电磁学

磁场与磁力

探究磁场对运动电荷与载流导线的作用力。检验 $F = qvB\sin\theta$ 与 $F = BIl\sin\theta$ ，观察磁场变化时的弯曲/回旋轨道。

高中

器材

磁场中电荷/导线的模型
磁感应强度 B 与角度/速度滑块
F 随 B 与 θ 的定量关系图

实验步骤

改变磁场
在图1中拖动"磁场/水平"滑块，观察粒子轨道：B 越大，按 $r = mv/(qB)$ 轨道半径越小。读取读数并记录两组 (B, r)。各图的"暂停"按钮便于精确读数。
检验角度依赖
用"角度/速度"滑块改变 $\vec v$ （或电流 I）与 $\vec B$ 的夹角。在图2中检验 $F = BIl\sin\theta$ ： $\theta = 90°$ 时 F 最大，平行时为0。改变速度可见单个电荷 $F \propto v$ 。
手则与预测
每次移动滑块前，先用左手定则（ $\vec F = q\vec v \times \vec B$ ）预测力的方向，再与模拟对照。反转电荷符号（反转 v 或 B）可见力反向。结论：磁力始终垂直于速度、不做功——只使轨道弯曲。

模拟

实验历史

1820年，汉斯·克里斯蒂安·奥斯特发现电流使磁针偏转——电与磁的第一个联系。几周内，安德烈-马里·安培测出平行载流导线间的力并建立电流相互作用定律；毕奥与萨伐尔给出了电流元周围磁场的公式

dB \propto I\,dl\sin\theta/r^2

。 1895年，亨德里克·洛伦兹写出合并电力与磁力的一般形式

\vec F = q\vec E + q\vec v \times \vec B

——即沿用至今的"洛伦兹力"。J.J.汤姆孙用阴极射线在电、磁场中的偏转（1897年）测出

e/m

，开启了粒子时代；同一原理也是回旋加速器（劳伦斯，1930年）与质谱仪的基础。

相关物理学家

迈克尔·法拉第 James Clerk Maxwell

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