旋转摆球式洛伦兹力演示仪
洛伦兹力演示仪的设计制作
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。
福建省三明第一中学2022-2023学年高二下学期第一次月考物理试题
（3）若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将_______（填“变大”、“不变”或“变小”）；
（4）为减小误差，该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离 ，而是先测量n个条纹的间距再求出 。下列实验采用了类似方法的有_______
A.“探究求合力 方法”的实验中合力的测量
（2）在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作一半径为的圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图甲所示。测得AC，BD，则玻璃的折射率n=_______（结果保留两位小数）。
（3）如图乙所示，在实验过程中画出界面a后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面a′画到图中虚线位置，而在作光路图时界面a仍为开始所画的，则所测得的折射率将_______（填“偏大”“偏小”或“不变”）。
B.“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中弹簧的形变量的测量
C.“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中单摆的周期的测量
15.某同学用“插针法”测一玻璃砖的折射率。
（1）在木板上平铺一张白纸，并把玻璃砖放在白纸上，在纸上描出玻璃砖的两条边界。然后在玻璃砖的一侧竖直插上两根大头针P1、P2，透过玻璃砖观察，在玻璃砖另一侧竖直插大头针P3时，应使P3挡住_______，用同样的方法插上大头针P4。
A.若仅将电流反向，线圈将不能保持平衡状态
B.线圈通电后，a、c段导线受到的安培力等大反向，b段导线的安培力向上
C.线圈受到的安培力大小为mg
D 由以上测量数据可以求出磁感应强度
5.频率不同的两束单色光1和2均以45°角从同一点射入一厚玻璃砖，它们的光路图如图所示。下列说法正确的是（ ）
江苏省扬州市2024高三冲刺(高考物理)苏教版能力评测(强化卷)完整试卷
江苏省扬州市2024高三冲刺（高考物理）苏教版能力评测(强化卷)完整试卷一、单项选择题（本题包含8小题，每小题4分，共32分。
在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）(共8题)第(1)题直导线L与线圈P所在的平面垂直且间隔一段距离，其中直导线固定，线圈可自由运动。
当同时通以如图所示的电流时，从左向右看线圈将（ ）A．顺时针转动并靠近观察者B．顺时针转动并远离观察者C．逆时针转动并靠近观察者D．逆时针转动并远离观察者第(2)题如图甲所示，一物块以某一初速度从倾角为、顺时针转动的传送带底端沿传送带向上运动，其图像如图乙所示。
已知传送带的速度为，传送带足够长，物块与传送带间的动摩擦因数为，下列说法正确的是（ ）A．物块的初速度小于B．物块与传送带间的动摩擦因数C．物块运动过程中的速度一定有等于的时刻D．若物块从传送带项端由静止向下运动，其他条件不变，物块会向下先做匀加速运动再做匀速运动第(3)题把带铁芯的线圈L（电阻忽略不计）、电容器、小灯泡、开关、直流恒压电源DC和交流电源AC（直流恒压电源的电压与交流电源电压的有效值相等），分别组成如下电路，其中小灯泡最亮的是（ ）A．B．C．D．第(4)题如图甲所示，质量为m的小火箭由静止开始加速上升，加速度a与速度倒数的关系图像如图乙所示，火箭的速度为v1时对应的加速度为a1，不计空气阻力和燃料燃烧时的质量损失，重力加速度为g，下列说法不正确的是（ ）A．火箭以恒定的功率启动B．火箭的功率为C．关系图像的斜率为D．关系图像横轴的截距为第(5)题激光冷却中性原子的原理如图所示，质量为m、速度为的原子连续吸收多个迎面射来的频率为的光子后，速度减小。
不考虑原子质量的变化，光速为c。
下列说法正确的是（ ）A．激光冷却利用了光的波动性B．原子吸收第一个光子后速度的变化量为C．原子每吸收一个光子后速度的变化量不同D．原子吸收个光子后速度减小到原来的一半第(6)题一列简谐横波沿x轴正方向传播，时刻的波形如图所示，图中P、Q两质点的位移相等，之后每隔0.3s两质点的位移均相等。
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。
洛伦兹力演示仪原理
洛伦兹力演示仪原理洛伦兹力演示仪是一种用来演示洛伦兹力的实验仪器，它可以帮助我们直观地理解洛伦兹力的原理及其作用。
在物理学中，洛伦兹力是指一个带电粒子在磁场中受到的力，它是电场力和磁场力的叠加效应。
了解洛伦兹力的原理对于理解电磁学和电磁感应等领域具有重要意义。
接下来，我们将详细介绍洛伦兹力演示仪的原理。
首先，洛伦兹力演示仪由磁场系统和电路系统两部分组成。
磁场系统通常由永磁铁和磁铁支架组成，用来产生一个均匀的磁场。
而电路系统则包括直流电源、导线和测量仪器等组件，用来提供带电粒子所需的电流。
当电流通过导线时，就会产生一个磁场，而带电粒子在这个磁场中就会受到洛伦兹力的作用。
其次，根据洛伦兹力的公式F=q(v×B)，其中F表示洛伦兹力，q表示带电粒子的电荷量，v表示带电粒子的速度，B表示磁感应强度，×表示叉乘运算。
