旋转摆球式洛伦兹力演示仪
洛伦兹力演示仪的设计制作
洛伦兹力试验仪的设计制作第33届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果竞赛项目洛伦兹力演示仪的设计制作【关键词】：通电线圈磁场电解液定向移动洛伦兹力右手定则左手定则液体旋转摘要在线圈中有电流通过的时候，线圈周围和线圈内部就会产生磁场，而透明有机玻璃浅盘中的电解液正好处在通电线圈内部的磁场中，磁场方向始与电解液中带电粒子定向移动的方向垂直，受到洛伦兹力的作用发生偏转，使电解液旋转，偏转方向由加在线圈中的电流方向和加在电解液上的电流方向决定。
能否旋转、旋转的快慢由加在线圈两段的电压和加在电解液两端的电压决定，电压越大，旋转越快。
设计背景关于磁场的知识，在现行高中课程标准3—1中磁场一章，是高中物理的重点，也是难点，在高考中，电磁部分占有相当大的比例。
为了激发学生学习物理知识的积极性，提高学习兴趣，必须加强有关磁场的演示实和学生实验。
目前，有关洛伦兹力的演示实验，大部分学校都采用的是传统的演示方式：感应圈产生的高压电加在阴极射线管两端，使阴极射线管放电，然后教师拿着条形磁铁或蹄形磁铁在阴极射线管周围移动，使阴极射线改变方向的试验方法。
这种演示方法的弊端是感应圈笨重、实验安全性差。
为此，本人设计了使处在磁场中的电解液定向移动受磁场力，使电解液旋转的方法，操作简单、携带轻便、实验现象明显，可以演示电流磁场方向——右手定则；带电粒子受力方向——左手定则、以及洛伦兹力的大小与磁场强弱、带电粒子运动速度之间的关系等。
项目创新点1、用电流的磁场替代了磁铁的磁场，在电解液所在区域当中磁场方向基本保持一致、磁场强弱基本保持一致，带电粒子的受力方向更容易判定。
2、由于使用最高电压24v，可连续变化的电源适配器，磁场强弱、带电粒子运动速度调节方便、安全可靠，实验中不再小心翼翼、胆战心惊。
减轻了重量，整个装置、两个电源适配器、以及电解液，质量不足2kg，携带方便，3、电路连接设计中采用了香蕉头固定式插头和双位红黑连体接线柱的配套使用，电路连接、电流方向调整快捷方便，可以节省演示时间。
福建省三明第一中学2022-2023学年高二下学期第一次月考物理试题
（3）若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将_______（填“变大”、“不变”或“变小”）；
（4）为减小误差，该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离 ，而是先测量n个条纹的间距再求出 。下列实验采用了类似方法的有_______
A.“探究求合力 方法”的实验中合力的测量
（2）在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作一半径为的圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图甲所示。测得AC，BD，则玻璃的折射率n=_______（结果保留两位小数）。
（3）如图乙所示，在实验过程中画出界面a后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面a′画到图中虚线位置，而在作光路图时界面a仍为开始所画的，则所测得的折射率将_______（填“偏大”“偏小”或“不变”）。
B.“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中弹簧的形变量的测量
