第一章安培力與洛倫茲力（單元知識清單）

第一章安培力與洛倫茲力知識梳理第1節(jié)磁場對通電導(dǎo)線的作用力一、安培力的方向1．安培力：通電導(dǎo)線在磁場中受的力。2．左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入，并使四指指向電流的方向，這時拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。3．安培力方向與磁場方向、電流方向的關(guān)系：F⊥B，F(xiàn)⊥I，即F垂直于B和I所決定的平面。二、安培力的大小1．垂直于磁場B的方向放置的長為l的一段導(dǎo)線，當(dāng)通過的電流為I時，它所受的安培力F＝IlB。2．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與通電導(dǎo)線的方向平行時，導(dǎo)線所受安培力為eq\a\vs4\al(0)。3．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與導(dǎo)線成θ角時，導(dǎo)線所受安培力F＝IlBsin_θ。三、磁電式電流表1．構(gòu)造：最基本的組成部分是磁體和放在磁體兩極之間的線圈。如圖所示。2．原理(1)通電線圈在磁場中受安培力發(fā)生轉(zhuǎn)動時，螺旋彈簧變形，以反抗線圈的轉(zhuǎn)動。(2)電流越大，安培力就越大，螺旋彈簧的形變也就越大，線圈偏轉(zhuǎn)的角度也越大，達(dá)到新的平衡。所以，從線圈偏轉(zhuǎn)的角度就能判斷通過電流的大小。(3)線圈中的電流方向改變時，安培力的方向隨著改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也隨著改變。所以，根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測電流的方向。3．特點：極靴與圓柱間的磁場都沿半徑方向，線圈無論轉(zhuǎn)到什么位置，它的平面都跟磁感線平行，線圈左右兩邊所在之處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小都相等。4．優(yōu)、缺點(1)優(yōu)點：靈敏度高，可以測出很弱的電流。(2)缺點：線圈的導(dǎo)線很細(xì)，允許通過的電流很小。第2節(jié)磁場對運(yùn)動電荷的作用力一、洛倫茲力的方向1．洛倫茲力的定義運(yùn)動電荷在磁場中受到的力稱為洛倫茲力。2．洛倫茲力的方向(1)判斷方法：左手定則。(2)左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入，并使四指指向eq\a\vs4\al(正)電荷運(yùn)動的方向，這時拇指所指的方向就是運(yùn)動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向，如圖所示。負(fù)電荷受力的方向與正電荷受力的方向相反。二、洛倫茲力的大小1．電荷量為q的粒子以速度v運(yùn)動時，如果速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，則F＝qvB。2．當(dāng)電荷沿磁場方向運(yùn)動(即v與B的夾角θ＝0或v∥B)時，F(xiàn)＝eq\a\vs4\al(0)。3．當(dāng)電荷運(yùn)動的方向與磁場的方向夾角為θ時，F(xiàn)＝qvBsin_θ。三、電子束的磁偏轉(zhuǎn)1．顯像管的構(gòu)造：電子槍、偏轉(zhuǎn)線圈和熒光屏。2．顯像管的原理(1)電子槍發(fā)射電子。(2)電子束在磁場中偏轉(zhuǎn)。(3)熒光屏被電子束撞擊發(fā)光。3．掃描：在偏轉(zhuǎn)區(qū)的水平方向和豎直方向都有偏轉(zhuǎn)磁場，其方向、強(qiáng)弱都在不斷變化，使得電子束打在熒光屏上的光點不斷移動，這在顯示技術(shù)中叫作掃描。第3節(jié)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動1．當(dāng)帶電粒子以平行于磁場的方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時，由于洛倫茲力為零，所以粒子做勻速直線運(yùn)動。2．帶電粒子在磁場中運(yùn)動要受到洛倫茲力的作用。由于帶電粒子初速度的方向和洛倫茲力的方向都在與磁場方向垂直的平面內(nèi)，所以粒子在這個與磁場方向垂直的平面內(nèi)運(yùn)動。3．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動時，洛倫茲力不改變粒子的速度大小，只改變粒子的速度方向。洛倫茲力提供向心力，即沿著與磁場垂直方向射入磁場的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動。二、帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的半徑和周期1．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑(1)粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑與它的質(zhì)量、速度成正比，與電荷量、磁感應(yīng)強(qiáng)度成反比。(2)公式：r＝eq\f(mv,qB)。2．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的周期(1)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的周期跟軌道半徑和運(yùn)動速度無關(guān)。(2)公式：T＝eq\f(2πm,qB)。質(zhì)譜儀和回旋加速器一、質(zhì)譜儀1．原理：如圖所示，帶電粒子經(jīng)加速電場加速后垂直于磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，最后打在照相底片上，不同質(zhì)量的粒子在照相底片上位置不同。2．加速：帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜儀的加速電場被加速，由動能定理得eq\f(1,2)mv2＝qU，由此可知v＝eq\r(\f(2qU,m))。3．偏轉(zhuǎn)：帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜儀的偏轉(zhuǎn)磁場做勻速圓周運(yùn)動，洛倫茲力提供向心力，有qvB＝eq\f(mv2,r)。4．結(jié)論：r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))，測出粒子做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑r，可算出粒子的質(zhì)量m或比荷eq\f(q,m)。5．應(yīng)用：可以測定帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素。二、回旋加速器1．構(gòu)造：兩個半圓形金屬盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場中，兩金屬盒間接交流電源，如圖所示。2．原理：粒子源產(chǎn)生的帶電粒子在兩盒之間被電場加速，在金屬盒內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動。經(jīng)半個圓周之后，金屬盒間電場反向，粒子又被加速。如此，粒子一次次被加速使速度增加到很大。3．條件：高頻交流電源的周期與帶電粒子在D形盒中的運(yùn)動周期相同。粒子每經(jīng)過兩金屬盒縫隙時都被加速，其軌道半徑就大一些，粒子做勻速圓周運(yùn)動的周期不變。4．