可以看出，当带电粒子在磁场中运动时，如果速度方向与磁场方向不一致，就会受到一个与速度和磁场方向垂直的力，这就是洛伦兹力的作用。
通过洛伦兹力演示仪，我们可以直观地观察到这种力的效应，从而更好地理解其原理。
另外，洛伦兹力演示仪的工作原理是基于洛伦兹力的叠加效应。
当带电粒子同时受到电场力和磁场力时，其叠加效应会导致带电粒子的轨迹发生偏转，这种现象在洛伦兹力演示仪中得到了生动的展示。
通过调节电流大小、磁场方向和带电粒子的速度等参数，我们可以观察到不同的洛伦兹力效应，从而更好地理解其原理。
最后，洛伦兹力演示仪的原理不仅在教学实验中有重要意义，同时也在科研领域具有广泛的应用。
通过对洛伦兹力的研究，科学家们可以探索电磁现象的本质和规律，从而推动电磁学和电磁感应等领域的发展。
因此，深入理解洛伦兹力的原理对于我们掌握物理学知识、拓展科学视野具有重要的意义。
总之，洛伦兹力演示仪的原理是基于洛伦兹力的作用机制，通过实验可以直观地展示洛伦兹力的效应，帮助人们更好地理解其原理。
洛伦兹力的研究不仅有助于加深对物理学知识的理解，同时也对推动科学技术的发展具有重要意义。
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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38.洛仑兹力演示仪
实验三十八 洛仑兹力演示仪【仪器介绍】图38-1所示，为三维电子偏转系统，用一来观察电子束在磁场中的偏转并验证洛仑兹力的规律，演示洛仑兹力的作用，以及观察电子束在电场中的偏转情况。
【操作与现象】阴极射线管的阳极和阴极分别接感应圈的正负极。
在感应圈正确工作时，射线管两极在强电场作用下，从阴极发射电子束---阴极射线，阴极射线经狭缝射在斜置的荧光屏上，可显示为一直线。
以条形磁铁从水平并垂直方向移近射线，可见射线偏转，靠的越近，偏转越甚；改变磁铁的极性，可见偏转方向也改变。
根据磁铁的极性和射线的偏转方向可验证洛仑兹力的规律。
注意：要正确选择感应圈极性，输出电压不要过高。
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．转动洛仑兹力管，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，电子束受洛仑兹力作用向下偏转。
当开关转到“顺时”像相反。
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eB mv r D 22==）。
2．在加速度电压不变，加大励磁电流时，磁场B 加大，则圆直径减小。
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图38-1 洛仑力兹力演示仪——三维电子偏转系统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。
洛仑兹力演示仪操作与现象
洛仑兹力演示仪操作与现象一．装置介绍及简易操作说明：（1）励磁电流：产生装置内磁场的两圈环形电流方向：有顺时、断路、逆时三档，分别对应环形电流的方向（断路一档无电流），有指示灯指示旋钮控制电流大小，即产生磁场强弱，右表盘对应电流大小数值（2）加速极电压：用于加速发射出的电子束的电压旋钮控制电压大小，即发出电子的速度（3）偏转板电压：电子束出口处竖直方向的电压，用于在竖直方向偏转射出的电子方向：有上正、断路、下正三档，分别对应偏转板正极的位置（断路一档无偏转电压）旋钮控制电压大小，左表盘对应电压大小数值（4）度数尺：在灯泡状显示器（洛仑兹力管）底部环绕，随管转动，用于指示转动的角度（5）游标：横置于演示仪前侧的铁尺上的游标，用于测量显示出的圆轨迹的半径二．操作及现象：（1）调节励磁电流：装置处于断路一档时，电子束水平方向射出；处于顺时一档时，电子束顺时针方向偏转，轨迹为圆；处于逆时一档，电子束逆时针方向偏转。
调节旋钮使电流增大，圆半径减小。
R=mV/qB（2）调节加速极电压：调节旋钮增大加速电压，圆半径增大（3）调节偏转电压：装置处于断路一档时，电子束轨迹无变化，处于上正一档时，电子束明显向上偏转，反之向下。
偏转电压越大，偏转程度越大。
（4）转动度数尺：转动使电子射出方向不平行或垂直于于磁场方向时，电子轨迹呈螺旋型（5）磁铁吸引：条形磁铁靠近时，电子束会相应地发生很大程度的偏转三、改进方案1、实验仪器图2、实验操作（1）将红、黑表笔分别与电池正负极相连接.用红、黑表笔是为了便于直观判断电流方向.（2）将适量饱和食盐水倒入玻璃器皿,液面高约1 cm ,在食盐水中撒些木炭粉或五香粉.（3）将装有食盐水的玻璃器皿放于磁铁上方,并把两表笔插入食盐水中,两表笔间的距离控制在2 cm 以内,且表笔置于磁体正上方,观察水的运动方向.（4）将两表笔放置位置互换或磁极对换, 观察水的运动方向变化.（5）保持两表笔之间的距离不变, 改变两表笔之间的电压, 观察水的运动速度变化.（6）保持两表笔之间的距离不变, 换用磁性不同的磁铁, 观察水的运动速度变化.3、物理原理水中正负离子在两极电压的驱动下进行定向移动，受到洛伦兹力影响而转动，进而带动水运动。
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
2024届上海市闵行区高三上学期学业质量调研(一模)全真演练物理试卷(基础必刷)
2024届上海市闵行区高三上学期学业质量调研（一模）全真演练物理试卷（基础必刷）一、单项选择题（本题包含8小题，每小题4分，共32分。
