1.2 安培力的应用 课件 -2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

复习任务群一 第一章　磁场对电流的作用 2　安培力的应用 1 学习任务目标 1.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。(科学思维) 2.会分析导体在安培力作用下的运动和平衡问题。(科学思维) 3.在了解直流电动机、电磁炮、磁电式电流表的原理的过程中，培养学科学、爱科学的科学态度。(科学态度与责任) 2 问题式预习 知识点　安培力的应用 1．直流电动机 (1)构造：如图所示是一个直流电动机的工作模型，由磁场(磁体)、____________、滑环(两个半圆环A和B)、电刷及电源组成。 转动线圈 3 (2)原理：当电流由半圆环A流入时，则从B流出；当电流由B流入时，则从A流出。因此，滑环在其中起一个换向器的作用。当线圈通电后，由于受到_________的作用，线圈在磁场中旋转起来。 (3)电动机分类：①______电动机。②______电动机；交流电动机应用：电风扇、洗衣机、抽油烟机、吸尘器等。 安培力 直流 交流 4 2．电磁炮 (1)原理：如图所示，当两导轨接入电源时，强大的电流I从导轨A流入，经弹丸从另一导轨B流回，两导轨中的强电流在两导轨间产生强磁场，磁场方向____________。利用左手定则可以判定，弹丸受到的安培力方向____________，它将在导轨上以很大的加速度做加速运动，最终高速发射出去。 (2)优点：发射稳定性好，初速度___，射程远，并且具有很高的射击精度。 竖直向上 水平向右 大 3．磁电式电流表 (1)装置：磁电式电流表是在蹄形永磁体的两极间有一个固定的圆柱形软铁芯，铁芯外面套有一个可以转动的铝框，在铝框上绕有线圈。铝框的转轴上装有两根游丝(即螺旋弹簧)和一个指针。线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流通过这两个弹簧流入线圈。 (2)原理：如图所示，当电流通过线圈时，磁场对线圈产生_________，使线圈偏转。线圈偏转时，游丝发生形变，产生的______阻止线圈继续偏转。当弹力与安培力的作用使线圈达到______时，指针所指的位置就反映出____________的大小。 安培力 弹力 平衡 待测电流 [判一判] 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。 (　　) 3．电磁炮是将电能转化为机械能的装置。 (　　) 4．磁电式电流表内的磁场是匀强磁场。 (　　) 5．磁电式电流表表盘的刻度是均匀的。 (　　) 6．磁电式电流表指针的偏转是由于线圈受安培力的作用。 (　　) √ √ √ × √ √ 任务型课堂 任务一　安培力在各种电器中的应用 1．(多选)实验室经常使用的电流表是磁电式电流表。这种电流表的构造如图甲所示。蹄形磁体和铁芯间的磁场均匀辐向分布。当线圈通以如图乙所示的稳恒电流(b端电流流向垂直纸面向内)时，下列说法正确的是 (　　) A. 当线圈在如图乙所示的位置时，b端受到的安培力方向向上 B. 线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动 C. 线圈通过的电流越大，指针偏转角度越小 D. 该电流表表盘刻度均匀 √ √ 9 2．如图甲所示为“海影号”电磁推进实验舰艇，舰艇下部的大洞使海水前后贯通。舰艇沿海平面的截面图如图乙所示，其与海水接触的两侧壁M和N分别连接舰艇内电源的正极和负极，使得M、N间海水内电流方向为M→N，此时加一定方向的磁场，可使得M、N间海水受到磁场力作用而被推出，舰艇因此向右前进，则所加磁场的方向应为 (　　) A. 水平向左 B. 水平向右 C. 垂直纸面向外 D. 垂直纸面向里 C　解析：根据题意可知，舰艇向右前进，则海水受到向左的安培力，由左手定则可知，所加磁场的方向应为垂直纸面向外。故选C。 √ 10 3．我国电磁炮发射技术世界领先，现役坦克电磁炮的速度可达 1 800 m/s，射程可达250 km。