1. 安培力的核心规律与应用
受力条件:通电导线在磁场中受力(\(F = BIL\sin\theta\)),\(\theta\) 为电流与磁场的夹角,平行时受力为零。方向判断:左手定则(磁场穿掌心、四指指电流方向、拇指指安培力方向)。实际场景:平行通电导线的相互作用(同向吸引、反向排斥),磁电式电流表工作原理(辐向磁场使线圈受恒定安培力转动),导体棒在斜面上的平衡问题(安培力与重力、支持力、摩擦力的受力分析)。
2. 洛伦兹力的核心规律与应用
受力条件:带电粒子在磁场中运动受力(\(F = qvB\sin\theta\)),\(\theta\) 为速度与磁场的夹角,平行时受力为零。关键特点:洛伦兹力始终与速度垂直,不做功,只改变速度方向(提供圆周运动向心力)。方向判断:左手定则(注意负电荷四指指向与速度方向相反)。
3. 圆周运动与仪器应用
带电粒子在匀强磁场中的圆周运动:洛伦兹力提供向心力,轨道半径 \(r = \frac{mv}{qB}\),周期 \(T = \frac{2\pi m}{qB}\)(与速度无关)。仪器原理:洛伦兹力演示仪(调节加速电压或磁场强度改变轨道半径),回旋加速器(磁场使粒子做圆周运动,电场周期性加速,最大动能由 D 形盒半径决定),速度选择器(电场力与洛伦兹力平衡,\(v = \frac{E}{B}\),与粒子电荷量、质量无关)。
4. 复合场中的运动分析
速度选择器:粒子匀速通过的条件(\(qE = qvB\)),速度偏离时受力不平衡发生偏转,电场力做功改变动能。磁流体发电机:等离子体射入磁场,洛伦兹力分离电荷形成电势差,稳定时 \(qvB = q\frac{U}{d}\),电动势 \(E = Bdv\)。霍尔效应:导电体(或半导体)中载流子受洛伦兹力偏转,形成霍尔电压 \(U_H = vBd\)。
5. 综合计算与判断
受力平衡:带电微粒在电场、磁场、重力场中做直线运动(合力为零),结合左手定则和平衡条件求解速度、磁场方向。轨迹与周期:带电粒子在磁场中轨迹半径与速度、磁场强度的关系,周期与粒子比荷的关系,多粒子运动的时间、速率比较(利用几何关系和周期公式)。图像分析:安培力与电流的关系图像(\(F-I\) 过原点的直线),粒子运动轨迹与磁场、速度方向的关联判断。
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