探究洛伦兹力的表达式
电磁学中的洛伦兹力与麦克斯韦方程组
电磁学中的洛伦兹力与麦克斯韦方程组
电磁学是物理学中的重要分支,研究电荷和电流之间的相互作用以及与电磁场
之间的关系。洛伦兹力和麦克斯韦方程组是电磁学中的两个重要的概念和理论基础。
洛伦兹力是描述电荷在电磁场中运动所受到的力的一种数学表示。曾被荷兰物
理学家洛伦兹提出,他发现电荷在电磁场中运动时会受到一个与电荷的速度和电磁场的性质有关的力。这个力被称为洛伦兹力,它的表达式为F = q(E + v × B),其中
q是电荷的大小,E是电场的强度,v是电荷的速度,B是磁场的强度。这个公式
揭示了电荷在电磁场中受力的规律,充分体现了洛伦兹力的重要性。
麦克斯韦方程组是电磁学的理论基础,描述了电场、磁场和它们之间的相互作用。麦克斯韦方程组的形式如下:
1. 麦克斯韦第一方程:∇·E = ρ/ε0,这个方程描述了电场的散度和电荷的分布
之间的关系,其中ρ是电荷密度,ε0是真空介电常数。
2. 麦克斯韦第二方程:∇ × E = -∂B/∂t,这个方程描述了电场的旋度和磁场随时
间变化的关系,其中B是磁场的强度。
3. 麦克斯韦第三方程:∇·B = 0,这个方程描述了磁场的散度为零,即磁荷不
存在。
4. 麦克斯韦第四方程:∇ × B = μ0J + μ0ε0∂E/∂t,这个方程描述了磁场的旋度与电流密度和电场随时间变化的关系,其中J是电流密度,μ0是真空磁导率。
麦克斯韦方程组的提出,彻底改变了人们对电磁现象的认识,它将电场和磁场
统一起来,揭示了它们之间的相互作用和传播规律。这些方程不仅在电磁学中具有重要地位,也为电磁波的传播提供了理论依据,对现代通信、电磁技术等领域有着广泛的应用。
磁场与电动力学洛伦兹力的解析
磁场与电动力学洛伦兹力的解析磁场和电动力学是物理学中一个重要的研究领域,涉及到电荷、电流和磁场之间的相互作用关系。其中,洛伦兹力是描述电荷在磁场中受力情况的基本原理。本文将对磁场与电动力学洛伦兹力进行解析,并探讨其在实际应用中的一些重要影响。
1. 磁场的起源和特性
磁场源于电荷运动,当电荷运动时,会形成一个环绕电流的磁场。磁场具有方向和大小,可以通过磁感应强度和磁力线表示。磁感应强度B是描述磁场强弱的重要物理量,单位为特斯拉(T)。
2. 洛伦兹力的定义和表达式
洛伦兹力描述了电荷在磁场中受到的力。当电荷q在速度v下穿过磁场时,洛伦兹力F的大小由以下公式给出:
F = q * v * B * sinθ
其中,θ是电荷速度和磁感应强度之间的夹角。
3. 洛伦兹力的作用方向和性质
根据洛伦兹力的表达式,我们可以看出洛伦兹力的方向与电荷的速度方向、磁场方向以及电荷的正负性有关。当电荷为正电荷时,洛伦兹力方向与速度方向垂直且符合右手定则;当电荷为负电荷时,洛伦兹力方向与速度方向垂直且与正电荷相反。洛伦兹力的大小与电荷的速度、磁场的强度以及电荷的数值有关。
4. 洛伦兹力的应用
洛伦兹力在实际应用中发挥着重要作用。例如,在粒子加速器中,通过控制磁场和电荷的运动轨迹,可以使粒子受到洛伦兹力的作用而加速;在电动机中,洛伦兹力可以转化为机械能,将电能转化为机械能。
此外,洛伦兹力也对其他现象产生了重要影响。在电磁感应中,洛伦兹力是电动势产生的重要原理;在磁流体力学中,洛伦兹力可以导致磁流体运动产生剧烈的涡旋和湍流现象。
高中物理-洛伦兹力
洛伦兹力
洛伦兹力是带电粒子在磁场中运动时受到的磁场力。
洛伦兹力f的大小等于Bvq,其最大的特点就是与速度的大小相关,这是高中物理中少有的一个与速度相关的力。
我们从力的大小、方向、与安培力关系这三个方面来研究洛伦兹力。
洛伦兹力的大小
⒈当电荷速度方向与磁场方向垂直时,洛伦兹力的大小f=Bvq;高中物理网建议同学们用小写的f来表示洛伦兹力,以便于和安培力区分。
