磁場(chǎng)對(duì)電流作用力洛侖茲力-展示頁(yè)
2025-07-09 04:38本頁(yè)面
【正文】 邊長(zhǎng)為l，通入電流強(qiáng)度為I，置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框可繞過(guò)bc、ad中點(diǎn)的軸oo′轉(zhuǎn)動(dòng)。圖示情況，ab、cd邊與B垂直，ab、cd邊受磁場(chǎng)力F=BLI，根據(jù)左手定則，ab邊、cd邊受力方向如圖所示，其力矩為逆時(shí)針?lè)较?，大小為M′=2BLI線框沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)α角如圖3所示，線框位置變了但ab、cd與B垂直的情況沒改變，F(xiàn)=BIL，方向沒變，但F的力臂變?yōu)镺E=lcosα，則力矩M=nBSIcosα，當(dāng)α=0時(shí)cosα=1，則有力矩的最大值，Mm=nBSI，此時(shí)線框平面與B平行，當(dāng)α=90176。二、洛侖茲力：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力1．定性分析：根據(jù)磁的電本質(zhì)可知，磁場(chǎng)對(duì)電流的作用實(shí)質(zhì)上是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的總作用。上述分析可通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。2．洛侖力的大小，電流強(qiáng)度微觀表達(dá)式：I=nqsυ（s：導(dǎo)線橫截面積，n是導(dǎo)線單位體積內(nèi)自由電子個(gè)數(shù)，q為電子電量，υ是電子移動(dòng)速度），根據(jù)磁場(chǎng)對(duì)電流作用力公式：F=BIL，F(xiàn)=Nf，N為長(zhǎng)為L(zhǎng)橫截面積為s的導(dǎo)線中自由電子總數(shù)，f為一個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷所受磁場(chǎng)作用力，即洛侖茲力，結(jié)合I=nqsυ，可得Nf=BLnqsυ，∵NnLS，∴f=Bqυ。尤其應(yīng)該注意的是，當(dāng)υ‖B時(shí)，f=0。伸出左手，四指與姆指垂直且在一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線從手心穿過(guò)，四指指運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)方向（若運(yùn)動(dòng)電荷是負(fù)電荷，四指指運(yùn)動(dòng)方向的反方向），姆指所指方向?yàn)槁鍋銎澚Φ姆较?。運(yùn)動(dòng)電荷以速度υ進(jìn)入磁場(chǎng)，在忽略重力的情況下，只受洛侖茲力，大小f=Bqυ，方向：f⊥υ，所以洛侖茲力只改變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，而不改變速度大小，所以帶電粒子的速度大小不變，洛侖茲力大小也不變，而且洛侖茲力總垂直速度方向，滿足做勻速圓周運(yùn)動(dòng)條件。在上述分析過(guò)程中注意區(qū)分洛侖茲力和電場(chǎng)力產(chǎn)生的結(jié)果，帶電粒子以速度υ垂直電場(chǎng)強(qiáng)度E的方向進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，所受電場(chǎng)力大小、方向都不變是恒力，帶電粒子做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，而洛侖茲力大小不變，而方向總在變化且總垂直速度方向，不是恒力，不做勻變速運(yùn)動(dòng)滿足勻速圓周運(yùn)動(dòng)條件。3．帶電粒子運(yùn)動(dòng)的周期公式：根據(jù)R=和υ=，可得：T=，從上式可知，粒子運(yùn)動(dòng)周期與粒子運(yùn)動(dòng)速度和軌道半徑無(wú)關(guān)，對(duì)于同一粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，無(wú)論運(yùn)動(dòng)速度，軌道半徑如何變化，粒子運(yùn)動(dòng)周期不變。4．速度選擇器：如圖4所示，平行金屬板之間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)為E，勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，但互相垂直，帶電量為q的粒子。但其速度必須為υ=，只有速度為E/B的粒子才可能穿過(guò)電、磁場(chǎng)，否則不能穿過(guò)。后，再靠近AB
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