磁場專題三帶電粒子在復合場中的運動

磁場專題三帶電粒子在復合場中的運動2005年12月2日1第1頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月２００8年考綱要求1電流的磁場.Ⅰ2磁感應強度、磁感線Ⅰ3安培力安培力的方向Ⅰ4勻強磁場中的安培力.Ⅱ5洛侖茲力洛侖茲力的方向Ⅰ6洛侖茲力的公式.帶電粒子在勻強磁場中的運動Ⅱ7質(zhì)譜儀.回旋加速器Ⅰ只要求掌握直導線跟B平行或垂直兩種情況下的安培力只要求掌握v跟B平行或垂直兩種情況下的洛侖磁力說明：第2頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月知識網(wǎng)絡磁場的產(chǎn)生磁體周圍產(chǎn)生磁場電流周圍產(chǎn)生磁場安培分子電流假說磁場的描述定量描述：磁感應強度形象描述：磁感線幾種典型磁場的磁感線分布條形磁鐵蹄形磁鐵勻強磁場均勻輻向磁場直線電流環(huán)形電流通電螺線管地磁場磁場第3頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月磁場對電流的作用大小B∥L，F(xiàn)=0B⊥L，F(xiàn)=BIL方向：左手定則電流表的工作原理磁場對運動電荷的作用大小v∥B，F(xiàn)=0v⊥B，F(xiàn)=Bqv方向：左手定則帶電粒子在勻強磁場中做圓周運動軌道半徑運動周期重要應用質(zhì)譜儀回旋加速器……第4頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月一．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）周圍存在磁場奧斯特實驗南北放置導線通電后發(fā)生偏轉(zhuǎn)電流產(chǎn)生磁場電荷運動產(chǎn)生磁場一、磁場的描述變化的電場在周圍空間產(chǎn)生磁場（麥克斯韋）。第5頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月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電流對電流的作用第6頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月3、磁體間相互作用的本質(zhì)磁場磁體磁體磁體或電流磁體或電流磁場第7頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月4、磁現(xiàn)象的電本質(zhì)安培分子電流假說：在原子、分子等物質(zhì)微粒內(nèi)部存在一種環(huán)形電流——分子電流，分子電流使每個物質(zhì)微粒都成為微小的磁體，它的兩側(cè)相當于兩個磁極。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)生的第8頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)：磁場的基本特性之一就是對處于其中的磁體、電流或運動電荷有力的作用。磁極與磁極之間、磁體與電流之間、電流與電流之間的作用力都是通過自己的磁場而作用于對方的。５、磁場的方向：規(guī)定在磁場中任一點，小磁針靜止時N極指向（即N極的受力方向）就是該點的磁場方向。（注意：不是電流的受力方向）磁場的方向小磁針靜止時N極指向N極的受力方向磁感線某點的切線方向磁感應強度的方向五個方向的統(tǒng)一：第9頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月6、磁感線⑴用來形象地描述磁場中各點的磁場方向和強弱的假想曲線

⑵磁感線上每一點的切線方向就是該點的磁場方向，即小磁針N極在該點的受力方向或靜止時的指向⑶磁感線的疏密表示磁場的強弱⑷磁感線是封閉曲線（和靜電場的電場線不同）

第10頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月幾種磁場的磁感線：第11頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月安培定則（右手螺旋定則）：對直導線，四指指磁感線方向；對環(huán)行電流，大拇指指中心軸線上的磁感線方向；對長直螺線管大拇指指螺線管內(nèi)部的磁感線方向。第12頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月③通電直導線判斷方法：立體圖縱截面圖橫截面圖④環(huán)形電流判斷方法：立體圖縱截面圖橫截面圖第13頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月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⑥地磁場１．地磁場的Ｎ極在地球的南端（東經(jīng)１３９．９度，南緯６６．６度的南極洲威爾斯附近；Ｓ極在地球的北端西經(jīng)１００．５度，東經(jīng)７５．５度的北美洲帕里群島附近；２．水平分量從南到北，豎直分量北半球垂直地面向下，南半球垂直地面向上；３．赤道平面，距離地面高度相等的點Ｂ的大小和方向相同．第14頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月7、磁感應強度描述磁場的強弱與方向的物理量⑴定義：在磁場中垂直磁場方向的通電導線，受到的安培力跟電流和導線長度的乘積的比值。⑵表達式：單位：特斯拉（T）⑶矢量：方向為該點的磁場方向，即通過該點的磁感線的切線方向第15頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月⑴電流磁場方向的判斷★在地球赤道上空有一小磁針處于水平靜止狀態(tài)，突然發(fā)現(xiàn)小磁針N極向東偏轉(zhuǎn)，由此可知（）A．一定是小磁針正東方向上有一條形磁鐵的N極靠近小磁針B．一定是小磁針正東方向上有一條形磁鐵的S極靠近小磁針C．可能是小磁針正上方有電子流自南向北水平通過D．可能是小磁針正上方有電子流自北向南水平通過

