人教版高二物理選擇性必修第二冊(cè) 第一章 《安培力與洛倫茲力》

第一章安培力與洛倫茲力本章將探討兩種重要的電磁力:安培力和洛倫茲力。它們?cè)陔姶艌?chǎng)中起著關(guān)鍵作用,對(duì)電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等設(shè)備的運(yùn)作至關(guān)重要。我們將深入了解這兩種力量的物理特性及其在工程應(yīng)用中的重要性。ＯabyＯＯＯＯＯＯＯＯＯ第一節(jié)安培力安培力的定義安培力是一種電磁力,由帶電粒子產(chǎn)生的電流在磁場(chǎng)中受到的力。這種力的大小和方向由電流大小、磁場(chǎng)強(qiáng)度和電流流動(dòng)方向決定。安培力的方向安培力的方向遵循右手定則,即將右手的拇指指向電流方向,其余手指的彎曲方向就是安培力的方向。安培力的大小安培力的大小由電流大小、磁場(chǎng)強(qiáng)度和兩者夾角的余弦值決定。當(dāng)電流和磁場(chǎng)垂直時(shí),安培力最大。安培力的定義安培力是描述兩個(gè)電流元件之間相互作用力的物理量。安培力的大小與兩個(gè)電流元件的電流強(qiáng)度、相互距離和夾角有關(guān)。安培力遵循右手定則：讓右手拇指指向電流方向，其余四指環(huán)抱兩電流元件，則四指的伸展方向就是安培力的方向。安培力的方向安培力的方向遵循右手定則:電流方向與手指打卷方向垂直,手掌掌心朝向電流流動(dòng)方向，大拇指指向安培力的方向。通過右手定則可以快速確定安培力的方向,是一個(gè)非常實(shí)用的判斷方法。安培力的方向與電流方向、磁場(chǎng)方向三者相互垂直,遵循右手定則可以推導(dǎo)出特定情況下安培力的方向。安培力的大小安培力的大小取決于流過導(dǎo)線的電流強(qiáng)度和導(dǎo)線所受到的磁場(chǎng)強(qiáng)度。根據(jù)安培力公式F=BIlsin??，可以計(jì)算出安培力的大小。其中F為安培力的大小，B是磁場(chǎng)強(qiáng)度，I是電流強(qiáng)度，l是導(dǎo)線長(zhǎng)度，??是磁場(chǎng)與導(dǎo)線夾角。安培力的應(yīng)用安培力在日常生活和工業(yè)應(yīng)用中廣泛存在,如電磁鐵、電機(jī)和電表等。這些設(shè)備利用安培力產(chǎn)生的磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)功能,為人類社會(huì)提供了許多便利。了解安培力的應(yīng)用有助于我們更好地理解和應(yīng)用電磁現(xiàn)象。電磁鐵電磁鐵是一種利用電流產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)的裝置。通過在鐵芯上繞制導(dǎo)線并通入電流,就可以產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng),可以吸引和帶動(dòng)鐵磁性物體。電磁鐵在許多工業(yè)和日常生活中都有廣泛應(yīng)用,如起重機(jī)、工廠自動(dòng)化設(shè)備、電動(dòng)工具等。電機(jī)電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備。電機(jī)采用電磁原理工作,通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。電機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中,如電風(fēng)扇、電動(dòng)窗簾、電子琴等。電機(jī)的結(jié)構(gòu)包括定子、轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁繞組和換向器等部件。電表電表是用來測(cè)量電路中電壓、電流或電功率的儀表。不同類型的電表可以測(cè)量直流電或交流電。電表廣泛應(yīng)用于家用電器、工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域,是電子工程師和維修人員必不可少的工具。洛倫茲力洛倫茲力是一種由電磁場(chǎng)產(chǎn)生的力,作用在帶電粒子或電流載體上。它在電磁場(chǎng)中對(duì)帶電粒子或電流產(chǎn)生垂直于電磁場(chǎng)方向的力。了解洛倫茲力的定義、方向及大小特征,可以幫助我們更好地理解電磁現(xiàn)象及其應(yīng)用。洛倫茲力的定義洛倫茲力是一種電磁力,作用于運(yùn)動(dòng)中的帶電粒子。當(dāng)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),會(huì)受到由磁場(chǎng)產(chǎn)生的力的作用,這就是洛倫茲力。洛倫茲力的方向由右手定則決定,與粒子的速度和磁場(chǎng)方向垂直。洛倫茲力的方向洛倫茲力的方向由三個(gè)因素決定：電流方向、磁場(chǎng)方向和帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向。根據(jù)右手定則，用右手的大拇指指示電流方向，四指握住磁場(chǎng)方向，大拇指所指的方向就是洛倫茲力的方向。洛倫茲力的方向與這三個(gè)矢量之間的叉積方向一致，遵循右手定則。洛倫茲力的大小洛倫茲力的大小由三個(gè)因素決定:電荷大小、電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度。洛倫茲力的表達(dá)式為:F=q*E+q*v×B，其中q為電荷大小，E為電場(chǎng)強(qiáng)度，v為粒子速度，B為磁場(chǎng)強(qiáng)度。洛倫茲力的大小與電荷大小成正比,與速度和磁場(chǎng)強(qiáng)度也成正比。因此,增大任何一個(gè)因素都會(huì)使洛倫茲力變大。第四節(jié)洛倫茲力的應(yīng)用帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)：電子在磁場(chǎng)中會(huì)受到洛倫茲力的影響，產(chǎn)生曲線運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)特性廣泛應(yīng)用于質(zhì)譜儀等儀器中。帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)：電子在電磁場(chǎng)中會(huì)同時(shí)受到電力和磁力的作用，呈螺旋狀運(yùn)動(dòng)。這種機(jī)制用于電子槍和CRT顯示屏。帶電粒子在靜電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)：帶電粒子在靜電場(chǎng)中會(huì)受到靜電力的作用而加速運(yùn)動(dòng)。這種原理應(yīng)用于質(zhì)譜儀等離子加速器。帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),會(huì)受到磁力的作用,產(chǎn)生洛倫茲力。這種力會(huì)使粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生彎曲,沿著磁力線的方向運(yùn)動(dòng)。粒子的運(yùn)動(dòng)路徑往往呈現(xiàn)螺旋狀,表現(xiàn)出明顯的發(fā)光效果。帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)當(dāng)帶電粒子置于電磁場(chǎng)中時(shí),將受到洛倫茲力的作用,導(dǎo)致粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生改變。洛倫茲力不僅會(huì)影響粒子的速度和方向,還會(huì)對(duì)其動(dòng)量和動(dòng)能產(chǎn)生影響。這種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在粒子加速器、磁共振成像等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。帶電粒子在靜電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在靜電場(chǎng)中會(huì)受到靜電力的作用,這種力稱為庫(kù)倫力。這種力的方向和大小取決于粒子的電荷類型和大小,以及靜電場(chǎng)的強(qiáng)度。靜電力會(huì)導(dǎo)致帶電粒子在靜電場(chǎng)中發(fā)生加速運(yùn)動(dòng)或勻速運(yùn)動(dòng)。帶電粒子在電磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)當(dāng)帶電粒子運(yùn)動(dòng)在電磁場(chǎng)中時(shí),會(huì)受到洛倫茲力的作用,產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象在許多應(yīng)用中都有重要作用,如質(zhì)譜儀、粒子加速器等。通過控制電磁場(chǎng)的大小和方向,可以精確地調(diào)控帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡,實(shí)現(xiàn)各種功能。電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)是一種基礎(chǔ)的物理現(xiàn)象,通過導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)或者磁場(chǎng)的變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的過程。這是電磁學(xué)中一個(gè)非常重要的概念,為許多電子設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)作提供了基礎(chǔ)。電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律描述了一個(gè)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的物理規(guī)律。這個(gè)定律由英國(guó)物理學(xué)家邁克爾·法拉第在1831年提出,是電磁感應(yīng)理論的基礎(chǔ)。電磁感應(yīng)定律表明,導(dǎo)體切割磁力線時(shí)會(huì)在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),方向由楞次定律決定。法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律描述了當(dāng)磁場(chǎng)隨時(shí)間變化時(shí),會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。該定律表明,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量變化率成正比,方向與磁通量變化方向相反。數(shù)學(xué)表達(dá):感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)=-d(磁通量)/dt感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是通過電磁感應(yīng)過程產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)磁通量在導(dǎo)體中發(fā)生變化時(shí),就會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量變化率成正比,即??=-d??/dt，其中??是磁通量。感應(yīng)電流感應(yīng)電流是由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流。當(dāng)電磁場(chǎng)中的磁通量發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并引起感應(yīng)電流的產(chǎn)生。感應(yīng)電流的方向由楞次定律決定，其流向使得感應(yīng)磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反。電磁感應(yīng)的應(yīng)用電磁感應(yīng)是物理學(xué)中的一個(gè)重要概念,被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和電力系統(tǒng)之中。讓我們探討一下幾個(gè)典型的電磁感應(yīng)應(yīng)用。發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備。它由定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)主要部分組成。當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),從而產(chǎn)生電流。發(fā)電機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)和日常生活中,為電網(wǎng)提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)。變壓器變壓器是一種電磁裝置,用于改變交流電壓的大小。它由一個(gè)鐵芯和兩個(gè)繞組組成,通過電磁感應(yīng)的原理工作。一個(gè)繞組接受輸入電壓,另一個(gè)繞組產(chǎn)生輸出電