C.“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中单摆的周期的测量
15.某同学用“插针法”测一玻璃砖的折射率。
（1）在木板上平铺一张白纸，并把玻璃砖放在白纸上，在纸上描出玻璃砖的两条边界。然后在玻璃砖的一侧竖直插上两根大头针P1、P2，透过玻璃砖观察，在玻璃砖另一侧竖直插大头针P3时，应使P3挡住_______，用同样的方法插上大头针P4。
A.若仅将电流反向，线圈将不能保持平衡状态
B.线圈通电后，a、c段导线受到的安培力等大反向，b段导线的安培力向上
C.线圈受到的安培力大小为mg
D 由以上测量数据可以求出磁感应强度
5.频率不同的两束单色光1和2均以45°角从同一点射入一厚玻璃砖，它们的光路图如图所示。下列说法正确的是（ ）
江苏省扬州市2024高三冲刺(高考物理)苏教版能力评测(强化卷)完整试卷
江苏省扬州市2024高三冲刺（高考物理）苏教版能力评测(强化卷)完整试卷一、单项选择题（本题包含8小题，每小题4分，共32分。
在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）(共8题)第(1)题直导线L与线圈P所在的平面垂直且间隔一段距离，其中直导线固定，线圈可自由运动。
当同时通以如图所示的电流时，从左向右看线圈将（ ）A．顺时针转动并靠近观察者B．顺时针转动并远离观察者C．逆时针转动并靠近观察者D．逆时针转动并远离观察者第(2)题如图甲所示，一物块以某一初速度从倾角为、顺时针转动的传送带底端沿传送带向上运动，其图像如图乙所示。
已知传送带的速度为，传送带足够长，物块与传送带间的动摩擦因数为，下列说法正确的是（ ）A．物块的初速度小于B．物块与传送带间的动摩擦因数C．物块运动过程中的速度一定有等于的时刻D．若物块从传送带项端由静止向下运动，其他条件不变，物块会向下先做匀加速运动再做匀速运动第(3)题把带铁芯的线圈L（电阻忽略不计）、电容器、小灯泡、开关、直流恒压电源DC和交流电源AC（直流恒压电源的电压与交流电源电压的有效值相等），分别组成如下电路，其中小灯泡最亮的是（ ）A．B．C．D．第(4)题如图甲所示，质量为m的小火箭由静止开始加速上升，加速度a与速度倒数的关系图像如图乙所示，火箭的速度为v1时对应的加速度为a1，不计空气阻力和燃料燃烧时的质量损失，重力加速度为g，下列说法不正确的是（ ）A．火箭以恒定的功率启动B．火箭的功率为C．关系图像的斜率为D．关系图像横轴的截距为第(5)题激光冷却中性原子的原理如图所示，质量为m、速度为的原子连续吸收多个迎面射来的频率为的光子后，速度减小。
不考虑原子质量的变化，光速为c。
下列说法正确的是（ ）A．激光冷却利用了光的波动性B．原子吸收第一个光子后速度的变化量为C．原子每吸收一个光子后速度的变化量不同D．原子吸收个光子后速度减小到原来的一半第(6)题一列简谐横波沿x轴正方向传播，时刻的波形如图所示，图中P、Q两质点的位移相等，之后每隔0.3s两质点的位移均相等。
旋转的液体——自制洛仑兹力演示仪
图 ２
（） １ 电解 液能 够导 电 ；
（ 下转 第 ５ ５页）
第３ ０卷 总 第 ４ ５期 ４ ２１ ０ ２年 第 ７期 （ 半 月 ） 上
２３ 吸 尘 器抽 真 空 应 该 注 意 的 问题 ．
物 理 教 学 探 讨
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ Ｐ ｙｉｓ ｏ ｒａ ｏ ｈ ｓ Ｔｅｃ ｉｇ ｃ ａ ｈｎ
（ ） 磁 铁 Ⅳ极 和 Ｓ极 反 置 ， 以 看 到液 体 ７将 可 反 向旋 转 。 （ ４ 图 ）