第16頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月★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軸負方向C．沿z軸正方向D．沿z軸負方向

第17頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月★下列說法中正確的是 （）A．磁感線可以表示磁場的方向和強弱B．磁感線從磁體的N極出發(fā)，終止于磁體的S極C．磁鐵能產(chǎn)生磁場，電流也能產(chǎn)生磁場

D．放入通電螺線管內(nèi)的小磁針，根據(jù)異名磁極相吸的原則，小磁針的N極一定指向通電螺線管的S極

⑵磁感線第18頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月⑶磁感應強度的定義★關于磁感應強度，下列說法中錯誤的是 （）A．由B=可知，B與F成正比，與IL成反比B．由B=可知，一小段通電導體在某處不受磁場力，說明此處一定無磁場C．通電導線在磁場中受力越大，說明磁場越強

D．磁感應強度的方向就是該處電流受力方向

第19頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月⑷磁感應強度的矢量性★兩根長直通電導線互相平行，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，兩通電導線在C處的磁場的磁感應強度的值都是B，則C處磁場的總磁感應強度是（）A．2B B．BC．0 D．B

第20頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1、磁場對電流的作用力安培力⑴方向：左手定則磁場方向判斷下列通電導線的受力方向電流方向電流方向安培力方向二．安培力及判定安培力作用下物理運動方向?qū)ｎ}第21頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月判斷下列導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=0如B與I成任意角則把L投影到與B垂直和平行的方向上與B垂直的為有效L為在磁場中的有效長度F=BILsinθB與I的夾角第22頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2、通電導線在安培力作用下運動的定性判斷第23頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月3、電流在安培力作用下的定量計算問題★一圓形線圈，半徑為r，通以電流強度為I的電流，放在光滑水平面上，勻強磁場的磁感應強度大小為B，方向豎直向下，如圖所示（俯視圖），則線圈截面上張力大小為：（）

A．2BIrB．0.5BIr

C．BIrD．不能求解★如圖，相距20cm的兩根光滑平行銅導軌，導軌平面傾角為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軌上，必須通以多大的電流。第24頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月★如圖所示，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軌上滑行。導軌間距離為d=10cm，電阻不計。導軌平面與水平面的夾角θ=30°，整個裝置放在磁感應強度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軌上?！锶鐖D所示，兩根平行光滑軌道水平放置，相互間隔d=0.1m，質(zhì)量為m=3g的金屬棒置于軌道一端.勻強磁場B=0.1T，方向豎直向下，軌道平面距地面高度h=0.8m，當接通開關S時，金屬棒由于受磁場力作用而被水平拋出，落地點水平距離s=2m，求接通S瞬間，通過金屬棒的電量.Bhs第25頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月★在磁感應強度B=0.08T，方向豎直向下的勻強磁場中，一根長l1=20cm，質(zhì)量m=24g的金屬橫桿水平地懸掛在兩根長均為24cm的輕細導線上，電路中通以圖示的電流，電流強度保持在2.5A，橫桿在懸線偏離豎直位置θ=30°處時由靜止開始擺下，求橫桿通過最低點的瞬時速度大小?！?02上海)磁場具有能量，磁場中單位體積所具有的能量叫做能量密度，其值為B2/2μ，式中B是磁感強度，μ是磁導率，在空氣中μ為一已知常數(shù)。為了近似測得條形磁鐵磁極端面附近的磁感應強度B，一學生用一根端面面積為A的條形磁鐵吸住一相同面積的鐵片P，再用力將鐵片與磁鐵拉開一段微小距離Δl，并測出拉力F，如圖所示。因為F所作的功等于間隙中磁場的能量，所以由此可得磁感強度B與F、A之間的關系為B＝