⒉磁场对静止的电荷无作用力,磁场只对运动电荷有作用力,这与电场对其中的静止电荷或运动电荷总有电场力的作用是不同的。
⒊当时电荷沿着(或逆着)磁感线方向运行时,洛伦兹力为零。
⒋当电荷运动方向与磁场方向夹角为θ时,洛伦兹力的大小f=Bvqsinθ;
洛伦兹力的方向
⒈用左手定则来判断:让磁感线穿过手心,四指指向正电荷运动的方向(或负电荷运动方向的反方向),大拇指指向就是洛伦兹力的方向。
⒉无论v与B是否垂直,洛伦兹力总是同时垂直于电荷运动方向与磁场方向。
洛伦兹力的特点
洛伦兹力的方向总与粒子运动的方向垂直,洛伦兹力只改变速度的方向,不改变速度的大小,故洛伦兹力永远不会对v有积分,即洛伦兹力永不做功。
安培力和洛伦兹力的关系
洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力,安培力是磁场对通电导线的作用力,两者的研究对象是不同的。
安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力是安培力的微观实质。两者之间的推导请阅读《安培力与洛伦兹力》
对洛伦兹力和安培力的联系与区别,可从以下几个方面理解:
1.安培力大小为F=ILB,洛伦兹力大小为F=qvB。安培力和洛伦兹力表达式虽然不同,但可互相推导,相互印证。
电荷在电磁场中的洛伦兹力的张量表达式计算方法
电荷在电磁场中的洛伦兹力的张量表达式计
算方法
电荷在电磁场中的运动是一个经典的物理问题,涉及到电磁力学的基本概念和数学工具。在这篇文章中,我们将探讨电荷在电磁场中受到的洛伦兹力的张量表达式计算方法。
首先,我们需要了解电荷在电磁场中的运动方程。根据洛伦兹力的定义,电荷在电磁场中受到的力可以表示为:
\[ F = q(E + v \times B) \]
其中,\( F \) 是电荷受到的力,\( q \) 是电荷的电量,\( E \) 是电场强度,\( v \) 是电荷的速度,\( B \) 是磁场强度。这个表达式描述了电荷在电磁场中受到的力与电场和磁场的关系。
接下来,我们将通过张量的方法来计算洛伦兹力的张量表达式。我们知道,张量是一个多维数组,可以用来描述物理量的变化规律。在电磁场中,洛伦兹力可以用一个二阶张量来表示。
我们定义一个洛伦兹力张量 \( F^{\mu\nu} \) ,其中 \( \mu \) 和 \( \nu \) 分别表
示四维时空坐标的分量。根据洛伦兹力的定义,我们可以得到:
\[ F^{\mu\nu} = q(E^{\mu} + v^{\alpha}B^{\beta}\epsilon_{\alpha\beta}^{\mu\nu}) \]
其中,\( E^{\mu} \) 和 \( B^{\mu} \) 分别表示电场和磁场的四维矢量,
\( \epsilon_{\alpha\beta}^{\mu\nu} \) 是完全反对称张量,满足 \( \epsilon_{0123} = 1 \)。
磁场中的洛伦兹力与洛伦兹变换
磁场中的洛伦兹力与洛伦兹变换磁场中的洛伦兹力是指电荷在磁场中受到的力,它是由物理学家洛伦兹提出的一种力学现象。洛伦兹变换则是描述物理量在相对论情形下变换的数学工具。本文将从理论和实践两个方面讨论磁场中的洛伦兹力与洛伦兹变换的相关内容。
一、磁场中的洛伦兹力
洛伦兹力的表达式可以通过洛伦兹力定律得到:
\[ \mathbf{F} = q (\mathbf{v} \times \mathbf{B}) \]
其中,$\mathbf{F}$ 代表洛伦兹力,$q$ 代表电荷量,
$\mathbf{v}$ 代表电荷运动速度,$\mathbf{B}$ 代表磁场强度。
洛伦兹力的方向垂直于电荷的运动方向和磁场强度的方向,根据右手定则,可以确定洛伦兹力的方向。如果电荷为正电荷,则洛伦兹力方向为运动方向的逆时针方向;如果电荷为负电荷,则洛伦兹力方向为运动方向的顺时针方向。