在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）(共8题)第(1)题如图所示，倾角为的粗糙斜面体放置在光滑水平面上，物块A放在斜面体上，A通过跨过光滑定滑轮的细线与小球B相连。
现对斜面体施加一水平向右的推力，当推力为时，悬挂B的细线与竖直方向的夹角为；当推力为时，悬挂B的细线与竖直方向的夹角为。
已知整个过程中A与斜面体始终保持相对静止，则与的大小之比为（ ）A．B．C．D．第(2)题某次游戏中，在光滑水平面上用质量为m1的小球A碰撞质量为m2的静止的小球B，如图所示，O为平面外一点，且O、A、B在同一竖直面内。
碰前O、A连线在时间t内扫过的面积为S1，碰后O、A连线在时间t内扫过的面积为S2，O、B连线在时间t内扫过的面积为S3。
两球均可看成质点，下列关系式一定成立的是（）A．B．C．D．第(3)题物体受到两个相互垂直的力作用，两个力分别对物体做功3J和4J，那么这两个力总共对物体做功A．7 J B．5 J C．1 J D．无法确定第(4)题如图所示是某款手机防窥屏的原理图，在透明介质中有相互平行排列的吸光屏障，屏障垂直于屏幕，可实现对像素单元可视角度的控制（可视角度定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后最大折射角的2倍）。
发光像素单元紧贴防窥屏的下表面，可视为点光源，位于相邻两屏障的正中间。
不考虑光的衍射。
下列说法正确的是（ ）A．屏障的高度越大，可视角度越大B．透明介质的折射率越大，可视角度越大C．防窥屏实现防窥效果主要是因为光发生了全反射D．防窥屏实现防窥效果主要是因为防窥屏使光的波长发生了变化第(5)题党的二十大报告中提到，我国已经进入创新型国家行列，一些关键技术如核电技术取得重大成果。
关于核能、核反应，下列说法正确的是（ ）A．到目前为止，利用任何物质都能得到核能B．到目前为止，轻核聚变是人类获得核能的主要方式C．太阳内部进行的热核反应属于轻核聚变D．原子弹是采用人工核转变制成的核武器第(6)题图甲为洛伦兹力演示仪的实物图，乙为其结构示意图。
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是一种用来展示洛伦兹力的装置，通过该装置可以直观地展示洛伦兹力的作用原理。
在物理学中，洛伦兹力是指一个带电粒子在电场和磁场中受到的力，它是电场力和磁场力的叠加。
洛伦兹力演示仪的原理主要是利用电场和磁场的相互作用，通过施加电场和磁场来观察带电粒子的受力情况，从而直观地展示洛伦兹力的作用规律。
首先，洛伦兹力演示仪的基本构成包括电源、磁场装置和带电粒子装置。
电源用来提供电场，磁场装置则用来产生磁场，而带电粒子装置则是用来展示洛伦兹力作用的对象。
当电场和磁场同时存在时，带电粒子会受到洛伦兹力的作用，产生偏转或者受力运动的效果。
其次，洛伦兹力演示仪的原理是基于洛伦兹力的作用规律。
根据洛伦兹力的表达式可知，洛伦兹力的大小与带电粒子的电荷量、电场强度和磁场强度有关，方向则由带电粒子的运动方向、电场方向和磁场方向决定。
因此，通过调节电场和磁场的强度和方向，可以控制洛伦兹力的大小和方向，从而实现对带电粒子的受力控制。
在实际操作中，洛伦兹力演示仪可以通过调节电场和磁场的参数来展示洛伦兹力的不同效果。
例如，当电场和磁场方向垂直时，带电粒子会受到一个垂直于电场和磁场的洛伦兹力，从而产生偏转运动；当电场和磁场方向平行时，带电粒子则会受到一个沿着电场和磁场方向的洛伦兹力，从而产生直线运动。
通过这些不同的实验操作，可以直观地展示洛伦兹力的作用规律和效果。
总之，洛伦兹力演示仪的原理是基于洛伦兹力的作用规律，通过电场和磁场的相互作用来展示洛伦兹力的作用效果。
通过实验操作，可以直观地观察带电粒子在电场和磁场中受到的洛伦兹力，从而加深对洛伦兹力作用规律的理解。
洛伦兹力演示仪不仅可以用于教学和科普宣传，还可以帮助学生和公众更好地理解物理学中洛伦兹力的概念和原理。
洛仑兹力投影演示器
洛仑兹力投影演示器1 原理洛仑兹力是磁场对运动电荷的作用力，其公式为：f=qvBsinθ，其中q为运动电荷的电量，v为该电荷运动的速率．因为这两者均属微粒所有，比较抽象，其结果为微粒受力f，我们也只能根据带电微粒受力作用的效果来判断力的存在、大小和方向．学生往往比较难于接受，而这一知识是高中物理的重点之一．本实验则是用洛仑兹力的宏观效果（溶液和纸条的旋转）去分析洛仑兹力的存在和规律．2 特点和用途特点：方便、易行、直观、形象，效果显著用途：供“洛仑兹力”课堂演示；分析“电磁泵和磁流体发电机原理”．3 制作材料（1）玻璃培养皿直径100mm一个；（2）按培养皿外径为纸骨架的内径做成的骨架；（3）绕在骨架上的线圈（取直径0.4mm的漆包线）；（4）2g铜砝码一个；（5）0.3mm×15mm×290mm的薄铜片一条；（6）硫酸铜溶液等，整体装置如图1、图2．4 制作方法（1）在培养皿中央放一铜砝码为“＋”电极，其器壁内侧以薄铜片围成环形为“-”电极．（2）在硬质纸骨架上绕以600匝漆包线，并引出两个接线柱作磁场线圈．5 使用方法（1）在培养皿内倒入0.5cm～1cm深的硫酸铜溶液，并将培养皿平放在投影仪上．溶液内径向浮一轻质纸条．（若用泛纸做成轮辐状则更稳定）（2）中心电极和环形电极间接入U2=6V～10V可变电压，电路中串联一0407直流电流表，便于观察电流强度．先只通直流U2，离子运动形成径向电流，纸条（轮辐）不转．（这时正负离子分别沿径向往相吸电极移动，如图2）（3）再将线圈两端接上10V～20V可变电压，观察投影屏上绿色硫酸铜溶液的旋转运动情况，纸条随其旋转．现象观察明显稳定，根据离子运动即可判断洛仑兹力的方向．（正负离子因荷号相反且速度方向相反，故在磁场中受洛仑兹力方向相同，产生加速度方向相同，形成硫酸铜溶液的旋转．）纸条方向即为离子运动方向．（4）改变线圈两端电压U1和电极两端电压U2，分析硫酸根离子和铜离子的受力大小，分别与磁感强度B及离子运动速度v的关系．6 说明因硫酸根离子和铜离子在溶液中除了受磁场力作用外还受电场力、溶液的粘滞阻力等，情况比较复杂，故本实验不可能对洛仑兹力作定量研究，也不可能区分正负离子的运动，但学生已有了化学中正负离子荷号相反的常识，即可根据纸条运动方向、电流方向分析出洛仑兹力的方向与磁场方向、离子速度方向的关系．所以，作为定性分析，实验效果确是极佳的．这一实验还可以形象地说明电磁泵的工作原理．。
