學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精[目標(biāo)定位]1。了解直流電動(dòng)機(jī)、磁電式電表的基本構(gòu)造及工作原理.2.會(huì)利用左手定則和安培力公式處理安培力作用下物體的平衡問(wèn)題．一、直流電動(dòng)機(jī)1．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:電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，交流電動(dòng)機(jī)還可分為單相交流電動(dòng)機(jī)和三相交流電動(dòng)機(jī)．3．直流電動(dòng)機(jī)的工作原理(1)當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，如圖1線圈所受的合力矩也為零，線圈不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)．圖1(2）當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)原理：如圖2中當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，右邊線框受到的安培力方向向下,左邊線框受到的安培力方向向上，在安培力作用下線框轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)．圖2深度思考直流電動(dòng)機(jī)中將滑環(huán)設(shè)計(jì)成由兩個(gè)半圓環(huán)A、B組成，為什么？答案把滑環(huán)分成兩個(gè)半圓環(huán)A與B，當(dāng)電流由A流入時(shí)，則從B流出;當(dāng)電流由B流入時(shí)，則從A流出，因此，滑環(huán)在其中起了一個(gè)換向器的作用．例1幾位同學(xué)課后討論直流電動(dòng)機(jī)時(shí),有下面幾種說(shuō)法,你認(rèn)為正確的是（）A．直流電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能B．直流電動(dòng)機(jī)的電源是直流電,線圈中的電流方向是不變的C．直流電動(dòng)機(jī)中的換向器是由彼此絕緣的兩個(gè)金屬半圓環(huán)制成的D．直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是容易改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，可以連續(xù)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)速度解析直流電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故A正確；直流電動(dòng)機(jī)的電源是直流電，但線圈中電流方向是改變的;故B錯(cuò)誤；直流電動(dòng)機(jī)中的換向器是由彼此絕緣的兩個(gè)金屬半圓環(huán)制成的，C項(xiàng)正確；線圈中電流的大小決定了線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢，所以直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是容易改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，可以連續(xù)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，故D正確．答案ACD二、磁電式電表1．結(jié)構(gòu):如圖3(a）所示．圖32．原理(1)均勻輻射磁場(chǎng)如圖3（b)所示，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是均勻輻射分布的磁場(chǎng)，放在其中的通電線圈不管轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感線平行，線框兩邊所受的安培力方向始終跟線框面垂直，安培力產(chǎn)生力矩,使線圈發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)．（2）兩種力矩平衡線框所受安培力的力矩與螺旋彈簧被扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生反抗線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩平衡,線圈才會(huì)停下來(lái)．（3）磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力跟電流成正比，因此，根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以知道被測(cè)電流的強(qiáng)弱．3．電表特點(diǎn)（1）因偏轉(zhuǎn)角度θ∝I,所以表盤刻度均勻．(2）磁場(chǎng)并非勻強(qiáng)磁場(chǎng)．（3)靈敏度高,量程小，過(guò)載力差．深度思考用磁電式電流表測(cè)量電流時(shí)，通電線圈的四條邊是否都受到安培力作用？答案與磁感線平行的兩條邊不受安培力作用．例2實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常使用的電流表是磁電式儀表．這種電流表的構(gòu)造如圖4甲所示．蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是均勻地輻向分布的．當(dāng)線圈通以如圖乙所示的穩(wěn)恒電流(a端電流方向垂直紙面向外，b端電流方向垂直紙面向里時(shí)）,下列說(shuō)法正確的是(）圖4A．當(dāng)線圈在如圖乙所示的位置時(shí)，b端受到的安培力方向向上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．