洛伦兹力在实际应用中有许多重要的应用,例如:电磁感应现象、电荷在磁场中的轨迹、荷质比的测定等。
二、磁场中的洛伦兹变换
洛伦兹变换是为了解决电磁场与运动引起的时空观测参照系变换而提出的。洛伦兹变换的基本形式为:
\[ x' = \gamma (x - vt),\ t' = \gamma \left( t - \frac{v}{c^2} x \right) \]
其中,$x'$ 和 $t'$ 为相对运动的两个参照系中的位置和时间,
$x$ 和 $t$ 为静止参照系中的位置和时间,$v$ 为相对速度,$c$ 为光速,$\gamma$ 为洛伦兹因子,$\gamma = \frac{1}{\sqrt{1 -
洛伦兹力
四、 霍耳(E.C.Hall)效应 霍耳( 效应
在一个通有电流的导体板上,垂直于板面施加一磁 在一个通有电流的导体板上 , 则平行磁场的两面出现一个电势差,这一现象是1879 场 ,则平行磁场的两面出现一个电势差, 这一现象是 1879 年美国物理学家霍耳发现的,称为霍耳效应。 年美国物理学家霍耳发现的,称为霍耳效应 。该电势差称 为霍耳电势差 。 r r B B + d − − − − − −− − − d + + +V + + + + + V1 1 r −− − − −r−− − − ++++ +++++ UH UH r F r I Fm r v mE b b r H r rEH Fe Fe v
把一宽为2 cm, cm的铜片 放在B= 的铜片, B=1 的磁场中, 例2 把一宽为2.0cm,厚1.0cm的铜片,放在B=1.5T的磁场中,磁场垂直 通过铜片。如果铜片载有电流200 200A 通过铜片。如果铜片载有电流200A,求呈现在铜片上下两侧间的霍耳电势差 有多大? 有多大?
解 每个铜原子中只有一个自由电子,故单位体积内的自由电 每个铜原子中只有一个自由电子, 子数n即等于单位体积内的原子数 已知铜的相对原子质量为64, 即等于单位体积内的原子数。 子数 即等于单位体积内的原子数 。 已知铜的相对原子质量为 , 1mol铜( 0.064kg)有 6.0×1023个原子( 阿伏加得罗常数) , 铜 个原子(阿伏加得罗常数) 铜 ) × 的密度为9.0× 的密度为 ×103 kg/m3,所以铜片中自由电子的密度
磁学中的洛伦兹力定律与电磁力的作用规律
磁学中的洛伦兹力定律与电磁力的作用规律
在物理学中,洛伦兹力定律是描述磁场中电荷运动的基本规律之一。它是由荷兰物理学家洛伦兹提出的,通过洛伦兹力定律,我们可以了解到电磁力对于电荷的作用规律。
首先,我们来了解一下洛伦兹力定律的表达式。根据洛伦兹力定律,一个电荷在磁场中所受到的力可以由以下公式表示:
F = q * (v × B)
其中,F代表力的大小和方向,q代表电荷的大小,v代表电荷的速度,B代表磁场的强度。这个公式告诉我们,电荷在磁场中所受到的力是与电荷的速度和磁场的强度相关的。
洛伦兹力定律的一个重要应用是解释电磁感应现象。当一个导体在磁场中运动时,导体中的自由电子会受到洛伦兹力的作用,从而产生感应电流。这就是电磁感应现象的基本原理。
通过洛伦兹力定律,我们还可以了解到磁场对于电荷的轨迹有一定的影响。当一个电荷以一定的速度进入磁场时,洛伦兹力会使得电荷偏离原来的直线轨迹,而是沿着一个曲线运动。这种现象被称为洛伦兹力的偏转效应。
除了洛伦兹力定律之外,电磁力也是磁学中的重要概念。电磁力是电荷和磁场之间相互作用的结果。根据库仑定律和洛伦兹力定律,我们可以得出电磁力的表达式:
F = q * (E + v × B)
其中,F代表力的大小和方向,q代表电荷的大小,E代表电场的强度,v代表电荷的速度,B代表磁场的强度。这个公式告诉我们,电磁力是由电场和磁场共同作用产生的。
