洛伦兹力演示仪的设计制作
关于洛伦兹力演示实验的研究
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔｈｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍ ｏｖ ｉ ｎｇ ｐｈｅ ｎｏ ｍｅ ｎ ｏｎ ｏ ｆ ｃ ｈａ ｒ ｇｅ ｄ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｌ ｙｔ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ —
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ Ｌｏ ｒ ｅ ｎｔ ｚ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ； ｃ ｏ ｎｄｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ； ｃ ｏ ｎｃ ｅ ｎｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
实验十 洛仑兹力演示器
实验十洛仑兹力演示一、实验目的1、使学生能深刻理解磁场对运动电荷的作用及规律。
2、使学生掌握另一种测量荷质比的方法。
二、仪器介绍（一）仪器及功能J2433－1型、J2433－2型洛仑兹力演示器；演示磁场对运动电子产生的洛仑兹力，在三维空间观察电子运动的径迹；测定电子的荷质比。
（二）技术指标1、加速极电压0～250V连续可调。
J2433-1型有参考读数，J2433-2型电表读数误差≤±2.5%。
2、励磁电流方向：顺时、断路、逆时三档，由信号灯指示电流方向。
电流幅值：0 ～2.5A连续可调，J2433-1型有参考读数，J2433-2型电表读数误差≤±2.5%。
3、偏转板电压电压方向上正、断路、下正三档电压幅度50 ～250V连续可调，有参考刻度4、洛仑兹力管转动角度＞180°，有刻度指示。
5、电源220V ±10% 50Hz6、功耗45W7、连续工作时间1小时8、使用环境条件温度0 ～+40℃相对湿度20-80%(30℃)9、外形尺寸350（宽）×450（高）×300（深）mm310、重量11kg（三）控制器的作用图10－1、图10－2分别为J2433－1型和J2433－2型洛仑兹力演示器外形图。
按照图上标的序号，将各部分作用说明如下：1、洛仑兹力管发射电子束并显示电子束径迹。
2、励磁线圈提供匀强磁场，使电子束产生偏转3、游标用来对准电子束圆的边缘，以测出电子束圆直径。
4、标尺测量电子束圆直径用。
5、指针指示洛仑兹力管转动的角度。
6、度数尺测量洛仑兹力管转动的角度。
7、逆时信号灯励磁线圈中电流逆时针流向指示。
8、顺时信号灯励磁线圈中电流顺时针流向指示。
9、暗箱起遮光作用，以增强观察效果。
10、偏转板电压幅值旋钮调节加到偏转板上的电压幅值，顺时针转到底电压为250伏，逆时针转到底时电压为50伏，有参考刻度。
11、偏转板电压方向开关分“上正”、“断路”、“下正”三档。
旋转的液体——自制洛仑兹力测量仪
1 实验出处
人教版高中物理选修 3-1 P93 上有一阅读材料—— “旋转 的液体” ， 如图Ⅰ所示。
2 实验原理 （使用带有均等电荷量的离子正负 离子）
①通电后， 在玻璃皿中电流通过导电液体由电极正极流向 负极且由正负离子的定向运动形成。整个容器处于竖直向上 的匀强磁场中， 磁场对带电离子有洛仑兹力作用垂直于其运行 轨迹且平行于液面， 对正负离子的运动情况分别进行讨论：