图为一款小型电磁炮的原理图，已知水平轨道宽d＝2 m，长l＝100 m，通以恒定电流I＝1×104 A，轨道间匀强磁场的磁感应强度大小B＝10 T，炮弹的 质量m＝10 kg，不计电磁感应带来的影响。 (1)若不计轨道摩擦和空气阻力，求炮弹离开轨道时的速度大小。 (2)实际上炮弹在轨道上运动时会受到空气阻力和摩擦阻力，若其受到的阻力与速度的关系为f＝kv2，其中阻力系数k＝0.8 N·s2/m2，炮弹离开轨道前做匀速运动，求炮弹离开轨道时的速度大小。 答案：(1)2 000 m/s　(2)500 m/s 1．直流电动机的工作原理 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，线圈便在磁力矩的作用下绕轴转动。 2．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，被测电流也就越大；线圈偏转的方向不同，被测电流的方向也就不同。 任务二　安培力作用下导体的运动问题 [探究活动] 水平面上有一电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻)。现垂直于导轨放置一根质量为m、电阻为R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为θ且指向右上方，如图所示，取重力加速度为g。 (1)当ab棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？ (2)若B的大小和方向均能改变，则要使ab棒所受支持 力为零，B的大小至少为多少？此时B的方向如何？ 14 [评价活动] 1．如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ。如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是(　　) A. 棒中的电流变大，θ角变大 B. 两悬线缩短长度相同，θ角变小 C. 金属棒质量变大，θ角变大 D. 磁感应强度变大，θ角变小 √ 2．如图所示，在垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B＝3 T的匀强磁场中水平放置两根平行金属导轨，两轨间距为l＝50 cm，左端接有电动势E＝2 V、内阻r＝0.5 Ω的电源。现将一质量m＝1 kg、电阻R0＝1.5 Ω的金属棒ab垂直放置在导轨上，金属棒与平行金属导轨间的动摩擦因数为μ＝0.1，其余电阻不计。重力加速度取g＝10 m/s2。开关闭合的瞬间，求： (1)金属棒ab的电功率； (2)金属棒ab的加速度。 答案：(1)1.5 W　(2)0.5 m/s2，水平向右 3．如图甲所示，两光滑平行金属导轨间的距离为l，金属导轨所在的平面与水平面夹角为θ，导体棒ab与导轨垂直并接触良好，其质量为m，长度为l，通过的电流为I，重力加速度为g。 (1)沿导体棒ab中电流方向观察，侧视图如图乙所示，为使导体棒ab保持静止，需加一匀强磁场，若磁场方向垂直于导轨平面向上，求磁感应强度B1的大小。 (2)若(1)中磁场方向改为竖直向上，如图丙所示，求磁感应强度B2的大小。 (3)若只改变磁场，且磁场的方向始终在与导体棒ab垂直的平面内，欲使导体棒ab保持静止，试作出磁场方向变化的最大范围图示。 解析：(1)对导体棒ab受力分析如图甲所示： 甲 (2)对导体棒ab受力分析如图乙所示： 乙 (3)为使导体棒保持静止状态，需F合＝0，即三力平衡，安培力与另外两个力的合力等大反向，如图丙所示，因为重力与斜面支持力的合力范围在α角范围内(不包括垂直于斜面方向)，故安培力在α′角范围内(不包括垂直于斜面方向)，根据左手定则，磁场方向可以在α″角范围内变动(不包括沿斜面向上方向)。 安培力作用下导体运动的一般分析思路 (1)解决在安培力作用下导体的运动问题，首先对研究对象进行受力分析，其中重要的是选定观察角度，把立体图转化为平面图，标出电流方向和磁场方向，然后利用左手定则判断安培力的方向。 (2)根据平衡条件或者牛顿第二定律、动能定理等规律列方程求解。 26 本节课掌握了哪些考点？ 本节课还有什么疑问点？ 27 谢 谢！ 28 $