电磁力在日常生活中有着广泛的应用。例如,电动机的工作原理就是基于电磁力的作用规律。当电流通过导线产生磁场时,磁场与磁铁之间会产生相互作用,从而使得磁铁受到力的作用,导致电动机转动。
洛伦兹力与电磁力
洛伦兹力与电磁力
洛伦兹力和电磁力是电磁学领域中重要的概念,它们之间存在着密切的联系和相互作用。本文将详细介绍洛伦兹力和电磁力的概念、性质和应用,并探讨它们在物理学、工程学和生命科学等领域中的重要作用。
一、洛伦兹力的概念和性质
洛伦兹力是由电荷在磁场中受到的力,它是洛伦兹定律的基础。根据洛伦兹定律,当电荷以速度v在磁场中运动时,它会受到一个与速度和磁场强度相关的力。洛伦兹力的大小和方向可以通过洛伦兹定律进行计算。
洛伦兹力的数学表达式为F = q(v × B),其中F是洛伦兹力的大小和方向,q是电荷的大小,v是电荷的速度,B是磁场的强度。根据这个公式,当电荷和磁场方向垂直时,洛伦兹力达到最大值,当二者平行时,洛伦兹力为零。洛伦兹力的方向垂直于速度和磁场方向构成的平面。
二、电磁力的概念和性质
电磁力是由电荷在电磁场中受到的力,它是由电荷和磁场相互作用所产生的力。根据电磁学的基本原理,任何一个电流都会产生磁场,而磁场中的电荷又会受到洛伦兹力的作用。因此,电磁力实质上是洛伦兹力和电场力的综合效果。
电磁力的数学表达式为F = q(E + v × B),其中F是电磁力的大小和方向,q是电荷的大小,E是电场的强度,v是电荷的速度,B是磁场的强度。电磁力的方向和大小取决于电荷的电量、速度以及所处的电场和磁场。
三、洛伦兹力和电磁力的应用
洛伦兹力和电磁力在物理学、工程学和生命科学等领域中都具有广泛的应用。
在物理学中,洛伦兹力和电磁力是描述带电粒子运动和相互作用的重要工具。通过研究洛伦兹力和电磁力的性质,可以深入理解电磁场的本质和电荷在电磁场中的运动规律,从而推导出许多重要的电磁现象和规律,如电磁感应、电磁波和电磁辐射等。
高中选修物理探究洛伦兹力
第五章 磁场与回旋加速器
(1)电流强度I。 (2)通电导线所受的安培力。 (3)这段导线内的自由电荷数。 (4)每个电荷所受的洛伦兹力。
第五章 磁场与回旋加速器
三、探究洛伦兹力的表达式:
(1)电流强度I。
I nqvS
(2)通电导线所受的安培力。
(3)这段导线内的自由电荷数。
F安 BIL B(nqvS )L
来自百度文库
洛伦兹力的方向---左手定则
第五章 磁场与回旋加速器
v f
1、伸开左手,使大拇指和其余四指垂直 且处于同一平面内,把手放入磁场中, 让磁感线穿过手心,若四指指向正电荷
运动的方向,那么大拇指所指的方向就
是正电荷所受洛伦兹力的方向
v f
2、若四指指向负电荷运动的反方 向,那么大拇指所指的方向就是负 电荷所受洛伦兹力的方向
I nqvS n单位体积内的自由电荷数.
q每个自由电荷的电荷. v自由电荷定向移动的速率. S横截面积.
第五章
一、探究运动电荷在磁场中是否受到力的作用?
磁场与回旋加速器
实验验证: 阴极射线管 原理:从阴极发射出来电子,在阴 阳两极间的高压作用下,使电子加 速,形成电子束,轰击到长条形的 荧光屏上激发出荧光,可以显示电 子束的运动轨迹。 结论:运动电荷在磁场中受到力的作用
第五章 磁场与回旋加速器
运动电荷在磁场中受到的力
B、洛伦兹力只改变带电粒子运动方向。 C、洛伦兹力始终与速度垂直,所以洛伦兹力不 做功。 D、洛伦兹力始终与速度垂直,所以粒子在运动过 程中的动能保持不变。
例3、当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进 入该通电螺线管,若不计重力,则 [ CD ] A.带电粒子速度大小改变; B.带电粒子速度方向改变; C.带电粒子速度大小不变; D.带电粒子速度方向不变。
.