。第26頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第二課時磁場對運動電荷的作用一、洛侖茲力磁場對運動電荷的作用力1、大小：F洛=Bqv當B∥v時，電荷不受洛侖茲力當B⊥v時，電荷所受洛侖茲力最大當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，或負電荷運動的反方向。3、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。4、洛侖茲力與安培力的關系洛侖茲力是安培力的微觀表現(xiàn)，安培力是洛侖茲力的宏觀體現(xiàn)第27頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月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無關二、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a、兩個速度方向垂直線的交點。（常用在有界磁場的入射與出射方向已知的情況下）VO第28頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月b、一個速度方向的垂直線和一條弦的中垂線的交點O②半徑的確定應用幾何知識來確定?、圻\動時間：3、理解與鞏固★兩個粒子帶電量相等，在同一勻強磁場中只受磁場力而做勻速圓周運動，則()A.若速率相等，則半徑相等

B.若速率相等，則周期相等

C.若動量大小相等，則半徑相等

D.若動能相等，則周期相等第29頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月★如圖所示，在長直導線中有恒電流I通過，導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★垂直紙面向外的勻強磁場僅限于寬度為d的條形區(qū)域內(nèi)，磁感應強度為B．一個質(zhì)量為m、電量為q的粒子以一定的速度垂直于磁場邊界方向從a點垂直飛入磁場區(qū)，如圖所示，當它飛離磁場區(qū)時，運動方向偏轉(zhuǎn)θ角．試求粒子的運動速度v以及在磁場中運動的時間t．第30頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月4、帶電粒子在有界磁場中運動問題分類解析OBSVθP圖1一、帶電粒子在半無界磁場中的運動MNO,LAO圖3P二、帶電粒子在圓形磁場中的運動BABdVV300O圖5三、帶電粒子在長足夠大的長方形磁場中的運動llr1OV+qV圖6四、帶電粒子在正方形磁場中的運動五、帶電粒子在環(huán)狀磁場中的運動名師1號P298第17題第31頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月★第32頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月★第34頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月★第35頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月三、帶電體在復合場中的運動1、帶電粒子在電場、磁場、重力場中的運動，簡稱帶電粒子在復合場中的運動，一般具有較復雜的運動圖景。這類問題本質(zhì)上是一個力學問題，應順應力學問題的研究思路和運用力學的基本規(guī)律?！舴治鰩щ娏Ｗ釉陔妶?、磁場中運動，主要是兩條線索：⑴力和運動的關系。根據(jù)帶電粒子所受的力，運用牛頓第二定律并結(jié)合運動學規(guī)律求解。⑵功能關系。根據(jù)場力及其它外力對帶電粒子做功引起的能量變化或全過程中的功能關系，從而可確定帶電粒子的運動情況，這條線索不但適用于均勻場，也適用于非均勻場。因此要熟悉各種力做功的特點?！魩щ婓w在復合場中受力情況復雜運動情況多變，往往出現(xiàn)臨界問題，應以題中“最大”、“最高”、“至少”等詞語為突破口，挖掘隱含條件，根據(jù)臨界條件列出輔助方程，再與其它方程聯(lián)立求解。第36頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月帶電粒子在電場磁場中的運動帶電粒子在電場中的運動直線運動：如用電場加速或減速粒子帶電粒子在磁場中的運動直線運動（當帶電粒子的速度與磁場平行時）帶電粒子在復合場中的運動直線運動：垂直運動方向的力必定平衡偏轉(zhuǎn)：類似平拋運動，一般分解成兩個分運動求解圓周運動：以點電荷為圓心運動或受裝置約束運動圓周運動（當帶電粒子的速度與磁場垂直時）圓周運動：重力與電場力一定平衡，由洛倫茲力提供向心力一般的曲線運動第37頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2、帶電體在復合場中運動問題分析⑴組合場（電場與磁場沒有同時出現(xiàn)在同一區(qū)域）★試質(zhì)譜儀名師1號P293第13題第38頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月★第40頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月回旋加速器名師1號P2