資源簡(jiǎn)介

2．安培力的應(yīng)用
1．進(jìn)一步熟練掌握安培力公式及方向的判斷。
2．知道直流電動(dòng)機(jī)、電磁炮、磁電式電流表的基本構(gòu)造及工作原理。
3．會(huì)用電流元法、特殊位置法、等效法、結(jié)論法、轉(zhuǎn)化法分析導(dǎo)體在安培力作用下的加速和平衡問(wèn)題。
4．在了解直流電動(dòng)機(jī)、電磁炮、磁電式電流表的原理的過(guò)程中，學(xué)會(huì)合作，培養(yǎng)學(xué)科學(xué)愛(ài)科學(xué)的科學(xué)態(tài)度。
知識(shí)點(diǎn)一　直流電動(dòng)機(jī)
1．定義：電動(dòng)機(jī)是利用安培力使通電線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要裝置。
2．分類(lèi)：電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。
3．原理：如圖所示，當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，右邊線框受到的安培力方向向下，左邊線框受到向上的安培力，在安培力作用下線框轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。
知識(shí)點(diǎn)二　電磁炮
1．定義：利用電磁系統(tǒng)中的安培力發(fā)射彈丸的一種先進(jìn)的動(dòng)能殺傷性武器，也叫軌道炮。
2．分類(lèi)：分為電磁軌道炮、電磁線圈炮和重接炮三類(lèi)。
3．原理
電流通過(guò)導(dǎo)軌A、B和彈丸，在導(dǎo)軌間形成強(qiáng)磁場(chǎng)，彈丸受到安培力的作用在導(dǎo)軌上以很大的加速度加速運(yùn)動(dòng)并發(fā)射出去。
4．電磁炮的優(yōu)點(diǎn)
(1)方便攜帶；
(2)安全隱患小；
(3)射擊精度高。
知識(shí)點(diǎn)三　磁電式電流表
1．構(gòu)造：在蹄形永磁體的兩個(gè)磁極上各加一個(gè)軟鐵制的極靴；中心固定一個(gè)圓柱形的軟鐵芯，在極靴和鐵芯間產(chǎn)生沿徑向均勻分布的輻向磁場(chǎng)，線圈繞在鐵芯上并連接在轉(zhuǎn)軸上，軸的上、下兩端各連有一盤(pán)游絲(螺旋彈簧)，指針固定在轉(zhuǎn)軸上。
2．原理：通電線圈在磁場(chǎng)中受到安培力而偏轉(zhuǎn)(如圖)。
線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大，被測(cè)電流就越大。
3．優(yōu)缺點(diǎn)：(1)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高；(2)缺點(diǎn)：易燒壞。
　電流表中磁場(chǎng)分布有何特點(diǎn)呢？
提示：均勻輻向磁場(chǎng)。
[預(yù)習(xí)體驗(yàn)]
1．思考辨析(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)
(1)當(dāng)電動(dòng)機(jī)線圈與磁場(chǎng)垂直時(shí)，磁通量最大。 (√)
(2)直流電動(dòng)機(jī)通過(guò)改變輸入電壓很容易調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，交流電動(dòng)機(jī)不容易調(diào)速。 (√)
(3)電磁炮是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。 (√)
(4)電磁炮的基本原理與直流電動(dòng)機(jī)相同，即通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到力的作用。 (√)
(5)磁電式電流表內(nèi)的磁鐵和鐵芯之間是均勻輻向分布的磁場(chǎng)，使線圈平面始終與磁感線平行。 (√)
(6)磁電式電流表內(nèi)的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向處處相同，大小不等。 (×)
2．直流電動(dòng)機(jī)通電后，使線圈發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力是(　　)
A．重力　　　　 B．電場(chǎng)力
C．磁場(chǎng)力 　 D．摩擦力
C　[直流電動(dòng)機(jī)通電后，線圈中有電流通過(guò)，通電線圈在磁場(chǎng)中受到磁場(chǎng)力的作用開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，A、B、D錯(cuò)誤，C正確。]
當(dāng)通電導(dǎo)線垂直放置在磁場(chǎng)中時(shí)，會(huì)受到安培力作用，如果放在磁場(chǎng)中的不是一段通電導(dǎo)線，而是一個(gè)通電的矩形線圈會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？
提示：受到安培力而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
考點(diǎn)1　直流電動(dòng)機(jī)
1．基本結(jié)構(gòu)
如圖所示為直流電動(dòng)機(jī)模型
它由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。
(1)定子：主要部分是磁極。
(2)轉(zhuǎn)子：由電樞繞組(線圈)，換向器(兩個(gè)銅半環(huán))和轉(zhuǎn)軸組成。
2．工作原理
直流電動(dòng)機(jī)是利用線圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)的原理制成的。它把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，給矩形線圈通電后，線圈便在安培力作用下繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
3．直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)力矩大，容易調(diào)整，廣泛應(yīng)用在電車(chē)、電力機(jī)車(chē)、礦井提升機(jī)等起重設(shè)備中。
【典例1】　如圖所示，電動(dòng)機(jī)模型的矩形線圈長(zhǎng)邊的長(zhǎng)為5 cm，共20匝，通入1 A電流，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是0.5 T(當(dāng)作勻強(qiáng)磁場(chǎng)考慮)，線圈長(zhǎng)邊一側(cè)受到的最大安培力是多少？如果通入2 A的電流呢？
[解析]　通入1 A電流時(shí)，線圈長(zhǎng)邊一側(cè)受到的最大安培力
F1＝nI1lB＝20×1×0.05×0.5 N＝0.5 N
通入2 A電流時(shí)，受到的最大安培力
F2＝nI2lB＝20×2×0.05×0.5 N＝1 N。
[答案]　0.5 N　1 N
[跟進(jìn)訓(xùn)練]
1．如圖所示是電動(dòng)機(jī)模型示意圖。處于磁場(chǎng)中的矩形通電金屬線框abcd可繞軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)。線框中的電流方向如圖所示。在圖示位置(線框所在的水平面剛好和磁場(chǎng)方向平行、且ab和cd邊與磁場(chǎng)方向垂直)，關(guān)于線框ab、bc、cd、da邊受到安培力的方向，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．a(chǎn)b邊受到安培力的方向向右
B．bc邊受到安培力的方向向下
C．cd邊受到安培力的方向向上
D．da邊受到安培力的方向向左
C　[由題圖可知磁場(chǎng)方向水平向左，由左手定則可知，左邊cd受到的安培力豎直向上，右邊ab受到的安培力豎直向下，bc、da不受安培力，故選C。]
考點(diǎn)2　安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題
1．判斷安培力作用下通電導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向的思路
(1)首先應(yīng)畫(huà)出通電導(dǎo)體(或通電線圈)所在位置的磁感線方向。
(2)根據(jù)左手定則確定通電導(dǎo)體(或通電線圈)所受安培力的方向。
(3)由通電導(dǎo)體(或通電線圈)的受力情況判斷通電導(dǎo)體(或通電線圈)的運(yùn)動(dòng)方向。
2．五種常用方法
電流 元法 把整段導(dǎo)線分為許多段直線電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向
等效法 環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個(gè)環(huán)形電流，反過(guò)來(lái)等效也成立
特殊 位置法 通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)通電導(dǎo)線到某個(gè)便于分析的特殊位置(如轉(zhuǎn)過(guò)90°)，然后判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動(dòng)方向
結(jié)論法 兩平行直線電流在相互作用過(guò)程中，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢(shì)
轉(zhuǎn)換 研究 對(duì)象 法　 定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，可先分析電流在磁體磁場(chǎng)中所受的安培力，然后由牛頓第三定律確定磁體所受電流磁場(chǎng)的作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向