反思:带点粒子在磁场中受不受洛伦兹力决定于 速度的方向和磁场的方向,所以在速度已知的情 况下,一定要弄清磁场的分布特点。
变式训练:
有一匀强磁场,磁感应强度大小为1.2T,方向由南指向 北,如有一质子沿竖直向下的方向进入磁场,磁场作用在质 -14N,则质子射入时速度 子上的力为9.6× 10 东 5×105m/s 为 ,质子在磁场中向 方向偏转 。
V2
V1
F=qV1B=qVBsinθ( θ为V与B的夹角)
3、洛伦兹力的大小
F=qVBsinθ( θ为V与B的夹角)
(1)V =0时,F =0,即磁场对静止电荷没有力的 作用 (3)θ = 90° ( V⊥B)时, F=qVB (2)θ =0 ( V∥B)时,F =0
变式训练: 试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方向,或带 电粒子的电性、或带点粒子的运动方向。 v
1.6×10-13
高中物理选择性必修件洛伦兹力
观察阴极射线管中电子束偏转实验
01
3. 改变磁场方向或强度,观察电 子束偏转的变化。
02
4. 记录实验数据,分析实验结果 。
测量电子比荷实验设计思路
实验目的
通过测量电子在电场和磁场中的偏转情况,计算电子的 比荷。
实验器材
阴极射线管、亥姆霍兹线圈、电源、电流表、电压表、 测量尺等。
测量电子比荷实验设计思路
实验器材
回旋加速器模型、电源、电流表、电压表、 示波器等。
探索回旋加速器工作原理实验
实验步骤 1. 将带电粒子(如电子)注入回旋加速器中。
2. 在回旋加速器中加上交变电压,使带电粒子在电场作用下加速。
探索回旋加速器工作原理实验
3. 当带电粒子进入磁 场区域时,受到洛伦 兹力的作用而发生偏 转。
5. 分析实验结果,了 解回旋加速器的工作 原理和性能特点。
回旋加速器原理及结构
原理
回旋加速器是一种利用磁场和电场共同 对带电粒子进行加速的装置。当带电粒 子在匀强磁场中做匀速圆周运动时,每 当粒子经过两个D形金属盒间的狭缝时, 都会受到电场力的作用而加速。随着粒 子速度的增加,其运动半径也会相应增 大,从而使得粒子在每次经过狭缝时都 能获得更大的加速。
VS
电磁波谱及各波段特性
电磁波谱
按照频率从低到高排列,电磁波谱包括无线电波、红 外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等。
洛伦兹力的研究与实验探究
洛伦兹力的研究与实验探究洛伦兹力是电荷在磁场中运动时所受的力,是电磁感应现象的基础之一。通过对洛伦兹力的研究与实验探究,我们可以深入理解其产生机制,揭示电磁场与电荷之间的相互作用规律,为电磁学的发展做出重要贡献。
一、洛伦兹力的定义和基本原理
洛伦兹力是指当带电粒子在磁场中运动时受到的力,它的方向垂直于粒子的运动方向和磁场的方向,并且大小与粒子的电荷量、速度以及磁场的强度有关。洛伦兹力的表达式为:
F = q(v × B)
其中,F表示洛伦兹力的大小和方向,q表示粒子的电荷量,v表示粒子的速度向量,B表示磁感应强度向量。根据右手规则可以确定洛伦兹力的方向。
二、洛伦兹力的研究历程
洛伦兹力最早是由荷兰物理学家亨德里克·洛伦兹在19世纪末提出的,他基于麦克斯韦方程组和牛顿第二定律,利用向量分析的方法推导出了洛伦兹力的表达式。洛伦兹力的研究对于宏观物理学和微观粒子物理学的发展都具有重要意义。
在实验研究方面,科学家们通过一系列的实验来验证洛伦兹力的存在和作用规律。例如,他们利用导线在磁场中的受力来研究洛伦兹力对电流的影响,通过改变电流方向和磁场强度等条件来观察洛伦兹力
的变化。同时,科学家们也通过将电荷粒子射入磁场中进行轨迹观测,验证了洛伦兹力的垂直性和大小与速度的关系。