2024年河南省郑州市高三上学期第一次质量预测物理试题
2024年河南省郑州市高三上学期第一次质量预测物理试题一、单选题 (共7题)第(1)题如图所示，质量均为m 的滑块A 、B ，A 不带电，B 带正电电荷量为q ，A 套在固定竖直杆上，B 放在绝缘水平面上并靠近竖直杆，A 、B 间通过铰链及长度为L 的刚性绝缘轻杆连接且静止。
现施加水平向右电场强度为E 的匀强电场，B 开始沿水平面向右运动，已知A 、B 均视为质点，重力加速度为g ，不计一切摩擦。
则在A下滑的过程中，下列说法不正确的是（ ）A ．A 、B 组成的系统机械能不守恒B ．A 运动到最低点时，轻杆对A 的拉力为qEC ．A 的机械能最小时，B的加速度大小为D ．A 运动到最低点时，滑块A速度大小为第(2)题用图1所示的洛伦兹力演示仪演示带电粒子在匀强磁场中的运动时发现，有时玻璃泡中的电子束在匀强磁场中的运动轨迹呈“螺旋”状。
现将这一现象简化成如图2所示的情景来讨论：在空间存在平行于x 轴的匀强磁场，由坐标原点在xOy平面内以初速度沿与x 轴正方向成α角的方向，射入磁场的电子运动轨迹为螺旋线，其轴线平行于x 轴，直径为D ，螺距为△x ，则下列说法中正确的是（ ）A ．匀强磁场的方向为沿x 轴负方向B ．若仅增大匀强磁场的磁感应强度，则直径D 减小，而螺距△x 不变C ．若仅增大电子入射的初速度，则直径D 增大，而螺距△x 将减小D ．若仅增大α角（），则直径D 增大，而螺距△x 将减小，且当时“轨迹”为闭合的整圆第(3)题在同一竖直平面内，3个完全相同的小钢球（1号、2号、3号）悬挂于同一高度；静止时小球恰能接触且悬线平行，如图所示。
在下列实验中，悬线始终保持绷紧状态，碰撞均为对心正碰。
以下分析正确的是（ ）A．将1号移至高度释放，碰撞后，观察到2号静止、3号摆至高度。
若2号换成质量不同的小钢球，重复上述实验，3号仍能摆至高度B．将1、2号一起移至高度释放，碰撞后，观察到1号静止，2、3号一起摆至高度，释放后整个过程机械能和动量都守恒C．将右侧涂胶的1号移至高度释放，1、2号碰撞后粘在一起，根据机械能守恒，3号仍能摆至高度D．将1号和右侧涂胶的2号一起移至高度释放，碰撞后，2、3号粘在一起向右运动，未能摆至高度，释放后整个过程机械能和动量都不守恒第(4)题如图甲所示，一条电场线与Ox轴重合，取O点电势为零，Ox方向上各点的电势随x变化的情况如图乙所示，若在O点由静止释放一电子，电子仅在电场力的作用下运动，下列说法正确的是（ ）A．电子的电势能将增大B．电子沿Ox的负方向运动C．电子运动的速度先增大后减小D．电子运动的加速度先增大后减小第(5)题如图所示，一部质量为M=1800kg的电梯静止在某一楼层，电梯箱下表面和缓冲弹簧上端相距d=7.0m，此时钢缆突然断裂，夹在电梯导轨上的安全装置立即启动，对电梯施加的阻力恒为F1=5.5×103N。
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是一种用来演示洛伦兹力的装置，它通过电磁场的作用展示了电荷在磁场中受到的力。
这种演示仪在物理教学中被广泛应用，能够直观地展示洛伦兹力的原理，帮助学生更好地理解物理学知识。
那么，洛伦兹力演示仪的原理是什么呢？首先，我们需要了解什么是洛伦兹力。
洛伦兹力是指在磁场中运动的电荷所受到的力，它的大小和方向由洛伦兹力公式给出。
洛伦兹力的大小与电荷的电量、电荷的速度以及磁场的强度和方向有关，它的方向垂直于电荷的速度方向和磁场的方向。
在洛伦兹力演示仪中，通过控制电荷的速度和磁场的强度，可以直观地展示洛伦兹力的作用。
洛伦兹力演示仪的原理主要包括以下几个方面：首先，演示仪中通常会有一个电磁场产生装置，它能够产生一个均匀的磁场。
这个磁场的强度和方向可以通过调节电磁场产生装置来控制，从而实现对洛伦兹力的演示。
其次，演示仪中会有一个带电粒子发射装置，用来产生带电粒子并控制它的速度。
这个带电粒子可以是正电荷或负电荷，通过调节发射装置可以控制带电粒子的速度和运动方向。
然后，演示仪中还会有一个观测装置，用来观测带电粒子在磁场中受到的洛伦兹力的作用。
观测装置通常包括一个荧光屏或者一个探测器，可以直观地显示带电粒子在磁场中的运动轨迹。
最后，演示仪中还需要一个控制装置，用来控制电磁场产生装置和带电粒子发射装置的工作状态。
通过控制装置，可以实现对洛伦兹力演示的各个参数进行调节，从而实现不同情况下的演示效果。
总的来说，洛伦兹力演示仪的原理就是通过控制磁场和带电粒子的运动状态，直观地展示洛伦兹力的作用。
通过这种演示，学生可以更好地理解洛伦兹力的原理，加深对物理学知识的理解。
在实际教学中，洛伦兹力演示仪可以帮助学生更好地理解电磁场和洛伦兹力的关系，加深对物理学知识的理解。
它不仅可以提高学生的学习兴趣，还可以培养学生的动手能力和实验精神。
因此，洛伦兹力演示仪在物理教学中具有重要的意义。
综上所述，洛伦兹力演示仪通过控制磁场和带电粒子的运动状态，直观地展示了洛伦兹力的原理。
