【同步】高中物理教科版(2019)选择性必修2：第1章2.安培力的应用课件

第一章2.安培力的应用基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引

学以致用·随堂检测全达标学习目标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。(物理观念)2.进一步熟练掌握安培力公式应用及方向的判断。(科学思维)3.了解直流电动机、电磁炮、磁电式电流表在生产生活中的应用。(科学态度与责任)基础落实·必备知识全过关一、直流电动机1.定义电动机是利用

使通电线圈转动,将电能转化为____________

的重要装置。

2.分类电动机分为

电动机和交流电动机。

安培力机械能直流3.原理

注意转向器特点如图所示,当电流通过线圈时,右边线框受到的安培力

,左边线框受到的安培力

,在安培力作用下线框转动起来。

向下向上二、电磁炮1.定义利用

系统中的安培力发射弹丸的一种先进的

杀伤性武器,也叫轨道炮。

2.分类分为

、电磁线圈炮和重接炮三类。

电磁动能电磁轨道炮3.原理电流通过导轨A、B和弹丸,在两导轨间产生

,弹丸受到

的作用在导轨上以很大的加速度加速运动并发射出去。

4.电磁炮的优点(1)方便携带;(2)安全隐患小;(3)射击精度高。强磁场安培力三、磁电式电流表1.构造蹄形永磁体的两个磁极上各加一个软铁制的

;中心固定一个圆柱形的

,在极靴和铁芯间产生沿径向均匀分布的辐向磁场,线圈绕在铁芯上并连接在

转轴上,轴的上、下两端各连有一盘游丝(螺旋弹簧),指针固定在转轴上。不是匀强磁场

极靴软铁芯2.原理通电线圈在磁场中受到安培力而偏转(如图所示)。线圈偏转的角度越大,被测电流就越大。3.优缺点(1)优点:

;(2)缺点:易烧坏。

灵敏度高情境链接自制的简易电动机示意图如图所示。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动,一位同学将左、右转轴下侧的绝缘漆刮掉,另一位同学将左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉。哪位同学的方法可行?为什么?提示

第一位同学的方法可行。当把左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉,通电后线圈开始转动,在前半周安培力开始做正功,后半周转动过程中没有电流,不受安培力,由于惯性,线圈能够连续转动;当把左、右转轴上、下两侧的绝缘漆都刮掉,线圈不能连续转动。教材拓展

阅读教材P11“发展空间”——《电磁弹射》分析下列问题:我国第三艘航空母舰“福建舰”的舰载作战飞机沿平直跑道起飞过程的第一阶段是电磁弹射,电磁弹射区的长度为x1=80

m,弹射原理如图所示。飞机在滑杆上,储能装置通过导轨和滑杆放电,产生强电流恒为I=4

000

A,两导轨间的磁场近似为竖直方向的匀强磁场且B=10

T,在安培力和飞机发动机推力作用下,滑杆和飞机从静止开始向右加速,在导轨末端飞机与滑杆脱离,导轨间距为L=3

m。问:滑杆受到的安培力大小是多少?电磁弹射过程安培力做的功是多少?提示

滑杆受到的安培力大小为F1=BIL=10×4

000×3

N=1.2×105

N,安培力做功为W1=F1x1=1.2×105×80

J=9.6×106

J。易错辨析(1)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。(

)(2)电磁炮是将电能转化为机械能的装置。(

)(3)磁电式电流表表盘的刻度是不均匀的。(

)(4)磁电式电流表指针的偏转是由于线圈受安培力的作用。(

)√√×√重难探究·能力素养全提升探究点一直流电动机电磁炮导学探究电磁炮是利用电磁系统中磁场产生的安培力来对金属炮弹进行加速,使其达到打击目标所需的巨大动能。其简化原理如图所示,其中金属杆表示炮弹,磁场方向垂直轨道平面向上,则当弹体中通过如图所示的电流时,判断炮弹加速度的方向。提示

