重點(diǎn)高中物理課件高二理科3.4磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作力

重點(diǎn)高中物理課件高二理科3.4磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作力磁場(chǎng)與通電導(dǎo)線基本概念磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線作用力分析磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)影響磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線能量轉(zhuǎn)化與守恒實(shí)驗(yàn)探究：磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線作用力驗(yàn)證知識(shí)拓展：磁場(chǎng)在科技生活中的應(yīng)用contents目錄01磁場(chǎng)與通電導(dǎo)線基本概念存在于磁體或通電螺線管周?chē)奶厥馕镔|(zhì)，具有能量和動(dòng)量，是物質(zhì)存在的一種形式。磁場(chǎng)對(duì)放入其中的磁體或通電導(dǎo)線產(chǎn)生力的作用，且力的方向與磁場(chǎng)方向和電流方向有關(guān)。磁場(chǎng)性質(zhì)磁場(chǎng)定義及性質(zhì)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，受力最大，且與電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比。通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向成任意角度時(shí)，可將磁場(chǎng)分解為平行和垂直兩個(gè)分量，分別計(jì)算受力情況。通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，不受力。通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力情況

洛倫茲力與安培力關(guān)系洛倫茲力運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中所受的力，其方向與電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向都垂直。安培力通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的力，可看作是作用在導(dǎo)線中每個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷上的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)。兩者關(guān)系安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)。兩者在本質(zhì)上是一致的，都是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力。02磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線作用力分析左手定則內(nèi)容伸開(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)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(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。左手定則應(yīng)用條件磁場(chǎng)方向、電流方向和安培力方向三者互相垂直。當(dāng)三個(gè)方向不垂直時(shí)，可通過(guò)移動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)線，使之與磁場(chǎng)方向垂直，然后再應(yīng)用左手定則判斷安培力方向。左手定則應(yīng)用伸開(kāi)右手，使拇指與其余四個(gè)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，并使拇指指向?qū)Ь€運(yùn)動(dòng)的方向，這時(shí)四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向。右手定則內(nèi)容磁場(chǎng)方向、導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向和感應(yīng)電流方向三者互相垂直。當(dāng)三個(gè)方向不垂直時(shí)，可通過(guò)移動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)線，使之與磁場(chǎng)方向垂直，然后再應(yīng)用右手定則判斷感應(yīng)電流方向。右手定則應(yīng)用條件右手定則應(yīng)用當(dāng)通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，所受安培力最大；當(dāng)通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，不受安培力作用。直導(dǎo)線環(huán)形電流可等效為小磁針，通電環(huán)形導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力可用左手定則判定。環(huán)形導(dǎo)線通電螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)可用安培定則（右手螺旋定則）判斷。通電螺線管不同形狀導(dǎo)線受力特點(diǎn)03磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)影響磁場(chǎng)方向與導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向垂直當(dāng)磁場(chǎng)方向與通電導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí)，導(dǎo)線會(huì)受到一個(gè)與運(yùn)動(dòng)方向垂直的力，這個(gè)力稱為洛倫茲力。如果導(dǎo)線受到的合力為零，即洛倫茲力與導(dǎo)線所受其他力平衡，則導(dǎo)線將做勻速直線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)線所受合力為零除了洛倫茲力外，通電導(dǎo)線還可能受到重力、電場(chǎng)力等其他力的作用。當(dāng)這些力與洛倫茲力平衡時(shí)，導(dǎo)線將保持勻速直線運(yùn)動(dòng)。勻速直線運(yùn)動(dòng)條件當(dāng)磁場(chǎng)方向與通電導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向不垂直時(shí)，導(dǎo)線受到的洛倫茲力將產(chǎn)生一個(gè)與運(yùn)動(dòng)方向不共線的分力，這個(gè)分力將使導(dǎo)線做曲線運(yùn)動(dòng)。磁場(chǎng)方向與導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)方向不垂直如果通電導(dǎo)線除了受到洛倫茲力外，還受到其他力的作用，并且這些力的合力不為零，則導(dǎo)線將做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)線所受合力不為零勻變速曲線運(yùn)動(dòng)條件電磁炮基本原理電磁炮是一種利用磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力來(lái)發(fā)射炮彈的武器。其基本原理是，在強(qiáng)磁場(chǎng)中放置一根通電的導(dǎo)線（炮彈），當(dāng)導(dǎo)線中通過(guò)電流時(shí)，會(huì)受到磁場(chǎng)的作用力而加速運(yùn)動(dòng)。通過(guò)控制電流的大小和方向，可以精確控制炮彈的發(fā)射速度和方向。電磁炮的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的火炮相比，電磁炮具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，電磁炮的發(fā)射速度極高，可達(dá)每秒數(shù)公里甚至數(shù)十公里，遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)火炮的發(fā)射速度。其次，電磁炮的炮彈質(zhì)量小、精度高，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精確打擊。