【典例2】　如圖所示，O為圓心，KN、LM是半徑分別為ON、OM的同心圓弧，在O處垂直紙面有一載流直導(dǎo)線，電流方向垂直紙面向外，用一根導(dǎo)線圍成如圖KLMN所示的回路，當(dāng)回路中沿圖示方向通過(guò)電流時(shí)(電源未在圖中畫(huà)出)，此時(shí)回路(　　)
A．將向左平動(dòng)
B．將向右平動(dòng)
C．將在紙面內(nèi)繞通過(guò)O點(diǎn)并垂直紙面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)
D．KL邊將垂直紙面向外運(yùn)動(dòng)，MN邊垂直紙面向里運(yùn)動(dòng)
D　[因?yàn)橥娭睂?dǎo)線的磁感線是以O(shè)為圓心的一組同心圓，磁感線與KN邊、LM邊平行，所以KN邊、LM邊均不受力。根據(jù)左手定則可得，KL邊受力垂直紙面向外，MN邊受力垂直紙面向里，故D正確。]
[跟進(jìn)訓(xùn)練]
2．如圖所示電路中，三節(jié)干電池相同，當(dāng)開(kāi)關(guān)S分別置于A、B兩處時(shí)，導(dǎo)線M′M與NN′之間的安培力的大小分別為FA、FB，可判斷這兩段導(dǎo)線(　　)
A．相互吸引，F(xiàn)A＞FB B．相互排斥，F(xiàn)A＞FB
C．相互吸引，F(xiàn)A＜FB 　 D．相互排斥，F(xiàn)A D　[當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于A處時(shí)電源為一節(jié)干電池，電流的方向是M′MNN′，電流大小為IA，由于導(dǎo)線MM′與NN′中電流方向相反，故兩段導(dǎo)線相互排斥；當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于B處時(shí)電源為兩節(jié)干電池，電流的方向仍是M′MNN′，電流大小為IB，由于導(dǎo)線MM′與NN′中電流方向相反，故兩段導(dǎo)線相互排斥，IB＞IA，MM′在NN′處的磁感應(yīng)強(qiáng)度BA＜BB，應(yīng)用安培力公式F＝BIL，可知FA＜FB。故D正確。]
考點(diǎn)3　磁電式電流表
1．磁電式電流表的磁場(chǎng)特點(diǎn)
兩磁極間裝有極靴，極靴中間有鐵質(zhì)圓柱，使極靴與圓柱間的磁場(chǎng)都沿半徑方向，保持線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安培力的大小不受磁場(chǎng)的影響，電流所受安培力的方向總與線圈平面垂直，使表盤(pán)刻度均勻。
2．磁電式電流表的靈敏度
(1)電流表的靈敏度：是指在通入相同電流的情況下，指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，偏角越大，靈敏度越高。
(2)提高靈敏度的方法：如果要提高磁電式電流表的靈敏度，就要使在相同電流下導(dǎo)線所受的安培力增大，可通過(guò)增加線圈的匝數(shù)、增大永磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度、增加線圈的面積和減小轉(zhuǎn)軸處摩擦等方法實(shí)現(xiàn)。
【典例3】　(多選)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常使用的電流表是磁電式流表。這種電流表的構(gòu)造如圖甲所示。蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是均勻輻向分布的。當(dāng)線圈通以如圖乙所示的電流，下列說(shuō)法正確的是(　　)
甲　　　　　　　　　　　　　乙　
A．線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它的平面始終跟磁感線平行
B．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺旋彈簧被扭動(dòng)，阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)
C．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖乙所示的位置，安培力的作用使線圈沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)
D．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖乙所示的位置，線圈不受安培力的作用
AB　[磁場(chǎng)是均勻地輻向分布，所以磁感線始終與線圈平面平行，即始終與線圈邊垂直，故A正確；當(dāng)通電后，處于磁場(chǎng)中的線圈受到安培力作用，使其轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋彈簧被扭動(dòng)，線圈受到彈簧的阻力，從而阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，故B正確；由左手定則可判定，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到如圖乙所示的位置，a端受到的安培力方向向上，b端受到的安培力方向向下，因此安培力的作用使線圈沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，故C、D錯(cuò)誤。]
　磁電式電流表工作原理
(1)通電線圈在磁場(chǎng)中受到安培力而轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺旋彈簧變形，阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。
(2)線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大，被測(cè)電流就越大。根據(jù)線圈偏轉(zhuǎn)的方向，可以知道被測(cè)電流的方向。
[跟進(jìn)訓(xùn)練]
3．磁電式電流表的外部構(gòu)造如圖甲所示，在蹄形磁鐵的兩極間有一個(gè)可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈，轉(zhuǎn)軸上裝有螺旋彈簧和指針如圖乙所示。蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)均勻輻向分布。當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，線圈在安培力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖丙所示，螺旋彈簧被扭動(dòng)，線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滿足NBIS＝kθ，式中N為線圈的匝數(shù)，S為線圈的面積，I為通過(guò)線圈的電流，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，θ為線圈(指針)偏角，k是與螺旋彈簧有關(guān)的常量。不考慮電磁感應(yīng)現(xiàn)象，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
A．蹄形磁鐵外部和鐵芯內(nèi)部的磁場(chǎng)是如圖丁所示的磁場(chǎng)
B．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中受到的安培力的大小始終不變
C．若線圈中通以如圖丙所示的電流時(shí)，此時(shí)線圈將沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)
D．更換k值更大的螺旋彈簧，可以增大電流表的靈敏度(靈敏度即)
D　[蹄形磁鐵外部和鐵芯內(nèi)部的磁場(chǎng)是如題圖丁所示的磁場(chǎng)，A正確；蹄形磁鐵產(chǎn)生輻射狀的磁場(chǎng)，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中磁場(chǎng)的大小始終不變，受到的安培力的大小始終不變，B正確；若線圈中通以如題圖丙所示的電流時(shí)，根據(jù)左手定則，此時(shí)線圈將沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，C正確；根據(jù)題意NBIS＝kθ，解得，更換k值更大的螺旋彈簧，電流表的靈敏度減小，D錯(cuò)誤。故選D。]
1．下列設(shè)備中，使用的電動(dòng)機(jī)不是直流電動(dòng)機(jī)的是(　　)
A．電力機(jī)車(chē) 　 B．貨運(yùn)電瓶車(chē)
C．電磁起重機(jī) 　 D．家用電風(fēng)扇
D　[電力機(jī)車(chē)和貨運(yùn)電瓶車(chē)都采用直流電源供電，即使用的電動(dòng)機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)，均不符合題意；電磁起重機(jī)是根據(jù)電流的磁效應(yīng)制成的，其內(nèi)部沒(méi)有電動(dòng)機(jī)，也不符合題意；由于家庭電路是交流電，所以家用電風(fēng)扇使用的是交流電動(dòng)機(jī)，即該選項(xiàng)是符合題意的，故D正確。]
2．關(guān)于磁電式電流表內(nèi)的磁鐵和鐵芯之間的均勻輻向分布的磁場(chǎng)，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小處處相等，方向相同
B．該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向處處相同，大小不等
C．使線圈平面始終與磁感線平行
D．該磁場(chǎng)中距軸線等距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不相等
C　[磁電式電流表內(nèi)的磁鐵和鐵芯之間均勻輻向分布的磁場(chǎng)，使線圈平面始終與磁感線平行，C正確；該磁場(chǎng)中距軸線等距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小處處相等，但方向不同，A、B、D錯(cuò)誤。]
