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高中物理洛倫茲力,安培力與洛倫茲力的區別

  • 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,其內容如下:在電動力學里,洛倫茲力(Lorentz force)作為運動于電磁場的帶電粒子所受的力。根據洛倫茲力定律,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

首先我們需要知道洛倫茲力是由電流和磁場產生的力。在這個問題中,我們有一個豎直放置的長直導線,通有方向向上的恒定電流。根據右手定則,導線周圍會產生一個環繞導線的磁場。小球帶正電,在導線產生的磁場中水平運動。

下面我們來逐一分析每個選項:

A. 小球先加速后減速

根據洛倫茲力公式 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線產生的磁場中運動,所以它會受到洛倫茲力作用。根據洛倫茲力公式 F = q(v × B),洛倫茲力不為零。

C. 小球在 ab中點受到的洛倫茲力為零

當小球在ab中點時,其速度方向(水平向右)與導線產生的磁場方向(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中點受到的洛倫茲力為零。

D. 小球受到洛倫茲力時,洛倫茲力方向豎直向上

根據洛倫茲力公式 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。在這個情況下,由于磁場方向是沿著導線的環繞方向,洛倫茲力的方向將沿著半徑方向。因此,洛倫茲力的方向不是豎直向上的。

洛倫茲力產生條件

當帶電粒子速度方向與磁場方向存在夾角時,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D的判斷可能是因為磁場的方向與速度方向、洛倫茲力的方向都是垂直的,因此得出結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確,因為當速度方向與磁場方向不垂直時,洛倫茲力的方向并不與磁場方向平行。

洛倫茲力圓周運動軌跡

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

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

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

因此,當帶電粒子速度方向與磁場方向存在夾角時,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,會產生渦旋電場,場強為E,渦旋電場的環路積分,等于電動勢,對應高中知識,就是

如圖,以增強的勻強電場為例:

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

以上就是高中物理洛倫茲力的全部內容,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家亨德里克·洛倫茲,對電磁現象的研究做出了重要貢獻。洛倫茲力的本質可以從電磁場的觀點來理解。根據電磁場理論,電荷周圍存在一個電場和磁場。

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