此外，電磁炮沒(méi)有傳統(tǒng)火炮的后坐力和煙霧污染等問(wèn)題，具有更好的戰(zhàn)場(chǎng)適應(yīng)性。實(shí)例分析：電磁炮原理04磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線能量轉(zhuǎn)化與守恒磁場(chǎng)能與熱能轉(zhuǎn)化通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于電子與導(dǎo)線原子的碰撞，部分磁場(chǎng)能會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能。磁場(chǎng)能與機(jī)械能轉(zhuǎn)化當(dāng)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到安培力作用時(shí)，磁場(chǎng)能可以轉(zhuǎn)化為導(dǎo)線的機(jī)械能。磁場(chǎng)能與電能轉(zhuǎn)化當(dāng)通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)線中的自由電子受到洛倫茲力作用，使得電子的動(dòng)能與磁場(chǎng)能之間發(fā)生轉(zhuǎn)化。能量轉(zhuǎn)化過(guò)程分析能量守恒定律：能量既不能被創(chuàng)造也不能被消滅，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而總的能量保持不變。在磁場(chǎng)中，能量守恒定律表現(xiàn)為磁場(chǎng)能、電能、熱能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化和守恒。例如，在電動(dòng)機(jī)中，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和熱能；在發(fā)電機(jī)中，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。能量守恒定律在磁場(chǎng)中應(yīng)用優(yōu)化導(dǎo)線設(shè)計(jì)控制電流和電壓采用高效電磁鐵加強(qiáng)散熱措施提高能量利用效率方法01020304通過(guò)改進(jìn)導(dǎo)線的材料和結(jié)構(gòu)，減少導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的能量損失，提高能量利用效率。合理控制通電導(dǎo)線的電流和電壓，避免過(guò)大的電流和電壓導(dǎo)致能量浪費(fèi)和設(shè)備損壞。使用高效電磁鐵可以減少磁場(chǎng)的能量損失，提高能量利用效率。采取有效的散熱措施，避免通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中因過(guò)熱而損失能量。05實(shí)驗(yàn)探究：磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線作用力驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮韺?shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)觀察和測(cè)量磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力，驗(yàn)證安培定律，并探究磁場(chǎng)、電流和導(dǎo)線長(zhǎng)度等因素對(duì)作用力的影響。實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)安培定律，磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力F與導(dǎo)線長(zhǎng)度L、電流I及磁感應(yīng)強(qiáng)度B的乘積成正比，與導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的方向有關(guān)。公式表示為：F=BILsinθ，其中θ為電流方向與磁場(chǎng)方向的夾角。實(shí)驗(yàn)步驟1.準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材，包括電源、導(dǎo)線、電流表、磁鐵、支架、測(cè)力計(jì)等。2.將導(dǎo)線懸掛在支架上，并連接電源和電流表，調(diào)整導(dǎo)線與磁場(chǎng)的相對(duì)位置。實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)記錄3.逐漸增加電流，觀察并記錄導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)情況。4.改變導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的方向，重復(fù)實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)。5.更換不同長(zhǎng)度的導(dǎo)線，重復(fù)實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)記錄：記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的電流值I、導(dǎo)線長(zhǎng)度L、作用力F以及導(dǎo)線與磁場(chǎng)的夾角θ等數(shù)據(jù)。01020304實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)記錄結(jié)果分析：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以繪制出作用力F與電流I、導(dǎo)線長(zhǎng)度L的關(guān)系圖線，并通過(guò)擬合得到相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。同時(shí)，可以觀察到作用力F與夾角θ的正弦值成正比，驗(yàn)證了安培定律的正確性。結(jié)果討論1.實(shí)驗(yàn)中可能存在誤差來(lái)源，如電源波動(dòng)、導(dǎo)線電阻變化等，可以通過(guò)多次測(cè)量取平均值來(lái)減小誤差。2.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要保持其他因素不變，只改變一個(gè)變量進(jìn)行探究，以得到準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。3.通過(guò)本實(shí)驗(yàn)可以深入理解磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線作用力的本質(zhì)和規(guī)律，為后續(xù)學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)等內(nèi)容打下基礎(chǔ)。0102030405實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和討論06知識(shí)拓展：磁場(chǎng)在科技生活中的應(yīng)用無(wú)線充電基于電磁感應(yīng)原理，充電器發(fā)射變化的磁場(chǎng)，接收設(shè)備中的線圈感應(yīng)出電流進(jìn)行充電。電磁爐利用電磁感應(yīng)原理，通過(guò)變化的磁場(chǎng)在鍋底產(chǎn)生渦流，使鍋底發(fā)熱從而加熱食物。感應(yīng)電機(jī)利用電磁感應(yīng)原理，在定子繞組中通入三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與閉合的轉(zhuǎn)子繞組相互作用產(chǎn)生電磁力矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電磁感應(yīng)現(xiàn)象在生活中的應(yīng)用123利用超導(dǎo)材料在低溫下電阻消失的特性，可以制作出產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)的超導(dǎo)磁體，用于核磁共振成像、粒子加速器等領(lǐng)域。超導(dǎo)磁體超導(dǎo)材料在強(qiáng)磁場(chǎng)下具有零電阻特性，可用于制作超導(dǎo)電纜，實(shí)現(xiàn)大電流、低損耗的電力傳輸。超導(dǎo)電纜利用超導(dǎo)材料在強(qiáng)磁場(chǎng)下的抗磁性，可以實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)等交通工具的高速、低噪音、低能耗運(yùn)行。超導(dǎo)磁懸浮超導(dǎo)材料在強(qiáng)磁場(chǎng)下性質(zhì)及應(yīng)用前景地球磁場(chǎng)對(duì)于人類(lèi)的導(dǎo)航具有重要意義，如航海中利用地磁偏角確定航向，