液体相对参考系静止任选一小块液体m其受力如图2一if离为溶转动半径向外的惯性离心力mg为重力fn为这一小块液体周围液体对它的作用力的合力由对称性可知n必垂直干液体表面以液面凹处极低点为原点建立平面直角坐标系xoy
设备运维
旋转的液体
——自制洛仑兹力测量仪
张久邹(成都市第二十中学校,四川 成都 610000)
2016 年 11 月
1
设备运维
w2 R3 3g V II ˑ 100% V II % = ˑ 100% = 2 3 V II + V I 2h 0 R - 2w R 3g 1 = ˑ 100% ⑤ 6h 0 g -2 2 2 wR 结论： 而当 ω 较小时， ⑤ 式的分母较大， 即 V II % 较小， 可忽 略这部分液体， 故在实验时可近似忽略液面形状的改变， 将其 近似地处理为圆柱形液体。 ③关于匀强磁场的修正 教材中使用的为较大的蹄形磁铁， 而蹄形磁铁的长度有 限， 容器的半径大于蹄形磁铁的宽度， 在其非完全匀强区域有 部分暴露出， 场力线示意图如图 4
图 4 蹄形磁铁非理想匀强磁场
故可考虑使用两个平行放置的， 通有同样大小的电流的铜 线圈以提高匀强磁场的有效范围， 将容器完全包括
2.4 实验过程 ①-0 用电子秤称量未装液体时的容器质量及碳棒质量之 和 m0 ， ①如图 V 所示接好电路， 在玻璃容器中加入一定量 1.0mol L-1 的 Na2SO4 溶液， 其中， 溶液由去离子水配制。 ①-1 再次使用电子秤称量容器总质量 m1， ② 再毫米刻度尺， 读出液体高度 h0， 查阅容器半径 R， 利用 霍尔效应磁强计确认容器上、 下部分磁场 B1， B2， 若差值较小， 可忽略磁场衰减。 ③ 闭合电键， 小灯泡发光， 并且可以看到液体以圆心为轴 旋转。 ④在液面上滴几滴 1， 2-二氯乙烷， 观察到液体转动推动淡 黄色油状液滴环向运动， 用记号笔定义一原点 O， 用电子秒表计 录液滴经过原点后转动 50 圈的时间 t0， 2.5 计算过程 ① m = m1 - m 0 ， v = πR2∙h 0 ， ② ρ= m ， ③ v T = 50 ， ④ t0 w = 2π ， ⑤ T 2 2 R 1 ㊄ = mw R ， ㊄向心 = m∙w ∙R F ⑥ （平均转动半径为 ， 故取平 2 2 ㊄） 均值 F ㊄ F向心 = F 洛(总和) ㊄ ㊄ + n∙F ㊄ ， ⑦ F = 2n∙F 洛 总和
旋转的液体——自制洛仑兹力演示仪
图 ２
（） １ 电解 液能 够导 电 ；
（ 下转 第 ５ ５页）
第３ ０卷 总 第 ４ ５期 ４ ２１ ０ ２年 第 ７期 （ 半 月 ） 上
２３ 吸 尘 器抽 真 空 应 该 注 意 的 问题 ．
物 理 教 学 探 讨
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ Ｐ ｙｉｓ ｏ ｒａ ｏ ｈ ｓ Ｔｅｃ ｉｇ ｃ ａ ｈｎ
（ ） 磁 铁 Ⅳ极 和 Ｓ极 反 置 ， 以 看 到液 体 ７将 可 反 向旋 转 。 （ ４ 图 ）
作用 ， 其方 向和离 子 运动 的 方 向垂直 且 平行 于 液
面 。正负 离子 定 向运 动 的方 向是 相 反 的 ， 据 左 根
手定 则 ，它们 受 到 的洛仑 兹 力方 向是相 同 的 ， 它
们带 动 玻璃 皿 中液体 旋 转 。 洛仑 兹力 是 微 观 的运 动 电荷 受 到 的磁 场 对 它 的作 用力 ， 导 电液 体 的旋 转则 把 微观 的变 成 而
