新教材2021-2022學(xué)年高中物理人教版選擇性必修第二冊課件安培力與洛倫茲力1

新教材2021-2022學(xué)年高中物理人教版選擇性必修第二冊課件安培力與洛倫茲力目錄安培力與洛倫茲力概述磁場對電流作用——安培力磁場對運(yùn)動電荷作用——洛倫茲力安培力與洛倫茲力在生活中的應(yīng)用目錄實驗探究：測量安培力和洛倫茲力總結(jié)與展望安培力與洛倫茲力概述01洛倫茲力指運(yùn)動電荷在磁場中所受到的力，其方向可用左手定則判斷。洛倫茲力是磁場對運(yùn)動電荷的作用力，也是電磁學(xué)中的重要概念。安培力指通電導(dǎo)線在磁場中受到的作用力，其方向可用左手定則判斷。安培力是磁場對電流的作用力，是一種基本的電磁力。定義與性質(zhì)F=BILsinθ，其中F為安培力，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，I為電流強(qiáng)度，L為導(dǎo)線長度，θ為B與I之間的夾角。安培力的單位是牛頓（N）。F=qvBsinθ，其中F為洛倫茲力，q為電荷量，v為電荷速度，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，θ為v與B之間的夾角。洛倫茲力的單位也是牛頓（N）。安培力公式洛倫茲力公式公式與單位安培力最早由法國物理學(xué)家安培于1820年發(fā)現(xiàn)。自那時以來，安培力一直是電磁學(xué)領(lǐng)域的重要研究對象。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對安培力的認(rèn)識和理解也不斷深入。洛倫茲力最早由荷蘭物理學(xué)家洛倫茲于1895年發(fā)現(xiàn)。洛倫茲力的發(fā)現(xiàn)揭示了磁場對運(yùn)動電荷的作用規(guī)律，對電磁學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。目前，洛倫茲力在粒子加速器、等離子體物理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對安培力和洛倫茲力的研究也在不斷深入。目前，研究者們主要關(guān)注安培力和洛倫茲力在微觀領(lǐng)域的應(yīng)用以及它們與其他物理現(xiàn)象之間的相互作用。同時，隨著新材料和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，安培力和洛倫茲力的應(yīng)用前景也將更加廣闊。安培力的研究歷史洛倫茲力的研究歷史研究現(xiàn)狀研究歷史與現(xiàn)狀磁場對電流作用——安培力02左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。電流方向與磁場方向平行時，通電導(dǎo)線不受安培力作用。電流方向與磁場方向垂直時，通電導(dǎo)線受到的安培力最大。磁場方向與電流方向關(guān)系01當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線方向成θ角時，F(xiàn)=BILsinθ；02當(dāng)磁場和電流垂直時，安培力最大，為F=BIL；03當(dāng)磁場和電流平行時，安培力等于零。安培力大小計算根據(jù)牛頓第二定律求解加速度，再根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式確定運(yùn)動情況。導(dǎo)體棒做切割磁感線運(yùn)動時，要分析清楚導(dǎo)體棒的運(yùn)動情況，用動力學(xué)的方法處理，畫出導(dǎo)體棒的受力圖，根據(jù)牛頓第二定律求解加速度。靜止導(dǎo)體棒在安培力作用下運(yùn)動運(yùn)動導(dǎo)體棒受安培力作用安培力作用下導(dǎo)體運(yùn)動分析磁場對運(yùn)動電荷作用——洛倫茲力0301洛倫茲力方向根據(jù)左手定則，洛倫茲力方向垂直于磁場方向和粒子運(yùn)動方向所構(gòu)成的平面，指向由磁場方向及粒子運(yùn)動方向共同決定。02洛倫茲力大小洛倫茲力大小與粒子所帶電荷量、粒子運(yùn)動速度及磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)，具體計算公式為F=qvB。03受力特點洛倫茲力對運(yùn)動電荷不做功，不改變粒子動能，只改變粒子運(yùn)動方向。運(yùn)動電荷在磁場中受力分析計算公式01根據(jù)洛倫茲力計算公式F=qvB，可以計算出粒子在磁場中所受洛倫茲力的大小。02參數(shù)含義q為粒子所帶電荷量，v為粒子運(yùn)動速度，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度。03注意事項在計算過程中，需要注意各物理量的單位及方向問題。洛倫茲力大小計算