作用 ， 其方 向和离 子 运动 的 方 向垂直 且 平行 于 液
面 。正负 离子 定 向运 动 的方 向是 相 反 的 ， 据 左 根
手定 则 ，它们 受 到 的洛仑 兹 力方 向是相 同 的 ， 它
们带 动 玻璃 皿 中液体 旋 转 。 洛仑 兹力 是 微 观 的运 动 电荷 受 到 的磁 场 对 它 的作 用力 ， 导 电液 体 的旋 转则 把 微观 的变 成 而
宏观 的 ， 把看 不 见 的变成 了看 得见 的
一 一
图４
５ 实 验 结 论
液体 逆 时 针 旋 转 液 体 顺 时 针 旋 转 液 体 顺 时 针 旋 转 液 体 逆 时 针 旋 转
Ｖ ｏ ．（ Ｎ Ｏ．４ １ ） ３ ４５
（ ）７２ １ ． ５． Ｓ ．０ ２ ５
形 铁 板 用 以 安 放 小 型 蜂 呜 器 和 固 定 小 型 电 磁 铁
我们 采 用家用 吸尘 器作 为 抽真 空 的装置 。 较 之 于专 门 的真 空泵 而 言 ，吸尘 器 的价格 低 廉 ， 在 日常 生 活 中使用 普遍 ， 能更好 的在 条件 一般 的学 校 中使 用 。如果 采用 高 品质 、 音效 果 良好 的吸 静 尘器 ， 演示 效果 比真 空 泵还要 时 吸 尘 而设
洛伦兹力演示仪原理
洛伦兹力演示仪原理洛伦兹力演示仪（Lorentz Force Demonstrator）是一种用来演示洛伦兹力的实验装置。
洛伦兹力指的是当一个电荷在磁场中运动时所受到的力。
这个实验装置通过将电流导线放置在磁场中，使得导线中的电流与磁场相互作用，从而产生洛伦兹力。
洛伦兹力演示仪的原理基于洛伦兹力公式：F = q(v ×B)。
其中F表示洛伦兹力，q表示电荷的电量，v表示电荷的速度，B表示磁场的大小和方向。
这个公式可以解释为：当一个电荷在磁场中以一定速度运动时，它会受到一个垂直于速度和磁场方向的力。
洛伦兹力演示仪主要由以下几个部分组成：电源、导线、磁场和测数仪器。
电源提供电流，导线用来传输电流，磁场则是通过磁体产生的。
测数仪器则用来测量电流、力和磁场的强度。
在实验中，首先需要将导线接入电源，使得电流从电源流过导线。
导线本身会产生一个磁场，与磁体产生的磁场相互作用，进而产生洛伦兹力。
这个实验装置通常使用两个平行导线，分别接入电源，使得它们中的电流方向相反。
这是为了使得两个导线上的洛伦兹力方向相反，以便于实验观察。
在实验中，可以改变电流、速度和磁场的大小和方向，从而观察洛伦兹力的变化。
比如，当电流方向与磁场方向相同时，洛伦兹力将会使导线受到一个向上的力；而当电流方向与磁场方向相反时，洛伦兹力将会使导线受到一个向下的力。
当通过导线的电流增大时，洛伦兹力也会增大；当速度增大时，洛伦兹力也会增大；当磁场增大时，洛伦兹力也会增大。
通过洛伦兹力演示仪的实验，可以验证洛伦兹力的存在和其与电流、速度和磁场的关系。
实验结果符合洛伦兹力公式F = q(v ×B)的预期。
这一实验也可以帮助学生更好地理解洛伦兹力的概念，并加深对电磁学的理解。
总之，洛伦兹力演示仪通过将电流通过导线放置在磁场中，利用洛伦兹力原理来展示洛伦兹力。
这个实验装置直观地展示了洛伦兹力对导线的作用，同时也帮助学生理解洛伦兹力的概念及其与电流、速度和磁场的关系。
洛伦兹力演示仪原理
洛伦兹力演示仪原理洛伦兹力演示仪是一种用来演示洛伦兹力的实验仪器，它可以帮助我们直观地理解洛伦兹力的原理及其作用。
在物理学中，洛伦兹力是指一个带电粒子在磁场中受到的力，它是电场力和磁场力的叠加效应。
了解洛伦兹力的原理对于理解电磁学和电磁感应等领域具有重要意义。