根据左手定则可知炮弹受到水平向左的安培力,加速度的方向水平向左。知识归纳1.直流电动机(1)电动机基本结构。直流电动机模型如图所示。它由定子和转子两部分组成。定子主要部分是磁极;转子由电枢绕组(线圈)、换向器(两个铜半环)和转轴组成。(2)工作原理。直流电动机是利用线圈在磁场中受安培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,线圈便在安培力作用下绕轴转动。(3)应用。直流电动机广泛应用在电车、电力机车、矿井提升机等设备中。2.电磁炮(1)电磁炮是利用安培力沿导轨发射炮弹的武器。它主要由能源、加速器、开关三部分组成。能源通常采用可蓄存10~100MJ能量的装置。当前实验用的能源有蓄电池组、磁通压缩装置和单极发电机,其中单极发电机是目前最有前途的能源。

(2)加速器是把电磁能量转换成炮弹动能,使炮弹达到高速的装置,主要有使用低压直流单极发电机供电的轨道炮加速器和离散或连续线圈结构的同轴同步加速器两大类。开关是接通能源和加速器的装置,能在几毫秒之内把兆安级电流引进加速器中,其中的一种是由两根铜轨和一个可在其中滑动的滑块组成。应用体验【例1】

电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的武器。试验所采用的电磁轨道如图所示,该轨道长7.5m,宽1.5m,若发射质量为50g的炮弹,炮弹从轨道左端由静止开始加速,当回路中的电流恒为20A时,最大速度可达3km/s。轨道间所加磁场为匀强磁场,不计空气及摩擦阻力。下列说法正确的是(

)A.磁场方向竖直向下B.磁场方向水平向右C.磁感应强度的大小为1×103TD.电磁炮的加速度大小为3×105m/s2C解析

由左手定则,根据安培力向右可判断磁场方向竖直向上,A、B错误;由动能定理得BILx=mv2,解得B=1×103

T,C正确;由牛顿第二定律得BIL=ma,解得a=6×105

m/s2,D错误。对点演练1某款电动车如图甲所示,图乙为该电动车的电动机的工作示意图。电动机电路两端电压为20V,额定功率为200W,A、B为线圈上的两点。下列说法错误的是(

)A.该电动车在额定功率下运行时,电动机电路中的电流大小为10AB.电刷a接入电路正极,电刷b接入电路负极C.A点与B点间电流方向在不断变化D.直流电源可以驱动该电动车的电动机正常工作B解析

电动机的电功率表达式为P=UI,代入题中数据解得I=10

A,A正确;磁场方向在磁体外部由N极指向S极,由电动机运转方向可知,AB段受力方向向上,再由左手定则可知,电流方向由A指向B,故b为正极,a为负极,B错误;电动机转过180°后两半铜环所接电刷互换,A点与B点间电流方向改变,依次类推可知,A点与B点间电流方向不断变化,C正确;直流电源可以驱动该电动车的电动机正常工作,D正确。此题选择错误的选项,故选B。探究点二磁电式电流表导学探究如图所示,通电线圈在磁场中所受安培力方向如何?线圈将如何运动?提示

左边导线所受安培力方向向上,右边导线所受安培力方向向下,线圈将沿顺时针方向转动。知识归纳1.原理(1)通电线圈在磁场中受安培力发生转动时,螺旋弹簧变形,以反抗线圈的转动。(2)电流越大,安培力就越大,螺旋弹簧的形变也就越大,线圈偏转的角度也越大,达到新的平衡时,从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。(3)线圈中的电流方向改变时,安培力的方向随着改变,指针的偏转方向也随着改变。根据指针的偏转方向,可以知道被测电流的方向。2.磁电式电流表的灵敏度(1)磁电式电流表的灵敏度:是指在通入相同电流的情况下,指针偏转角度的大小,偏转角度越大,灵敏度越高。(2)提高灵敏度的方法:如果要提高磁电式电流表的灵敏度,就要使在相同电流下导线所受的安培力增大,可通过增加线圈的匝数、增大永磁铁的磁感应强度、增加线圈的面积和减小转轴处摩擦等方法实现。应用体验【例2】

