物理选修第三章磁场—《安培力的应用》要点.ppt

3.4《安培力的应用》 知识点掌握 一、电流表的工作原理、灵敏度及特点 二、直流电动机的工作原理 三、安培力作用下通电导体运动方向的判定方法 四、安培力作用的物体平衡和加速问题 一、电流表的工作原理、灵敏度及特点 1、线框在匀强磁场中的磁力矩 如图所示，单匝矩形线圈的边长分别为ab=cd=L1,bc=ad=L2,它可以绕对称轴OO′转动，线圈中的电流强度为I，线圈处于磁感应强度B的匀强磁场中，当线圈平面与磁场平行时，求线圈所受的安培力的总力矩。 F=BIL1 总力矩 M=FL2=BIL1L2=BIS 若线圈有n匝 总力矩 M=nBIS 若n匝线圈的平面与磁场方向成α角 总力矩 M=nBIS cosα 说明:在匀强磁场中，在转轴OO′⊥B的条件下，M与转轴的位置及线圈的形状无关。 【说明】 由于磁场对电流的作用力跟电流成正比，因而安培力的力矩也跟电流成正比，而螺旋形弹簧的扭矩与指针转过的角度成正比，所以磁电式电表的表盘刻度是均匀的。 2、电流表的构造： 3、磁场分布： 磁场是均匀辐向分布：不管通电线圈转到什么角度，它的平面都和磁感线平行，线圈所在处的磁感应轻度大小相同 安培力的总力矩:M1=NBIS 4.电流表的工作原理 弹簧的弹性力矩: M2=kθ 即:kθ=NBIS 因此有θ∝I 对线圈，根据力矩平衡：M1=M2 5.电流表的灵敏度 可以通过增大n、B、S和减少K来提高电流表的灵敏度。 6.电流表的特点: A.刻度均匀 C.满偏电流、内电阻反映了电流表的最主要特性 B.灵敏度高，量程较小，过载能力差 7.磁电式电流表的优缺点是什么？ 优点:灵敏度高，可以测出很弱的电流. 缺点:绕制线圈的导线很细，允许通过的电流很弱（几十微安到几毫安）。如果通过的电流超过允许值，很容易把它烧坏。 二、直流电动机的工作原理 直流电动机最突出的优点是通过改变输入电压很容易调节它的转速，而交流电动机的调速就不太方便。因此，不少需要调速的设备，都采用直流电电动机。如：无轨电车和电气机车都是用直流电动机来开动的。 三、安培力作用下通电导体运动方向的判定方法 如果通电导体放置在非匀强磁场中，则不能够运用F＝BIL进行定量的计算，但可用F＝BIL和左手定则进行定性的讨论，常用的方法有以下几种： 1．电流元分析法 把整段电流等效分成很多段直线电流元，先用左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，注意一般取对称的两段电流元分析． 如图所示，在条形磁铁S极附近悬挂一个线圈，线圈与水平磁铁位于同一平面内，当线圈中电流沿图示方向流动时，将会出现( ) A．线圈向磁铁平移 B．线圈远离磁铁平移 C．从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁 D．从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁铁 S N N S F F F F ? I方向 × I方向 D 2．等效分析法 环形电流可以等效为小磁针(或条形磁铁)，条形磁铁也可等效成环形电流，通电螺线管可以等效成很多的环形电流来分析． 如图两个同样的导线环同轴平行悬挂，相隔一小段距离，当同时给两导线环通以同向电流时，两导线环将：( ) A、吸引． ? B、排斥． C、保持静止． D、边吸引边转动． A N N S S 3．特殊位置分析法 根据通电导体在特殊位置所受安培力的方向，判断其运动方向，然后推广到一般位置． 把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，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(从上往下看)（ ） A.顺时针方向转动，同时下降 B.顺时针方向转动，同时上升 C.逆时针方向转动，同时下降 D.逆时针方向转动，同时上升? I C 电流微元法 F方向? B F方向× B I 特殊位置法分析运动 B F I * 4．结论法 两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势． 如图两个同样的导线环同轴平行悬挂，相隔一小段距离，当同时给两导线环通以同向电流时，两导线环将：( ) A、吸引．?B、排斥．C、保持静止． D、边吸引边转动． 结论法：同向电流互相吸引 A * 1、讨论下图中通电导体棒ab在不计重力的情况下，将如何运动？ 2、如图所示，一条劲度系数较小的金属弹簧处于 自由状态，当弹簧通以电流时，弹簧将（ ） Ａ.纵向收缩，径向膨胀； Ｂ.纵向伸长，径向收缩； Ｃ.纵向收缩