接下来，我们将详细介绍洛伦兹力演示仪的原理。
首先，洛伦兹力演示仪由磁场系统和电路系统两部分组成。
磁场系统通常由永磁铁和磁铁支架组成，用来产生一个均匀的磁场。
而电路系统则包括直流电源、导线和测量仪器等组件，用来提供带电粒子所需的电流。
当电流通过导线时，就会产生一个磁场，而带电粒子在这个磁场中就会受到洛伦兹力的作用。
其次，根据洛伦兹力的公式F=q(v×B)，其中F表示洛伦兹力，q表示带电粒子的电荷量，v表示带电粒子的速度，B表示磁感应强度，×表示叉乘运算。
可以看出，当带电粒子在磁场中运动时，如果速度方向与磁场方向不一致，就会受到一个与速度和磁场方向垂直的力，这就是洛伦兹力的作用。
通过洛伦兹力演示仪，我们可以直观地观察到这种力的效应，从而更好地理解其原理。
另外，洛伦兹力演示仪的工作原理是基于洛伦兹力的叠加效应。
当带电粒子同时受到电场力和磁场力时，其叠加效应会导致带电粒子的轨迹发生偏转，这种现象在洛伦兹力演示仪中得到了生动的展示。
通过调节电流大小、磁场方向和带电粒子的速度等参数，我们可以观察到不同的洛伦兹力效应，从而更好地理解其原理。
最后，洛伦兹力演示仪的原理不仅在教学实验中有重要意义，同时也在科研领域具有广泛的应用。
通过对洛伦兹力的研究，科学家们可以探索电磁现象的本质和规律，从而推动电磁学和电磁感应等领域的发展。
因此，深入理解洛伦兹力的原理对于我们掌握物理学知识、拓展科学视野具有重要的意义。
总之，洛伦兹力演示仪的原理是基于洛伦兹力的作用机制，通过实验可以直观地展示洛伦兹力的效应，帮助人们更好地理解其原理。
洛伦兹力的研究不仅有助于加深对物理学知识的理解，同时也对推动科学技术的发展具有重要意义。
洛伦兹力演示仪ppt课件
问题一：带电粒子的v 和磁感应强度B 的方向是什么关系？
问题二：带电粒子所受的洛伦兹力F的 方向与v 的方向和磁感应强度B的 方向是什么关系？在哪个平面内？
问题三：带电粒子所受的洛伦兹力F对 粒子运动的v有何影响？带电粒子在哪 个平面内运动？
问题四：带电粒子所受的洛伦兹力F 大小是否变化？
问题五：带电粒子在匀强磁场中将做 什么样的运动？轨迹是什么？
包权
人书友圈7.三端同步
• 填一填
1．洛伦兹力演示仪的构造和工作原理
①洛伦兹力演示仪主要由 电子枪
、
、 玻璃泡 和 通电线圈 构成。
②洛伦兹力演示仪的工作原理
电子束由 电子枪 产生，在玻璃泡内充
有低压水银蒸汽，在电子束通过时能够显示 电子
运动轨迹
。励磁线圈能够在两个线圈之间产
生
匀强磁场，磁场的方向与 通电线圈的
包权
人书友圈7.三端同步
5.5探究洛伦兹力
———研究带电粒子在磁场中的运动
张荔龙
一、知识回顾
1、什么是洛伦兹力？ 2、带电粒子在磁场中是否一定受洛伦兹力？ 洛伦兹力的大小如何计算？ 3、洛伦兹力的方向有何特点？
左手定则：试判断下图中所示的带电粒 子刚 进入磁场时所受的洛伦兹力的方向。
4、我们知道，物体的运动规律取决于两个因 素：一是物体的受力情况，二是物体具有的速度 。因此，力与速度就是我们研究物体运动规律的 出发点和基本点。在必修二中我们学习过圆周运 动的知识，大家回想一下：物体做匀速圆周运动 的条件是什么？
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38.洛仑兹力演示仪
实验三十八 洛仑兹力演示仪【仪器介绍】图38-1所示，为三维电子偏转系统，用一来观察电子束在磁场中的偏转并验证洛仑兹力的规律，演示洛仑兹力的作用，以及观察电子束在电场中的偏转情况。
【操作与现象】阴极射线管的阳极和阴极分别接感应圈的正负极。
