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1、 第四节安培力的应用1直流电动机主要有线圈、_、电刷、_、开关组成，线圈通电后在磁场中受到_作用而发生转动2磁电式电流表：主要构件有蹄形磁铁、圆柱形铁芯、铝框、线圈、转轴、螺旋弹簧、指针、接线柱其工作原理为：当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用由左手定则可以判断，线圈左右两边所受的安培力方向相反，所以架在轴上的线圈就要_线圈转动时，螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力就越大，线圈偏转的角度越大，所以从线圈偏转的角度就能判断通过的电流大小；线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随之改变，指针的偏转方向也随之_【概念规律练】知识点一直流电动机原理1如图1所示，把一个可以绕水平轴转动的铝盘
2、放在蹄形磁铁之间，盘的下边缘浸在导电液体中把转轴和导电液体分别接到直流电源的两极上，铝盘就会转动起来为什么？用什么方法可以改变铝盘的转动方向？图1知识点二磁电式电表2要想提高磁电式电流表的灵敏度，不可采用的办法有()A增加线圈匝数B增加永久性磁铁的磁感应强度C减少线圈面积D减小转轴处摩擦【方法技巧练】一、安培力作用下物体运动方向的判定方法3. 如图2所示，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)()图2A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
3、二、安培力作用下物体平衡问题的处理方法4. 质量为m的导体棒MN静止于宽度为L的水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，方向与导轨平面成角斜向下，如图3所示，求MN所受的支持力和摩擦力的大小图3三、安培力作用下导体棒加速问题的分析方法5. 如图4所示，光滑的平行导轨倾角为，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，导轨中接入电动势为E、内阻为r的直流电源，电路中有一阻值为R的电阻，其余电阻不计，将质量为m，长度为L的导体棒由静止释放，求导体棒在释放瞬间的加速度的大小图41关于安培力、磁感应强度的下列说法，正确的是()A通电导线不受磁场力作用的地方一定没有磁场B将I、L相同的通电导体放在
4、同一匀强磁场的不同位置，受安培力一定相同C磁感线指向磁感应强度减小的方向D以上说法都不正确2(双选)关于磁电式电流表，下列说法中正确的是()A电流表的工作原理是安培力对通电导线的加速作用B电流表的工作原理是安培力对通电导线的转动作用C电流表指针的偏转角与所通电流成正比D电流表指针的偏转角与所通电流成反比3如图5所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬于a、b两点，棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，可以()图5A适当减小磁感应强度 B使磁场反向C适当增大电流 D使电流反向4. 如图6所示，一条形磁铁放在水平桌面
5、上，在条形磁铁的左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线，当导线中通以图示方向的电流时()图6A磁铁对桌面的压力减小，且受到向左的摩擦力作用B磁铁对桌面的压力减小，且受到向右的摩擦力作用C磁铁对桌面的压力增大，且受到向左的摩擦力作用D磁铁对桌面的压力增大，且受到向右的摩擦力作用5在地球赤道附近地磁场的方向近似为水平向北在一根东西方向水平架设的直流输电导线中，通有自西向东方向的电流由于地磁场的作用，该导线受到安培力的方向为()A向上 B向下 C向南 D向北6. 一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘，垂直放置，且两个线圈的圆心重合当两线圈都通过如图7所示方向的电流时，则从左向右看，线圈
6、L1将()图7A不动 B顺时针转动C逆时针转动 D向纸外平动7如图8，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直线段ab、bc和cd的长度均为L，且abcbcd135.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力()图8A方向沿纸面向上，大小为(1)ILBB方向沿纸面向上，大小为(1)ILBC方向沿纸面向下，大小为(1)ILBD方向沿纸面向下，大小为(1)ILB题号1234567答案8. 如图9所示，ab，cd为两根相距2 m的平行金属导轨，水平放置在竖直向下的匀强磁场中，一根质量为3.6 kg 金属棒，当通以5 A