3．電磁炮是一種新型武器，如圖所示為簡(jiǎn)化后的原理圖，恒流源的電流通過(guò)金屬桿EF(裝有彈頭)，兩平行金屬導(dǎo)軌處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬桿受磁場(chǎng)力推動(dòng)向右加速。設(shè)彈頭質(zhì)量(含金屬桿EF的質(zhì)量)m＝2×10-2 kg，軌道寬度L＝0.5 m，長(zhǎng)度s＝200 m，通過(guò)的電流大小恒為I＝20 A，彈頭從導(dǎo)軌最左端開(kāi)始由靜止勻加速至最右端，達(dá)到v＝2 km/s 的發(fā)射速度，重力加速度g＝10 m/s2，(軌道摩擦不計(jì))，求：
(1)彈頭在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；
(2)導(dǎo)軌間勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小；
(3)采取哪些措施能提高彈頭的發(fā)射速度。(至少提兩條)
[解析]　(1)方法一：由平均速度公式可得
x＝ t＝t
解得t＝0.2 s。
方法二：根據(jù)v2＝2as
解得a＝10 000 m/s2
則t＝＝0.2 s。
(2)方法一：安培力F＝BIL
由動(dòng)能定理Fs＝mv2
代入數(shù)據(jù)解得B＝20 T。
方法二：安培力F＝BIL＝ma
解得B＝20 T。
(3)可選的措施主要有：采用超導(dǎo)材料、增大電流、利用大電流產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場(chǎng)、減輕彈頭的質(zhì)量、加長(zhǎng)軌道的長(zhǎng)度等。
[答案]　(1)0.2 s　(2)20 T　(3)見(jiàn)解析
回歸本節(jié)知識(shí)，自我完成以下問(wèn)題：
(1)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理是什么？
提示：直流電動(dòng)機(jī)的工作原理是線圈在磁場(chǎng)中受安培力作用而轉(zhuǎn)動(dòng)。
(2)用磁電式電流表測(cè)量電流時(shí)，通電線圈的左右兩邊受到的安培力的大小是否隨著線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)而變化呢？
提示：線圈左右兩邊受到的安培力的大小不變。
課時(shí)分層作業(yè)(二)　安培力的應(yīng)用
1．如圖為一由干電池、銅線圈和釹磁鐵組成的簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)，此裝置中的銅線圈能從靜止開(kāi)始繞虛線OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，那么(　　)
A．若磁鐵上方為N極，從上往下看，線圈將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)
B．若磁鐵上方為S極，從上往下看，線圈將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)
C．線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程電池的化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為線圈的動(dòng)能
D．線圈加速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程電池的化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為線圈的動(dòng)能
A　[若磁鐵上方為N極，線圈左邊的電流是向下的，磁場(chǎng)是向左的，根據(jù)左手定則可知安培力是向內(nèi)的，同理，線圈右邊的電流也是向下的，磁場(chǎng)是向右的，根據(jù)左手定則可知安培力是向外的，故從上往下看，線圈將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故A正確；若磁鐵上方為S極，同理可知，從上往下看，線圈將逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故B錯(cuò)誤；線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為線圈的動(dòng)能和電路的焦耳熱，故C錯(cuò)誤；線圈加速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為線圈的動(dòng)能和電路的焦耳熱，故D錯(cuò)誤。]
2．如圖所示，水平桌面上有一根條形磁鐵，把一根通電長(zhǎng)直導(dǎo)線固定在條形磁鐵的右上方，若在導(dǎo)線中通以圖示方向的電流，則條形磁鐵受到水平桌面給它的摩擦力方向應(yīng)該是(　　)
A．無(wú)摩擦力 　 B．水平向左
C．水平向右 　 D．無(wú)法確定摩擦力方向
C　[以導(dǎo)線為研究對(duì)象，由左手定則判斷得知導(dǎo)線所受安培力方向斜向右上方，根據(jù)牛頓第三定律得知，導(dǎo)線對(duì)磁鐵的安培力方向斜向左下方，磁鐵有向左運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，受到向右的摩擦力，故C正確。]
3．電動(dòng)機(jī)通電之后轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，其實(shí)質(zhì)是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)內(nèi)線圈通電之后在磁場(chǎng)中受到了安培力的作用，如圖所示為電動(dòng)機(jī)內(nèi)的矩形線圈，其只能繞Ox軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的四個(gè)邊分別與x、y軸平行，線圈中電流方向如圖所示，當(dāng)空間加上如下所述的哪種磁場(chǎng)時(shí)，線圈會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)(　　)
A．方向沿x軸的恒定磁場(chǎng)
B．方向沿y軸的恒定磁場(chǎng)
C．方向沿z軸的恒定磁場(chǎng)
D．方向沿z軸的變化磁場(chǎng)
B　[加方向沿x軸的恒定磁場(chǎng)，ab、cd邊不受力，ad受力向上，bc受力向下，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；加方向沿y軸的恒定磁場(chǎng)，ad、bc邊不受力，ab受力向上，cd受力向下，可以轉(zhuǎn)動(dòng)，B正確；加方向沿z軸的恒定磁場(chǎng)，ab受力向左，cd受力向右，ad受力向里，bc受力向外，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，C錯(cuò)誤；加方向沿z軸的變化磁場(chǎng)，線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，但受力與線圈在同一平面內(nèi)，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，D錯(cuò)誤。]
4．(多選)電流天平是一種測(cè)量磁場(chǎng)力的裝置，如圖所示。兩相距很近的通電平行線圈Ⅰ和Ⅱ，線圈Ⅰ固定，線圈Ⅱ置于天平托盤(pán)上。當(dāng)兩線圈均無(wú)電流通過(guò)時(shí)，天平示數(shù)恰好為零。下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．當(dāng)天平示數(shù)為負(fù)時(shí)，兩線圈電流方向相同
B．當(dāng)天平示數(shù)為正時(shí)，兩線圈電流方向相同
C．線圈Ⅰ對(duì)線圈Ⅱ的作用力等于線圈Ⅱ?qū)€圈Ⅰ的作用力
D．線圈Ⅰ對(duì)線圈Ⅱ的作用力與托盤(pán)對(duì)線圈Ⅱ的作用力是一對(duì)相互作用力
AC　[當(dāng)天平示數(shù)為負(fù)時(shí)，說(shuō)明兩線圈相互吸引，兩線圈電流方向相同，故A正確；當(dāng)天平示數(shù)為正時(shí)，說(shuō)明兩線圈相互排斥，兩線圈電流方向相反，故B錯(cuò)誤；線圈Ⅰ和線圈Ⅱ之間的作用力是一對(duì)相互作用力，二者等大反向，故C正確；線圈Ⅰ對(duì)線圈Ⅱ的作用力與托盤(pán)對(duì)線圈Ⅱ的作用力不是一對(duì)相互作用力，它們作用在一個(gè)物體上，故D錯(cuò)誤。]
5．電磁炮利用電磁力沿導(dǎo)軌將彈頭加速到很高的速度發(fā)射出去，某型號(hào)電磁炮的發(fā)射速度達(dá)到了7馬赫，射程達(dá)到200公里，其工作原理如圖所示。當(dāng)兩平行導(dǎo)軌接入電源時(shí)，強(qiáng)電流從一導(dǎo)軌流入，經(jīng)滑塊(炮彈)從另一導(dǎo)軌流回時(shí)，在兩導(dǎo)軌平面間產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小與電流大小成正比，即B＝kI。忽略軌道的摩擦，關(guān)于電磁炮，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．若只將電流I增大為原來(lái)的2倍，則滑塊(炮彈)受到的電磁力增大為原來(lái)的4倍
B．若只將電流I增大為原來(lái)的2倍，則滑塊(炮彈)受到的電磁力也增大為原來(lái)的2倍
C．若只將電流I增大為原來(lái)的2倍，則滑塊(炮彈)射出的動(dòng)能也增大為原來(lái)的2倍
D．若只將導(dǎo)軌長(zhǎng)度增大為原來(lái)的2倍，則炮彈射出的速度也增大為原來(lái)的2倍