在感应圈正确工作时，射线管两极在强电场作用下，从阴极发射电子束---阴极射线，阴极射线经狭缝射在斜置的荧光屏上，可显示为一直线。
以条形磁铁从水平并垂直方向移近射线，可见射线偏转，靠的越近，偏转越甚；改变磁铁的极性，可见偏转方向也改变。
根据磁铁的极性和射线的偏转方向可验证洛仑兹力的规律。
注意：要正确选择感应圈极性，输出电压不要过高。
一、观察电子束在磁场中的偏转1．仪器通电后预热数分钟，顺时针转动“加速极电压”旋钮，可看到从电子枪发出的一束电子射线轨迹（加速电压加100－200之间，不超过250V ）。
2．转动洛仑兹力管，使电子束轨迹直线指向左边与励磁线圈轴线垂直。
3．将“励磁电流”方向开关转到“逆时”（线圈上的逆时针指示灯亮），由右手螺旋法则可知线圈产生的磁场平行于线圈轴线，方向指向观察者，电子束受洛仑兹力作用向下偏转。
当开关转到“顺时”像相反。
二、观察电子束在匀强磁场中作圆周运动1．将“励磁电流幅值” 旋钮顺时针转动，加大励磁电流，可看到电子束轨迹形成一个园（其直径eB mv r D 22==）。
2．在加速度电压不变，加大励磁电流时，磁场B 加大，则圆直径减小。
3．在励磁电流不变时，加大加速极电压时，电子运动速度加大，园直径变大。
三、观察电子束在三维空间的运动轨迹逆时针转动“洛仑管”，当电子束方向与磁场方向平行时，电子不受磁场力的作用，可看到轨迹是一条直线。
当电子束与磁场方向为任意角度时，则可看到电子束轨迹是螺旋线。
四、观察电子束在电场作用下的偏转运动图38-1 洛仑力兹力演示仪——三维电子偏转系统1．将“励磁电流幅值”旋钮逆时针转到最小值，“励磁电流方向”开关转到“断路”，线圈不产生磁场。
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总第322
期
2019年9月
教具设计与制作
旋转摆球式洛伦兹力演示仪*
王 磊 陈建文
摘 要：洛伦兹力的学习是高中物理教学的一个重点和难点，洛伦兹力的实验主要以阴极射线在磁场中偏转的形式为主，设备较昂贵，实验较危险。
研究将范德瓦尔斯起电机原理、洛伦兹力和圆锥摆理论结合起来，制作一种新型的洛伦兹力实验教学仪器，并对该仪器的应用进行探讨。
关键词：洛伦兹力；范氏起电；圆锥摆；实验
作者简介：王磊，硕士，一级教师。
辽宁省盘锦市高级中学，124000陈建文，硕士，一级教师。
辽宁省辽东湾实验高级中学，124000
基金项目：盘锦市教育科学“十三五”规划2018年度立项课题《中学物理科学史与新型实验研究》(编号：PJKG135-2018-001)。
一、洛伦兹力研究的发展背景
自从库仑提出电和磁有本质上的区别以后，安培和毕奥等很多物理学家也都认为电和磁不会有任何关系。
但深受康德哲学思想影响的丹麦物理学家奥斯特始终相信电、磁、光、热等物理现象存在内在联系，尤其是在富兰克林发现莱顿瓶放电能使钢针磁化的现象后，更坚定了他的观点。
经过长期的大量实验探索，终于在1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，开启了电磁学研究的新纪元[1]。
此后，以法、德两国物理学家为代表的“源派”物理学家对电磁学做出了许多重大贡献，例如，库仑建立了库仑定律，安培提出磁现象的本质是电流，建立了两电流元作用力的安培定律，1845年韦伯明确提出带电粒子是既有质量又带电的粒子的概念，认为电就是带电粒子，电流就是带电粒子的运动[2]。
以英国物理学家法拉第、麦克斯韦为代表的“场论派”持近距作用观点，认为电磁作用的媒介物—电磁场是客观存在的特殊形态的物质。
