （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。 新课引入 直流电动机 电磁炮 电流表 ACD 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 课堂练习 2、(多选)关于磁电式电流表内的磁体和铁芯之间的均匀辐向分布的磁场，下列说法正确的是(　　) A．该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向相同 B．该磁场的磁感应强度的方向处处相同，大小不等 C．使线圈平面始终与磁感线平行 D．该磁场中距轴线等距离处的磁感应强度大小都相等 CD 课堂练习 3.(多选)如图，电磁炮是一种新型的炮弹发射装置，根据磁场对电流会产生作用力的原理,下列结论中正确的是(　　) A.要使炮弹沿导轨向右发射，必须通以自M向N的电流 B.要想提高炮弹的发射速度，可适当增大电流 C.要想提高炮弹的发射速度，可适当减少磁感应强度 D.使电流和磁感应强度的方向同时反向，炮弹的发射方向亦将随之反向 AB 课堂练习 4、电磁炮是一种理想的兵器，其原理如图所示，利用此装置可以把质量为2.2 g的弹体(包括金属杆CD的质量)加速到v=10 km/s。若这种装置的轨道宽L=2 m，长s=100 m，通过的电流为I=10A，忽略轨道摩擦。 (1)轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为多少？ (2)磁场力的最大功率P为多少? 解：(1)弹体运动的加速度 由2as＝v2，得a＝ v2 / 2s ＝ 5×105 m/s2 轨道间的磁感应强度 由BIL＝ma，得B＝ ma /IL =55 T (2)磁场力的最大功率 P＝Fv＝BILv＝1.1×107 W 课堂练习 $$