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文檔簡介

磁場專題一.磁場的描述及本質(zhì)二.磁場中的通電導(dǎo)線和運動電荷1.磁場對通電導(dǎo)線的作用及通電導(dǎo)線在磁場中的靜止平衡1)安培力的確定;2)電路知識;3)共點力的平衡等知識的綜合應(yīng)用2.磁場對運動電荷的作用及帶電粒子在磁場中的運動1)在勻強磁場中的圓周運動2)在組合場中的分段運動3)在疊合場中的幾種情形一.磁場及其磁場的描述專題1)磁場的產(chǎn)生⑴磁體的周圍存在磁場(與電場一樣是一種特殊物質(zhì))⑵電流(運動電荷)周圍存在磁場南北放置導(dǎo)線通電后發(fā)生偏轉(zhuǎn)電流產(chǎn)生磁場電荷運動產(chǎn)生磁場1、磁場及其描述2)磁場的基本性質(zhì)對放入其中的磁體、電流(運動電荷)有力的作用同名磁極相互排斥異名磁極相互吸引⑴⑵磁體對電流的作用⑶電流對電流的作用2、磁現(xiàn)象的電本質(zhì)安培分子電流假說:解釋磁化、消磁現(xiàn)象不顯磁性顯磁性磁化消磁總結(jié):一切磁現(xiàn)象都是由電荷的運動產(chǎn)生的1)磁感線:3、磁場描述2)磁感應(yīng)強度:描述磁場的強弱與方向的物理量定義式:單位:特斯拉(T)方向與安培力方向垂直,遵循左手定則4、地磁場1)地球是一個巨大的磁體.2)地磁場:地球由于本身具有磁性而在其周圍形成的磁場叫地磁場.地磁的北(N)極在地理的南極附近,地磁的南(S)極在地理的北極附近.北半球地面附近地磁豎直分量向上南半球地面附近地磁豎直分量向下。1、關(guān)于磁感應(yīng)強度,下列說法中正確的是()A.由

可知,B與F成正比,與IL成反比B.由

可知,一小段通電導(dǎo)體在某處不受磁場力,說明此處一定無磁場C.通電導(dǎo)線在磁場中受力越大處,磁場一定越強;D.磁感應(yīng)強度的方向與該處通電導(dǎo)線所受安培力方向垂直。題型:對磁感線、磁感應(yīng)強度的認(rèn)識2、兩根長直通電導(dǎo)線互相平行,電流方向相同.它們的截面處于一個等邊三角形ABC的A和B處.如圖所示,兩通電導(dǎo)線在C處的磁場的磁感應(yīng)強度的值都是B,則C處磁場的總磁感應(yīng)強度是()A.2B B.BC.0 D.B

DD二、電流的磁場安培定則(右手螺旋定則)③通電直導(dǎo)線立體圖縱截面圖橫截面圖判斷方法:判斷方法:④環(huán)形電流立體圖縱截面圖橫截面圖⑤通電螺線管判斷方法電流安培定則(二)立體圖橫截面圖縱截面圖題型:電流磁場方向的判斷