宏观 的 ， 把看 不 见 的变成 了看 得见 的
一 一
图４
５ 实 验 结 论
液体 逆 时 针 旋 转 液 体 顺 时 针 旋 转 液 体 顺 时 针 旋 转 液 体 逆 时 针 旋 转
Ｖ ｏ ．（ Ｎ Ｏ．４ １ ） ３ ４５
（ ）７２ １ ． ５． Ｓ ．０ ２ ５
形 铁 板 用 以 安 放 小 型 蜂 呜 器 和 固 定 小 型 电 磁 铁
我们 采 用家用 吸尘 器作 为 抽真 空 的装置 。 较 之 于专 门 的真 空泵 而 言 ，吸尘 器 的价格 低 廉 ， 在 日常 生 活 中使用 普遍 ， 能更好 的在 条件 一般 的学 校 中使 用 。如果 采用 高 品质 、 音效 果 良好 的吸 静 尘器 ， 演示 效果 比真 空 泵还要 时 吸 尘 而设
洛伦兹力演示仪原理
洛伦兹力演示仪原理洛伦兹力演示仪（Lorentz Force Demonstrator）是一种用来演示洛伦兹力的实验装置。
洛伦兹力指的是当一个电荷在磁场中运动时所受到的力。
这个实验装置通过将电流导线放置在磁场中，使得导线中的电流与磁场相互作用，从而产生洛伦兹力。
洛伦兹力演示仪的原理基于洛伦兹力公式：F = q(v ×B)。
其中F表示洛伦兹力，q表示电荷的电量，v表示电荷的速度，B表示磁场的大小和方向。
这个公式可以解释为：当一个电荷在磁场中以一定速度运动时，它会受到一个垂直于速度和磁场方向的力。
洛伦兹力演示仪主要由以下几个部分组成：电源、导线、磁场和测数仪器。
电源提供电流，导线用来传输电流，磁场则是通过磁体产生的。
测数仪器则用来测量电流、力和磁场的强度。
在实验中，首先需要将导线接入电源，使得电流从电源流过导线。
导线本身会产生一个磁场，与磁体产生的磁场相互作用，进而产生洛伦兹力。
这个实验装置通常使用两个平行导线，分别接入电源，使得它们中的电流方向相反。
这是为了使得两个导线上的洛伦兹力方向相反，以便于实验观察。
在实验中，可以改变电流、速度和磁场的大小和方向，从而观察洛伦兹力的变化。
比如，当电流方向与磁场方向相同时，洛伦兹力将会使导线受到一个向上的力；而当电流方向与磁场方向相反时，洛伦兹力将会使导线受到一个向下的力。
当通过导线的电流增大时，洛伦兹力也会增大；当速度增大时，洛伦兹力也会增大；当磁场增大时，洛伦兹力也会增大。
通过洛伦兹力演示仪的实验，可以验证洛伦兹力的存在和其与电流、速度和磁场的关系。
实验结果符合洛伦兹力公式F = q(v ×B)的预期。
这一实验也可以帮助学生更好地理解洛伦兹力的概念，并加深对电磁学的理解。
总之，洛伦兹力演示仪通过将电流通过导线放置在磁场中，利用洛伦兹力原理来展示洛伦兹力。
这个实验装置直观地展示了洛伦兹力对导线的作用，同时也帮助学生理解洛伦兹力的概念及其与电流、速度和磁场的关系。
洛伦兹力演示仪ppt课件
问题一：带电粒子的v 和磁感应强度B 的方向是什么关系？
问题二：带电粒子所受的洛伦兹力F的 方向与v 的方向和磁感应强度B的 方向是什么关系？在哪个平面内？
问题三：带电粒子所受的洛伦兹力F对 粒子运动的v有何影响？带电粒子在哪 个平面内运动？
问题四：带电粒子所受的洛伦兹力F 大小是否变化？
问题五：带电粒子在匀强磁场中将做 什么样的运动？轨迹是什么？
包权
人书友圈7.三端同步
• 填一填
1．洛伦兹力演示仪的构造和工作原理
①洛伦兹力演示仪主要由 电子枪
、
、 玻璃泡 和 通电线圈 构成。
②洛伦兹力演示仪的工作原理
电子束由 电子枪 产生，在玻璃泡内充
有低压水银蒸汽，在电子束通过时能够显示 电子
运动轨迹
。励磁线圈能够在两个线圈之间产
生
