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-資料下載頁
2024-11-19 17:01本頁面
【導讀】第4課時磁場對運動電荷的作用——洛倫茲力。洛倫茲，荷蘭物理學家、數(shù)學家．少年時他就對。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來解釋物。質的電性質．從電子論推導出運動電荷在磁場中要受到力的作。用，獲得1902年的諾貝爾物理學獎.1921年起擔任高等教育部部。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。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”．。1乙中電子束的徑跡，若調換磁鐵南北極的位置，則。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
【正文】 解析 ： a 球進入勻強電場后，始終受到勻強電場 水平向右的電場力 F 電 ＝ qE 作用，這個力不會 改變 a 球在豎 直方向運動的速度，故它下落的 總時間 ta與沒有電場時自由下落的時間 t0相同 ． b 球以某一速度進入勻強磁場瞬間它就受到 水平向右的洛倫茲力作用，這個力只改變速度方向，會使速度方向向右發(fā)生偏轉，又因為洛倫茲力始終與速度方向垂直．當速度方向變化時，洛倫茲力的方向也發(fā)生變化，不再沿水平方向．上圖所示為小球在磁場中某一位置時的受力圖，從圖中可以看出洛倫茲力 F 洛 的豎直分量 F1會影響小球豎直方向的運動，使豎直下落的加速度減小 ( 小于 g ) ， 故其下落的時間 tb大于沒有磁場時小球自由下落的總時間 t0.綜上所述， ta＜ tb. 答案： C 反思領悟： 不同的場力對帶電粒子具有不同的影響，我們只有掌握各種場力的特點才能正確的解決問題． 質量為 0 .1 k g 的小物塊，帶有 5 10－ 4 C 的電荷量，放在傾角為 3 0 176。 的絕緣光滑斜面上，整個斜面置于 0 . 5 T 的勻強磁場中，磁場方向如圖 3 － 4 － 11 所示，物塊由靜止開始下滑，滑到某一位置時，物塊開始離 開斜面 ( 設斜面足夠長， g ＝ 1 0 m /s2) 問： ( 1 ) 物塊帶電性質？ ( 2 ) 物塊離開斜面時的速度為多 少？ ( 3 ) 物塊在斜面上滑行的最大距離是多少？ 圖 3－ 4－ 11 解析： ( 1 ) 由左手定則可知物塊帶負電荷． ( 2 ) 當物塊離開斜面時，物塊對斜面壓力為 0 ，受力如圖所示，則： q v B － mg co s 3 0 176。 ＝ 0 ，解得 v ＝ 3 .4 6 m /s . ( 3 ) 由動能定理得： mg s in 3 0 176。 L ＝12m v2，解得物塊在斜面上滑行的最大距離 L ＝ 1 .2 m . 答案： ( 1 ) 負 ( 2 ) 3 .4 6 m /s ( 3 ) 1 .2 m 創(chuàng)新拓展 霍爾效應 霍爾效應在 1 8 7 9 年被 E .H .霍爾發(fā)現(xiàn)，它定義了磁場和感應電壓之間的關系，這種效應和傳統(tǒng)的感應效果完 全不同．當電流通過一個位于磁場中的導體的時候，磁場會對導體中的電子產(chǎn)生一個橫向的作用力，從而在導體的兩端產(chǎn)生電勢差． 雖然這個效應多年前就已經(jīng)被大家知道并理解，但基于霍爾效應的傳感器在材料工藝獲得重大進展前并不實用，直到出現(xiàn)了高強度的恒定磁體和工作于小電壓輸出的信號調節(jié)電路． 【例 4 】 如圖 3 － 4 － 12 所示，厚度為 h ， 寬度為 d 的導體板放在垂直于它的磁感應 強度為 B 的均勻磁場中，當電流通過導體 板時，在導體板的上側面 A 和下側面 A ′ 之間會產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效 應．實驗表明，當磁場不太強時， 電勢差 U 、電流 I 和 B 的關系為 U ＝ kIBd，式中的比例系數(shù) k 稱為霍爾系數(shù)． 設電流 I 是由電子的定向流動形成的，電子的平均定向流動速度為 v ，電荷量為 e ，回答下列問題： 圖 3－ 4－ 12 ( 1 ) 達到穩(wěn)定狀態(tài)時，導體板上側面 A 的電勢 _ _ _ _ _ _ _ _ 下側面A ′ 的電勢 ( 填 “ 高于 ” 、 “ 低于 ” 或 “ 等于 ” ) ． ( 2 ) 電子所受的洛倫茲力的大小為 _ _ _ _ _ _ _ _ ． ( 3 ) 當導體板上、下兩側之間的電勢差為 U 時，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 代表導體板單位體積中電子的個數(shù)． 解析： ( 1 ) 電子向左移動，由左手定則知，電子受洛倫茲力向上，故上側面 A 聚集電子，下側面 A ′ 聚集正電荷，故上側面的電勢低于下側面． ( 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 ，通過導體的電流強度 I ＝ ne v d h ，又由 U ＝kIBd，得 h v B ＝ kne v d hdB ，解得 k ＝1ne. 答案： 見解析
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