(2023上海延安中学高二期末改编)图甲是磁电式电流表的结构示意图,蹄形永磁体和铁芯间的磁场均匀辐向分布,边长为L的N匝正方形线圈中通以电流I,如图乙所示,线圈中左侧a导线电流方向垂直纸面向外,右侧b导线电流方向垂直纸面向里,a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B,则(

)A.该磁场是匀强磁场B.该线圈的磁通量为BL2C.a导线受到的安培力方向向上D.线圈转动过程中,a、b两条导线所受安培力恒定C解析

匀强磁场的磁感线互相平行,方向相同,该磁场均匀辐向分布,不是匀强磁场,故A错误;线圈平面与磁感线平行,线圈的磁通量为零,故B错误;a导线电流方向垂直纸面向外,磁场方向向右,根据左手定则,a导线受到的安培力方向向上,故C正确;a、b两条导线始终与磁感线垂直,故受到的安培力大小总为ILB,但方向变化,故D错误。方法技巧

磁电式电流表的特点(1)线圈始终与磁场平行,线圈在任何位置的磁感应强度大小相等。(2)磁场为非匀强磁场。对点演练2磁电式电流表的外部构造如图甲所示,在蹄形磁体的两极间有一个可以绕轴转动的线圈,转轴上装有螺旋弹簧和指针,如图乙所示。蹄形磁体和铁芯间的磁场均匀辐向分布。当电流通过线圈时,线圈在安培力的作用下转动,如图丙所示,螺旋弹簧被扭动,线圈停止转动时满足NBIS=kθ,式中N为线圈的匝数,S为线圈的面积,I为通过线圈的电流,B为磁感应强度,θ为线圈(指针)偏角,k是与螺旋弹簧有关的常量。不考虑电磁感应现象,下列说法错误的是(

)A.蹄形磁体外部和铁芯内部的磁场是如图丁所示的磁场B.线圈转动过程中受到的安培力的大小始终不变C.若线圈中通以如图丙所示的电流,线圈将沿顺时针方向转动D.更换k值更大的螺旋弹簧,可以增大电流表的灵敏度,即答案

D解析

蹄形磁体外部和铁芯内部的磁场是如题图丁所示的磁场,A正确;蹄形磁体产生辐射状的磁场,线圈转动过程中磁场的大小始终不变,受到的安培力的大小始终不变,B正确;若线圈中通以如题图丙所示的电流时,根据左手定则,此时线圈将沿顺时针方向转动,C正确;根据题意,NBIS=kθ,解得

,更换k值更大的螺旋弹簧,电流表的灵敏度即

减小,D错误。学以致用·随堂检测全达标1231.(电磁炮)(2023广东汕头聿怀中学高二期末)电磁炮由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成,如图所示。当电源接通后,磁场对流过炮弹的电流产生力的作用,使炮弹获得向左极大的发射速度。下列各俯视图正确表示磁场方向的是(

)C解析

由图A、B可知,电流方向与磁场方向平行,炮弹不受安培力作用,不能把炮弹发射出去,故A、B错误;由左手定则可知,图C磁场方向与电流方向垂直,磁场对流过炮弹的电流产生向左的力的作用,符合实际,故C正确;由左手定则可知,图D磁场方向与电流方向垂直,磁场对流过炮弹的电流产生向右的力的作用,不符合实际,故D错误。1231232.(电动机)(2023湖北武汉高二期末)一个“简易电动机”如图甲所示,一节5号干电池的正极向上,一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极,将一段裸铜导线弯成图中所示形状的线框,线框上端的弯折位置与正极良好接触,下面弯曲的两端与强磁铁表面保持良好接触,放手后线框就会转动起来。该“简易电动机”的原理图如图乙所示,关于该“简易电动机”,下列说法正确的是(

)A.从上往下看,该“简易电动机”逆时针旋转B.电池消耗的电能全部转化