匀强磁场，磁场的方向与 通电线圈的
包权
人书友圈7.三端同步
5.5探究洛伦兹力
———研究带电粒子在磁场中的运动
张荔龙
一、知识回顾
1、什么是洛伦兹力？ 2、带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？ 洛伦兹力的大小如何计算？ 3、洛伦兹力的方向有何特点？
左手定则：试判断下图中所示的带电粒 子刚 进入磁场时所受的洛伦兹力的方向。
4、我们知道，物体的运动规律取决于两个因 素：一是物体的受力情况，二是物体具有的速度 。因此，力与速度就是我们研究物体运动规律的 出发点和基本点。在必修二中我们学习过圆周运 动的知识，大家回想一下：物体做匀速圆周运动 的条件是什么？
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洛伦兹力宏观演示仪的制作
的直流电源． 观察 门型框被液体带动的旋转情况．
（） ４ 改变电流的方向 ， 观察框 的旋转 方向． （） ５ 改变电流的大小 ， 观察框 的转速变化 ． （） ６ 改变磁极的方向， 观察框的旋转方 向． （） ７ 改变磁铁数 目改变磁场的强弱 ， 观察框的转速变化．
径为 ０４ｒｌ 的漆包线分层 密绕 ５ ０匝左 右 ． ． Ｔ ｎｌ ０ 在外槽 的上方
高， 否则容易腐蚀 电极 ． 若框的转 动无法体现 ， 请加大 电流或
增加磁场 ． 观察到液体旋转而门框不动可 检查 门框支点 的阻
力 因素 ． 长时间使用会 导致 电源和 电解槽 液体发热 ． 实验完
毕 ， 要 将 电极 清 洗 干 净 ． 需
电 路 故 障 问 题 判 断 例 析
张 泽坤
中 ， 源的 电动 势 为 ６Ｖ， 电 当开 关
Ｓ 接通后 ， 灯泡 和 都不亮 ，
零， Ｂ 即 Ｃ段短路 ， 选项 Ｄ正确 ． 当理想 电压表并 联在 ＡＣ两 点间时 ， 若电压 表 的读数 等 于电源 的 电动势 ， 明外 电路 说 Ａ Ｃ段有断点 ， Ｂ 又因为电压表并联在 ＡＢ两段时读数 也等于
１ ２ 实验 原 理 ．
一 一
图３ 图４
电 解液 在 电解 时 会 产 生 正 负 离子 的 移 动 ， 圆 形 器 皿 的 在
（） ３ 制作环形电极． 测出电解槽 内壁直径 ， 计算 出周长大 小， 取适当的紫铜板 ， 直接围绕成一环形铜片 ， 可中心镂空 也 上 下两股连接 的铜片或 者将铜 片剪成 门形 以增 加侧 向观 察 液体范 围， 然后 焊接 成环状 ， 入容器 内壁至底作 为环形 电 嵌
的方 向 ． 实 验 演 示 和 分 析 中 ， 时 需 要 结 合 化 学 学 科 的 知 在 同
洛仑兹力演示
洛仑兹力演示
实验现象
将洛仑兹力投影实验装置放在投影仪上，在玻璃皿中加入一定量的稀硫酸铜溶液。
打开投影仪电
源开关，调整投影成象透镜的位置，使硫酸铜液体平面成像在幕上。
用连接线将直流电源与洛仑兹力
投影实验装置准确无误接好。
打开直流电源开关，可以看到液体开始以圆心为轴旋转，此时，在液面
上放一小块泡沫，观察到液体流动推动泡沫块环向运动，这种现象说明运动电荷在磁场中受到力的作
用，这种力称为洛仑兹力。
使用直流电源换向开关可改变电流方向，再观察液体流动的方向是也改变
了。
物理原理
磁场对运动电荷的作用力称为洛仑兹力。
设在磁场中，一带电量为的粒子，以速度运动，磁场对该带电粒子作用的洛仑兹力为则的大小为。
的方向始终垂直于和组成的平面，当时，与（）同向；当时，与
（）反向。
由于垂直于，洛仑兹力不改变带电粒子的速度大小，只改变速度的方向；当由于垂直于时，带电粒子将在垂