例、

一束電子流沿x軸正方向高速運動,如圖所示,則電子流產(chǎn)生的磁場在z軸上的點P處的方向是()A.沿y軸正方向B.沿y軸負(fù)方向C.沿z軸正方向D.沿z軸負(fù)方向A三.安培力及安培力作用下通電導(dǎo)體運動1、安培力⑴方向:左手定則判斷下列導(dǎo)線的電流方向或磁場方向或受力方向⑵大小F=BILB⊥I如B∥I則F=0B與I成任意角F=BILsinθL為在磁場中的有效長度2、通電導(dǎo)線在安培力作用下運動的定性判斷例11.如圖所示,把一根通電直導(dǎo)線AB放在馬蹄形磁鐵的正上方,導(dǎo)線可以自由移動,不計重力,當(dāng)導(dǎo)線通以向右的電流I時,導(dǎo)線的運動情況是:(從上向下看)()A.順時針方向轉(zhuǎn)動,同時下降.B.順時針方向轉(zhuǎn)動,同時上升.C.逆時針方向轉(zhuǎn)動,同時下降.D.逆時針方向轉(zhuǎn)動,同時上升.例10.如圖所示,原來靜止的圓形線圈通以順時針方向的電流I1,在其直徑AB上靠近B點放一根垂直于線圈平面的固定不動的長通電直電流I2,電流方向如圖,在磁場作用下圓電流I1將()A.靜止不動B.以直徑AB為軸轉(zhuǎn)動C.向左移動D.向右移動I1I2ABBCNSIABC例、如圖,有一金屬棒ab,質(zhì)量為m=5g,電阻R=1Ω,可以無摩擦地在兩條平行導(dǎo)軌上滑行。導(dǎo)軌間距離為d=10cm,電阻不計。導(dǎo)軌平面與水平面的夾角θ=30°,整個裝置放在磁感應(yīng)強度B=0.4T的勻強磁場中,磁場方向豎直向上。電源的電動勢E=2V,內(nèi)電阻r=0.1Ω,試求變阻器取值是多少時,可使金屬棒靜止在導(dǎo)軌上。3、電流在安培力作用下的定量計算問題BGFNF受力平衡安培力的確定閉合電路歐姆定律例2、如圖,相距20cm的兩根光滑平行銅導(dǎo)軌,導(dǎo)軌平面傾角為θ=370,上面放著質(zhì)量為80g的金屬桿ab,整個裝置放在B=0.2T的勻強磁場中.(1)若磁場方向豎直向下,要使金屬桿靜止在導(dǎo)軌上,必須通以多大的電流.(2)若磁場方向垂直斜面向下,要使金屬桿靜止在導(dǎo)軌上,必須通以多大的電流。BGFNF題型:通電導(dǎo)線的平衡BGFNF2、計算公式:(1)v⊥B

時:洛倫茲力最大為(2)v與B成時,(3)v∥B時:洛倫茲力最小為零n:單位體積內(nèi)的電荷數(shù)S:導(dǎo)體截面積V:電荷運動速度q:電荷的電量LS把安培力看作是大量運動電荷所受洛侖茲力的合力B1B21、公式推導(dǎo)+vB+v四、磁場對運動電荷的作用專題1、洛侖茲力磁場對運動電荷的作用力1)大小:F洛=qBv當(dāng)B∥v時,電荷不受洛侖茲力F=0當(dāng)B⊥v時,電荷所受洛侖茲力最大當(dāng)B與v成θ角時,F(xiàn)洛=Bqvsinθ2)方向:用左手定則判斷F洛+v注意:四指的方向為正電荷的運動方向,或負(fù)電荷運動的反方向。1)特點:洛侖茲力始終與電荷運動方向垂直,只改變速度的方向,而不改變速度的大小,所以洛侖茲力不做功。2)洛侖茲力與安培力的關(guān)系洛侖茲力是安培力的微觀實質(zhì),安培力是洛侖茲力的宏觀體現(xiàn)2)運動方向與磁場方向垂直,做勻速圓周運動⑴洛侖茲力提供向心力⑵軌道半徑:⑶周期:與v、r無關(guān)2、帶電粒子(不計重力)在勻強磁場中的運動1)運動方向與磁場方向平行,做勻速直線運動⑷圓心、半徑、運動時間的確定①圓心的確定②半徑的確定③運動時間:例、如圖所示,在長直導(dǎo)線中有恒電流I通過,導(dǎo)線正下方電子初速度v0方向與電流I的方向相同,電子將()

A.沿路徑a運動,軌跡是圓

B.沿路徑a運動,軌跡半徑越來越大

C.沿路徑a運動,軌跡半徑越來越小

D.沿路徑b運動,軌跡半徑越來越大D3、帶電粒子在有界磁場中運動問題分類解析OBSVθP1)帶電粒子在半無界磁場中的運動MNO,LAOP4)帶電粒子在圓形磁場中的運動BABdVV300O2)帶電粒子在長足夠大的長方、形磁場中的運動llr1OV+qV3)帶電粒子在正方形磁場中的運動例1、如圖所示,在第Ⅰ象限內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場,一對正、負(fù)電子分別以相同速率沿與x軸成30°角的方向從原點射入磁場,則正、負(fù)電子在磁場中運動的時間之比為(

)A.1∶2

B.2∶1C.1∶

D.1∶1

B[思路]

畫出粒子的運動軌跡,利用圓周運動規(guī)律和幾何知識求出粒子的比荷.