洛伦兹力可视化演示仪
洛伦兹力可视化演示仪肖凯龙;庄浩丽【摘要】对传统的"旋转的液体"的实验装置进行了改进.实验装置中水槽里的饱和食盐水中的带电粒子在径向电场作用下获得沿半径方向的运动速度,此时在水槽下方加磁铁,在的作用下,液体受到沿着同心圆切向方向的洛伦兹力作用旋转起来,旋转的液体带动自制的"木马"旋转,即可实现无需投影直观观察液体的旋转实验.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2017(037)010【总页数】2页(P60-61)【关键词】洛伦兹力;旋转液体;磁场;电场【作者】肖凯龙;庄浩丽【作者单位】华南师范大学物理与电信工程学院,广东广州510006;华南师范大学物理与电信工程学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】G633.7洛伦兹力的微观抽象性给学生带来较大的认知困难. 通过宏观现象认识微观本质是突破教学难点的有效手段. 但现有的洛伦兹力教具不能很好地演示出洛伦兹力的微观本质及其方向，而且价格较为昂贵. 基于此，笔者在文献[1]的基础上加以改进，设计出可探究洛伦兹力方向的教具，以增强洛伦兹力实验的演示效果.实验装置如图1所示. 在水槽中倒入适量饱和食盐水，溶液中的带电离子便在径向电场的作用下获得沿半径方向运动的速度. 此时，再把磁铁推入水槽正下方，则原本沿径向运动的带电离子在磁场的作用下，受到沿着同心圆的切向方向的洛伦兹力，使液体旋转起来，从而带动“木马”的转动.1)用木板围成八边形的底座(也可围成其他形状，美观即可)，其中两面镂空，方便存放电池与磁铁. 再用PVC板剪裁1块等大的八边形的盖子，中间挖出刚好能够放置一次性塑料碗的圆孔.2)将塑料碗剪掉适当高度，作为水槽.3)取5 cm长的2B铅笔笔芯，穿出水槽中心底部约1 cm，并用热熔胶固定，作为中心电极；将铁丝绕成比水槽周长稍小的圆，作为外围电极. 在中心电极顶端固定一块插有绣花针的橡皮擦，以支撑“旋转木马”.4)将4节1.5 V的1号电池串联后放入在底座内(图2)，其中电源的正负极分别接中心电极的笔芯或外围电极的铁丝.5)取一次性纸杯，保留相互垂直的4条边，每条边的宽度约0.5 cm，长度以浸入液体不与水槽底部接触为宜，剪去剩余部分. 在每条边的底部垂直地插入大小相同的小铜片，以增加与液体切向受力的面积. 用红色卡纸和泡沫粒进行简单装饰，即做成“旋转木马”(图3).6)取2块直径为4 cm、厚0.5 cm的钕铁硼强磁，将其中一块强磁的N极固定于立方体泡沫的一面，将另一块强磁的S极固定于立方体泡沫的对立面，并分别用对应的蓝色或红色卡纸包装(图4).1)演示前，电源的一端与中心电极连接，另一端与外围电极断开，磁铁藏于远离水槽底部且不让学生看见. 向水槽中倒入适量饱和食盐水，将旋转木马平稳地放在绣花针上.2)将电源的另一端与外围电极连接，此时木马仍保持静止. 然后将磁铁推入水槽正下方，针尖上的木马在液体的带动下突然从静止旋转起来，旋转的方向可根据左手定则进行判断.3)改变中心电极和外围电极与电源的正负极的接法，可改变溶液中正负离子的运动速度的方向；调转磁铁，可改变磁场的方向. 通过上述操作，可方便地探究洛伦兹力的方向.通过对“旋转的液体”的实验装置进行美化创新，该装置既可以作为洛伦兹力的新课导入实验，也可以作为探究洛伦兹力方向的实验装置. 这种低成本的实验装置既有利于实验教学的趣味引导，更能够创设发散思维的情境，培养学生创新的能力.【相关文献】[1] 张玲. “旋转液体”实验制作及改进[J]. 物理实验，2017，37(2)：60.[2] 赵林媛，代伟，马兰. 洛伦兹力演示仪[J]. 物理实验，2016，36(6)：44-46.。
洛伦兹力演示仪
洛伦兹力演示仪赵林媛;代伟;马兰【摘要】对新课标中“洛伦兹力演示仪器”进行了改进,改进后的装置能够探究洛伦兹力F与磁场B、带电粒子q以及带电粒子运动速度v之间的关系,借助激光器能让学生更好地看到带电粒子所受洛伦兹力的情况、演示装置结构简单,操作方便,演示效果好,能提高洛伦兹力的课堂教学质量,激发学生学习兴趣.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2016(036)006【总页数】3页(P44-46)【关键词】洛伦兹力;磁场;带电粒子【作者】赵林媛;代伟;马兰【作者单位】西华师范大学物理与空间科学学院,四川南充637002;西华师范大学物理与空间科学学院,四川南充637002;西华师范大学物理与空间科学学院,四川南充637002【正文语种】中文【中图分类】G633.7在高中物理电磁学中洛伦兹力占据重要地位. 在教学过程中发现学生容易将安培力与洛伦兹力之间的关系搞混淆，教师在讲解时需要让学生理解安培力是洛伦兹力的宏观表现，要突出强调只有在导体静止时洛伦兹力的合力才是导体所受安培力，因此学生对洛伦兹力的理解必须明确才能理清安培力与洛伦兹力之间的关系. 由于洛伦兹力比较抽象，所以演示洛伦兹力相关的实验演示仪器一直被大家重视. 洛伦兹力是磁场对带电粒子的作用力，一般难以直接观察. 过去一般采用阴极射线管结合磁场，利用电子射线的变化来验证洛伦兹力，但这样只能演示带电粒子在磁场中受力的作用，而不能定性证明洛伦兹力F与磁场B、带电粒子q以及带电粒子速度v 之间的关系. 演示效果虽然明显，但学生对影响洛伦兹力的相关因素理解却不够深刻. 为此作者对现有的洛伦兹力演示仪进行了改进，改进后的仪器更适于洛伦兹力教学，也实现了新课程标准要求学生对问题的理解“不仅要知其然，还要知其所以然”的教学目的.