直于的平面内作匀速率圆周运动。
有可得带电粒子圆周运动的回转半径。
仪器功能
演示洛仑兹力的存在，加深对洛仑兹力的理解。
黑龙江科技学院物理演示实验室
2007.03.05。
洛伦兹力演示仪
第９期
玄 阳 ，等 ：洛 伦 兹 力 演 示 仪
６１
为惰性 电 极，在 电 解 ＣｕＳＯ４ 的 过 程 中，不 会 受 到 腐蚀，当 用 较 长 时 间 后，调 转 石 墨 电 极 的 正 负 极， 改变磁场方 向，即 可 使 得 电 解 析 出 的 Ｃｕ 单 质 再 回 到 溶 液 中 ，可 循 环 使 用 ，避 免 更 换 电 极 ．
１ 仪 器 设 计
图１为 喷 泉 式 演 示 仪 实 物 图 ，以 室 温 下 的
图 １ 喷 泉 式 演 示 仪 实 物 图
图 ３ 喷 泉 式 演 示 仪 结 构 图
收 稿 日 期 ：２０１８０５１０；修 改 日 期 ：２０１８０５２１ 资助项目：河北大学２０１７年教学改革实践典型 资 助（Ｎｏ．１６）；河 北 大 学 ２０１６ 年 实 验 室 开 放 项 目 资 助
ＣｕＳＯ４ 和 ＮａＳＯ４ 饱和溶液为导电溶液，在外加水 平的电场和垂直的磁场作用下形成带电离子的定 向移动的洛伦 兹 力，从 而 使 液 体 向 上 运 动［３４］，原 理示意如图２所示． 喷 泉 式 演 示 仪 结 构 图 如 图３所 示 ，选 用 石 墨
图 ２ 喷 泉 式 演 示 仪 原 理 示 意 图
２ 实 验 操 作
常温 下 配 制 ＣｕＳＯ４ 和 ＮａＳＯ４ 饱 和 溶 液，倒 入液 箱 中，使 其 达 到 所 标 刻 度 处．接 通 电 源 打 开 演 示 仪 开 关 ，可 观 察 到 饱 和 溶 液 经 电 场 电 解 后 ，在 竖 直 方 向 的 磁 场 作 用 下 ，形 成 喷 泉 ．
（Ｎｏ．ｓｙ２０１６３２） 作 者 简 介 ：玄 阳 （１９９６－ ），男 ，河 北 迁 安 人 ，河 北 大 学 物 理 科 学 与 技 术 学 院 ２０１５ 级 本 科 生 ． 通讯作者：葛大勇（１９７５－），男，河北廊坊人，河北大 学 物 理 科 学 与 技 术 学 院 副 教 授，硕 士，主 要 从 事 基
洛仑兹力的演示方法
洛仑兹力的演示方法作者：陈永前来源：《中国教育技术装备》2007年第01期洛仑兹力是磁场对于运动电荷的作用力，一般学校都没有洛仑兹力演示仪，在讲这部分内容时，老师就在黑板上画个图讲一讲，学生往往是半信半疑。
要使学生很快地接受和掌握洛仑兹力的有关知识，老师做好演示实验是很重要的一个环节。
笔者经过反复实验，设计了一种理化结合的方法，能够较好的演示洛仑兹力，现介绍如下。
1器材准备①氯化钡溶液100ml；②大型的U型磁铁1块；③学生电源1个；④5cm×10cm的铜片两块，作电极用；⑤长方形10cm×20cm×5cm或正方形15cm×15cm×5cm水槽1个；⑥电流表1个；⑦泡沫塑料1小块；⑧小开关1个，几根导线．2仪器安装把导线用锡焊焊接在铜片的中间；将两块铜片固定在水槽的两端；用导线将学生电源、电流表、小开关和两块铜片连接；把氯化钡溶液倒入水槽内；然后将泡沫塑料的一个个小颗粒扳下来放入氯化钡溶液表面，它们都浮在溶液上面，如图1所示．图1实验原理图3实验原理氯化钡溶液中存在着大量的Ba++离子和Cl－离子，在电场力的作用下，它们向相反的方向运动，离子导电，形成离子流．如果只有电场力的作用，Ba++离子和Cl－离子只能沿着电场线的方向运动，这样在一条直线上方向相反的两种离子的运动，对于浮在表面上的泡沫塑料的碰撞不会引起泡沫塑料的运动。