7、的电流时，金属棒沿导轨做匀速运动；当金属棒中电流增加到8 A时，金属棒能获得2 m/s2的加速度，求匀强磁场的磁感应强度的大小图99. 如图10所示，一劲度系数为k的轻质弹簧，下端挂有一匝数为n的矩形线框abcd，bc边长为l，线框的下半部处在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与线框平面垂直，在图中垂直于纸面向里，线框中通以电流I，方向如图所示，开始时线框处于平衡状态现令磁场反向，磁感应强度的大小仍为B，线框达到新的平衡，在此过程中线框位移的大小s为多少？方向如何？图1010. 如图11所示，水平放置的两导轨P、Q间的距离L0.5 m，垂直于导轨平面的竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B2 T，
8、垂直于导轨放置的ab棒的质量m1 kg，系在ab棒中点的水平绳跨过定滑轮与重量G3 N的物块相连已知ab棒与导轨间的动摩擦因数0.2，电源的电动势E10 V、内阻r0.1 ，导轨的电阻及ab棒的电阻均不计要想ab棒处于静止状态，电阻R应在哪个范围内取值？(g取10 m/s2)图11第四节安培力的应用课前预习练1磁铁电源安培力2转动改变课堂探究练1见解析解析由于铝盘是良好的导体，我们可以把铝盘看成是由许多条金属棒拼合而成(可以与自行车轮胎上的辐条类比)接通电源后，电流从铝盘中心O处流向盘与导电液的接触处，从导电液中的引出导线流出，而这股电流恰好处在一个与电流方向垂直的磁场中，由左手定则可以判断出
9、它受到一个与盘面平行的安培力作用，这个力对转轴的力矩不为零，所以在通电后铝盘开始转动起来如果对铝盘通以一恒定的电流，则铝盘就会不停地转动下去，当阻力的力矩与安培力的力矩相等时铝盘就匀速转动由安培定则不难看出，要改变铝盘的转动方向，我们可以改变电流方向或是改变磁场的方向2C当给电流表通入电流I时，通电线圈就在磁力矩作用下转动，同时螺旋弹簧即游丝就产生一个反抗力矩，二力矩平衡时，电流表的指针就停在某一位置于是有NBISk，故I.可见，电流表灵敏度将随着线圈匝数N、线圈面积S及磁感应强度B的增大而提高，随着螺旋弹簧扭转系数k(即转过1所需外力矩的大小)的增大而降低另外，减小摩擦也有利于灵敏度的提高，
10、故选C.3A(1)电流元法：把直线电流等效为AO、OB两段电流，由左手定则可以判断出AO段受力方向垂直纸面向外，OB段受力方向垂直纸面向内，因此，从上向下看AB将以中心O为轴顺时针转动(2)特殊位置法：用导线转过90的特殊位置来分析，根据左手定则判得安培力的方向向下，故导线在顺时针转动的同时向下运动方法总结判定安培力作用下物体的运动方向有以下几种方法：电流元法即把整段电流等效为多段直线电流元，运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，从而确定运动方向等效法环形电流和
11、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利用结论法a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；b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4ILBcos mgILBsin 解析导体棒MN处于平衡状态，注意题中磁场方向与MN是垂直的，作出其侧视图，对MN进行受力分析，如图所示由平衡条件有：fFsin ，NFcos mg，其中FILB解得：NILBcos mg，fILBsin .5gsin 解析画出导体棒侧面受力示意图如图所示，导体受重力mg、支持力N和安培力F作用，由
12、牛顿第二定律得mgsin Fcos maFBILI由式可得agsin 方法总结分析此类问题的关键是对导体棒进行受力分析，然后根据牛顿第二定律列式求解课后巩固练1D由FBILsin 可知，当I/B时，F0，此时不受磁场力，但有磁场，故A错；如果I、L相同，放置角度不同，磁场力也可能不同，故B错；在匀强磁场中，沿磁感线方向磁场强度不变，故C错2BC3C首先对MN进行受力分析：受竖直向下的重力G，受两根软导线的竖直向上的拉力和安培力处于平衡时：2TBILmg，重力mg恒定不变，欲使拉力T减小到0，应增大安培力BIL，所以可增大磁场的磁感应强度B或增加通过金属棒中的电流I，或二者同时增大4C据左手定则
13、知导线受磁铁的作用力斜向左上方，故由牛顿第三定律知，导线对磁铁的反作用力应斜向右下方，则一方面使磁铁与桌面的挤压增大，一方面使磁铁产生向右的运动趋势，从而受向左的摩擦力作用5A6CL2上的电流在线圈内部产生的磁场，由安培定则知，垂直纸面向里，再由左手定则判知L1转动的方向7A将导线分为三段直导线，根据左手定则分别判断出安培力的大小，根据FBIL计算出安培力的大小，再求合力导线所受合力F合BIL2BILsin 45(1)ILB，方向沿纸面垂直bc向上81.2 T解析金属棒匀速运动时，由平衡条件得出安培力和摩擦力等大反向，即BI1Lf；金属棒匀加速运动时，由牛顿第二定律得出BI2Lfma，代入数据，两式联立解得B1.2 T.9.向下解析两种情况下安培力方向相反，大小均为F安nBIl，则弹簧弹力的改变量为Fks2nBIl，所以s.开始时安培力向上，后来安培力向下，所以线框位移方向向下101.9 R9.9 解析依据物体的平衡条件可得，ab棒恰不右滑时：GmgBI1L0ab棒恰不左滑时：BI2LGmg0依据闭合电路欧姆定律可得：EI1(R1r)EI2(R2r)由以上各式代入数据可解得：R19.9 ，R21.9 所以R的取值范围为：19 R9.9 .