A　[滑塊(炮彈)受到的電磁力F＝BIL＝kI2L，若只將電流I增大為原來(lái)的2倍，則滑塊(炮彈)受到的電磁力增大為原來(lái)的4倍，故A正確，B錯(cuò)誤；若只將電流I增大為原來(lái)的2倍，受到的電磁力增大為原來(lái)的4倍，根據(jù)動(dòng)能定理Fx＝Ek，則滑塊(炮彈)射出的動(dòng)能增大為原來(lái)的4倍，故C錯(cuò)誤；根據(jù)Fx＝Ek＝mv2，若只將導(dǎo)軌長(zhǎng)度x增大為原來(lái)的2倍，則動(dòng)能變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，射出速度變?yōu)樵瓉?lái)的倍，故D錯(cuò)誤。故選A。]
6．如圖所示是磁電式電流表中的輻向磁場(chǎng)。假設(shè)長(zhǎng)方形線圈的匝數(shù)為n，垂直于紙面的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)1，平行于紙面的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)2，線圈垂直于紙面的邊所在處磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。當(dāng)通入電流I，線圈以角速度ω繞垂直紙面的中心軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)到水平位置時(shí)，下列判斷正確的是(　　)
A．穿過(guò)線圈的磁通量為BL1L2
B．線圈左側(cè)邊所受的安培力方向豎直向上
C．線圈左側(cè)邊所受的安培力大小為nBIL1
D．線圈左側(cè)邊轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度v＝
C　[線圈在水平位置時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量為零，A錯(cuò)誤；根據(jù)左手定則可知，線圈位于水平位置時(shí)，其左側(cè)邊所受的安培力方向豎直向下，B錯(cuò)誤；由于線圈匝數(shù)為n，根據(jù)安培力公式可知，線圈左側(cè)邊所受的安培力大小為F＝nBIL1，C正確；根據(jù)線速度與角速度的關(guān)系可知，線圈左側(cè)邊轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度v＝，D錯(cuò)誤。]
7．如圖甲所示，斜面固定在水平面上，一通電導(dǎo)體棒ab置于斜面上且與底邊平行。整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)體棒ab所受的安培力為F；若僅將導(dǎo)體棒ab從中點(diǎn)處折成相互垂直的兩段，且端點(diǎn)a、b連線仍與斜面底邊平行，如圖乙所示，則此時(shí)導(dǎo)體棒ab所受的安培力為(　　)
A．F 　 B．F
C．F 　 D．F
D　[設(shè)導(dǎo)體棒ab的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，通過(guò)導(dǎo)體棒ab的電流為I，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，導(dǎo)體棒ab受到的安培力F＝BIL；若僅將導(dǎo)體棒ab從中點(diǎn)處折成相互垂直的兩段，導(dǎo)體棒ab的有效長(zhǎng)度l＝L，導(dǎo)體棒ab所受安培力F＝BIl＝，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。]
8．一架懸掛于天花板上的彈簧秤下掛水平導(dǎo)線AB，導(dǎo)線中通有如圖所示向右的電流I1，導(dǎo)線中心的正下方有與導(dǎo)線AB垂直的另一長(zhǎng)直導(dǎo)線，當(dāng)長(zhǎng)直導(dǎo)線中通入向里的電流I2時(shí)，關(guān)于導(dǎo)線AB的運(yùn)動(dòng)及彈簧秤讀數(shù)的變化正確的是(　　)
A．A向外、B向里轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧秤的讀數(shù)增大
B．A向里、B向外轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧秤的讀數(shù)減小
C．A向里、B向外轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧秤的讀數(shù)增大
D．A向外、B向里轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧秤的讀數(shù)減小
A　[根據(jù)安培定則可知，導(dǎo)線I2的磁感線是同心圓，方向如圖所示。因此對(duì)AB左半段，可以用左手定則判斷A端受到向外的力，同理也可以分析出B端受向里的力，從而使得A端轉(zhuǎn)向紙外，B端轉(zhuǎn)向紙里。AB轉(zhuǎn)動(dòng)后電流的方向也向里，所以?xún)蓚€(gè)電流之間相互吸引，所以AB對(duì)彈簧秤的拉力將增大，則彈簧秤的讀數(shù)增大，故A正確。]
9．(多選)我國(guó)第一艘導(dǎo)電磁推進(jìn)船HEMS－1的原理如圖所示，強(qiáng)磁場(chǎng)方向豎直，在垂直于船身方向兩邊安裝正負(fù)電極，電極都在海水里。當(dāng)電源接通時(shí)海水中產(chǎn)生垂直于船體方向的強(qiáng)電流，推動(dòng)船體運(yùn)動(dòng)，如果磁感應(yīng)強(qiáng)度為5 T(看作勻強(qiáng)磁場(chǎng))，水通道寬0.5 m，產(chǎn)生的推力為50 N，則下圖中船的運(yùn)動(dòng)方向和船上蓄電池中的電流分別為(　　)
　
A．船向左運(yùn)動(dòng)
B．船向右運(yùn)動(dòng)
C．蓄電池中的電流為20 A
D．蓄電池中的電流為10 A
BC　[由左手定則可判斷出水流向左運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第三定律可知船受力向右，由F＝BIL得I＝＝20 A，故B、C正確，A、D錯(cuò)誤。]
10．(多選)如圖所示，條形磁鐵放在水平粗糙桌面上，它的右上方附近固定有一根長(zhǎng)直導(dǎo)線，導(dǎo)線中接通了方向垂直紙面向里(即與條形磁鐵垂直)的電流，與原來(lái)沒(méi)有放置通電導(dǎo)線時(shí)相比較，磁鐵受到的支持力N和摩擦力f的變化情況是(　　)
A．N減小了
B．N增大了
C．f不為0，且方向向左
D．f不為0，且方向向右
BD　[未通電時(shí)，磁鐵受到的支持力等于磁鐵的重力，不受摩擦力作用；通電后，對(duì)導(dǎo)線受力分析，由左手定則可知其受到的安培力方向斜向右上，由牛頓第三定律可知磁鐵受到導(dǎo)線的作用力斜向左下，故地面對(duì)磁鐵的摩擦力方向向右，地面對(duì)磁鐵的支持力大于磁鐵的重力，故B、D正確，A、C錯(cuò)誤。]
11．如圖所示，將通電直導(dǎo)線AB用絲線懸掛在電磁鐵的正上方，直導(dǎo)線可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，則接通開(kāi)關(guān)S的瞬間(　　)
A．A端向上運(yùn)動(dòng)，B端向下運(yùn)動(dòng)，懸線張力不變
B．A端向下運(yùn)動(dòng)，B端向上運(yùn)動(dòng)，懸線張力不變
C．A端向紙外運(yùn)動(dòng)，B端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，懸線張力變小
D．A端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，B端向紙外運(yùn)動(dòng)，懸線張力變大
D　[當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通時(shí)，根據(jù)安培定則知電磁鐵附近磁感線的分布如圖所示，由左手定則知通電直導(dǎo)線此時(shí)A端受力指向紙內(nèi)，B端受力指向紙外，故導(dǎo)線將轉(zhuǎn)動(dòng)，由特殊位置法知當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)到與磁感線垂直時(shí)，整個(gè)導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力方向豎直向下，故懸線張力變大，D正確。]
12．如圖所示，質(zhì)量m＝1 kg的通電導(dǎo)體棒在安培力作用下靜止在傾角為53°、寬度L＝1 m的光滑絕緣框架上，磁場(chǎng)方向垂直于框架平面向下(磁場(chǎng)僅存在于絕緣框架內(nèi))。右側(cè)回路中，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝13 V、內(nèi)阻r＝3 Ω，額定功率為2 W、額定電壓為4 V的電動(dòng)機(jī)M正常工作。(sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6，重力加速度大小g＝10 m/s2)試求：
(1)電動(dòng)機(jī)的額定電流IM與通過(guò)電源的電流I總；
(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大小及磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。
[解析]　(1)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，有PM＝UIM
代入數(shù)據(jù)解得IM＝0.5 A
通過(guò)電源的電流為I總＝ A＝3 A。
(2)導(dǎo)體棒靜止在導(dǎo)軌上，由共點(diǎn)力的平衡可知，安培力的大小等于重力沿斜面向下的分力，即
F＝mg sin 53°＝8 N
流過(guò)導(dǎo)體棒的電流為
I＝I總－IM＝3 A－0.5 A＝2.5 A
F＝BIL
解得B＝3.2 T。
[答案]　(1)0.5 A　3 A　(2)8 N　3.2 T