现阶段高中物理中洛伦兹力教学一般用阴极射线管或图1所示的J24052洛伦兹力演示仪进行演示，该演示仪是通过观察导电液的旋转情况来演示带电离子受到洛伦兹力的作用，该仪器结构尺寸偏小，演示时仪器只能平放，实验现象不易观察. 现已有的一些洛伦兹力演示仪器，如参考文献[1]中所述的演示装置，它相对于传统阴极射线管进行了改进，使用的是长条形的玻璃管，同时增加了演示平台和内置的控制盒，结构虽然简单，但在课堂演示过程中，学生的观察注意力往往被电子束吸引，演示效果大打折扣.针对现有洛伦兹力演示仪存在的不足，根据新课程标准对洛伦兹力演示实验仪进行了改进，改进后的洛伦兹力演示仪的结构如图2所示. 仪器有上下2个盛水槽，下水槽中安放一水泵，可将下水槽中的导电液抽到上水槽中，上水槽中安放了1根溢水管，通过改变溢水管的高度就可改变导电水流流出时的流速v. 在上水槽上还放置了1只红色激光器，将激光器对准出水管的中心，这样从出水管流出的水流加上红色激光更便于观看，当导电液在磁场中受到洛仑磁力时导光水流就会发生偏转，红色激光也将随着水流偏转，这样就可看到一条红色偏转水流，从而很好地演示导电液受到洛仑磁力作用. 为了得到变化的磁场，仪器使用了2个对称安装的方形电磁线圈来建立磁场，这样设计一是保证导电水流下落的区域磁场均匀，二是通过调节励磁电流的大小可改变作用于导电水流的磁感应强度B. 另外通过改变加到导电液中电流的大小或带电液的浓度可改变导电液中带电离子的数量从而改变q.首先将一定浓度的导电液倒入下水槽中，水深大约为下水槽高度的2/3，调节好上水槽溢水管的高度，然后开启水泵将下水槽的带电液抽到上水槽中，当溢水管开始溢水时，从出水管流出的水流的流速v保持稳定. 开启激光器，将励磁线圈通电，同时给上下溢水槽通电. 当导电水流从出水管流出时会进入励磁线圈建立的磁场中，水中的带电离子在磁场中就会受到洛仑兹力的作用，水流在该作用下发生偏转，由于全反射红色激光也随着水流发生偏转，红色激光也跟着水流发生偏转，所以这时在仪器前方就会看到1条弯曲的红色水流，从而证明运动的带电离子在磁场中会受到洛仑磁力的作用. 增大励磁电流会观察到红色水流偏转角度增大，说明磁场越强带电离子所受洛仑兹力越大，改变励磁电流的方向，红色水流的偏转方向也跟着改变，通过观察到的实验现象说明洛仑兹力与B的大小和方向有关；增大接入导电液的电流或增大导电液的浓度会观察到红色水流的偏转角度也更大，该实验现象说明洛仑兹力的大小与q有关，q越大洛仑兹力就越大；调节溢水管的高度，溢水管越高水流的流速v就越大，这时可观察到红色水流偏转更大，此实验现象说明洛仑兹力的大小与v有关，v越大洛仑兹力就越大.改进后的洛伦兹力演示仪有如下优点：1)借助激光器观察红色的水流的偏转角度来判断洛仑兹力的大小和方向，演示效果明显，观察容易；2)演示仪通过改变励磁电流来改变B的大小和方向，调节简单方便；3)通过改变导电液的浓度或接入导电液的电流大小来改变带电离子的q值，方法简单效果好；4)通过调节溢水管的高度来改变水流的流速进而改变带电离子的运动速度v，设计巧妙.中学物理中洛伦兹力演示是电磁学中重要的实验，改进的洛伦兹力演示仪能很好地演示洛仑兹力与B,v,q的关系，同时仪器结构简单，制作成本低，操作简便，演示效果明显，使学生能直观地观察到带电离子所受的洛仑兹力. 另外该仪器的使用也能对培养学生的创新意识和能力提供一些启示和帮助.【相关文献】[1] 林衍斌，郭年粉，石东方. 新课标下的高中物理探究式实验教学 [J]. 物理实验，2008，28(3):23-25.[2] 周亮. 洛伦兹力宏观演示仪的制作[J]. 中学物理(高中版),2011,29(5):25-26.[3] 刘庭华. 洛伦兹力宏观演示仪的制作可以更简单[J]. 中学物理(高中版),2012,30(1):35.。
洛伦兹力演示仪[实用新型专利]
![洛伦兹力演示仪[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ac7d2d2605087632301212b7.png)
专利名称：洛伦兹力演示仪专利类型：实用新型专利发明人：徐康成
申请号：CN88218889.5申请日：19880906
公开号：CN2033531U
公开日：
19890301
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型为洛伦兹力演示仪器。
可直接观察电子束在磁场中的受力情况。
由电源电路，调制电路，6E1调谐指示管和磁致偏转系统组成。
用价廉的6E1管取代了传统的昂贵的洛伦兹力演示管，使电路结构简化。
整机体积小，操作方便，成本约为传统摸拟洛伦兹力演示仪的25％，而演示效果不变。
申请人：徐康成
地址：四川省郫县科学技术委员会
国籍：CN
代理机构：四川省专利服务中心代理部
代理人：冯忠亮
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2024届河北省“五个一名校联盟”高三下学期教学质量监测高效提分物理试题(基础必刷)
2024届河北省“五个一名校联盟”高三下学期教学质量监测高效提分物理试题（基础必刷）学校：_______ 班级：__________姓名：_______ 考号：__________（满分：100分时间：75分钟）总分栏题号一二三四五六七总分得分评卷人得分一、单项选择题（本题包含8小题，每小题4分，共32分。
在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）(共8题)第(1)题下列核反应属于人工转变的是（ ）A．B．C．D．第(2)题如图所示，质量为m的木箱在大小为F的水平外力作用下，沿倾角为θ的斜面匀速向上运动。
