1、阴极射线管 .
观察电子束运动径迹的装置——阴极射线管,其结构如下图所示。阴极射线管内部抽成真空,在阴极和阳极之间强电场的作用下,阴极发射的电子束穿过狭缝沿直线从阴极向阳极运运动,电子束轰击在荧光屏这个障碍物上,激发出荧光,显示出电子束的运动径迹。这使我们能够“看”到电子束的运动状况,从而分析它的受力情况。
2、洛伦兹力 .
(1)定义:磁场对运动电荷中的作用力叫洛伦兹力。
(2)方向:洛伦兹力的方向与磁场方向垂直,与运动电荷的速度方向垂直。指向可用左手定则判定。
左手定则:磁感线垂直穿过掌心,四指指向正电荷运动的方向(或负电荷运动的反方向),拇指所指的方向就是洛伦兹力方向。
很明显,f⊥B ,f⊥v ,即洛伦兹力与B和v构成的平面垂直。
★强调:由于f⊥v ,所以洛伦兹力对电荷是不做功的!
要特别注意,若移动的是负电荷时,四指应指向负电荷运动的反方向。
【注】:安培力的方向也是用左手定则判断,而洛伦兹力是安培力的微观解释(即安培力是洛伦兹力的宏观表现),那么洛伦兹力方向的判断依据跟安培力的判断依据应该是统一的!其实只需要认为运动的电荷形成电流——正电荷运动方向跟其形成的电流方向相同,负电荷运动方向跟其形成的电流方向相反,然后再像判断安培力方向那样用左手定则即可。
(3)大小:.
推导过程见课本P88~P89 .
注意:电流的微观公式:I=nqvS ,此公式需在理解的基础上记住,在特殊题目可帮助快速解题。
其中,n为导体单位体积含自由电荷数,q为每个电荷量, v为电荷定向移动的平均速率,S为导线的横截面积。
(4)两点说明:
① 只有运动电荷才能受洛伦兹力,静止的电荷肯定不受洛伦兹力。
② 电荷垂直磁场运动时,洛伦兹力最大;电荷平行磁场运动时,不受洛伦兹力。
(5)洛伦兹力与安培力的区别和联系.
[1] 区别:
① 洛伦兹力是指单个运动带电粒子所受的磁场力,而安培力是指通电直导线所受到的磁场力。
② 洛伦兹力恒不做功,而安培力可以做功。
[2] 联系:
① 安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力是安培力的微观解释。
② 大小关系:,N是导体中定向移动的电荷数。
③ 方向关系:洛伦兹力与安培力的方向一致,均可用左手定则进行判断。
3、速度选择器 .
如图,带电粒子从离子源中发射出来,在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场中运动,速度多大的粒子可以沿直线从右边孔射出?
设带电粒子所带电荷为q ,速度为v ,
忽略粒子重力,由平衡条件可得 qvB=qE
则 .
因此,我们可通过改变E或B的比值来选
择具有某一速度的粒子,所以此装置才叫
“速度选择器”。
【思考】:若粒子速度不等于,将如何运动?
【答案】:类平抛运动。
4、霍尔效应 .
工作原理:如图所示,厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应.实验表明,当磁场不太强时,电势差U、电流I和B的关系为U=k,式中的比例系数k称为霍尔系数。
霍尔效应可解释为:外部磁场的洛伦兹力使运动的负电荷聚集在导体板中的一侧,在导体板的另一侧会出现多余的正电荷,从而形成横向电场,横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力.当静电力与洛伦兹力达到平衡时,导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。
则 ………… ①
又由于I=nevS=nevhd(n为单位体积自由电荷数),代入①式,得 (k为霍尔系数).
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
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