13．如圖所示，平行金屬導(dǎo)軌間距L＝0.4 m，其所在平面與水平面夾角θ＝37°，且處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5 T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。金屬導(dǎo)軌的一端接有電動(dòng)勢(shì)E＝4.5 V、內(nèi)阻r＝0.5 Ω的直流電源。現(xiàn)把一根質(zhì)量m＝0.04 kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，此時(shí)導(dǎo)體棒恰好靜止。導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌兩接觸點(diǎn)間的電阻R＝2.5 Ω，金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)，g取10 m/s2。已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。
(1)求流經(jīng)導(dǎo)體棒的電流大小；
(2)求導(dǎo)體棒受到的摩擦力大小及方向；
(3)不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，在垂直導(dǎo)體棒的平面內(nèi)，將磁場(chǎng)沿順時(shí)針?lè)较蚓徛D(zhuǎn)過(guò)角度α，使導(dǎo)體棒和金屬導(dǎo)軌之間的摩擦力恰好為0，求角度α的大小。
[解析]　(1)根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得I＝
代入數(shù)據(jù)解得I＝1.5 A。
(2)安培力F＝BIL＝0.3 N，方向沿斜面向上
導(dǎo)體棒所受重力沿斜面向下的分力
F1＝mgsin 37°＝0.24 N
根據(jù)平衡條件可得F1＋f＝F
代入數(shù)據(jù)解得f＝0.06 N，方向沿斜面向下。
(3)摩擦力為零，根據(jù)平衡條件可得mg sin 37°＝F cos α
代入數(shù)據(jù)解得α＝37°。
[答案]　(1)1.5 A　(2)0.06 N，方向沿斜面向下　(3)37°(共61張PPT)
2．安培力的應(yīng)用
第一章　磁場(chǎng)對(duì)電流的作用
必備知識(shí)·自主預(yù)習(xí)儲(chǔ)備
知識(shí)點(diǎn)一　直流電動(dòng)機(jī)
1．定義：電動(dòng)機(jī)是利用______使通電線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_____的重要裝置。
2．分類(lèi)：電動(dòng)機(jī)有____電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。
3．原理：如圖所示，當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，右邊線
框受到的安培力方向____，左邊線框受到____的安
培力，在安培力作用下線框轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。
安培力
機(jī)械能
直流
向下
向上
知識(shí)點(diǎn)二　電磁炮
1．定義：利用____系統(tǒng)中的安培力發(fā)射彈丸的一種先進(jìn)的____殺傷性武器，也叫軌道炮。
2．分類(lèi)：分為_(kāi)_________、電磁線圈炮和重接炮三類(lèi)。
3．原理
電流通過(guò)導(dǎo)軌A、B和彈丸，在導(dǎo)軌間形成
______，彈丸受到______的作用在導(dǎo)軌上
以很大的加速度加速運(yùn)動(dòng)并發(fā)射出去。
電磁
動(dòng)能
電磁軌道炮
強(qiáng)磁場(chǎng)
安培力
4．電磁炮的優(yōu)點(diǎn)
(1)方便攜帶；
(2)安全隱患小；
(3)射擊精度高。
知識(shí)點(diǎn)三　磁電式電流表
1．構(gòu)造：在蹄形永磁體的兩個(gè)磁極上各加一個(gè)軟鐵制的____；中心固定一個(gè)圓柱形的______，在極靴和鐵芯間產(chǎn)生沿徑向均勻分布的輻向磁場(chǎng)，線圈繞在鐵芯上并連接在轉(zhuǎn)軸上，軸的上、下兩端各連有一盤(pán)游絲(螺旋彈簧)，指針固定在轉(zhuǎn)軸上。
極靴
軟鐵芯
2．原理：通電線圈在磁場(chǎng)中受到安培力而偏轉(zhuǎn)(如圖)。
線圈偏轉(zhuǎn)的____越大，被測(cè)電流就____。
3．優(yōu)缺點(diǎn)：(1)優(yōu)點(diǎn)：________；(2)缺點(diǎn)：易燒壞。
思考　電流表中磁場(chǎng)分布有何特點(diǎn)呢？
提示：均勻輻向磁場(chǎng)。
角度
越大
靈敏度高
[預(yù)習(xí)體驗(yàn)]
1．思考辨析(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)
(1)當(dāng)電動(dòng)機(jī)線圈與磁場(chǎng)垂直時(shí)，磁通量最大。 (　)
(2)直流電動(dòng)機(jī)通過(guò)改變輸入電壓很容易調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，交流電動(dòng)機(jī)不容易調(diào)速。 (　)
(3)電磁炮是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。 (　)
(4)電磁炮的基本原理與直流電動(dòng)機(jī)相同，即通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到力的作用。 (　)
√
√
√
√
(5)磁電式電流表內(nèi)的磁鐵和鐵芯之間是均勻輻向分布的磁場(chǎng)，使線圈平面始終與磁感線平行。 (　)
(6)磁電式電流表內(nèi)的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向處處相同，大小不等。 (　)
√
×
2．直流電動(dòng)機(jī)通電后，使線圈發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力是(　　)
A．重力　　　　 B．電場(chǎng)力
C．磁場(chǎng)力 　 D．摩擦力
C　[直流電動(dòng)機(jī)通電后，線圈中有電流通過(guò)，通電線圈在磁場(chǎng)中受到磁場(chǎng)力的作用開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，A、B、D錯(cuò)誤，C正確。]
√
關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成
當(dāng)通電導(dǎo)線垂直放置在磁場(chǎng)中時(shí)，會(huì)受到安培力作用，如果放在磁場(chǎng)中的不是一段通電導(dǎo)線，而是一個(gè)通電的矩形線圈會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？
提示：受到安培力而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
考點(diǎn)1　直流電動(dòng)機(jī)
1．基本結(jié)構(gòu)
如圖所示為直流電動(dòng)機(jī)模型
它由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。
(1)定子：主要部分是磁極。
(2)轉(zhuǎn)子：由電樞繞組(線圈)，換向器(兩個(gè)銅半環(huán))和轉(zhuǎn)軸組成。
2．工作原理
直流電動(dòng)機(jī)是利用線圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)的原理制成的。它把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，給矩形線圈通電后，線圈便在安培力作用下繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
3．直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)力矩大，容易調(diào)整，廣泛應(yīng)用在電車(chē)、電力機(jī)車(chē)、礦井提升機(jī)等起重設(shè)備中。
【典例1】　如圖所示，電動(dòng)機(jī)模型的矩形線圈長(zhǎng)邊的長(zhǎng)為5 cm，共20匝，通入1 A電流，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是0.5 T(當(dāng)作勻強(qiáng)磁場(chǎng)考慮)，線圈長(zhǎng)邊一側(cè)受到的最大安培力是多少？如果通入2 A的電流呢？
[解析]　通入1 A電流時(shí)，線圈長(zhǎng)邊一側(cè)受到的最大安培力
F1＝nI1lB＝20×1×0.05×0.5 N＝0.5 N
通入2 A電流時(shí)，受到的最大安培力
F2＝nI2lB＝20×2×0.05×0.5 N＝1 N。
[答案]　0.5 N　1 N
[跟進(jìn)訓(xùn)練]
1．如圖所示是電動(dòng)機(jī)模型示意圖。處于磁場(chǎng)中的矩形通電金屬線框abcd可繞軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng)。線框中的電流方向如圖所示。在圖示位置(線框所在的水平面剛好和磁場(chǎng)方向平行、且ab和cd邊與磁場(chǎng)方向垂直)，關(guān)于線框ab、bc、cd、da邊受到安培力的方向，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．a(chǎn)b邊受到安培力的方向向右　
B．bc邊受到安培力的方向向下
C．cd邊受到安培力的方向向上　
D．da邊受到安培力的方向向左
√
C　[由題圖可知磁場(chǎng)方向水平向左，由左手定則可知，左邊cd受到的安培力豎直向上，右邊ab受到的安培力豎直向下，bc、da不受安培力，故選C。]
考點(diǎn)2　安培力作用下導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題