不计空气阻力。
下列说法正确的是（ ）A．木箱所受合力大小为B．斜面对木箱的支持力大小为C．斜面对木箱的摩擦力大小为D．斜面对木箱作用力的合力大小为第(3)题如图所示，洛伦兹力演示仪由励磁线圈、电子枪、玻璃泡等部分组成，励磁线圈是一对彼此平行的共轴的圆形线圈，它能够在两线圈之间产生匀强磁场。
电子枪可以产生电子束。
玻璃泡内充有稀薄的气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹。
若电子枪垂直磁场方向发射电子，给励磁线圈通电后，能看到电子束的径迹呈圆形。
调节电子枪的加速电压可以改变电子的速度，调节励磁线圈的电流可以改变磁感应强度。
下列说法正确的是（ ）A．只增大电子枪的加速电压，电子的运动周期变大B．只增大电子枪的加速电压，电子束的轨道半径不变C．只增大励磁线圈中的电流，电子的运动周期变小D．只增大励磁线圈中的电流，电子束的轨道半径不变第(4)题关于图中四幅图像的说法正确的是（ ）A．甲图中，将带正电的小球靠近不带电的导体，再沿图中虚线将导体分割成、两部分后，所带电荷量小于所带电荷量B．乙图中，用金属网把验电器罩起来，使带电金属球靠近验电器，箔片会张开C．丙图中，处于静电平衡状态的导体腔的内外表面感应出等量异种电荷，导体壳内空腔电场强度为0D．丁图中，将尖锐的金属棒安装在建筑物的顶端并通过导线与大地相连制成避雷针，利用的是尖端放电原理第(5)题以下四幅图中，图甲为“共振曲线”，图乙为“康普顿效应”，图丙为“真空冶炼炉”，图丁为“研究光的偏振现象”实验，针对这四幅图，下列说法中正确的是（）A．由图甲可知，驱动力频率越大，能量越大，受迫振动的振动幅度越大B．图乙中，康普顿效应揭示了光的粒子性，同时表明光子除了有能量还有动量C．丙图中，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈产生大量热量，从而冶炼金属D．图丁中，当M固定不动，将N从图示位置开始绕水平轴在竖直面内缓慢转动90°的过程中，光屏P上光的亮度保持不变第(6)题速度选择器如图（a）所示，载流子为电子的霍尔元件如图（b）所示。
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总第322
期
2019年9月
教具设计与制作
旋转摆球式洛伦兹力演示仪*
王 磊 陈建文
摘 要：洛伦兹力的学习是高中物理教学的一个重点和难点，洛伦兹力的实验主要以阴极射线在磁场中偏转的形式为主，设备较昂贵，实验较危险。
研究将范德瓦尔斯起电机原理、洛伦兹力和圆锥摆理论结合起来，制作一种新型的洛伦兹力实验教学仪器，并对该仪器的应用进行探讨。
关键词：洛伦兹力；范氏起电；圆锥摆；实验
作者简介：王磊，硕士，一级教师。
辽宁省盘锦市高级中学，124000陈建文，硕士，一级教师。
辽宁省辽东湾实验高级中学，124000
基金项目：盘锦市教育科学“十三五”规划2018年度立项课题《中学物理科学史与新型实验研究》(编号：PJKG135-2018-001)。
一、洛伦兹力研究的发展背景
自从库仑提出电和磁有本质上的区别以后，安培和毕奥等很多物理学家也都认为电和磁不会有任何关系。
但深受康德哲学思想影响的丹麦物理学家奥斯特始终相信电、磁、光、热等物理现象存在内在联系，尤其是在富兰克林发现莱顿瓶放电能使钢针磁化的现象后，更坚定了他的观点。
经过长期的大量实验探索，终于在1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，开启了电磁学研究的新纪元[1]。
此后，以法、德两国物理学家为代表的“源派”物理学家对电磁学做出了许多重大贡献，例如，库仑建立了库仑定律，安培提出磁现象的本质是电流，建立了两电流元作用力的安培定律，1845年韦伯明确提出带电粒子是既有质量又带电的粒子的概念，认为电就是带电粒子，电流就是带电粒子的运动[2]。
以英国物理学家法拉第、麦克斯韦为代表的“场论派”持近距作用观点，认为电磁作用的媒介物—电磁场是客观存在的特殊形态的物质。
洛伦兹集场、源两派理论之长，把气体分子动理论的成果引入电磁学，将经典电磁理论推向了高峰。
洛伦兹继承了“场论派”近距作用的场观点和源派电的带电粒子的观点并予以结合，洛伦兹认为，一切电作用力归根到底是电场对带电粒子的作用力，表示为
F E (F E =qE )，一切磁作用力归根到底是磁场对运动带电粒子的作用力，所以安培关于两电流元作用力的公式应理
解为一电流元受另一电流元产生的磁场的作用力，因电流是带电粒子的运动，故安培力的本质是磁场对运动带电粒子的作用力，以qv 取代安培力公式F =BIL 中的IL 即可得出F =qvB 。
这是洛伦兹在1982年电子尚未发现、且并无任何实验证据时得出的洛伦兹力公式，简言之，洛伦兹力公式是电磁场和带电粒子两大正确观点相结合的产物和必然结果[3]。
二、洛伦兹力的实验教学现状
中学物理关于洛伦兹力的教学在高中的必修3-1部分，在学习安培力之后，作为对安培力的微观解释理论推出洛伦兹力的教学。
目前我国中学阶段的洛伦兹力学习主要以理论教学的方式。
教师利用辅助教具直观、形象地演示某种科学现象，提高学生的学习兴趣并充分调动积极性，是一种非常有效的教学手段。
洛伦兹力的实验主要以阴极射线在磁场中偏转的形式为主，但是这样的设备对于中学生而言比较昂贵，也比较危险。
由于我国目前的教学仪器设计比较落后，能够在中学课堂普遍推广地、科学有效地演示洛伦兹力的实验仪器还处在待研发状态。
本设计给出一种演示洛伦兹力的设计方案，其设计简单、制作成本低廉、演示效果明显，对学生的启发作用突出。
该装置可以显示出带电小球在磁场中的受力作用，通过改变磁场方向和带电小球的运动方向可以看出