圓軌道的圓心位于OA的中垂線上,由幾何關(guān)系可得解:由洛倫茲力公式和牛頓定律可得:例2、如圖所示,在y<0的區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場,磁場方向垂直于xOy平面并指向紙面外,磁感應(yīng)強度為B.一帶正電的粒子以速度v0從O點射入磁場,入射方向在xOy平面內(nèi),與x軸正向的夾角為θ.若粒子射出磁場的位置與O點的距離為L,求該粒子的電荷量和質(zhì)量之比例4、一個質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子從x軸上的P(a,0)點以速度v,沿與x正方向成60°的方向射入第一象限內(nèi)的勻強磁場中,并恰好垂直于y軸射出第一象限。求勻強磁場的磁感應(yīng)強度B和射出點的坐標(biāo)。yxoBvvaO/射出點坐標(biāo)為(0,)例5、如圖所示真空中寬為d的區(qū)域內(nèi)有強度為B的勻強磁場方向如圖,質(zhì)量m帶電-q的粒子以與CD成θ角的速度VO垂直射入磁場中。要使粒子必能從EF射出,則初速度VO應(yīng)滿足什么條件?EF上有粒子射出的區(qū)域?當(dāng)入射速度較小時電子從同一側(cè)射出,速率越大,軌道半徑越大;當(dāng)軌道與邊界相切時,電子恰好不能從另一側(cè)射出;當(dāng)速率大于這個臨界值時便從右邊界射出,借助幾何知識即可求解速度的臨界值;對于射出區(qū)域,只要找出上下邊界即可。(1)質(zhì)譜儀:可以用來測定帶電粒子的荷質(zhì)比。也可以在已知電量的情況下測定粒子質(zhì)量。帶電粒子質(zhì)量m,電荷量q,由電壓U加速后垂直進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場,設(shè)軌道半徑為r

,有:4.組合場

(2)回旋加速器工作原理:1)電場加速

2)磁場偏轉(zhuǎn)工作條件:周期相等例6、如圖所示的坐標(biāo)系,x軸沿水平方向,y軸沿豎直方向。在x軸上方空間的第一、第二象限內(nèi),既無電場也無磁場,第三象限,存在沿y軸正方向的勻強電場和垂直xy平面(紙面)向里的勻強磁場,在第四象限,存在沿y軸負(fù)方向、場強大小與第三象限電場場強相等的勻強電場。一質(zhì)量為m、電量為q的帶電質(zhì)點,從y軸上y=h處的P1點以一定的水平初速度沿x軸負(fù)方向進入第二象限。然后經(jīng)過x軸上x=-2h處的P2點進入第三象限,帶電質(zhì)點恰好能做勻速圓周運動,之后經(jīng)過y軸上y=-2h處的P3點進入第四象限。已知重力加速度為g。求:(1)粒子到達P2點時速度的大小和方向;(2)第三象限空間中電場強度和磁感應(yīng)強度的大小;(3)帶電質(zhì)點在第四象限空間運動過程中最小速度的大小和方向。解析:(1)質(zhì)點從P1到P2,由平拋運動規(guī)律

