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高中物理洛倫茲力,安培力與洛倫茲力的區(qū)別

  • 物理
  • 2024-04-28

高中物理洛倫茲力?高中洛倫茲力是高中物理選擇性必修第二冊,其內(nèi)容如下:在電動力學(xué)里,洛倫茲力(Lorentz force)作為運(yùn)動于電磁場的帶電粒子所受的力。根據(jù)洛倫茲力定律,洛倫茲力可以用方程,稱為洛倫茲力方程,那么,高中物理洛倫茲力?一起來了解一下吧。

高中物理洛倫茲力的公式推導(dǎo)

首先我們需要知道洛倫茲力是由電流和磁場產(chǎn)生的力。在這個(gè)問題中,我們有一個(gè)豎直放置的長直導(dǎo)線,通有方向向上的恒定電流。根據(jù)右手定則,導(dǎo)線周圍會產(chǎn)生一個(gè)環(huán)繞導(dǎo)線的磁場。小球帶正電,在導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場中水平運(yùn)動。

下面我們來逐一分析每個(gè)選項(xiàng):

A. 小球先加速后減速

根據(jù)洛倫茲力公式 F = q(v × B),在這種情況下,洛倫茲力與小球的速度成正比。由于小球的速度是恒定的,洛倫茲力大小也是恒定的。所以,小球不會先加速后減速。

B. 小球受到的洛倫茲力始終為零

由于小球帶正電且在導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場中運(yùn)動,所以它會受到洛倫茲力作用。根據(jù)洛倫茲力公式 F = q(v × B),洛倫茲力不為零。

C. 小球在 ab中點(diǎn)受到的洛倫茲力為零

當(dāng)小球在ab中點(diǎn)時(shí),其速度方向(水平向右)與導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場方向(垂直于電流方向)平行,因此洛倫茲力公式中的速度和磁場的叉積為零。所以,小球在ab中點(diǎn)受到的洛倫茲力為零。

D. 小球受到洛倫茲力時(shí),洛倫茲力方向豎直向上

根據(jù)洛倫茲力公式 F = q(v × B),洛倫茲力方向是速度方向與磁場方向的垂直分量。在這個(gè)情況下,由于磁場方向是沿著導(dǎo)線的環(huán)繞方向,洛倫茲力的方向?qū)⒀刂霃椒较?。因此,洛倫茲力的方向不是豎直向上的。

洛倫茲力產(chǎn)生條件

當(dāng)帶電粒子速度方向與磁場方向存在夾角時(shí),洛倫茲力的方向不再與速度方向和磁場方向平行或垂直,而是分解成與速度方向垂直的成分和與速度方向平行的成分。因此,正確的是分解磁場方向使其與帶電粒子速度方向垂直。

在這道題目中,選項(xiàng)D的判斷可能是因?yàn)榇艌龅姆较蚺c速度方向、洛倫茲力的方向都是垂直的,因此得出結(jié)論洛倫茲力的方向與磁場方向平行。但這種判斷方法并不準(zhǔn)確,因?yàn)楫?dāng)速度方向與磁場方向不垂直時(shí),洛倫茲力的方向并不與磁場方向平行。

洛倫茲力圓周運(yùn)動軌跡

當(dāng)帶電粒子速度方向與磁場方向存在夾角時(shí),洛倫茲力會分解為兩個(gè)分量,一個(gè)垂直于磁場方向,稱為法向分量,另一個(gè)與磁場方向平行,稱為切向分量。這兩個(gè)分量的方向如下:

1. 法向分量:垂直于磁場方向,由于其方向與運(yùn)動方向相交成直角,所以它對帶電粒子運(yùn)動軌跡產(chǎn)生影響,使得帶電粒子偏離原有的直線運(yùn)動軌跡,繞著磁場方向作圓周運(yùn)動。

2. 切向分量:與磁場方向平行,不會改變帶電粒子圓周運(yùn)動的半徑,但會影響帶電粒子的速率和方向。

因此,當(dāng)帶電粒子速度方向與磁場方向存在夾角時(shí),洛倫茲力的法向分量是使其與磁場垂直的,而切向分量則是與磁場方向平行的。

高中物理基本公式歸納

洛倫茲力表達(dá)式

高中版F=qvB

普物版K=v×B(洛倫茲力的量綱不是N)

電動力學(xué)版F=v×B+E(洛倫茲本人的寫法,高中的是刪減版的)

洛倫茲力是宏觀還是微觀

磁通量變化時(shí),會產(chǎn)生渦旋電場,場強(qiáng)為E,渦旋電場的環(huán)路積分,等于電動勢,對應(yīng)高中知識,就是

如圖,以增強(qiáng)的勻強(qiáng)電場為例:

動生和感生的本質(zhì)是相同的。所謂動生,是以磁場為參考系,導(dǎo)體相對磁場運(yùn)動,洛倫茲力推動自由電荷(通常為自由電子)定向運(yùn)動形成感應(yīng)電流;而感生,則是以導(dǎo)體為參考系,磁場的變化產(chǎn)生渦旋電場,渦旋電場力推動自由電荷定向運(yùn)動形成感應(yīng)電流。其實(shí),動生的洛倫茲力和感生的渦旋電場力,是同一個(gè)力在不同參考系中的不同表現(xiàn)而已。

以上就是高中物理洛倫茲力的全部內(nèi)容,洛倫茲力是一種在電磁場中作用于電荷的力。它得名于荷蘭物理學(xué)家亨德里克·洛倫茲,對電磁現(xiàn)象的研究做出了重要貢獻(xiàn)。洛倫茲力的本質(zhì)可以從電磁場的觀點(diǎn)來理解。根據(jù)電磁場理論,電荷周圍存在一個(gè)電場和磁場。

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