線圈通過(guò)的電流越大，指針偏轉(zhuǎn)角越小D．電流表表盤刻度均勻解析由左手定則可判定：當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到如圖乙所示的位置時(shí)，b端受到的安培力方向向下，故A錯(cuò)誤；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)，則受到彈簧的阻力，從而阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng),故B正確；線圈中通過(guò)的電流越大，導(dǎo)體受到的安培力越大，指針偏轉(zhuǎn)的角度越大，C錯(cuò)誤;在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi),線圈平面始終與磁感線平行．且磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，故各處安培力大小相同，表盤刻度均勻．D正確．答案BD三、安培力作用下的物體平衡解決安培力作用下的平衡問(wèn)題與一般物體平衡方法類似，只是多畫出一個(gè)安培力．一般解題步驟為:(1）明確研究對(duì)象(2)把立體圖畫成平面圖（3)受力分析，然后根據(jù)平衡條件F合＝0列方程例3如圖5所示，在與水平方向夾角為60°的光滑金屬導(dǎo)軌間有一電源，在相距1m的平行導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m＝0.3kg的金屬棒ab，通以從b→a，I＝3A的電流，磁場(chǎng)方向豎直向上，這時(shí)金屬棒恰好靜止．求：（1）勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小;（2)ab棒對(duì)導(dǎo)軌壓力的大小．（g＝10m/s2）圖5解析(1）ab棒靜止，受力情況如圖所示，沿斜面方向受力平衡,則mgsin60°＝BILcos60°。B＝eq\f（mgtan60°，IL)＝eq\f（0.3×10×\r(3)，3×1）T≈1。73T.（2)對(duì)導(dǎo)軌的壓力大小為:FN′＝FN＝eq\f（mg，cos60°)＝eq\f(0.3×10,\f(1，2))N＝6N。答案（1)1。73T(2)6N在處理安培力的平衡問(wèn)題時(shí)，安培力、電流方向以及磁場(chǎng)方向構(gòu)成一個(gè)空間直角坐標(biāo)系，在空間判斷安培力的方向有很大的難度，所以在判斷一些復(fù)雜的安培力方向時(shí)都會(huì)選擇畫側(cè)視圖（平面圖）的方法，這樣就可以把難以理解的空間作圖轉(zhuǎn)化成易于理解的平面作圖．針對(duì)訓(xùn)練(多選）如圖6所示，在傾角為α的光滑斜面上，放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng)，質(zhì)量為m，通過(guò)電流為I的導(dǎo)線，若使導(dǎo)線靜止,應(yīng)該在斜面上施加勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的大小和方向可能為(）圖6A．B＝eq\f（mgsinα，IL)，方向垂直于斜面向下B．B＝eq\f（mgsinα，IL）,方向垂直于斜面向上C．B＝eq\f(mgtanα,IL），方向豎直向下D．B＝eq\f(mgsinα,IL），方向水平向右答案AC解析根據(jù)電流方向和所給定磁場(chǎng)方向的關(guān)系，可以確定通電導(dǎo)線所受安培力分別如圖所示．又因?yàn)閷?dǎo)線還受重力G和支持力FN，根據(jù)力的平衡知，只有A、C兩種情況是可能的，其中A中F＝mgsinα，則B＝eq\f(mgsinα,IL），C中F＝mgtanα，B＝eq\f(mgtanα,IL)。1．（直流電動(dòng)機(jī)的原理)如圖7所示是直流電動(dòng)機(jī)的模型，閉合開(kāi)關(guān)后線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，現(xiàn)要線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，下列方法中可行的是(）圖7A．只改變電流方向B．只改變電流大小C．換用磁性更強(qiáng)的磁鐵D．對(duì)換磁極同時(shí)改變電流方向答案A解析直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與線圈中的電流方向和磁場(chǎng)方向有關(guān),若使通入直流電動(dòng)機(jī)的電流方向改變或磁場(chǎng)的方向改變，它的轉(zhuǎn)動(dòng)方向都將改變，但是如果同時(shí)改變電流的方向和磁場(chǎng)的方向，線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)⒉蛔儯?．(對(duì)磁電式電流表的理解)（多選）對(duì)磁電式電流表的判斷，以下說(shuō)法正確的是()A．指針?lè)€(wěn)定后，線圈受到螺旋彈簧的阻力與線圈受到的安培力方向是相反的B．通電線圈中的電流越大,電流表指針偏轉(zhuǎn)角度也越大C．在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，各處的磁場(chǎng)都是勻強(qiáng)磁場(chǎng)D．在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)，線圈所受安培力與電流有關(guān)，而與所處位置無(wú)關(guān)答案ABD解析當(dāng)阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋彈簧的阻力力矩與安培力引起的動(dòng)力力矩平衡時(shí),線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng),故從轉(zhuǎn)動(dòng)角度來(lái)看二力方向相反，磁電式電流表內(nèi)磁場(chǎng)是均勻輻向磁場(chǎng)，不管線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感線平行,均勻輻向磁場(chǎng)的特點(diǎn)是磁場(chǎng)強(qiáng)度大小相等方向不同，所以安培力與電流大小有關(guān),電流越大，安培力越大，則轉(zhuǎn)過(guò)的角度越大，故正確答案為A、B、D.3．