总第322期
2019年9
月带电小球所受洛伦兹力的变化。
以宏观的带电体来演示洛伦兹力的作用，通过带电金属球的圆锥摆来解决宏观带电物体受重力影响而难以演示洛伦兹力作用的问题，用摆绳拉力的竖直分力来平衡重力。
该装置可以让物理课堂上抽象的洛伦兹力变得可视化，有利于学生对于电磁学的观察、学习、理解。
三、洛伦兹力演示仪器的设计1.实验仪器的结构
本设计所述的用于物理实验教学的旋转摆球式洛伦兹力演示仪，其整体结构如图1～图3所示。
该装置主要由两部分构成：范式起电机部分(图1、图2)和洛伦兹力演示仪部分(图3、图4)。
范式起电机部分由集电球腔11、起电机支架12、摩擦带13、导电刷14、摩擦棒15、驱动轮16、电动机17组成。
洛伦兹力演示仪部分由上部支架201、上铁芯202、上线圈203、摆球架204、导电丝205、金属摆球206、真空腔207、下线圈208、下铁芯209、下部支架210、开关211、电源212组成。
图1
范式起电机部分正剖面图
图2 范式起电机部分侧剖面图
2.工作原理
本设计的简要工作原理如下。
集电球腔11由金属材料制成，下部镂空成圆形开口，其表面和开口处打磨光滑架接在起电机支架12上。
起电机支架12由绝缘材料制成，其上部固定安装圆柱形状摩擦棒15，摩擦棒15由聚合物材料制成，起电机支架12下部分为电动机17，电动机17的转轴上安装驱动轮16，驱动轮16和摩擦棒15之间安装摩擦带13，电动机17通电后驱动轮16驱动摩擦带13运转。
摩擦带13摩擦摩擦棒15使摩擦带13带点，导电刷14一端紧贴摩擦带13，另一端连接集电球腔11，将摩擦产生的电荷导入集电球腔中。
因集电球腔11为金属球壳，其表面可以积累大量电荷。
用导线将集电球腔11与洛伦兹演示仪上嵌入摆球架204内部的导电丝205连接，导电丝205悬挂金属摆球206，以此将集电球腔11的电荷导入金属摆球206上，使金属摆球206上带有大量电荷。
金属摆球206由摆球架204悬挂在真空腔207内部，摆球架204固定在真空腔207上，真空腔207由透明绝缘材料制成，其内部抽成真空以尽量避免金属摆球206击穿空气放电。
真空腔207上下均安装有绝缘材料制成的线圈支架，上部支架201和下部支架210。
两支架内部均为空心，上部支架201内部装有上铁芯202，外部绕有上线圈203，下部支架内部装有下铁芯209，外部绕有下线圈208。
两线圈与下部支架上的电源212和开关211连接。
当接通开关211时可以使两线圈中通有同方向直流电流，使真空腔207处于较强的磁场环境中，两铁芯的作用是来增强磁场强度。
改变开关211挡位可以改变电流方向，进而改变两线圈形成的磁场方向。
图3
洛仑兹力演示仪部分剖面图
图4 洛仑兹力演示仪的整体结构图
教具设计与制作
实验中，使金属摆球206带上电荷后，断开金属球腔和金属摆球的导线连接。
晃动整个洛伦兹力演示仪。
使其内部的金属摆球206做大幅度的圆锥摆运动后保持仪器稳定，待金属摆球206稳定圆锥摆旋转后，接通开关211使金属摆球处于竖直方向的磁场中。
此时因金属摆球206本身带有大量电荷，又以垂直磁场的方向运动，金属摆球206会受到一个垂直摆球运动方向的水平洛伦兹力作用。
金属摆球206在突然出现的水平洛伦兹力作用下，圆锥摆的运动半径会突然改变。
在一个新的高度上继续做圆锥摆运动。
本设计通过对圆锥摆运动的金属带电小球突然施加一个径向的洛伦兹力改变带电小球的运动轨迹，将洛伦兹力的作用显现出来。
3.洛伦兹力演示仪器的使用方式
(1)探究磁场方向对洛伦兹力的影响
当金属摆球206带负电后，晃动整个演示仪使金属摆球在轨迹1位置做圆锥摆运动(如图5所示)后，启动开关211选择挡位使上线圈203和下线圈208通电流后形成向下的磁场。
金属小球206因为受到指向内侧的洛仑兹力作用，其运动轨迹由轨迹1迅速变成轨迹2，可以明显看到洛仑兹力的作用。
断开开关211后，金属小球206会因为失去了磁场环境而失去洛仑兹力会回到轨迹1位置圆周运动，此时将开关211接通到第二档位使上线圈203和下线圈209通电流后形成向上的磁场，此时金属小球206因为受到指向外侧的洛仑兹力作用，其运动轨迹由轨迹1迅速变成轨迹3(如图6所示)。
(2)探究电荷运动方向对于洛伦兹力的影响
当金属摆球206带负电后，晃动整个演示仪使金属摆球在轨迹1位置做图5中的圆锥摆运动后，启动开关211选择挡位使上线圈203和下线圈208通电流后形成向下的磁场。
金属小球206因为受到指向内侧的洛仑兹力作用，其运动轨迹由轨迹1迅速变成轨迹2，可以明显看到洛仑兹力的作用。
关闭开关后反向晃动演示仪使金属摆球在轨迹1位置反向圆锥摆运动。
启动开关211选择挡位使上线圈203和下线圈208通电流后仍形成向下的磁场，此时带电金属摆球206受到向外的洛伦兹力作用迅速变化到4轨道做圆周运动(如图7所示)。
图5 图6 图7
四、洛伦兹力演示仪器的优点
(1)实验效果明显，课堂吸引力强。
(2)巧妙地将范式起电机与洛伦兹力、圆周运动结合，可以用来验证电学，磁学，运动学等多种物理原理。
(3)本设计以宏观的带电体来显示洛伦兹力的作用，将洛伦兹力宏观化。
(4)本设计结实耐用、不易损坏、使用周期长、展示效果明显。
(5)本设计结构简单，可以推广使学生进行分组
实验。
参考文献
[1] 王富民.奥斯特实验的重大意义[J].物理教
学,2012(10):62-63.
[2] 陈秉乾.以太和电:电磁学史概论[J].物理教
学,2012(2):57-64.
[3] 陈秉乾,王稼军,张瑞明.洛伦兹力公式是怎样给
出的[J].大学物理,2008(8):42-44.
总第322
期2019年9月。