若在导电区内再加上一个与电场、液面都垂直的磁场，则运动的Ba++离子和Cl－离子将受到同一方向的洛仑兹力，因此它们会对于浮在液面上的泡沫塑料向一个方向碰撞，从而使泡沫塑料作定向运动，如图2所示．图2泡沫塑料作定向运动图4实验步骤①将实验器材安装好在检查无误后接通小开关，从电流表上可以读出回路中的电流大小．这时注意观察浮在液面上的泡沫塑料颗粒是否发生运动，在没有加上磁场前，泡沫塑料颗粒是不动的．②断开小开关，把水槽放到U型磁铁中间，使磁场方向既垂直液面又垂直电场方向。
洛仑兹力演示器的制作原理及方法
作者： 肖圣新
作者机构： 湖南宜章沙坪中学，424200
出版物刊名： 物理教学探讨：中教版
页码： 39-39页
主题词： 演示器 洛仑兹力 高中物理教材 教材安排 演示实验 直观性 实验效果 运动电荷 可见度 磁场
摘要：在现行高中物理教材中,"磁场对运动电荷的作用"一节讲述了磁场对电流有力的作用,这个力可能是作用在运动电荷上的,为了检验这个设想,教材安排了利用电子射线管演示电子束运动轨迹的演示实验,实验说明磁场对运动电荷有力的作用,这个力叫做洛仑兹力.实验效果明显,但需在暗室中进行才有一定的可见度.能不能利用直观性更强的实物来完成这一实验,让学生看得更真切明白呢?我就地取材,制作了一个结构简单、效果明显的"洛仑兹力演示器",现介绍如下:。
洛伦兹力演示实验
洛伦兹力演示实验【目的】:观察运动电荷在磁场中受到的洛仑兹力。
【仪器】:洛仑兹力演示仪【原理和操作】:一、观察电子束在磁场中的偏转1. 仪器通电后预热数分钟，顺时针转动“加速极电压”旋钮，可看到从电子枪发出的一束电子射线轨迹(加速电压加100,200之间，不超过250V)。
2. 转动洛仑磁力管，使电子束轨迹直线指向左边与励磁线圈轴线垂直。
3. 将“励磁电流”方向开关转到“逆时”(线圈上的逆时针指示灯亮)，由右手螺旋法则可知线圈产生的磁场平行于线圈轴线，方向指向观察者，电子束受洛仑磁力作用向下偏转。
当开关转到“顺时”现象相反。
二、观察电子束在匀强磁场中作圆周运动1. 将“励磁电流幅值” 旋钮顺时针转动，加大励磁电流，可看到电子束轨迹形成一个园(其直径)。
2. 在加速度电压不变，加大励磁电流时，磁场B加大，则园直径减小。
3. 在励磁电流不变时，加大加速极电压时，电子运动速度加大，园直径变大。
三、观察电子束在三维空间的运动轨迹逆时针转动“洛仑管”，当电子束方向与磁场方向平行时，电子不受磁场力的作用，可看到轨迹是一条直线。
当电子束与磁场方向为任意角度时，则可看到电子束轨迹是螺旋线。
四、观察电子束在电场作用下的偏转运动1. 将“励磁电流幅值” 旋钮逆时针转到最小值，“励磁电流方向”开关转到“断路”，线圈不产生磁场。
2. 转动“洛仑管”，使电子束平行偏转板，这时上偏转板加正电压，下偏转板接地，可看到电子束轨迹向上偏转。
当加速极电压不变，而加大偏转板电压，则电子束向上偏角加大。
当偏转板电压不变，加速极电压增加时，则电子束偏角减小。
3. 将“偏转板电压方向”开关转到“下正”时，现象相反。
五、电子荷质比的测定可根据此装置测得,电子轨迹园的半径并已知 ,加速板上的电压 , 励磁线圈电流得本人在做高中物理选修3-1第三章磁场第六节带电粒子在磁场中的运动中，用洛伦兹力演示仪观察运动电子在磁场中的偏转实验中。
由于电子枪的加速电压不稳定，使得电子枪很容易烧坏，导致实验很难成功。
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洛伦兹力试验仪的设计制作
第33届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果竞赛项目
