1、3.5運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的力(洛倫茲力)【學(xué)習(xí)目的】通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)勞倫茲力，1 .判斷洛倫茲力的方向2 .推導(dǎo)洛倫茲力的大小公式。3 .了解電子束的磁偏轉(zhuǎn)原理及其在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用【上課前上課前導(dǎo)航儀表】試驗(yàn)點(diǎn)1 .洛倫茲力1 .定義：磁場對運(yùn)動(dòng)電荷所受的力稱為洛倫茲力大?。?f洛=qvBsi n，(是b和v的夾角)(1)在vb的情況下，f -吉卜賽人=qvb； (2)vb時(shí)，f羅明=03 .洛倫茲力的方向：按左手定律進(jìn)行判斷。注意：洛倫茲力必定垂直于由b和v決定的平面(因?yàn)橛蒪、v決定)即fb和fv。 但是，b和v不一定是垂直的(因?yàn)檫@些個(gè)由自個(gè)兒決定)。四指的方向是正電荷的運(yùn)動(dòng)方向或負(fù)電荷

2、的運(yùn)動(dòng)的相反方向4 .特征：洛倫茲力不工作于電荷。 它只改變運(yùn)動(dòng)電荷速度的方向，不改變速度的大小。 原因：fv洛倫茲力與安培力的關(guān)系： f洛是f安的微觀解釋，f安是f洛的宏命令表現(xiàn)。5 .導(dǎo)出洛倫茲力公式(09年廣東理科基礎(chǔ))當(dāng)粒子電荷垂直向強(qiáng)磁場方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到洛倫茲力的作用。 下一個(gè)表達(dá)正確的是a .洛倫茲力辦事兒了粒子電荷b .洛倫茲力不改變粒子電荷的動(dòng)能c .勞倫茲力的大小與速度無關(guān)d .洛倫茲力不改變粒子電荷的速度方向解析：根據(jù)洛倫茲力的特征，洛倫茲力不在粒子電荷工作。 a錯(cuò)了。 b是正確的。 根據(jù)，大小和速度有關(guān)。 勞倫斯力的效應(yīng)會(huì)改變物體的運(yùn)動(dòng)方向不改變速度的大小。教科書第103

3、頁的課題研究：請自學(xué)霍爾效應(yīng)1 .霍爾效應(yīng)是指，在流過電流的金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子上作用磁場時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。 金屬的霍爾效應(yīng)是在1879年由美國的物理學(xué)家大廳發(fā)現(xiàn)的。 電流通過金屬箔片時(shí)，如果在與電流垂直的方向上施加磁場，則在金屬箔片的兩側(cè)面出現(xiàn)橫向的電位差。 半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片明顯，但強(qiáng)磁性金屬在居里溫度點(diǎn)以下顯示出極強(qiáng)的霍爾效應(yīng)。2 .參照教科書第103頁的圖課-1，請研究a、b兩面的電位差u與磁感應(yīng)強(qiáng)度b、電流強(qiáng)度I及導(dǎo)體的厚度d、長度l、寬度c的關(guān)系3、應(yīng)用高考內(nèi)容改革的方向總體上重視能力和素質(zhì)的檢查，特別是應(yīng)用性和能力的檢查。 霍爾效應(yīng)本來是高等院校的物理

4、內(nèi)容，但它依然可以用高中學(xué)的物理知識(shí)來說明。 它與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用關(guān)系密切，是調(diào)查學(xué)生能力的好材料，命題人可以將其內(nèi)投射到現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中作為信息轉(zhuǎn)移問題調(diào)查學(xué)生的能力，因此應(yīng)注意物理高考復(fù)習(xí)。霍爾效應(yīng)：如圖1所示，將導(dǎo)電板置于與其垂直的磁場中。 電流流過后，在與電流和磁場垂直的方向上產(chǎn)生追加的橫向電場，在導(dǎo)電板的兩側(cè)產(chǎn)生電位差。 這種現(xiàn)象是霍普金斯高等院校碩士研究生霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)的，叫做霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)可以用粒子電荷在磁場中受到的洛倫茲力進(jìn)行說明。 由于磁場使在導(dǎo)體內(nèi)移動(dòng)的電荷偏轉(zhuǎn)，結(jié)果在兩側(cè)分別聚集正、負(fù)電荷，形成電位差。將導(dǎo)電板內(nèi)取向移動(dòng)電荷的平均取向移動(dòng)作為在磁場中受

5、到的洛倫茲力。 當(dāng)形成電位差時(shí)，電荷在相反方向的電場力(e為電場強(qiáng)度，b為導(dǎo)電板的寬度，如圖1所示，最后到達(dá)穩(wěn)定態(tài)時(shí)，2個(gè)力平衡。 霍爾效應(yīng)雖然是高等院校物理的內(nèi)容，但可以用高中物理的電磁學(xué)、力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等知識(shí)解釋。 霍爾效應(yīng)原理的應(yīng)用常見于磁場力修訂、電磁產(chǎn)水量修訂、磁流體發(fā)電機(jī)等。1 .磁場力修訂磁場力校正是利用霍爾效應(yīng)來測量磁感應(yīng)強(qiáng)度b的裝置。 其原理如圖2所示，在一張導(dǎo)體上連接a、b、c、d四個(gè)電極，將導(dǎo)體放入均勻的強(qiáng)磁場中，則在a、b之間電流I、c、d之間出現(xiàn)電位差，測定c、d之間的電位差u就能夠測定b。若c、d間的電位差穩(wěn)定，則U=EL，此時(shí)導(dǎo)電自由電荷受到的電場力與洛倫茲力平衡，