求出(2)質(zhì)點從P2到P3,重力與電場力平衡,洛侖茲力提供向心力

Eq=mg解得方向與x軸負(fù)方向成45°角(3)質(zhì)點進入第四象限,水平方向做勻速直線運動,豎直方向做勻減速直線運動。當(dāng)豎直方向的速度減小到0。此時質(zhì)點速度最小,即v在水平方向的分量方向沿x軸正方向例7、如圖所示,在xOy平面上內(nèi),x軸上方有磁感應(yīng)強度為B,方向垂直xOy平面指向紙里的勻強磁場,x軸下方有場強為E、方向沿y軸負(fù)方向的勻強磁場,現(xiàn)將一質(zhì)量為m,電量為e的電子,從y軸上M點由靜止釋放,要求電子進入磁場運動可通過x軸上的P點,P點到原點的距離為L,(1)M點到原點O的距離y要滿足的條件.(2)電子從M點運動到P點所用的時間.(2)yExBO·Pe-M解:(1)粒子運動軌跡如圖:(1)帶電微粒在三種場共存區(qū)域中做直線運動。當(dāng)其速度始終平行于磁場時,不受洛倫茲力,可能做勻速運動也可能做勻變速運動;當(dāng)其速度垂直于磁場時,只能做勻速直線運動。(2)帶電微粒在三個場共同作用下做勻速圓周運動。必然是電場力和重力平衡,而洛倫茲力充當(dāng)向心力。(3)帶電微粒在三種場共存區(qū)域中做曲線運動時。用動能定理求解,注意三種力做功的特點。5、疊合場問題基本題型及處理方法mgqvBEBqE1)速度選擇器(3)注意電場、磁場和速度的方向搭配。說明:(1)速度選擇器只選擇速度,與電荷的正負(fù)無關(guān);(2)帶電粒子的穿出速度唯一電場力將大于洛倫茲力,帶電粒子向電場力方向偏轉(zhuǎn),電場力做正功,動能將增大,洛倫茲力也將增大;電場力將小于洛倫茲力,帶電粒子向磁場力方向偏轉(zhuǎn),電場力做負(fù)功,動能將減小,洛倫茲力也將減??;

+++++++v等離子體發(fā)電機(磁流體發(fā)電)

電磁流量計霍爾效應(yīng)所以,流量Q=V體積/t=vS=vd2=dU/BEB例8、一個帶電微粒在圖示的正交勻強電場和勻強磁場中在豎直面內(nèi)做勻速圓周運動。則該帶電微粒必然帶

,旋轉(zhuǎn)方向為

。若已知圓半徑為r,電場強度為E磁感應(yīng)強度為B,則線速度為

。2)帶電微粒在重力、電場力、磁場力共同作用下的運動例9.如圖所示,空間某一區(qū)域內(nèi)同時存在豎直向下的勻強電場、垂直紙面向里的勻強磁場。帶電微粒a、b、c所帶電荷電性和電量都相同,以相同的速率在此空間分別向右、向左、向里做勻速運動。有以下判斷:①它們都帶負(fù)電;②它們都帶正電;③b的質(zhì)量最大;④a的質(zhì)量最大。以上判斷正確的是()A.①③B.②④C.①④D.②③abcEB負(fù)A

逆時針v1v2mgqv1BqEf1NmgqEmgqv2BqEh1h2S例10、設(shè)空間存在水平向右的勻強電場,場強為E和垂直紙面向里的勻強磁場磁感應(yīng)強度為B,如圖所示,已知帶有正電q的物塊靠在墻壁上從靜止開始下滑h1恰好離開墻壁。物塊在重力電場力和洛侖茲力的作用下,隨后沿曲線再下落h2到P點沿與水平方向成θ

角做直線運動。試求1)克服摩擦力做的功。2)P點到墻壁的水平距離P例6.質(zhì)量為m帶電量為q的小球套在豎直放置的絕緣桿上,球與桿間的動摩擦因數(shù)為μ。勻強電場和勻強磁場的方向如圖所示,電場強度為E,磁感應(yīng)強度為B。小球由靜止釋放后沿桿下滑。設(shè)桿足夠長,電場和磁場也足夠大,求運動過程中小球的最大加速度和最大速度。EBqEqvBmgfN最大加速度為g,此時有:qvB=qE,N=0,f=0當(dāng)摩擦力和重力大小相等時,小球速度達到最大若將磁場反向,其余條件不變。最大加速度和最大速度又各是多少?EBqEqvBmgfN開始的加速度最大為摩擦力等于重力時速度最大,為如圖,在平板MN的上方有勻強磁場,磁感應(yīng)強度的大小為B,方向如圖。許多質(zhì)量為m帶電量為+q的粒子,以相同的速率v沿位于紙面內(nèi)的各個方向,由小孔O射入磁場區(qū)域。不計重力,不計粒子間的相互影響。下列圖中陰影部分表示帶電粒子可能經(jīng)過的區(qū)域,其中。哪個圖是正確的?()A總結(jié):此種情形向各個方向運動的粒子運動的軌跡都是半徑相同的圓,通過旋轉(zhuǎn)圓的辦法,就可以把這些不同圓的軌跡找到,同時也可找到有關(guān)要求的范圍。當(dāng)大量的帶電粒子以相同的速率從同一位置射入時:1)如從同一邊界射入的粒子,從同一邊界射出時,速度與邊

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