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1.2 安培力的应用 预习案 高二物理教科版（2019）选择性必修第二册
1、认识直流电动机、电磁炮及磁电式电流表。
2、理解电动机、电磁炮及磁电式电流表的工作原理。
重点
理解电动机、电磁炮及磁电式电流表的工作原理。
难点
根据对电动机、电磁炮及磁电式电流表的工作模式的理解，解决一般问题。
一、直流电动机
（1）构造：磁场（磁体）、转动线圈、电刷、电源。其中，滑环在其中起了一个①________的作用。
（2）原理：当电流通过线圈时，导线受到②________的作用而转动，并且每转③________，线圈内电流方向就变换一次，从而可以连续转动。
（3）除直流电动机外还有交流电动机。例如家用的电风扇、洗衣机、抽油烟机等使用的都是交流电动机。
（4）能量转换：④________转化为⑤________。
二、电磁炮
（1）构造：金属导轨和弹丸.
（2）原理：两条平行的金属导轨充当传统火炮的炮管，弹丸放置在两导轨间，它与两导轨间接触良好且摩擦很小。当两导轨接入电源时，强大的电流 I 从其中一个导轨流入，经弹丸从另一导轨流回，两导轨中的强电流在两导轨间产生强磁场，磁场方向竖直向上。利用左手定则可以判定，弹丸受到的安培力方向水平向右，它将在导轨上以很大的加速度做加速运动，最终高速发射出去。
（3）优点：电磁炮弹体积小、重量轻、安全隐患低；电磁炮发射稳定性好，初速度大，射程远，射击精度高。
三、磁电式电流表
（1）构造：刻度盘、指针、蹄形磁铁、极靴（软铁制成）、螺旋弹簧、线圈、圆柱形铁芯（软铁制成）.
（2）原理：当电流通过线圈时，导线受到⑥________的作用而转动。
（3）优点：⑦________高。注意：在测量较大电流时，请勿超过电表量程，否则易损换电表。
答案：
①换向器 ②安培力 ③半圈 ④电能 ⑤机械能 ⑥安培力 ⑦灵敏度
1.（多选）直流电动机的工作原理可以简化为如图所示的情景。两根平行的光滑金属导轨固定在同一绝缘水平面内。两轨道左端点间接有直流电源。一金属棒ab放在两导轨的最右端，且和两导轨垂直，金属棒ab的长度刚好和两导轨的间距相同，金属棒ab的两端分别用绝缘轻绳通过光滑轻环竖直悬挂在水平固定横梁上的，点。开始时，开关S是断开的，轻绳刚好拉直、且金属棒ab和两导轨接触良好。两导轨所在的平面处于方向竖直向下的匀强磁场中。当开关S闭合后，金属棒ab突然开始摆动，通过水平横梁的正上方后再摆动下来，如此不断进行下去。根据其工作原理，下列说法正确的是( )
A.当开关S闭合时，导体棒ab所受的安培力水平向右
B.当开关S闭合后，导体棒ab所受的安培力的冲量水平向左
C.当开关S闭合后，导体棒ab所受的安培力对导体棒ab做正功
D.当开关S闭合后，导体棒ab的动量增量方向水平向左
2.根据磁场对电流会产生作用力的原理，人们研制出一种新型的炮弹发射装置——电磁炮，它的基本原理如图所示，下列结论中错误的是( )
A.要使炮弹沿导轨向右发射，必须通以自M向N的电流
B.要想提高炮弹的发射速度，可适当增大电流
C.要想提高炮弹的发射速度，可适当增大磁感应强度
D.使电流和磁感应强度的方向同时反向，炮弹的发射方向亦将随之反向
3.电磁炮是利用电磁发射技术制成的新型武器，如图所示为电磁炮的原理结构示意图。若某水平发射轨道长，宽，发射的炮弹质量为，炮弹被发射时从轨道左端由静止开始加速。当电路中的电流恒为，轨道间匀强磁场时，不计空气及摩擦阻力。下列说法正确的是( )
A.磁场方向为竖直向下
B.炮弹的加速度大小为
C.炮弹在轨道中加速的时间为
D.炮弹发射过程中安培力的最大功率为
4.如图甲所示是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的，线圈中a、b两条导线长均为L，分别通以图乙所示方向的电流I，两条导线处的磁感应强度大小均为B，则( )
A.该磁场是匀强磁场铁芯
B.在辐向磁场中磁感线总是与线圈平面垂直
C.线圈将逆时针方向转动
D.a、b导线各自受到的安培力大小总为ILB
5.磁电式电表原理示意图如图所示，两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，两者之间有可转动的线圈。和d为磁场中的四个点。下列说法正确的是( )
A.图示左侧通电导线受到安培力向下 B.两点的磁感应强度相同
C.圆柱内的磁感应强度处处为零 D.两点的磁感应强度大小相等
答案以及解析
1.答案：AC
解析：A.当开关S闭合时，由题中电路图可知通过导体棒ab的电流方向从a到b，由左手定则知，导体棒ab所受的安培力水平向右，故A正确；
B.当开关S闭合后，导体棒ab所受的安培力的方向向右，因此安培力的冲量应水平向右，故B错误；
C.当开关S闭合后，导体棒ab所受的安培力向右，导体棒向右运动，因此导体棒ab所受的安培力对导体棒ab做正功，故C正确；
D.当开关S闭合后，根据动量定理，导体棒ab的动量增量方向和安培力的冲量的方向相同，应为水平向右，故D错误；
故选AC。
2.答案：D
解析：A.要使炮弹沿导轨向右发射，则安培力方向向右，由左手定则可知，必须通以自M向N的电流，故A正确，不符合题意；
B.由安培力的计算式可知，可通过增大电流来提高炮弹的发射速度，故B正确，不符合题意；
C.由安培力的计算式可知，可通过增大磁感应强度来提高炮弹的发射速度，故C正确，不符合题意；
D.如果电流和磁感应强度的方向同时反向，由左手定则可知，炮弹的发射方向将保持不变，故D错误，符合题意。
故选D。
3.答案：C
解析：A.根据左手定则可知，磁场方向为竖直向上，故A错误;B.根据牛顿第二定律有，解得，故B错误;C.根据位移公式有，结合上述解得，故C正确;D.炮弹发射过程中的最大速度，炮弹发射过程中安培力的最大功率，结合上述解得，故D错误。故选C。
4.答案：D
解析：A.该磁场明显不是匀强磁场，匀强磁场应该是一系列平行的磁感线，方向相同，故A错误；
B.由图可知，线圈平面总与磁场方向平行，故B错误；
C.由左手定则可知，a受到的安培力向上，b受到的安培力向下，故线圈顺时针旋转，故C错误；
D.a、b导线始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小总为ILB，故D正确。
故选D。
5.答案：A
解析：根据左手定则可知，左侧通电导线受到的安培力向下，A正确；由题意可知，极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，所以两点的磁感应强度方向不同，B错误；软铁制成的圆柱起导磁作用，其内磁感应强度不为零，C错误；c点处的磁感线比d点处的密集，则c点处的磁感应强度比d点的大，D错误。故选A。

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