（安培力作用下物體的平衡)如圖8所示,一根有質(zhì)量的金屬棒MN,兩端用細(xì)軟導(dǎo)線連接后懸于a、b兩點(diǎn),棒的中部處于方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，棒中通有電流，方向從M流向N,此時(shí)懸線上有拉力，為了使拉力等于零，可以（）圖8A．適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度 B．使磁場(chǎng)反向C．適當(dāng)增大電流 D．使電流反向答案C解析首先對(duì)金屬棒MN進(jìn)行受力分析：其受到豎直向下的重力G、兩根軟導(dǎo)線的豎直向上的拉力和安培力．當(dāng)其處于平衡狀態(tài)時(shí)：2F＋BIL＝mg，重力mg恒定不變，欲使拉力F減小到0,應(yīng)增大安培力BIL,所以可增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B或增大通過(guò)金屬棒中的電流I，或二者同時(shí)增大，故C項(xiàng)正確．4．(安培力作用下的物體平衡)如圖9所示，光滑導(dǎo)軌與水平面成α角,導(dǎo)軌寬為L(zhǎng)。有大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直導(dǎo)軌面，金屬桿長(zhǎng)為L(zhǎng)，質(zhì)量為m，水平放在導(dǎo)軌上．當(dāng)回路中通過(guò)電流時(shí)，金屬桿正好能靜止．求：電流的大小為多大?磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向如何？圖9答案eq\f(mgsinα,BL）方向垂直導(dǎo)軌面向上解析如圖所示，因?yàn)锽垂直軌道面，且金屬桿處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以F必沿斜面向上,由左手定則知，B垂直軌道面向上．大小滿足BIL＝mgsinα，I＝eq\f（mgsinα,BL）。題組一直流電動(dòng)機(jī)1．在直流電動(dòng)機(jī)模型中，下列說(shuō)法正確的是(）A．當(dāng)線圈平面靜止在與磁感線方向垂直的位置時(shí)，若通以直流電，線圈將轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)B．隨著線圈的轉(zhuǎn)動(dòng),線圈上各邊所受的安培力大小都要發(fā)生變化C．當(dāng)線圈平面與磁感線方向平行時(shí),安培力的力矩最小D．改變線圈中的輸入電壓，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也將發(fā)生變化答案D2．直流電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，通電線圈在磁場(chǎng)中能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)是由于（）A．靠換向器不斷改變線圈中的電流方向B．全靠線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性C．靠磁場(chǎng)方向不斷改變D．通電線圈在磁場(chǎng)中任何時(shí)候都受力答案A解析在直流電動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程中,“換向器”起了關(guān)鍵的作用，它能使線圈剛剛轉(zhuǎn)過(guò)平衡位置時(shí)就自動(dòng)改變線圈中的電流方向，從而實(shí)現(xiàn)通電線圈在磁場(chǎng)中的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)工作時(shí)是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．故選A.3．電動(dòng)機(jī)在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛,關(guān)于電動(dòng)機(jī)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(）A．電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用通電線圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)的原理制成的B．直流電動(dòng)機(jī)中的換向器能使通電線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)C．電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的裝置D．電動(dòng)機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的裝置答案D解析電動(dòng)機(jī)的原理是通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力，或通電線圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)，故A正確；換向器的作用是，當(dāng)線圈剛轉(zhuǎn)過(guò)平衡位置時(shí)改變線圈中電流的方向，所以能夠使線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，故B正確；電動(dòng)機(jī)通入的是電流，產(chǎn)生的是運(yùn)動(dòng)，是電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，故C正確，D錯(cuò)誤．