20xx教科版高中物理選修3-13-4磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用洛倫茲力-資料下載頁(yè)
2024-11-19 17:01本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】第4課時(shí)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用——洛倫茲力。洛倫茲，荷蘭物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家．少年時(shí)他就對(duì)。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1902年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).1921年起擔(dān)任高等教育部部。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。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”．。1乙中電子束的徑跡，若調(diào)換磁鐵南北極的位置，則。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
【正文】 解析 ： a 球進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)后，始終受到勻強(qiáng)電場(chǎng) 水平向右的電場(chǎng)力 F 電 ＝ qE 作用，這個(gè)力不會(huì) 改變 a 球在豎 直方向運(yùn)動(dòng)的速度，故它下落的 總時(shí)間 ta與沒(méi)有電場(chǎng)時(shí)自由下落的時(shí)間 t0相同 ． b 球以某一速度進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)瞬間它就受到 水平向右的洛倫茲力作用，這個(gè)力只改變速度方向，會(huì)使速度方向向右發(fā)生偏轉(zhuǎn)，又因?yàn)槁鍌惼澚κ冀K與速度方向垂直．當(dāng)速度方向變化時(shí)，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(chǎng)中某一位置時(shí)的受力圖，從圖中可以看出洛倫茲力 F 洛 的豎直分量 F1會(huì)影響小球豎直方向的運(yùn)動(dòng)，使豎直下落的加速度減小 ( 小于 g ) ， 故其下落的時(shí)間 tb大于沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)小球自由下落的總時(shí)間 t0.綜上所述， ta＜ tb. 答案： C 反思領(lǐng)悟： 不同的場(chǎng)力對(duì)帶電粒子具有不同的影響，我們只有掌握各種場(chǎng)力的特點(diǎn)才能正確的解決問(wèn)題． 質(zhì)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(gè)斜面置于 0 . 5 T 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向如圖 3 － 4 － 11 所示，物塊由靜止開(kāi)始下滑，滑到某一位置時(shí)，物塊開(kāi)始離 開(kāi)斜面 ( 設(shè)斜面足夠長(zhǎng)， g ＝ 1 0 m /s2) 問(wèn)： ( 1 ) 物塊帶電性質(zhì)？ ( 2 ) 物塊離開(kāi)斜面時(shí)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(fù)電荷． ( 2 ) 當(dāng)物塊離開(kāi)斜面時(shí)，物塊對(duì)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(dòng)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(fù) ( 2 ) 3 .4 6 m /s ( 3 ) 1 .2 m 創(chuàng)新拓展 霍爾效應(yīng) 霍爾效應(yīng)在 1 8 7 9 年被 E .H .霍爾發(fā)現(xiàn)，它定義了磁場(chǎng)和感應(yīng)電壓之間的關(guān)系，這種效應(yīng)和傳統(tǒng)的感應(yīng)效果完 全不同．當(dāng)電流通過(guò)一個(gè)位于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體的時(shí)候，磁場(chǎng)會(huì)對(duì)導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生一個(gè)橫向的作用力，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差． 雖然這個(gè)效應(yīng)多年前就已經(jīng)被大家知道并理解，但基于霍爾效應(yīng)的傳感器在材料工藝獲得重大進(jìn)展前并不實(shí)用，直到出現(xiàn)了高強(qiáng)度的恒定磁體和工作于小電壓輸出的信號(hào)調(diào)節(jié)電路． 【例 4 】 如圖 3 － 4 － 12 所示，厚度為 h ， 寬度為 d 的導(dǎo)體板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 d h ，又由 U ＝kIBd，得 h v B ＝ kne v d hdB ，解得 k ＝1ne. 答案： 見(jiàn)解析
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