三、洛伦兹力的应用
洛伦兹力在现实生活和科学研究中有着广泛的应用。以下列举几个
具体的应用领域:
1. 电磁感应:洛伦兹力是电磁感应现象的基础,电动机、发电机等
设备的工作原理都基于洛伦兹力的作用。
2. 粒子物理学:粒子加速器利用洛伦兹力加速电荷粒子,从而达到
洛伦兹力与电磁感应
洛伦兹力与电磁感应
洛伦兹力和电磁感应是电磁学中重要的基础概念,它们在我们的日常生活中扮演着重要的角色。本文将介绍洛伦兹力和电磁感应的概念、原理以及应用,并探讨它们在电磁学领域的重要性。
一、洛伦兹力
洛伦兹力是指在有磁场存在时,带电粒子所受到的力,它的大小与带电粒子的电荷、速度以及磁场的强度和方向有关。洛伦兹力的数学表达式为:
F = q(v × B)
其中F为洛伦兹力,q为带电粒子的电荷,v为带电粒子的速度,B为磁场的磁感应强度。洛伦兹力的方向垂直于带电粒子的速度和磁场的方向,符合右手定则。
洛伦兹力在日常生活中广泛应用,例如电动机、发电机和粒子加速器等设备中都是基于洛伦兹力的工作原理。另外,在地球的磁场中,带电粒子也会受到洛伦兹力的作用,形成极光等现象。
二、电磁感应
电磁感应是指磁场的变化可以引起电场的产生,磁场相对运动产生的感应电动势和产生的感应电流。电磁感应的原理可以通过法拉第电磁感应定律来描述。
法拉第电磁感应定律简述如下:当磁通量Φ通过一定的导线圈时,导线圈中产生的感应电动势E与Φ的变化率成正比,即E = -dΦ/dt。其中,Φ为磁通量,t为时间。
电磁感应的应用非常广泛,例如发电机、变压器以及许多传感器等设备都是基于电磁感应的原理工作的。在日常生活中,手机的充电器和电动牙刷的充电底座等也是通过电磁感应来工作的。
三、洛伦兹力与电磁感应的关系
洛伦兹力和电磁感应有着紧密的关系。根据法拉第电磁感应定律,当导体中的电流受到变化时,也会产生磁场的变化,从而引起洛伦兹力的作用。洛伦兹力和电磁感应是电磁学中的基本相互作用过程。
磁场中带电粒子受力的洛伦兹力定律推导
磁场中带电粒子受力的洛伦兹力定律推导
在物理学中,洛伦兹力定律是描述带电粒子在磁场中受力的基本定律。该定律是由荷兰物理学家洛伦兹在19世纪末提出的,它描述了带电粒子在磁场中所受到
的力与其速度和磁场的关系。
为了推导洛伦兹力定律,我们首先需要了解带电粒子在磁场中的运动。当一个带电粒子以速度v进入磁场时,它会受到一个垂直于速度方向和磁场方向的力。这个力被称为洛伦兹力,用F表示。
洛伦兹力的大小与带电粒子的电荷q、速度v以及磁场强度B有关。根据洛伦
兹力定律的推导,我们可以得到洛伦兹力的表达式为:
F = qvBsinθ
其中,q是带电粒子的电荷,v是带电粒子的速度,B是磁场的强度,θ是速度方向和磁场方向之间的夹角。
从洛伦兹力的表达式可以看出,当速度方向与磁场方向垂直时,洛伦兹力达到最大值;当速度方向与磁场方向平行时,洛伦兹力为零。这是因为sinθ在0°和180°时取得最小值0,而在90°时取得最大值1。
洛伦兹力的方向可以通过右手定则确定。如果我们将右手的拇指指向带电粒子的速度方向,中指指向磁场方向,那么食指的方向就是洛伦兹力的方向。
洛伦兹力定律的推导基于电磁场的相互作用。当一个带电粒子进入磁场时,磁场会对带电粒子施加力,使其发生偏转。这个偏转是由洛伦兹力引起的。
洛伦兹力的推导还可以通过磁场对带电粒子的作用力来进行。根据牛顿第二定律,物体所受的力等于质量乘以加速度。在磁场中,带电粒子的加速度可以表示为速度的变化率。因此,洛伦兹力可以表示为:
F = q(dv/dt)
其中,dv/dt表示速度的变化率,也就是加速度。因此,洛伦兹力可以表示为带电粒子受到的加速度与电荷的乘积。
洛伦兹力计算公式?洛伦兹力的详解?
洛伦兹力计算公式?洛伦兹力的详解?