6、Eq=qvB，式中v為自由電荷的取向移動(dòng)速度。 從這件事可以看出。 設(shè)導(dǎo)體中每單位體積的自由電荷數(shù)為n，則電流I=nqsv，式中的s為導(dǎo)體截面積，S=Ld。 因此，由此可知BU。 當(dāng)這樣預(yù)先在已知磁場中確定裝置的尺度時(shí)，通過測量u能夠確定b的大小。例1 (北京牌市東城區(qū)問題)將導(dǎo)體放入沿x方向的均勻磁場中，流過沿y方向的電流時(shí)，導(dǎo)體的上下兩側(cè)面之間出現(xiàn)電位差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 可以利用霍爾效應(yīng)原理制造磁場力修正，測量磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 如磁場力校正的原理圖所示，電氣線路有一邊長度與a相等的正方形金屬導(dǎo)體，其橫截面被放置在沿著x正方向的均勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)體中流過y方向、電流強(qiáng)度為I的電流，認(rèn)

7、為金屬導(dǎo)體的每單位體積的自由電子數(shù)是n，電子電力量是e，在金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電過程中，自由電子的方向移動(dòng)是等速運(yùn)動(dòng)求： (1)導(dǎo)體上、下側(cè)面的電位高嗎？ (2)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多少？2 .電磁產(chǎn)水量修正電磁產(chǎn)水量校正可解釋為，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，如圖3所示，圓形導(dǎo)管的直徑為d且由非磁性材料制成，其中可導(dǎo)電的液體向左流動(dòng)。 導(dǎo)電性液體中的自由電荷(正負(fù)絡(luò)離子)在洛倫茲力的作用下橫向偏轉(zhuǎn)，在a、b之間出現(xiàn)電位差。 自由電荷受到的電場力和洛倫茲力平衡時(shí)，a、b間的電位差穩(wěn)定。 qvB=Eq=、v=、產(chǎn)水量Q=sv=例2 (湖北高考問題):電磁產(chǎn)水量修正廣泛應(yīng)用于傳導(dǎo)性流體(如污水)管中產(chǎn)水量(單位時(shí)間內(nèi)通

8、過管內(nèi)橫截面的流體體積)的測量。 為簡潔起見，假設(shè)產(chǎn)水量修正是如圖4所示的橫截面為長方形的一段管路，其中空部分的長度、寬度、高度分別為圖中的a、b、c。 產(chǎn)水量修訂的兩端與輸送流體的配管相連(圖中折斷線)。 圖中的產(chǎn)水量訂正的上下兩面為金屬材料，前后兩側(cè)面為絕緣材料。 在現(xiàn)在有產(chǎn)水量修正的地方施加磁感應(yīng)強(qiáng)度b的均勻強(qiáng)磁場，磁場方向與前后兩面垂直。 當(dāng)導(dǎo)電流體穩(wěn)定地流過產(chǎn)水量修正時(shí)，在管外將產(chǎn)水量修正的上、下兩面分別連接在連接電阻r的電流修正的兩端，I表示測定的電流值。 已知流體的電阻率為，如果不計(jì)算電流校正的內(nèi)部電阻，則產(chǎn)水量為()甲骨文。C. D3 .磁流體發(fā)電機(jī)磁流體發(fā)電機(jī)的基本原理是霍爾

9、效應(yīng)。 如圖5所示，等離子體瓦斯氣體被寫入磁場，正、負(fù)絡(luò)離子因洛倫茲力偏轉(zhuǎn)，集中在a、b板上，產(chǎn)生電位差。 設(shè)a、b平行金屬板的面積為s、距離l、等離子體瓦斯氣體的電阻率為、吹入瓦斯氣體速度為v、大板塊間磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b、大板塊外電阻為r，則等離子體瓦斯氣體等速通過a、b大板塊間時(shí)，在a、b大板塊蓄積的電荷最多，大板塊間電位差最大，為電源電動(dòng)勢。 此時(shí)的離子受力平衡： Eq=qvB、E=Bv、=EL=BLv。 電源內(nèi)阻。例3 (江西省問題):圖6是磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖。 將兩金屬板間的距離設(shè)為d，將兩極板間的均勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度設(shè)為b。 等離子體垂直進(jìn)入磁場的速度為v，各個(gè)絡(luò)離子帶電的電量為q。 設(shè)絡(luò)離子通道(即兩極板內(nèi)包圍的空間)的等效電阻為r，負(fù)載電阻為r。 (1)該發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢；(2