1．判斷安培力作用下通電導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向的思路
(1)首先應(yīng)畫(huà)出通電導(dǎo)體(或通電線圈)所在位置的磁感線方向。
(2)根據(jù)左手定則確定通電導(dǎo)體(或通電線圈)所受安培力的方向。
(3)由通電導(dǎo)體(或通電線圈)的受力情況判斷通電導(dǎo)體(或通電線圈)的運(yùn)動(dòng)方向。
2．五種常用方法
電流
元法 把整段導(dǎo)線分為許多段直線電流元，先用左手定則判斷每段電流元受力的方向，然后判斷整段導(dǎo)線所受合力的方向，從而確定導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向
等效法 環(huán)形電流可等效成小磁針，通電螺線管可以等效成條形磁鐵或多個(gè)環(huán)形電流，反過(guò)來(lái)等效也成立
特殊
位置法 通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)通電導(dǎo)線到某個(gè)便于分析的特殊位置(如轉(zhuǎn)過(guò)90°)，然后判斷其所受安培力的方向，從而確定其運(yùn)動(dòng)方向
結(jié)論法 兩平行直線電流在相互作用過(guò)程中，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流互相吸引，反向電流互相排斥；兩不平行的直線電流相互作用時(shí)，有轉(zhuǎn)到平行且電流方向相同的趨勢(shì)
轉(zhuǎn)換
研究
對(duì)象法　 定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，可先分析電流在磁體磁場(chǎng)中所受的安培力，然后由牛頓第三定律確定磁體所受電流磁場(chǎng)的作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向
【典例2】　如圖所示，O為圓心，KN、LM是半徑分別為ON、OM的同心圓弧，在O處垂直紙面有一載流直導(dǎo)線，電流方向垂直紙面向外，用一根導(dǎo)線圍成如圖KLMN所示的回路，當(dāng)回路中沿圖示方向通過(guò)電流時(shí)(電源未在圖中畫(huà)出)，此時(shí)回路(　　)
A．將向左平動(dòng)
B．將向右平動(dòng)
C．將在紙面內(nèi)繞通過(guò)O點(diǎn)并垂直紙面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)
D．KL邊將垂直紙面向外運(yùn)動(dòng)，MN邊垂直紙面向里運(yùn)動(dòng)
√
D　[因?yàn)橥娭睂?dǎo)線的磁感線是以O(shè)為圓心的一組同心圓，磁感線與KN邊、LM邊平行，所以KN邊、LM邊均不受力。根據(jù)左手定則可得，KL邊受力垂直紙面向外，MN邊受力垂直紙面向里，故D正確。]
[跟進(jìn)訓(xùn)練]
2．如圖所示電路中，三節(jié)干電池相同，當(dāng)開(kāi)關(guān)S分別置于A、B兩處時(shí)，導(dǎo)線M′M與NN′之間的安培力的大小分別為FA、FB，可判斷這兩段導(dǎo)線(　　)



A．相互吸引，F(xiàn)A＞FB B．相互排斥，F(xiàn)A＞FB
C．相互吸引，F(xiàn)A＜FB 　 D．相互排斥，F(xiàn)A √
D　[當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于A處時(shí)電源為一節(jié)干電池，電流的方向是M′MNN′，電流大小為IA，由于導(dǎo)線MM′與NN′中電流方向相反，故兩段導(dǎo)線相互排斥；當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于B處時(shí)電源為兩節(jié)干電池，電流的方向仍是M′MNN′，電流大小為IB，由于導(dǎo)線MM′與NN′中電流方向相反，故兩段導(dǎo)線相互排斥，IB＞IA，MM′在NN′處的磁感應(yīng)強(qiáng)度BA＜BB，應(yīng)用安培力公式F＝BIL，可知FA＜FB。故D正確。]
考點(diǎn)3　磁電式電流表
1．磁電式電流表的磁場(chǎng)特點(diǎn)
兩磁極間裝有極靴，極靴中間有鐵質(zhì)圓柱，使極靴與圓柱間的磁場(chǎng)都沿半徑方向，保持線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安培力的大小不受磁場(chǎng)的影響，電流所受安培力的方向總與線圈平面垂直，使表盤(pán)刻度均勻。
2．磁電式電流表的靈敏度
(1)電流表的靈敏度：是指在通入相同電流的情況下，指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，偏角越大，靈敏度越高。
(2)提高靈敏度的方法：如果要提高磁電式電流表的靈敏度，就要使在相同電流下導(dǎo)線所受的安培力增大，可通過(guò)增加線圈的匝數(shù)、增大永磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度、增加線圈的面積和減小轉(zhuǎn)軸處摩擦等方法實(shí)現(xiàn)。
【典例3】　(多選)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常使用的電流表是磁電式流表。這種電流表的構(gòu)造如圖甲所示。蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是均勻輻向分布的。當(dāng)線圈通以如圖乙所示的電流，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它的平面始終跟磁感線平行
B．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺旋彈簧被扭動(dòng)，阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)
C．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖乙所示的位置，安培
力的作用使線圈沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)
D．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖乙所示的位置，線圈
不受安培力的作用
甲　　　　　　乙　
√
√
AB　[磁場(chǎng)是均勻地輻向分布，所以磁感線始終與線圈平面平行，即始終與線圈邊垂直，故A正確；當(dāng)通電后，處于磁場(chǎng)中的線圈受到安培力作用，使其轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋彈簧被扭動(dòng)，線圈受到彈簧的阻力，從而阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，故B正確；由左手定則可判定，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到如圖乙所示的位置，a端受到的安培力方向向上，b端受到的安培力方向向下，因此安培力的作用使線圈沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，故C、D錯(cuò)誤。]
規(guī)律方法　磁電式電流表工作原理
(1)通電線圈在磁場(chǎng)中受到安培力而轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺旋彈簧變形，阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)。
(2)線圈偏轉(zhuǎn)的角度越大，被測(cè)電流就越大。根據(jù)線圈偏轉(zhuǎn)的方向，可以知道被測(cè)電流的方向。
[跟進(jìn)訓(xùn)練]
3．磁電式電流表的外部構(gòu)造如圖甲所示，在蹄形磁鐵的兩極間有一個(gè)可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈，轉(zhuǎn)軸上裝有螺旋彈簧和指針如圖乙所示。蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)均勻輻向分布。當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，線圈在安培力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖丙所示，螺旋彈簧被扭動(dòng)，線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滿足NBIS＝kθ，式中N為線圈的匝數(shù)，S為線圈的面積，I為通過(guò)線圈的電流，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，θ為線圈(指針)偏角，k是與螺旋彈簧有關(guān)的常量。不考慮電磁感應(yīng)現(xiàn)象，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
√
學(xué)習(xí)效果·隨堂評(píng)估自測(cè)
√
1．下列設(shè)備中，使用的電動(dòng)機(jī)不是直流電動(dòng)機(jī)的是(　　)
A．電力機(jī)車(chē) 　 B．貨運(yùn)電瓶車(chē)
C．電磁起重機(jī) 　 D．家用電風(fēng)扇
D　[電力機(jī)車(chē)和貨運(yùn)電瓶車(chē)都采用直流電源供電，即使用的電動(dòng)機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)，均不符合題意；電磁起重機(jī)是根據(jù)電流的磁效應(yīng)制成的，其內(nèi)部沒(méi)有電動(dòng)機(jī)，也不符合題意；由于家庭電路是交流電，所以家用電風(fēng)扇使用的是交流電動(dòng)機(jī)，即該選項(xiàng)是符合題意的，故D正確。]
