1、学案 3 安培力的应用 学习目标定位 1.知道直流电动机、磁电式电表的基本构造及工作原理.2.会分析导线在 安培力作用下的转动与平衡问题 一、直流电动机 1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 电动机有直流电动机和交流电动机，交流电动机又分为单相交流电动机和三相交流电动 机 2原理：如图 1 中当电流通过线圈时，右边线框受到的安培力方向向下，左边线框受到的 安培力方向向上，在安培力作用下线框转动起来 图 1 3直流电动机的突出优点是通过改变输入电压很容易调节它的转速 二、磁电式电表 1构造：磁铁、线圈、螺旋弹簧(又叫游丝)、指针、极靴、圆柱形铁芯等(如图 2 所示)
2、图 2 2原理：当被测电流通入线圈时，线圈受安培力作用而转动，线圈的转动使螺旋弹簧扭转 形变，产生阻碍线圈转动的力矩当两力矩平衡时，指针停留在某一刻度电流越大，安 培力就越大，指针偏角就越大. 一、直流电动机 问题设计 电动机是将电能转化为机械能的重要装置，在日常生活中有广泛的应用，电动机有直流电 动机和交流电动机之分，通过课本“实验与探究”的学习，回答以下问题： (1)电动机是在什么力的驱使下而转动的？ (2)直流电动机的优点是什么？有哪些用途？ 答案 (1)电动机是在线圈所受安培力的作用下转动的 (2)通过调节输入电压很容易调节电动机的转速，用途为无轨电车、电气机车等 二、磁电式电表 问题
3、设计 1磁电式电流表的构造是怎样的？ 答案 最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈 2磁电式电流表的原理是什么？ 答案 通电线圈在磁场中受安培力而转动 3磁电式电流表优点、缺点各是什么？ 答案 磁电式电流表优点：刻度均匀，灵敏度高；缺点：量程小，正常使用时必须进行改 装 4指针偏转的角度与通入的电流大小有怎样的关系？ 答案 指针偏转的角度和电流大小成正比 一、直流电动机及磁电式电表的原理 例 1 (单选)如图 3 中所示，在匀强磁场中，有三个通电线圈处于如图所示的位置， 则( ) 图 3 A三个线圈都可以绕 OO轴转动 B只有中的线圈可以绕 OO轴转动 C只有中的线圈可以绕 OO轴转动
4、 D只有中的线圈可以绕 OO轴转动 解析 线圈中导线受力在水平方向；线圈中导线受一转动力矩；线圈中导线不受 力 答案 B 例 2 (单选)实验室经常使用的电流表是磁电式仪表这种电流表的构造如图 4 甲所 示蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的当线圈通以如图 4 乙所示的电流，下 列说法错误的是( ) 图 4 A线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行 B线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动 C当线圈转到如图乙所示的位置， b 端受到的安培力方向向上 D当线圈转到如图乙所示的位置，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动 解析 磁场是均匀地辐向分布，所以磁感线始终与线圈平面平行，即始终与线圈边
5、垂直， 故 A 正确；当通电后，处于磁场中的线圈受到安培力作用，使其转动，螺旋弹簧被扭动， 则受到弹簧的阻力，从而阻碍线圈转动，故 B 正确；由左手定则可判定：当线圈转到如图 乙所示的位置， b 端受到的安培力方向向下，故 C 错误；由左手定则可判定：当线圈转到 如图乙所示的位置， b 端受到的安培力方向向下， a 端受到的安培力方向向上，因此安培力 使线圈沿顺时针方向转动，故 D 正确 答案 C 二、导线在安培力作用下的运动问题 例 3 (单选)如图 5 所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方， 导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流 I 时，导线的运动情况是(从上往下
6、看)( ) 图 5 A顺时针转动，同时下降 B顺时针转动，同时上升 C逆时针转动，同时下降 D逆时针转动，同时上升 解析 画出蹄形磁铁的两条磁感线，在磁感线与电流相交处分别取一 小段电流，如图中的 BC、 AD 两段，由左手定则可知， AD 段受的安培力 垂直纸面向外， BC 段受的安培力垂直纸面向里，故导线将绕轴线 OO顺时针旋转(俯视)， 当导线转动 90时(特殊位置法)，由左手定则可知，导线受向下的安培力作用，所以导线 在顺时针转动的同时还向下运动，即答案为 A. 答案 A 规律总结 判定安培力作用下物体的运动方向有以下几种方法： (1)电流元法 即把整段电流等效为多段直线电流元，运用左
7、手定则判断出每小段电流元所受安培力的方 向，从而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向 (2)特殊位置法 把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断所受安培力的方向，从而确定运动方 向 (3)等效法 环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线 管通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析 (4)利用结论法 两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥； 两电流不平行时，有转动到相互平行且方向相同的趋势利用这些结论分析，可事半功 倍 三、导线在安培力作用下的平衡问题 例 4 如图 6 所示，光滑导轨与水平面成 角，导轨宽 L.有大
8、小为 B 的匀强磁场，方向垂 直导轨面，金属杆长为 L，质量为 m，水平放在导轨上当回路中通过电流时，金属杆正好 能静止求：电流的大小为多大？ 磁感应强度的方向如何？ 图 6 解析 在解这类题时必须画出截面图，只有在截面图上才能正确表 示各力的准确方向，从而弄清各矢量方向间的关系因为 B 垂直轨 道面，又金属杆处于静止状态，所以 F 必沿斜面向上，由左手定则 知， B 垂直轨道面向上 大小满足 BIL mgsin ， I mgsin /BL. 答案 mgsin /BL 方向垂直导轨面向上 方法点拨 在实际的分析中，安培力、电流方向、以及磁场方向构成一个空间直角坐标系， 在平面上进行空间判断安培力的方向上有很大的难度，所以在判断一些复杂的安培力方向 时都会选择画侧视图的方法，这样使得难以理解的空间图转化成易于理解的平面图.