洛伦兹集场、源两派理论之长，把气体分子动理论的成果引入电磁学，将经典电磁理论推向了高峰。
洛伦兹继承了“场论派”近距作用的场观点和源派电的带电粒子的观点并予以结合，洛伦兹认为，一切电作用力归根到底是电场对带电粒子的作用力，表示为
F E (F E =qE )，一切磁作用力归根到底是磁场对运动带电粒子的作用力，所以安培关于两电流元作用力的公式应理
解为一电流元受另一电流元产生的磁场的作用力，因电流是带电粒子的运动，故安培力的本质是磁场对运动带电粒子的作用力，以qv 取代安培力公式F =BIL 中的IL 即可得出F =qvB 。
这是洛伦兹在1982年电子尚未发现、且并无任何实验证据时得出的洛伦兹力公式，简言之，洛伦兹力公式是电磁场和带电粒子两大正确观点相结合的产物和必然结果[3]。
二、洛伦兹力的实验教学现状
中学物理关于洛伦兹力的教学在高中的必修3-1部分，在学习安培力之后，作为对安培力的微观解释理论推出洛伦兹力的教学。
目前我国中学阶段的洛伦兹力学习主要以理论教学的方式。
教师利用辅助教具直观、形象地演示某种科学现象，提高学生的学习兴趣并充分调动积极性，是一种非常有效的教学手段。
洛伦兹力的实验主要以阴极射线在磁场中偏转的形式为主，但是这样的设备对于中学生而言比较昂贵，也比较危险。
由于我国目前的教学仪器设计比较落后，能够在中学课堂普遍推广地、科学有效地演示洛伦兹力的实验仪器还处在待研发状态。
本设计给出一种演示洛伦兹力的设计方案，其设计简单、制作成本低廉、演示效果明显，对学生的启发作用突出。
该装置可以显示出带电小球在磁场中的受力作用，通过改变磁场方向和带电小球的运动方向可以看出
总第322期
2019年9
月带电小球所受洛伦兹力的变化。
以宏观的带电体来演示洛伦兹力的作用，通过带电金属球的圆锥摆来解决宏观带电物体受重力影响而难以演示洛伦兹力作用的问题，用摆绳拉力的竖直分力来平衡重力。
该装置可以让物理课堂上抽象的洛伦兹力变得可视化，有利于学生对于电磁学的观察、学习、理解。
三、洛伦兹力演示仪器的设计1.实验仪器的结构
本设计所述的用于物理实验教学的旋转摆球式洛伦兹力演示仪，其整体结构如图1～图3所示。
该装置主要由两部分构成：范式起电机部分(图1、图2)和洛伦兹力演示仪部分(图3、图4)。
范式起电机部分由集电球腔11、起电机支架12、摩擦带13、导电刷14、摩擦棒15、驱动轮16、电动机17组成。
洛伦兹力演示仪部分由上部支架201、上铁芯202、上线圈203、摆球架204、导电丝205、金属摆球206、真空腔207、下线圈208、下铁芯209、下部支架210、开关211、电源212组成。
图1
范式起电机部分正剖面图
图2 范式起电机部分侧剖面图
2.工作原理
本设计的简要工作原理如下。
集电球腔11由金属材料制成，下部镂空成圆形开口，其表面和开口处打磨光滑架接在起电机支架12上。
起电机支架12由绝缘材料制成，其上部固定安装圆柱形状摩擦棒15，摩擦棒15由聚合物材料制成，起电机支架12下部分为电动机17，电动机17的转轴上安装驱动轮16，驱动轮16和摩擦棒15之间安装摩擦带13，电动机17通电后驱动轮16驱动摩擦带13运转。
摩擦带13摩擦摩擦棒15使摩擦带13带点，导电刷14一端紧贴摩擦带13，另一端连接集电球腔11，将摩擦产生的电荷导入集电球腔中。
因集电球腔11为金属球壳，其表面可以积累大量电荷。
用导线将集电球腔11与洛伦兹演示仪上嵌入摆球架204内部的导电丝205连接，导电丝205悬挂金属摆球206，以此将集电球腔11的电荷导入金属摆球206上，使金属摆球206上带有大量电荷。