√
2．關(guān)于磁電式電流表內(nèi)的磁鐵和鐵芯之間的均勻輻向分布的磁場(chǎng)，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小處處相等，方向相同
B．該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向處處相同，大小不等
C．使線圈平面始終與磁感線平行
D．該磁場(chǎng)中距軸線等距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不相等
C　[磁電式電流表內(nèi)的磁鐵和鐵芯之間均勻輻向分布的磁場(chǎng)，使線圈平面始終與磁感線平行，C正確；該磁場(chǎng)中距軸線等距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小處處相等，但方向不同，A、B、D錯(cuò)誤。]
3．電磁炮是一種新型武器，如圖所示為簡(jiǎn)化后的原理圖，恒流源的電流通過(guò)金屬桿EF(裝有彈頭)，兩平行金屬導(dǎo)軌處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，金屬桿受磁場(chǎng)力推動(dòng)向右加速。設(shè)彈頭質(zhì)量(含金屬桿EF的質(zhì)量)m＝2×10-2 kg，軌道寬度L＝0.5 m，長(zhǎng)度s＝200 m，通過(guò)的電流大小恒為I＝20 A，彈頭從導(dǎo)軌最左端開(kāi)始由靜止勻加速至最右端，達(dá)到v＝2 km/s 的發(fā)射速度，重力加速度g＝10 m/s2，(軌道摩擦不計(jì))，求：
(1)彈頭在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；
(2)導(dǎo)軌間勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小；
(3)采取哪些措施能提高彈頭的發(fā)射速度。(至少提兩條)
[答案]　(1)0.2 s　(2)20 T　(3)見(jiàn)解析
回歸本節(jié)知識(shí)，自我完成以下問(wèn)題：
(1)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理是什么？
提示：直流電動(dòng)機(jī)的工作原理是線圈在磁場(chǎng)中受安培力作用而轉(zhuǎn)動(dòng)。
(2)用磁電式電流表測(cè)量電流時(shí)，通電線圈的左右兩邊受到的安培力的大小是否隨著線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)而變化呢？
提示：線圈左右兩邊受到的安培力的大小不變。
題號(hào)
課時(shí)分層作業(yè)(二)　安培力的應(yīng)用
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1．如圖為一由干電池、銅線圈和釹磁鐵組成的簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)，此裝置中的銅線圈能從靜止開(kāi)始繞虛線OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，那么(　　)
A．若磁鐵上方為N極，從上往下看，線圈將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)
B．若磁鐵上方為S極，從上往下看，線圈將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)
C．線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程電池的化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為線圈的
動(dòng)能
D．線圈加速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程電池的化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為線圈的動(dòng)能
A　[若磁鐵上方為N極，線圈左邊的電流是向下的，磁場(chǎng)是向左的，根據(jù)左手定則可知安培力是向內(nèi)的，同理，線圈右邊的電流也是向下的，磁場(chǎng)是向右的，根據(jù)左手定則可知安培力是向外的，故從上往下看，線圈將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故A正確；若磁鐵上方為S極，同理可知，從上往下看，線圈將逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故B錯(cuò)誤；線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為線圈的動(dòng)能和電路的焦耳熱，故C錯(cuò)誤；線圈加速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為線圈的動(dòng)能和電路的焦耳熱，故D錯(cuò)誤。]
題號(hào)
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題號(hào)
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√
2．如圖所示，水平桌面上有一根條形磁鐵，把一根通電長(zhǎng)直導(dǎo)線固定在條形磁鐵的右上方，若在導(dǎo)線中通以圖示方向的電流，則條形磁鐵受到水平桌面給它的摩擦力方向應(yīng)該是(　　)
A．無(wú)摩擦力 　 B．水平向左
C．水平向右 　 D．無(wú)法確定摩擦力方向
C　[以導(dǎo)線為研究對(duì)象，由左手定則判斷得知導(dǎo)線所受安培力方向斜向右上方，根據(jù)牛頓第三定律得知，導(dǎo)線對(duì)磁鐵的安培力方向斜向左下方，磁鐵有向左運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，受到向右的摩擦力，故C正確。]
題號(hào)
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3．電動(dòng)機(jī)通電之后轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，其實(shí)質(zhì)是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)內(nèi)線圈通電之后在磁場(chǎng)中受到了安培力的作用，如圖所示為電動(dòng)機(jī)內(nèi)的矩形線圈，其只能繞Ox軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的四個(gè)邊分別與x、y軸平行，線圈中電流方向如圖所示，當(dāng)空間加上如下所述的哪種磁場(chǎng)時(shí)，線圈會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)(　　)
A．方向沿x軸的恒定磁場(chǎng)
B．方向沿y軸的恒定磁場(chǎng)
C．方向沿z軸的恒定磁場(chǎng)
D．方向沿z軸的變化磁場(chǎng)
√
題號(hào)
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B　[加方向沿x軸的恒定磁場(chǎng)，ab、cd邊不受力，ad受力向上，bc受力向下，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；加方向沿y軸的恒定磁場(chǎng)，ad、bc邊不受力，ab受力向上，cd受力向下，可以轉(zhuǎn)動(dòng)，B正確；加方向沿z軸的恒定磁場(chǎng)，ab受力向左，cd受力向右，ad受力向里，bc受力向外，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，C錯(cuò)誤；加方向沿z軸的變化磁場(chǎng)，線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，但受力與線圈在同一平面內(nèi)，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，D錯(cuò)誤。]
題號(hào)
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√
4．(多選)電流天平是一種測(cè)量磁場(chǎng)力的裝置，如圖所示。兩相距很近的通電平行線圈Ⅰ和Ⅱ，線圈Ⅰ固定，線圈Ⅱ置于天平托盤(pán)上。當(dāng)兩線圈均無(wú)電流通過(guò)時(shí)，天平示數(shù)恰好為零。下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．當(dāng)天平示數(shù)為負(fù)時(shí)，兩線圈電流方向相同
B．當(dāng)天平示數(shù)為正時(shí)，兩線圈電流方向相同
C．線圈Ⅰ對(duì)線圈Ⅱ的作用力等于線圈Ⅱ?qū)€
圈Ⅰ的作用力
D．線圈Ⅰ對(duì)線圈Ⅱ的作用力與托盤(pán)對(duì)線圈Ⅱ的作用力是一對(duì)相互作用力
√
題號(hào)
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AC　[當(dāng)天平示數(shù)為負(fù)時(shí)，說(shuō)明兩線圈相互吸引，兩線圈電流方向相同，故A正確；當(dāng)天平示數(shù)為正時(shí)，說(shuō)明兩線圈相互排斥，兩線圈電流方向相反，故B錯(cuò)誤；線圈Ⅰ和線圈Ⅱ之間的作用力是一對(duì)相互作用力，二者等大反向，故C正確；線圈Ⅰ對(duì)線圈Ⅱ的作用力與托盤(pán)對(duì)線圈Ⅱ的作用力不是一對(duì)相互作用力，它們作用在一個(gè)物體上，故D錯(cuò)誤。]
題號(hào)