洛倫茲力作用下粒子運(yùn)動軌跡運(yùn)動軌跡形狀在勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)粒子初速度方向與磁場方向垂直時，粒子做勻速圓周運(yùn)動；當(dāng)初速度方向與磁場方向不垂直時，粒子做螺旋線運(yùn)動。運(yùn)動軌跡半徑及周期粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑r=mv/qB，周期T=2πm/qB。運(yùn)動軌跡分析通過分析粒子在勻強(qiáng)磁場中的受力情況，可以推導(dǎo)出粒子的運(yùn)動軌跡方程，進(jìn)而分析粒子的運(yùn)動規(guī)律。安培力與洛倫茲力在生活中的應(yīng)用040102電磁炮原理利用安培力產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場，將電流在導(dǎo)軌上加速，形成高速運(yùn)動的彈丸，實現(xiàn)遠(yuǎn)程打擊。應(yīng)用前景電磁炮具有速度快、精度高、射程遠(yuǎn)等優(yōu)點，未來可應(yīng)用于防空、反導(dǎo)、對地攻擊等領(lǐng)域。電磁炮原理及應(yīng)用前景利用洛倫茲力加速等離子體，產(chǎn)生高速噴流，從而獲得推力。等離子體推進(jìn)器已廣泛應(yīng)用于空間推進(jìn)，如航天器姿態(tài)控制、軌道轉(zhuǎn)移等。等離子體推進(jìn)器原理及應(yīng)用應(yīng)用等離子體推進(jìn)器原理利用安培力實現(xiàn)列車懸浮和導(dǎo)向，減少摩擦阻力，提高運(yùn)行速度。磁懸浮列車粒子加速器電磁攪拌器利用洛倫茲力加速帶電粒子，獲得高能粒子束，用于科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)診斷和治療等。利用安培力產(chǎn)生的磁場攪拌金屬熔液，改善金屬組織和性能。030201其他領(lǐng)域應(yīng)用舉例實驗探究：測量安培力和洛倫茲力05實驗?zāi)康耐ㄟ^測量安培力和洛倫茲力，探究磁場對電流和運(yùn)動電荷的作用規(guī)律，加深對電磁相互作用的理解。實驗原理安培力是磁場對通電導(dǎo)線的作用力，洛倫茲力是磁場對運(yùn)動電荷的作用力。它們都是電磁相互作用的表現(xiàn)，遵循左手定則。通過實驗測量安培力和洛倫茲力，可以驗證左手定則，并探究磁場、電流、電荷運(yùn)動等因素對電磁力的影響。實驗?zāi)康暮驮韺嶒炂鞑模弘娫?、?dǎo)線、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關(guān)、蹄形磁鐵、電子天平、測量尺、計算機(jī)等。實驗器材和步驟01實驗步驟021.搭建實驗裝置，連接電源、導(dǎo)線、電流表、電壓表等器材，組成測量電路。2.將蹄形磁鐵置于水平桌面上，調(diào)整其位置使磁場方向垂直于桌面。實驗器材和步驟02

實驗器材和步驟3.將通電導(dǎo)線懸掛于蹄形磁鐵的兩極之間，保持導(dǎo)線與磁場方向垂直。4.調(diào)節(jié)滑動變阻器，改變導(dǎo)線中的電流大小，記錄不同電流下的安培力大小。5.改變導(dǎo)線在磁場中的方向，重復(fù)步驟4，記錄不同方向下的安培力大小。7.改變電荷的運(yùn)動方向和速度大小，重復(fù)步驟6，記錄不同條件下的洛倫茲力大小。8.使用計算機(jī)對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。6.使用電子天平和測量尺測量運(yùn)動電荷的質(zhì)量和速度，計算洛倫茲力大小。實驗器材和步驟根據(jù)實驗記錄的數(shù)據(jù)，繪制安培力和洛倫茲力與電流、電荷運(yùn)動等因素的關(guān)系圖線。通過圖線可以直觀地觀察各因素對電磁力的影響規(guī)律。數(shù)據(jù)處理采用控制變量法分析實驗數(shù)據(jù)。保持其他條件不變，單獨(dú)改變某一因素（如電流大小、電荷運(yùn)動方向等），觀察該因素對電磁力的影響。通過對比分析不同條件下的實驗數(shù)據(jù)，得出磁場對電流和運(yùn)動電荷的作用規(guī)律。數(shù)據(jù)分析方法數(shù)據(jù)處理和分析方法總結(jié)與展望06安培力與洛倫茲力的基本概念安培力是電流在磁場中所受的力，洛倫茲力是運(yùn)動電荷在磁場中所受的力。兩者都是磁場對電流或電荷的作用力。安培力與洛倫茲力的公式及適用條件安培力的公式為F=BIL，洛倫茲力的公式為F=qvB。兩個公式都適用于勻強(qiáng)磁場，且電流或電荷的運(yùn)動方向與磁場方向垂直。安培力與洛倫茲力的方向判斷安培力和洛倫茲力的方向都可用左手定則來判斷，即伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使四指指向電流的方向（或正電荷運(yùn)動的方向），這時拇指所指的方向就是安培力或洛倫茲力的方向。知識點總結(jié)回顧在處理安培力和洛倫茲力的問題時，需要運(yùn)用數(shù)學(xué)中的矢量運(yùn)算、三角函數(shù)等知識點。通過數(shù)學(xué)工具的應(yīng)用，可以更加準(zhǔn)確地描述和預(yù)測物理現(xiàn)象。物理學(xué)與數(shù)學(xué)的融合磁場對電流的作用力在化學(xué)中也有應(yīng)用，例如在研究化學(xué)反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移過程時，需要考慮洛倫茲力對電子運(yùn)動的影響。物理學(xué)與化學(xué)的融合安培力和洛倫茲力在工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，例如在電動機(jī)、發(fā)電機(jī)等電氣設(shè)備的設(shè)計和優(yōu)化中，需要考慮磁場對電流的作用力。物理學(xué)與工程學(xué)的融合學(xué)科交叉融合思考超導(dǎo)材料的研究與應(yīng)用超導(dǎo)材料具有零電阻和完全抗磁性等特性，在強(qiáng)磁場和低溫環(huán)境下能夠產(chǎn)生巨大的安培力和洛倫茲力。目前，超導(dǎo)材料在磁懸浮列車、核磁共振成像等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。等離子體物理與核聚變研究等離子體是物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)，由大量帶電粒子組成。在核聚變反應(yīng)中，高溫高壓下