洛伦兹力演示仪的设计制作
【关键词】：通电线圈磁场电解液定向移动洛伦兹力右手定则左手定则液体旋转
摘要
在线圈中有电流通过的时候，线圈周围和线圈内部就会产生磁场，而透明有机玻璃浅盘中的电解液正好处在通电线圈内部的磁场中，磁场方向始与电解液中带电粒子定向移动的方向垂直，受到洛伦兹力的作用发生偏转，使电解液旋转，偏转方向由加在线圈中的电流方向和加在电解液上的电流方向决定。
能否旋转、旋转的快慢由加在线圈两段的电压和加在电解液两端的电压决定，电压越大，旋转越快。
设计背景
关于磁场的知识，在现行高中课程标准3—1中磁场一章，是高中物理的重点，也是难点，在高考中，电磁部分占有相当大的比例。
为了激发学生学习物理知识的积极性，提高学习兴趣，必须加强有关磁场的演示实和学生实验。
目前，有关洛伦兹力的演示实验，大部分学校都采用的是传统的演示方式：感应圈产生的高压电加在阴极射线管两端，使阴极射线管放电，然后教师拿着条形磁铁或蹄形磁铁在阴极射线管周围移动，使阴极射线改变方向的试验方法。
这种演示方法的弊端是感应圈笨重、实验安全性差。
为此，本人设计了使处在磁场中的电解液定向移动受磁场力，使电解液旋转的方法，操作简单、携带轻便、实验现象明显，可以演示电流磁场方向——右手定则；带电粒子受力方向——左手定则、以及洛伦兹力的大小与磁场强弱、带电粒子运动速度之间的关系等。
项目创新点
1、用电流的磁场替代了磁铁的磁场，在电解液所在区域当中磁场方向基本保持一致、磁场强弱基本保持一致，带电粒子的受力方向更容易判定。
2、由于使用最高电压24v，可连续变化的电源适配器，磁场强弱、带电粒子运动速度调节方便、安全可靠，实验中不再小心翼翼、胆战心惊。
减轻了重量，整个装置、两个电源适配器、以及电解液，质量不足2kg，携带方便，
3、电路连接设计中采用了香蕉头固定式插头和双位红黑连体接线柱的配套使用，电路连接、电流方向调整快捷方便，可以节省演示时间。
4、可以演示带电粒子受到的磁场力的方向与磁场方向、粒子运动方向之间的关系，洛伦兹力大小与磁场强弱、带电粒子速度大小的关系，演示效果明显。
工作原理
1、在线圈中有电流通过的时候，线圈周围和线圈内部就会产生磁场，而透明有机玻璃浅盘中的电解液正好处在通电线圈内部的磁场中，磁场方向要嘛向上，要嘛向下，只有这两种情况，磁场方向取决于电流方向和线圈的绕向，磁场强弱取决于电流强弱和线圈的匝数。
线圈内部的磁场强弱与匝数N成正比、与线圈中的电流强度I成正比，与线圈面积成S正比，既：B∝N I/S,而I=u/R，R=ρL/S1 (其中，ρ表示电阻的电阻率，是由其本身性质决定，L表示电阻的长度，S表示电阻的横截面积），又由于N 与导线长度成正比，由此推论得：
B∝U S1/ρS
在线圈绕制完成定型的情况下，电阻率、导线截面积、线圈面积一定情况下，线圈内部的磁场强弱与所加的电压成正比。
虽然与导线长度无关，由于电源的最大输出电流是有限的，还得考虑导线的长度。
本实验中电源最大电压24v，最大
电流 2.5A，绕线直径0.3mm，可推算出线圈缠绕不少于40圈，如绕线直径0.6mm，可推算出线圈缠绕不少于150圈。
2、带电粒子受到的洛伦兹力的大小f=qvB
q、v分别是点电荷的电量和速度;B是点电荷所在处的磁感应强度。
q一定，f由B和V决定，B和V由加在线圈上的电压和电解液上的电压决定，要让电解液在演示仪中旋转起来，且旋转的块，就尽量加大加在线圈两端的和加在电解液两段的电压，所以本实验仪演示成功的关键是要让电解液旋转起来。
设计制作
一、所需器材、仪器