金属摆球206由摆球架204悬挂在真空腔207内部，摆球架204固定在真空腔207上，真空腔207由透明绝缘材料制成，其内部抽成真空以尽量避免金属摆球206击穿空气放电。
真空腔207上下均安装有绝缘材料制成的线圈支架，上部支架201和下部支架210。
两支架内部均为空心，上部支架201内部装有上铁芯202，外部绕有上线圈203，下部支架内部装有下铁芯209，外部绕有下线圈208。
两线圈与下部支架上的电源212和开关211连接。
当接通开关211时可以使两线圈中通有同方向直流电流，使真空腔207处于较强的磁场环境中，两铁芯的作用是来增强磁场强度。
改变开关211挡位可以改变电流方向，进而改变两线圈形成的磁场方向。
图3
洛仑兹力演示仪部分剖面图
图4 洛仑兹力演示仪的整体结构图
教具设计与制作
实验中，使金属摆球206带上电荷后，断开金属球腔和金属摆球的导线连接。
晃动整个洛伦兹力演示仪。
使其内部的金属摆球206做大幅度的圆锥摆运动后保持仪器稳定，待金属摆球206稳定圆锥摆旋转后，接通开关211使金属摆球处于竖直方向的磁场中。
此时因金属摆球206本身带有大量电荷，又以垂直磁场的方向运动，金属摆球206会受到一个垂直摆球运动方向的水平洛伦兹力作用。
金属摆球206在突然出现的水平洛伦兹力作用下，圆锥摆的运动半径会突然改变。
在一个新的高度上继续做圆锥摆运动。
本设计通过对圆锥摆运动的金属带电小球突然施加一个径向的洛伦兹力改变带电小球的运动轨迹，将洛伦兹力的作用显现出来。
3.洛伦兹力演示仪器的使用方式
(1)探究磁场方向对洛伦兹力的影响
当金属摆球206带负电后，晃动整个演示仪使金属摆球在轨迹1位置做圆锥摆运动(如图5所示)后，启动开关211选择挡位使上线圈203和下线圈208通电流后形成向下的磁场。
金属小球206因为受到指向内侧的洛仑兹力作用，其运动轨迹由轨迹1迅速变成轨迹2，可以明显看到洛仑兹力的作用。
断开开关211后，金属小球206会因为失去了磁场环境而失去洛仑兹力会回到轨迹1位置圆周运动，此时将开关211接通到第二档位使上线圈203和下线圈209通电流后形成向上的磁场，此时金属小球206因为受到指向外侧的洛仑兹力作用，其运动轨迹由轨迹1迅速变成轨迹3(如图6所示)。
(2)探究电荷运动方向对于洛伦兹力的影响
当金属摆球206带负电后，晃动整个演示仪使金属摆球在轨迹1位置做图5中的圆锥摆运动后，启动开关211选择挡位使上线圈203和下线圈208通电流后形成向下的磁场。
金属小球206因为受到指向内侧的洛仑兹力作用，其运动轨迹由轨迹1迅速变成轨迹2，可以明显看到洛仑兹力的作用。
关闭开关后反向晃动演示仪使金属摆球在轨迹1位置反向圆锥摆运动。
启动开关211选择挡位使上线圈203和下线圈208通电流后仍形成向下的磁场，此时带电金属摆球206受到向外的洛伦兹力作用迅速变化到4轨道做圆周运动(如图7所示)。
图5 图6 图7
四、洛伦兹力演示仪器的优点
(1)实验效果明显，课堂吸引力强。
(2)巧妙地将范式起电机与洛伦兹力、圆周运动结合，可以用来验证电学，磁学，运动学等多种物理原理。
(3)本设计以宏观的带电体来显示洛伦兹力的作用，将洛伦兹力宏观化。
(4)本设计结实耐用、不易损坏、使用周期长、展示效果明显。
(5)本设计结构简单，可以推广使学生进行分组
实验。
参考文献
[1] 王富民.奥斯特实验的重大意义[J].物理教
学,2012(10):62-63.
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总第322
期2019年9月。