20xx教科版高中物理選修（3-1）3-4《磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用 洛倫茲力》(文件)
【正文】 放在垂直于它的磁感應(yīng) 強(qiáng)度為 B 的均勻磁場(chǎng)中，當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體 板時(shí)，在導(dǎo)體板的上側(cè)面 A 和下側(cè)面 A ′ 之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效 應(yīng)．實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)， 電勢(shì)差 U 、電流 I 和 B 的關(guān)系為 U ＝ kIBd，式中的比例系數(shù) k 稱為霍爾系數(shù)． 設(shè)電流 I 是由電子的定向流動(dòng)形成的，電子的平均定向流動(dòng)速度為 v ，電荷量為 e ，回答下列問(wèn)題： 圖 3－ 4－ 12 ( 1 ) 達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體板上側(cè)面 A 的電勢(shì) _ _ _ _ _ _ _ _ 下側(cè)面A ′ 的電勢(shì) ( 填 “ 高于 ” 、 “ 低于 ” 或 “ 等于 ” ) ． ( 2 ) 電子所受的洛倫茲力的大小為 _ _ _ _ _ _ _ _ ． ( 3 ) 當(dāng)導(dǎo)體板上、下兩側(cè)之間的電勢(shì)差為 U 時(shí)，電子所受靜電力的大小為 _ _ _ _ _ _ _ _ ． ( 4 ) 由靜電力和洛倫茲力平衡的條件，證明霍爾系數(shù)為 k ＝1ne，其中 n 代表導(dǎo)體板單位體積中電子的個(gè)數(shù)． 解析： ( 1 ) 電子向左移動(dòng)，由左手定則知，電子受洛倫茲力向上，故上側(cè)面 A 聚集電子，下側(cè)面 A ′ 聚集正電荷，故上側(cè)面的電勢(shì)低于下側(cè)面． ( 2 ) 洛倫茲力 f ＝ e v B . ( 3 ) 電子受靜電力 eE ＝ eUh. ( 4 ) 電子受橫向靜電力與洛倫茲力的作用，兩力平衡，有： eUh＝e v B ，得 U ＝ h v B ，通過(guò)導(dǎo)體的電流強(qiáng)度 I ＝ ne v hdB ，解得 k ＝1ne. 答案： 見(jiàn)解析 。h ，又由 U ＝kIBd，得 h v B ＝ kne v ＝ 0 ，解得 v ＝ 3 .4 6 m /s . ( 3 ) 由動(dòng)能定理得： mg s in 3 0 176。＝ 2 d ，又 Bq v ＝m v2r得 r ＝m vBq，所以 m ＝2 d B ev，電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 t＝α2π ，取 v 與 B 垂直分量，故 F ＝ q v B s in 3 0 176。第 4課時(shí) 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)物理學(xué)很感興趣，并且能熟練地掌握多門(mén)外語(yǔ) .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(qǐng)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(duì)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(lái)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(lái)解釋物質(zhì)的電性質(zhì)．從電子論推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中要受到力的作用，獲得 1 9 0 2 年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) . 1 9 2 1 年起擔(dān)任高等教育部部長(zhǎng) . 1 9 1 1 ～ 1 9 2 7 年擔(dān)任索爾維物理學(xué)會(huì)議的固定主席．在國(guó)際物理學(xué)界的各種集會(huì)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(guó)際科學(xué)協(xié)作聯(lián)盟委員會(huì)主席．同時(shí)他還是世界上許多科學(xué)院的外國(guó)院士和科學(xué)學(xué)會(huì)的外國(guó)會(huì)員． 1928 年洛倫茲去世時(shí)，荷蘭全國(guó)的電信、電話中止三分鐘．愛(ài)因斯坦在洛倫茲墓前致詞說(shuō)：洛倫茲的成就 “ 對(duì)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(chǎng)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(dòng)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(chǎng)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(huì) ． 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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到洛倫茲力的作用，揭示了通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)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(zhǎng)為 l 的一段直導(dǎo)線，其中
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