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5．電磁炮利用電磁力沿導(dǎo)軌將彈頭加速到很高的速度發(fā)射出去，某型號(hào)電磁炮的發(fā)射速度達(dá)到了7馬赫，射程達(dá)到200公里，其工作原理如圖所示。當(dāng)兩平行導(dǎo)軌接入電源時(shí)，強(qiáng)電流從一導(dǎo)軌流入，經(jīng)滑塊(炮彈)從另一導(dǎo)軌流回時(shí)，在兩導(dǎo)軌平面間產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小與電流大小成正比，即B＝kI。忽略軌道的摩擦，關(guān)于電磁炮，下列說(shuō)法正確的是(　　)
題號(hào)
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A．若只將電流I增大為原來(lái)的2倍，則滑塊(炮彈)受到的電磁力增大為原來(lái)的4倍
B．若只將電流I增大為原來(lái)的2倍，則滑塊(炮彈)受到的電磁力也增大為原來(lái)的2倍
C．若只將電流I增大為原來(lái)的2倍，則滑塊(炮彈)射出的動(dòng)能也增大為原來(lái)的2倍
D．若只將導(dǎo)軌長(zhǎng)度增大為原來(lái)的2倍，則炮彈射出的速度也增大為原來(lái)的2倍
√
題號(hào)
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8．一架懸掛于天花板上的彈簧秤下掛水平導(dǎo)線AB，導(dǎo)線中通有如圖所示向右的電流I1，導(dǎo)線中心的正下方有與導(dǎo)線AB垂直的另一長(zhǎng)直導(dǎo)線，當(dāng)長(zhǎng)直導(dǎo)線中通入向里的電流I2時(shí)，關(guān)于導(dǎo)線AB的運(yùn)動(dòng)及彈簧秤讀數(shù)的變化正確的是(　　)
A．A向外、B向里轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧秤的讀數(shù)增大
B．A向里、B向外轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧秤的讀數(shù)減小
C．A向里、B向外轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧秤的讀數(shù)增大
D．A向外、B向里轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧秤的讀數(shù)減小
題號(hào)
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A　[根據(jù)安培定則可知，導(dǎo)線I2的磁感線是同心圓，方向如圖所示。因此對(duì)AB左半段，可以用左手定則判斷A端受到向外的力，同理也可以分析出B端受向里的力，從而使得A端轉(zhuǎn)向紙外，B端轉(zhuǎn)向紙里。AB轉(zhuǎn)動(dòng)后電流的方向也向里，所以?xún)蓚€(gè)電流
之間相互吸引，所以AB對(duì)彈簧秤的拉力將增大，
則彈簧秤的讀數(shù)增大，故A正確。]
題號(hào)
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9．(多選)我國(guó)第一艘導(dǎo)電磁推進(jìn)船HEMS－1的原理如圖所示，強(qiáng)磁場(chǎng)方向豎直，在垂直于船身方向兩邊安裝正負(fù)電極，電極都在海水里。當(dāng)電源接通時(shí)海水中產(chǎn)生垂直于船體方向的強(qiáng)電流，推動(dòng)船體運(yùn)動(dòng)，如果磁感應(yīng)強(qiáng)度為5 T(看作勻強(qiáng)磁場(chǎng))，水通道寬0.5 m，產(chǎn)生的推力為50 N，則如圖中船的運(yùn)動(dòng)方向和船上蓄電池中的電流分別為(　　)
A．船向左運(yùn)動(dòng)
B．船向右運(yùn)動(dòng)
C．蓄電池中的電流為20 A
D．蓄電池中的電流為10 A
√
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10．(多選)如圖所示，條形磁鐵放在水平粗糙桌面上，它的右上方附近固定有一根長(zhǎng)直導(dǎo)線，導(dǎo)線中接通了方向垂直紙面向里(即與條形磁鐵垂直)的電流，與原來(lái)沒(méi)有放置通電導(dǎo)線時(shí)相比較，磁鐵受到的支持力N和摩擦力f 的變化情況是(　　)
A．N減小了
B．N增大了
C．f 不為0，且方向向左
D．f 不為0，且方向向右
√
題號(hào)
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BD　[未通電時(shí)，磁鐵受到的支持力等于磁鐵的重力，不受摩擦力作用；通電后，對(duì)導(dǎo)線受力分析，由左手定則可知其受到的安培力方向斜向右上，由牛頓第三定律可知磁鐵受到導(dǎo)線的作用力斜向左下，故地面對(duì)磁鐵的摩擦力方向向右，地面對(duì)磁鐵的支持力大于磁鐵的重力，故B、D正確，A、C錯(cuò)誤。]
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11．如圖所示，將通電直導(dǎo)線AB用絲線懸掛在電磁鐵的正上方，直導(dǎo)線可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，則接通開(kāi)關(guān)S的瞬間(　　)

A．A端向上運(yùn)動(dòng)，B端向下運(yùn)動(dòng)，懸線張力不變
B．A端向下運(yùn)動(dòng)，B端向上運(yùn)動(dòng)，懸線張力不變
C．A端向紙外運(yùn)動(dòng)，B端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，懸線張力變小
D．A端向紙內(nèi)運(yùn)動(dòng)，B端向紙外運(yùn)動(dòng)，懸線張力變大
題號(hào)
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D　[當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通時(shí)，根據(jù)安培定則知電磁鐵附近磁感線的分布如圖所示，由左手定則知通電直導(dǎo)線此時(shí)A端受力指向紙內(nèi)，B端受力指向紙外，故導(dǎo)線將轉(zhuǎn)動(dòng)，由特殊位置法知當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)到與磁感線垂直時(shí)，整個(gè)導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力方向豎直向下，故懸線張力變大，D正確。]
題號(hào)
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12．如圖所示，質(zhì)量m＝1 kg的通電導(dǎo)體棒在安培力作用下靜止在傾角為53°、寬度L＝1 m的光滑絕緣框架上，磁場(chǎng)方向垂直于框架平面向下(磁場(chǎng)僅存在于絕緣框架內(nèi))。右側(cè)回路中，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝13 V、內(nèi)阻r＝3 Ω，額定功率為2 W、額定電壓為4 V的電動(dòng)機(jī)M正常工作。(sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6，重力加速度大小g＝10 m/s2)試求：
(1)電動(dòng)機(jī)的額定電流IM與通過(guò)電源的電流I總；
(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大小及磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。
題號(hào)
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[答案]　(1)0.5 A　3 A　(2)8 N　3.2 T
題號(hào)
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13．如圖所示，平行金屬導(dǎo)軌間距L＝0.4 m，其所在平面與水平面夾角θ＝37°，且處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5 T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。金屬導(dǎo)軌的一端接有電動(dòng)勢(shì)E＝4.5 V、內(nèi)阻r＝0.5 Ω的直流電源。現(xiàn)把一根質(zhì)量m＝0.04 kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，此時(shí)導(dǎo)體棒恰好靜止。導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌兩接觸點(diǎn)間的電阻R＝2.5 Ω，
金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)，g取10 m/s2。已知sin 37°＝
0.6，cos 37°＝0.8。
題號(hào)
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(1)求流經(jīng)導(dǎo)體棒的電流大小；
(2)求導(dǎo)體棒受到的摩擦力大小及方向；
(3)不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，在垂直導(dǎo)體棒的平面內(nèi)，將磁場(chǎng)沿順時(shí)針?lè)较蚓徛D(zhuǎn)過(guò)角度α，使導(dǎo)體棒和金屬導(dǎo)軌之間的摩擦力恰好為0，求角度α的大小。
題號(hào)
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[答案]　(1)1.5 A　(2)0.06 N，方向沿斜面向下　(3)37°

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