1、有机玻璃板：250*250*5一片，正中间挖空直径22cm 直径22cm厚度
5mm圆板一片外径22cm，高度5cm圆筒一个
2、2、拨动开关2个
3、红黑接线柱2对
4、红黑免焊接香蕉插头个2对
5、直径0.31mm或0.6mm漆包铜线分别为12米和30米（绕制两个线圈）
6、24v电压可调直流电源适配器2个
7、亚力克粘贴专用胶水、胶枪胶棒
8、焊枪、焊锡、手电钻、各类钻头
9、电源接头母头2个、导线
二、设计制作
1、在中空亚力克有机玻璃板边缘适当的位置，用手电钻钻两个直径12mm
的孔，用来安装两个妞子开关。
在适当的位置根据红黑接线柱间距分别钻4个5mm的孔，用来安装两对接线柱。
2、将有机玻璃圆筒用强力亚力克专用胶水粘贴在有机玻璃圆板上，成为一个5cm深的水槽，在水槽的顶部用有机玻璃胶水粘贴上中空有机玻璃板。
制作流程设计图
3、密封性检查，在做好的水槽中倒满水，看看底部和上边有无漏水，在漏水的地方做好记号，然后把水倒掉，用热熔胶枪进行密封，直到不再漏水。
4、在离水槽底部5mm的地方开始缠绕50圈0.31mm的漆包铜线，绕线宽度2cm，绕线的起始和终了位置用玻璃胶粘贴固定，并处留足线头，以备利于接线，绕线完成以后，标记绕线方向。
制作流程设计图
5、在上图中的六个空中从左到右依次安装妞子开关、红、黑接线柱、妞子开关、红、黑接线柱。
6、电路连接：在2对红、黑免焊接香蕉插头上分别接上电源接线头母头，分别插接到红黑接线柱上，线圈的一个绕线头接到红色接线柱上，另一绕线头接到妞子开关上，开关的另一个接线头接到黑接线柱上。
右侧红色接线柱接到第二个接线柱上，接线柱的另一个接线头接直径2mm的铜导线，将铜导线从水槽边缘处折弯，插到水槽底部，黑接线柱也接直径2mm的铜导线，从水槽中心插到底部。
试验仪实物照片抠图
实验演示方法步骤
配置硫酸铜溶液，倒入到演示仪水槽中，其深度达到2cm 左右。
将两个开关置于断开状态，两个24v电源适配器的公头插接在演示仪的两个木头上，插头插到220V交流插孔中，接通两个开关，调节电源适配器的输出电压，就可观
察电解液旋转方向和旋转快慢。
1、洛伦兹力方向与磁场方向、带电粒子运动方向之间的关系演示：
磁场强度不变，带电粒子运动速度不变，电解液中电流方向不变，改变插接在红黑接线柱上的香蕉插头，就可改变磁场方向，从而改变电解液旋转方向。
线圈中磁场方向不变，改变连接电解液上插接在红黑接线柱上的香蕉插头，就可改变电解液中电流方向，从而改变洛伦兹力的方向，使电解液旋转方向改变。
实验前也可以先用右手定则和左手定则先判断，后实验验证的方法。
2、洛伦兹力的大小和磁场强弱、带电粒子运动速度的关系演示：
磁场方向、粒子运动方向不变，磁场强度不变，用改变加在电解液上的电压来改变带电粒子在磁场中的运动速度，电压减小，粒子受到的洛伦兹力减小，电解液旋转变慢；电压增大，粒子受到的洛伦兹力增大，电解液旋转变块。
磁场方向、粒子运动方向不变，粒子运动速度不变，用改变加在线圈的电压来改变磁场强弱，电压减小，粒子受到的洛伦兹力减小，电解液旋转变慢；电压增大，粒子受到的洛伦兹力增大，电解液旋转变块。
实验仪需要改进的方面
1、进一步增大线圈中的最大输出电压，增大线圈中的电流强度，线圈电阻进一步减小。
2、增大线圈绕线直径，增加绕线匝数，更加有利于实验中加在线圈两端的电压调节范围。
3、使设计更加精细化，通过精确计算电源的最大输出电压、最大输出电流，通过计算线圈电阻、以及漆包线的直径，计算绕线长度和绕线匝数。
以进一步提高实验效果和实验成功率。
4、在现有材料、技术水平、工艺等条件下，进一步优化设计方案，做到更加实用、美观。