20xx教科版高中物理選修3-13-4磁場對運(yùn)動電荷的作用洛倫茲力(已修改)
2025-11-30 17:01 本頁面
【正文】 第 4課時(shí) 磁場對運(yùn)動電荷的作用 ——洛倫茲力 精彩回眸 洛倫茲 ( 1 8 5 3 ～ 1 9 2 8 ) ，荷蘭物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家．少年時(shí)他就對物理學(xué)很感興趣，并且能熟練地掌握多門外語 .1 8 7 0 年洛倫茲考入萊頓大學(xué)，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、物理和天文 .1 8 7 5 年獲博士學(xué)位 .1 8 7 7年，萊頓大學(xué)聘請他為理論物理學(xué)教授，年僅 24 歲．在萊頓大學(xué)任教 35 年，其學(xué)術(shù)地位很高，他對物理學(xué)的貢獻(xiàn)都是在這期間作出的．洛倫茲是經(jīng)典電子論的創(chuàng)立者． 他認(rèn)為電具有 “ 原子性 ” ，電的本身是由微小的實(shí)體組成的．后來這些微小實(shí)體被稱為電子．洛倫茲以電子概念為基礎(chǔ)來解釋物質(zhì)的電性質(zhì)．從電子論推導(dǎo)出運(yùn)動電荷在磁場中要受到力的作用，獲得 1 9 0 2 年的諾貝爾物理學(xué)獎 . 1 9 2 1 年起擔(dān)任高等教育部部長 . 1 9 1 1 ～ 1 9 2 7 年擔(dān)任索爾維物理學(xué)會議的固定主席．在國際物理學(xué)界的各種集會上，他經(jīng)常是一位很受歡迎的主持人 . 1 9 2 3 年他還擔(dān)任國際科學(xué)協(xié)作聯(lián)盟委員會主席．同時(shí)他還是世界上許多科學(xué)院的外國院士和科學(xué)學(xué)會的外國會員． 1928 年洛倫茲去世時(shí)，荷蘭全國的電信、電話中止三分鐘．愛因斯坦在洛倫茲墓前致詞說：洛倫茲的成就 “ 對我產(chǎn)生了最偉大的影響 ” ，他是 “ 我們時(shí)代最偉大、最高尚的人 ” ． 新知梳理 一、洛倫茲力 1 ． 洛倫茲力的概念 ： 在磁場中所受的力． 2 ． 洛倫茲力的大小 ( 1 ) 實(shí)驗(yàn)觀察 圖 3 － 4 － 1 運(yùn)動電荷 陰極射線管發(fā)生的電子束，圖 3 － 4 － 1 甲中的徑跡是 ． 把電子射線管放在蹄形磁鐵的磁場中，圖 3 － 4 －1 乙中電子束的徑跡 ，若調(diào)換磁鐵南北極的位置，則電子束的徑跡會 ． 一條直線 發(fā)生彎曲 向相反的方向彎曲 ( 2 ) 推理論證 ① 洛倫茲力與安培力的關(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解釋． 電流是帶電粒子 形成的，帶電粒子在磁場中運(yùn)動時(shí)受到洛倫茲力的作用，揭示了通電導(dǎo)線在磁場中受到安培力作用的本質(zhì)． ② 洛倫茲力公式的推導(dǎo) 令長為 l 的一段直導(dǎo)線，其中的電流強(qiáng)度為 I ，處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 的磁場中，導(dǎo)線與磁場垂直，則磁場作用于這段導(dǎo)線上的安培力的大小為： F ＝ B I l . ① 定向運(yùn)動 設(shè)此導(dǎo)線的截面積為 S ，其中每單位體積中有 n 個(gè)自由電荷，每個(gè)自由電荷的電荷量為 q ，定向運(yùn)動的速度為 v ，在所考查的某一截面前方的一段長為 v Δ t，截面積為 S 的柱體中的自由電荷經(jīng)過 Δ t 時(shí)間，全部通過所考查的截面，這個(gè)柱體的體積為 S v Δ t，其中的自由電荷數(shù)為 nS v Δ t，故 Δt 時(shí)間內(nèi)通過所考查截面的電荷量： Δ Q ＝ q nS v Δ t . ② 于是通過導(dǎo)線的電流強(qiáng)度： I ＝Δ QΔ t＝ qn v S ， ③ 將式 ③ 代入 ① ，得： F ＝ B lq nS v . ④ ④ 式中 lS 為受安培力作用的那段導(dǎo)線的體積， nl S 為其中的自由電荷的總數(shù)． ④ 式表示 F 是作用在 nl S 個(gè)自由電荷上的合力，于是磁場對每個(gè)自由電荷的作用力 F 洛 ＝Fnl S，即 F 洛 ＝ q v B . 這就是磁場對一個(gè)運(yùn)動電荷 的作用力，即洛倫茲力，其中 v 應(yīng)理解為帶電粒子相對磁場的運(yùn)動速度． ( 3 ) 結(jié)論分析 ① 只有運(yùn)動電荷受洛倫茲力，靜止電荷不受洛倫茲力． ② 電荷垂直磁場運(yùn)動時(shí)，洛倫茲力最大，平行磁場運(yùn)動時(shí)洛倫茲力 ． 可見：電荷在磁場中是否受洛倫茲力與電荷的運(yùn)動情況有關(guān)． 為零 3 ． 洛倫茲力的方向 ( 1 ) 左手定則 伸開左手，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 進(jìn)入，并使四指指向 ，這時(shí) 所指的方向就是運(yùn)動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向．負(fù)電荷受力的方向與正電荷受力的方向 ． 掌心 正電荷運(yùn)動的方向 相反 拇指 ( 2 ) 方向特點(diǎn) ① 洛倫茲力的方向總是與電荷運(yùn)動的方向和磁場方向垂直，即洛倫茲力的方向總是垂直于電荷運(yùn)動方向和磁場方向所決定的平面， F 、 B 、 v 三者的方
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