很多上了高中的同学对于物理这门课可能都会觉得有些难,确实,物理课需要同学们有很强的领悟力和逻辑思维能力,在学到安培力和洛伦兹力这块时,有很多同学都分不清两者有什么区别,下面伊顿教育小编就来跟大家讲一讲安培力与洛伦兹力的那点事。
一、电流(通电导线)所受的安培力
1、安培力———磁场对电流(通电导线)的作用力称为安培力。
2、安培力的大小
通电直导线与磁场方向垂直时,电流所受的安培力较大;当导线方向与磁场方向一致时,电流所受的安培力较小,等于零;当导线方向与磁场方向斜交时,所受的安培力介于零与较大值之间。
通电导线在磁场中受到的安培力的大小,与导线的长度L成正比,与导线中的电流I成正比,即与I和L的乘积IL成正比:
F=BIL
或者B=F/IL
B叫磁感应强度,它是由磁场本身决定的。比值B越大,表示磁场越强。
磁感应强度———在磁场中垂直于磁场方向的通电导线,所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值,叫磁感应强度。
磁感应强度单位:特斯拉(特)
1T=1N/(A*m)
♥公式F=BIL和B=F/IL适用于匀强磁场。
3、安培力的方向
安培力的方向既跟磁场方向垂直,又跟电流方向垂直,也就是说,安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面。
通电直导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系,可用左手定则来判定:
♥左手定则:伸开左手,使大拇指跟其余四个手指垂直,并且都跟手掌在一个平面内,把手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,并使伸开的四指指向电流的方向,那么大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。
作用在通电导线上的安培力,是作用在运动电荷上的洛伦兹力的宏观表现。
二、磁场对运动电荷的作用(洛伦兹力)
1、洛伦兹力———磁场中的运动电荷所受到的磁场对它的作用力,叫洛伦兹力。
2、洛伦兹力的方向
洛伦兹力的方向可由左手定则来判定:
♥左手定则:伸开左手,使大拇指跟其余四个手指垂直,且处于同一平面内,把手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的相反方向,那么,拇指所指的方向就是正电荷或负电荷所受洛伦兹力的方向。
3、洛伦兹力的大小
当电荷在垂直于磁场的方向上运动时,磁场对运动电荷的洛伦兹力F等于电荷量q、电荷的运动速率v、磁感应强度B的乘积:
F=qvB
三、带电粒子在磁场中的运动
1、运动轨迹
垂直射入匀强磁场中的带电粒子,在洛伦兹力F=qvB的作用下,将会偏离原来的运动方向。
垂直射入匀强磁场的带电粒子,它的初速度和所受洛伦兹力的方向都在跟磁场方向垂直的平面内,没有作用使粒子离开这个平面,所以带电粒子只能在这个平面内运动。
洛伦兹力总是跟带电粒子的运动方向垂直,不对粒子做功,它只改变粒子的运动方向,而不改变粒子的速率,所以粒子运动的速率v是恒定的。这时洛伦兹力F=qvB的大小不变,即带电粒子受到一个大小不变、方向总与粒子运动方向垂直的力,因此带电粒子做匀速圆周运动,其向心力就是洛伦兹力。
2、轨道半径和周期
①轨道半径
由qvB=mv²/r
可得r=mv/(qB)
由此可知,在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子,它的轨道半径跟粒子的运动速率成正比。
②周期
由r=mv/(qB)和T=2πr/v
可得T=2πm/(qB)
由此可知,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期跟轨道半径和运动速率无关。