第一章

磁場第2節

安培力的應用電流天平磁電式電表直流電動機安培力在生活、生產和科研中有著廣泛的應用1.了解如何利用安培力有關的物理知識制作電流天平2.了解如何利用安培力有關的物理知識制作制作磁電式電表3.了解如何利用安培力有關的物理知識制作簡單的直流式電動機一、電流天平普通天平是應用杠桿原理把被測物與已知質量的砝碼進行力學平衡，利用等效替代法測量出被測物體的質量。對于較難直接測量的安培力和磁感應強度，人們同樣運用等效替代法，結合安培力的相關知識和現代電子技術，設計出了如左圖所示的電流天平。天平右端掛一矩形線圈，匝數為n，底邊cd長為L，放在待測勻強磁場中，線圈中通入如圖所示電流I，在天平左、右兩邊加上質量分別為m1、m2的砝碼使天平平衡m1g＝m2g－nBIL保持電流大小不變，使電流反向，(m1＋m)g＝m2g＋nBIL在左盤中加入質量為m的砝碼，天平再次平衡聯立方程，解得：m1m2FF＝

nBILcdL在實驗室中，常用到一種測電流強弱和方向的電學儀器——電流表，它就是根據磁場對電流作用的安培力制成的。二、磁電式電表構造：刻度盤、指針、蹄形磁鐵、極靴（軟鐵制成）、螺旋彈簧、線圈、圓柱形鐵芯（軟鐵制成）。電流表中磁場分布有何特點？

①電流表中磁鐵與鐵芯之間是均勻輻向分布：所有磁感線的延長線都通過鐵芯的中心②在以鐵芯為中心的圓圈上，各點的磁感應強度B的大小是相等的.該磁場并非勻強磁場思考：該磁場是否勻強磁場？FF③無論線圈轉到什么位置，線圈平面總與磁場方向平行，所受安培力方向始終與線圈平面垂直.當線圈通入電流時，線圈的兩對邊受到大小相等、方向相反的一對安培力作用，線圈繞中心軸轉動。導致螺旋彈簧被扭轉，產生一個阻礙線圈轉動的阻力。當安培力與螺旋彈簀阻力作用效果相當時,線圈停在某一位置，電表指針指示表盤相應刻線，進而得到相應電流的大小；工作原理：電流方向改變，安培力方向也改變，線圈朝相反方向轉動。所以，根據指針的偏轉方向，就可以判斷出通過電表的電流方向。思考2：如何進一步提高靈敏度？提高磁電式電表的靈敏度，就要使在相同電流下線圈所受的安培力增大。可增加線圈的匝數n、增大永磁鐵的磁感應強度B、增加線圈的面積S思考1：能夠通過指針的偏轉方向判斷通過電流的方向？磁電式電表靈敏度高，可以測量很弱的電流，但是繞制線圈的導線很細，允許通過的電流很小；所以往往要與電阻并聯擴大量程。為什么磁電式電表的表盤刻度是均勻的？思考拓展：磁電式電表里，有個通電線圈會在磁場中受力轉動。轉動時受到的阻礙力和它轉的角度成正比，而線圈受力大小又和通過的電流大小有關。當平衡時，電流大小和線圈轉動角度成正比例關系，按角度均勻劃分刻度，表盤刻度就是均勻的。三、直流電動機生活中裝配了直流電動機的設備原理：利用安培力使通電線圈轉動能量轉化：電能轉化成機械能FFII線圈在一對大小相等，方向相反的安培力作用下，發生順時針轉動。FFab和cd邊的安培力不變，盡管受力平衡，但線圈由于慣性繼續順時針轉動。此位置為平衡位置。F安培力阻礙了線圈繼續轉動，使線圈反過來向逆時針方向轉動。F又回到平衡位置，由于慣性，繼續逆時針轉動，然后反復如此，最后靜止在平衡位置。思考：直流電動機的線圈如何實現連續不停地朝一個方向轉動的？兩個半圓銅環電刷換向器為了解決連續轉動問題，我們一般會進行如下改造：II線圈連同半圓銅環正常順時針轉動電刷沒有與半圓銅環接觸，線圈靠慣性繼續轉動使流經線圈的電流方向發生改變，線圈繼續順時針轉動圖a圖b圖cIIIIII1.關于磁電式電流表內的磁鐵和鐵芯之間的均勻輻向分布的磁場，下列說法中正確的是（）A．該磁場的磁感應強度大小處處相等，方向相同B．使線圈平面始終與磁感線平行C．使線圈上與軸平行的導線所受的安培力始終與線圈平面平行D．線圈上各點的磁感應強度大小都相等B2.如圖所示為電流天平，可以用來測量勻強磁場中的磁感應強度。它的右臂掛著矩形線圈，匝數為n，線圈的水平邊長為l，處于勻強磁場中，磁感應強度B的方向與線圈平面垂直。當線圈中通過電流I時，調節砝碼使兩臂達到平衡。下列說法中正確的是（）A．線圈受到的安培力大小為BIlB．線圈受到的安培力方向水平指向紙內C．若發現右盤向上翹起，則應增大線圈中的電流D．若把電流大小不變而方向反向，則左盤向上翹起D安培力