題組二磁電式電流表4．下列關(guān)于磁電式電流表（結(jié)構(gòu)如圖1所示)說(shuō)法不正確的是()圖1A．磁電式電流表最基本的組成部分是磁鐵和放在磁鐵兩極之間的線圈B．表盤的刻度是不均勻的C．根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測(cè)電流的方向D．優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高,缺點(diǎn)是允許通過(guò)的電流很弱答案B5．實(shí)驗(yàn)室常用到磁電式電流表．其結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為如圖2所示的模型，最基本的組成部分是磁鐵和放在磁鐵兩極之間的線圈，OO′為線圈的轉(zhuǎn)軸．忽略線圈轉(zhuǎn)動(dòng)中的摩擦．當(dāng)靜止的線圈中突然通有如圖所示方向的電流時(shí)，順著OO′方向看（)圖2A．線圈保持靜止?fàn)顟B(tài)B．線圈開(kāi)始沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)C．線圈開(kāi)始沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)D．線圈既可能沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，也可能沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)答案B解析由左手定則知線圈的左邊受力向上，右邊受力向下，故線圈開(kāi)始沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),A、C、D錯(cuò)誤,B正確．6．如圖3甲是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)示意圖，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)均勻輻向分布，如圖乙所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線圈中通以電流I，線圈中的某一條a導(dǎo)線電流方向垂直紙面向外，b導(dǎo)線電流方向垂直紙面向里，a、b兩條導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,則（）圖3A．該磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)B．該線圈的磁通量為BL2C．a(chǎn)導(dǎo)線受到的安培力方向向下D．b導(dǎo)線受到的安培力大小為BIL答案D解析該磁場(chǎng)明顯不是勻強(qiáng)磁場(chǎng),勻強(qiáng)磁場(chǎng)應(yīng)該是一系列平行的磁感線，方向相同，故A錯(cuò)誤；線圈與磁感線平行,故磁通量為零，故B錯(cuò)誤；a導(dǎo)線電流向外，磁場(chǎng)向右,根據(jù)左手定則,安培力向上,故C錯(cuò)誤;導(dǎo)線b始終與磁感線垂直，故受到的安培力大小一直為BIL，故D正確．題組三安培力作用下的導(dǎo)體棒的平衡7．如圖4所示,在傾角為α的光滑斜面上，垂直紙面放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒．當(dāng)導(dǎo)體棒中的電流I垂直紙面向里時(shí)，欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，可將導(dǎo)體棒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向在紙面內(nèi)由豎直向上逆時(shí)針轉(zhuǎn)至水平向左的過(guò)程中,關(guān)于B的大小的變化，下列說(shuō)法正確的是()圖4A．逐漸增大 B．逐漸減小C．先減小后增大 D．先增大后減小答案C解析通電導(dǎo)體棒在斜面上受到重力、斜面對(duì)它的支持力和安培力，當(dāng)磁場(chǎng)方向豎直向上時(shí),導(dǎo)體棒受到的安培力方向水平向右．當(dāng)磁場(chǎng)方向水平向左時(shí)，安培力的方向豎直向上，把重力、斜面對(duì)導(dǎo)體棒的支持力和安培力放在一個(gè)三角形中進(jìn)行研究,可知安培力先減小后增大,所以磁感應(yīng)強(qiáng)度先減小后增大．8．如圖5所示，一長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的金屬棒ab，被兩根豎直的彈簧金屬絲靜止吊起，金屬棒ab處在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．當(dāng)金屬棒中通有方向a→b的電流I時(shí)，每根彈簧金屬絲的拉力大小為FT.當(dāng)金屬棒通有方向b→a的電流I時(shí),每根彈簧金屬絲的拉力大小為2FT(彈簧金屬絲的重力不計(jì))．則磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為（）圖5A.eq\f（FT，2IL)B.eq\f（FT,IL）C。eq\f（2FT，IL)D.eq\f(4FT，IL)答案B解析金屬棒ab受重力、安培力、彈簧金屬絲的拉力而平衡．當(dāng)ab中的電流方向由a到b時(shí)，安培力的方向向上．2FT＋BIL＝mg①當(dāng)ab中的電流方向由b到a時(shí)，安培力的方向向下．4FT＝BIL＋mg②①②聯(lián)立得B＝eq\f（FT，IL）所以B項(xiàng)正確．9．兩個(gè)傾角均為α的光滑斜面上，各放有一根相同的金屬棒,分別通有電流I1和I2,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同，方向如圖6甲、乙中所示，兩根金屬棒均處于靜止?fàn)顟B(tài)，兩種情況下電流之比I1∶I2