在学习高中物理的时候往往会遇到很多关于物理问题,上课觉着什幺都懂了,可等到做题目时又无从下手。以至于对于一些意志薄弱、学习方法不对的同学就很难再坚持下来。过早的对物理没了兴趣,伤害了到高中的学习信心。收集整理下面的这几个问题,是一些同学们的学习疑问,小编做一个统一的回复,有同样问题的同学,可以仔细看一下。【问:洛伦兹力计算公式?洛伦兹力的详解?】答:洛伦兹力表达式f=qvb,其中q是带电量,v 是粒子的速度,b是磁感应强度。需要注意的是,v必须与b垂直,否则需要在b垂直的面内进行投影。【问:闭合电路欧姆定律的内容是什幺?】答:闭合电路欧姆定律是初中学过的欧姆定律(部分欧姆定律)的补充,恒定电路这章引入了电源电动势与内电阻的概念,总电路中电动势与电流关系:
e=i(r+r)=u外+u内,即电池的电动势等于内外总阻值与干路电流之积。【问:磁场偏转周期的求法?】答:粒子在磁场中做圆周运动的周期t的公式是t=2πm/bq;可在计算题中,这个公式是不能直接使用的,必须推导。推导要用到向心力公式,带有周期t:qvb=m*v*2π/t,两端同时约去v,即可得周期t的公式,这是最简单的一种推导方法。【问:高中物理中说的临界态指的是什幺?】答:物体的运动、受力、能量、动量等物理量发生变化(性质上变化)的特殊状态。比如,原来物体在加速运动,在某时刻其加速度减小为零,此时刻后其加速度开始反向,即开始做减速运动,物体在这一点所对应的状态就是临界态,也叫做临界点。当然,高中研究的临界态不仅仅拘泥于力学和电磁学,还包括光学的临界角、极限频率等所对应的状态。【问:课下我要总结哪些内容?】答:及时总结所学内容,对物理学习非常重要。只有多总结,把问题吃透了,考试中才能够很好的发挥出来。以上洛伦兹力计
(最新整理)洛伦兹力
t=
2021/7/26
8
如图所示,一电量为q的带电粒子,(不计重力) 自A点垂直射入磁感应强度为B,宽度为d的匀强磁场中, 穿过磁场的速度方向与原来入射方向的夹角为300,则该 电荷质量m是————,穿过磁场所用的时间t为———
V A
P
O
B 300 V
由几何知识:弧AB所对应的圆心 角θ=300,OB=OA即为半径r。故:
解析:先找圆心,过b点逆着速度v的方向作直线bd,交 y轴于d,由于粒子在磁场中偏转的半径一定,且圆心位于Ob连 线上,距O点距离为圆的半径,据牛顿第二定律有:
2021/7/26
16
过圆心作bd的垂线,粒子在磁 场中运动的轨迹如图所示:要 使磁场的区域有最小面积,则 Oa应为磁场区域的直径,由几 何关系知:
b.带电粒子在磁场 中经历的时间由t= 得出.
2021/7/26
10
题型训练
1.如图所示,匀强磁场的 方向竖直向下,磁场中有光滑的 水平桌面,在桌面上平放着内壁 光滑、底部有带电小球的试 管.在水平拉力F作用下,试管 向右匀速运动,带电小球能从试 管口处飞出,则( )
A.小球带负电
B.小球运动的轨迹是一条抛物线 C.维持试管匀速运动的拉力F应逐渐增大
18
解析:(1)设粒子在磁场中的运动半径为r.由洛伦兹力提 供粒子在磁场中作匀速圆周运动的向心力,可得:
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
探究洛伦兹力的表达式
开发区一中胡志凌
新课改最推崇的二字便是“探究”,在教材中也有着很多体现,“探究求合力的方法”“探究加速度与力和质量的关系”……当然由于或限于学生的理解能力、或限于高中学校的实验条件、或限于编写者的顾虑等原因,教材也没有拘泥于一味的要求探究,而是采用了陈述和探究相结合的方式。全国各地的高中教师在自己对相关物理知识的理解基础之上,结合教材演绎出了各具特色的不同知识点的探究方案,所以我也凑凑热闹,谈谈我对探究洛伦兹力的表达式的一点思考。
教材本节的题目是《磁场对运动电荷的作用力》,教材中的处理方法是:用生活实例引入新课,演示阴极射线在磁场中的偏转实验观察结果,比照安培力分析总结洛伦兹力的左手定则,利用电流的微观解释结合安培力的知识推导洛伦兹力的表达式,最后研究显像管的工作原理。基本思路吻合教材经常使用的“提出问题----解决问题----实际应用”的思维方式,文字简明扼要,给教师留下了足够自由发挥的空间。本着锻炼学生思维的目的,我在这儿采用了和教材不一样的处理方法。
【教学过程】
一、引课设计
课前小测:如图所示,当一个带正电的粒子沿虚线水平向右飞过时,不考虑地磁场带来的影响,小磁针会如何运动?为什么?
