20xx教科版高中物理選修（3-1）3-4《磁場對運(yùn)動電荷的作用 洛倫茲力》-全文預(yù)覽
【正文】 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 三者的方向關(guān)系是： F ⊥ B ， F ⊥ v ，但 B 與v 不一定垂直． ② 洛倫茲力的方向隨電荷的運(yùn)動方向的變化而變化．但無論怎么變化，洛倫茲力都與運(yùn)動方向垂直． 二、帶電粒子在磁場中的運(yùn)動 1 ． 運(yùn)動軌跡 ( 1 ) 勻速直線運(yùn)動：帶電粒子的速度方向與磁場方向平行 ( 相同或相反 ) ，此時(shí)帶電粒子所受洛倫茲力為 ，粒子將以速度 v 做勻速直線運(yùn)動． ( 2 ) 勻速圓周運(yùn)動：帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場，由于洛倫茲力始終和運(yùn)動方向垂直，因此，帶電粒子速度大小不變，但是速度方向不斷在變化，所以帶電粒子做 運(yùn)動，洛倫茲力提供 ． 0 勻速圓周 向心力 2 ． 軌跡半徑和周期 由 F 向 ＝ F 洛 得 q v B ＝ mv 2R ，所以有 R ＝m vqB ， T ＝2π mqB . 1 ． 決定洛倫茲力方向的因素有三個(gè) ：電荷的電性 ( 正、負(fù) ) 、速度方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向．當(dāng)電荷電性一定時(shí)，其他兩個(gè)因素中，如果只讓一個(gè)因素相反，則洛倫茲力方向必定相反；如果同時(shí)讓兩個(gè)因素相反， 則洛倫茲力方向?qū)⒉蛔儯? 洛倫茲力 2 ． 洛倫茲力可以是恒力 ( 大小、方向均不變 ) ，也可以是變力，有三種變化方式： ( 1 ) 只有大小變化． ( 2 ) 只有方向變化． ( 3 ) 大小、方向同時(shí)變化． 出現(xiàn)以上各種情況均與運(yùn)動電荷的速度變化情況相對應(yīng)． 3 ． 洛倫茲力和電場力的比較 對應(yīng)力 內(nèi)容 項(xiàng)目 洛倫茲力 F 電場力 F 大小 F洛 ＝ qvB(v⊥ B) F＝ qE 與速度關(guān)系 v＝ 0或 v∥ B， F洛 ＝ 0 與速度的有無、方向均無關(guān) 力方向與場方向的關(guān)系 一定是 F洛 ⊥ B， F洛⊥ v，與電荷電性無關(guān) 正電荷與電場方向相同，負(fù)電荷與電場方向相反 做功情況 任何情況下都不做功 可能做正功、負(fù)功、也可能不做功 力 F為零時(shí)場的情況 F洛 為零， B不一定為零 F為零 E一定為零 作用效果 只改變電荷運(yùn)動的速度方向，不改變速度大小 既可以改變電荷運(yùn)動的速度大小，也可以改變電荷運(yùn)動的方向 4. 洛倫茲力與安培
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