20xx教科版高中物理選修3-13-4磁場對運動電荷的作用洛倫茲力(已修改)
2024-12-05 17:01 本頁面
【正文】 第 4課時 磁場對運動電荷的作用 ——洛倫茲力 精彩回眸 洛倫茲 ( 1 8 5 3 ～ 1 9 2 8 ) ，荷蘭物理學家、數(shù)學家．少年時他就對物理學很感興趣，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，學習數(shù)學、物理和天文 .1 8 7 5 年獲博士學位 .1 8 7 7年，萊頓大學聘請他為理論物理學教授，年僅 24 歲．在萊頓大學任教 35 年，其學術(shù)地位很高，他對物理學的貢獻都是在這期間作出的．洛倫茲是經(jīng)典電子論的創(chuàng)立者． 他認為電具有 “ 原子性 ” ，電的本身是由微小的實體組成的．后來這些微小實體被稱為電子．洛倫茲以電子概念為基礎(chǔ)來解釋物質(zhì)的電性質(zhì)．從電子論推導出運動電荷在磁場中要受到力的作用，獲得 1 9 0 2 年的諾貝爾物理學獎 . 1 9 2 1 年起擔任高等教育部部長 . 1 9 1 1 ～ 1 9 2 7 年擔任索爾維物理學會議的固定主席．在國際物理學界的各種集會上，他經(jīng)常是一位很受歡迎的主持人 . 1 9 2 3 年他還擔任國際科學協(xié)作聯(lián)盟委員會主席．同時他還是世界上許多科學院的外國院士和科學學會的外國會員． 1928 年洛倫茲去世時，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 ) 實驗觀察 圖 3 － 4 － 1 運動電荷 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動時受到洛倫茲力的作用，揭示了通電導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 令長為 l 的一段直導線，其中的電流強度為 I ，處在磁感應(yīng)強度為B 的磁場中，導線與磁場垂直，則磁場作用于這段導線上的安培力的大小為： F ＝ B I l . ① 定向運動 設(shè)此導線的截面積為 S ，其中每單位體積中有 n 個自由電荷，每個自由電荷的電荷量為 q ，定向運動的速度為 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 時間，全部通過所考查的截面，這個柱體的體積為 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 于是通過導線的電流強度： 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 個自由電荷上的合力，于是磁場對每個自由電荷的作用力 F 洛 ＝Fnl S，即 F 洛 ＝ q v B . 這就是磁場對一個運動電荷 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動速度． ( 3 ) 結(jié)論分析 ① 只有運動電荷受洛倫茲力，靜止電荷不受洛倫茲力． ② 電荷垂直磁場運動時，洛倫茲力最大，平行磁場運動時洛倫茲力 ． 可見：電荷在磁場中是否受洛倫茲力與電荷的運動情況有關(guān)． 為零 3 ． 洛倫茲力的方向 ( 1 ) 左手定則 伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)．讓磁感線從 進入，并使四指指向 ，這時 所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向．負電荷受力的方向與正電荷受力的方向 ． 掌心 正電荷運動的方向 相反 拇指 ( 2 ) 方向特點 ① 洛倫茲力的方向總是與電荷運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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