学生很容易答出小磁针的北极会转向纸外,原因是带电粒子的定向移动形成等效电流,从而产生磁场使得小磁针在磁场作用下转动。
顺接学生回答的余韵提出质疑1:既然运动电荷对磁体(磁场)有力的作用,那么磁场对运动电荷有没有力的作用呢?
二、设计并动手实验,观察现象
提出本节课的目标:本节课我们来研究这个力,需要设计实验来验证这个力是否存在,它的大小和方向如何确定,在日常生活中的应用。
探究活动1:首先我们需要设计一个实验来验证这个力是否存在,请同学们分小组讨论设计自己的实验方案。设计的时候要注意:本实验中使用到的实验仪器大家可能没有见过,同学们可以想出你想要达到的功能,然后向全班同学和老师寻求帮助看有没有相应的仪器。
学生通过讨论很容易发现困难所在:
1、需要有能够产生运动电荷的仪器
2、需要想办法让我们看到运动电荷的轨迹
结果老师介绍了阴极射线管,学生很容易就设计了实验方案,并预测了实验可能看到的现象。
三、探究判断洛伦兹力的方向
实验结果表明运动电荷在磁场中受到力的作用,这个力叫做洛伦兹力。
质疑2:为什么运动电荷在磁场中会受到力的作用,和我们已经学过的知识有什么可以联系的地方?
学生轻松回答出:运动电荷形成等效电流会受到安培力的作用,所以运动电荷受到磁场的作用力。
追问质疑3:究竟是因为电流受到安培力而使运动电荷受到洛伦兹力还是运动电荷受到到洛伦兹力而是电流受到安培力?这两个力在本质上有什么关系?
安培力是洛伦兹力的宏观表现
探究活动2:洛伦兹力的方向如何判断?结合三个问题思考
1、洛伦兹力和安培力的关系
2、不同电荷的运动方向和电流方向的关系
3、安培力方向的判断方法。
由学生总结出正负电荷的左手定则,并用前面观察到的实验结果进行验证。
四、探究洛伦兹力的大小
质疑4:洛伦兹力的大小和什么因素有关系?
探究活动3:建议逻辑顺序
1、如图所示,假定单个粒子定向通过一段长为L的空心导体形成等效电流,设粒子的
带电量为q,运动速度为v,算出电流与q的关系
2、求出这段导体的安培力
3、因为只有一个粒子,所以该粒子的洛伦兹力等于这段导体所受安培力。
结论:
F洛=F安=BIL=B(q/t)L=Bq(L/t)=BqV
成立条件:由F安=BIL的成立条件是磁感应强度和电流垂直可推知为磁感应强度和速度垂直。
磁感应强度和速度方向不垂直时的情况可以完全仿照安培力时的处理方法。
五、电视显像管的工作原理
处理方法和教材相同
【教学反思】
不难看出,这样的设计方式和教材的思路相比主要区别在四个地方:
第一、开课的时候采用了习题引入的方法,而没有采用生活实例引入。这样做更有利于前后知识的联系,在解释开课的小问题的过程中很自然地埋下了洛伦兹力和安培力有联系的伏笔,更有利于学生理解两种力的关系,做到陌生的知识熟悉化。
第二、对于本节课的演示实验《阴极射线在磁场中的偏转》没有采用教材上的演示—观察模式,而是让学生根据开课时的问题设计。以前采用教材模式的时候,给学生解释阴极射线管的原理要费很多时间,效果也不好。当采用这样的方法之后,学生很轻松的明白了他的工作原理,而且对结果有了判断,能带着自己的思考进行观察。
第三、在洛伦兹力方向的判断方法上,更强调了根据安培力来推断方法再由实验结果进行验证,充分利用了演示实验。
第四、在洛伦兹力的表达式的推导过程中,没有采用教材上的严格的由电流的微观意义结合安培力公式的方法来推导洛伦兹力的表达式。而是采用了只有一个运动电荷形成等效电流的方法,这样做的好很多。首先,可以和开课的例题前后联系,同一情景的反复再现和利用可以帮助学生在熟悉的情景中研究新的问题,可以避免新的物理情景给学生带来的困扰,降低了推导的难度。其次,利用单个电荷的等效电流可以直接利用电流的定义就计算了等效电流,避免了有关电流微观表达的复杂计算,使得普通高中的学生自己推导洛伦兹力公式也变得游刃有余。
正如屈原的那句话:“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索”,探究性学习的路才刚刚开始,我会继续研究不同内容新的探究性学习方式。