资源描述
Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,磁 场,w_zaiyun,知识结构,磁场,磁场的产生,永磁体磁场,电流磁场,直线电流磁场,通电螺线管磁场,定义：,B=F/IL,单位,:,特（,T,）,矢量性：,B,的方向即磁场方向；,B,、,F,、,L,的方向关系由左手定则确定。,磁感线,意义：磁感线的疏密表示磁场强弱；磁感线的切线方向表示磁场方向。,安培力,F=BIL,方向：左手定则,洛仑兹力,f=BqV,方向：左手定则,带电粒子在磁场中的运动只受洛仑力，且,Bv,时有：,Bqv=mv,2,/R,R=mv/Bq;,T=2,m/Bq,磁感强度,磁场的性质,第一部分 磁场的基本概念,1,、磁场的产生,磁体的周围存在磁场（与电场一样是一种特殊物质）,电流周围存在磁场,奥斯特实验,南北放置,导线通电后发生偏转,电流产生磁场,电荷运动产生磁场,2,、磁场的基本性质,对放入其中的,磁体,、,电流,有力的作用,同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,磁体对电流的作用,电流对电流的作用,3,、磁体间相互作用的本质,磁体,磁场,磁体,磁体或电流,磁体或电流,4,、磁现象的电本质,安培分子电流假说：,在原子、分子等物质微粒内部存在一种环形电流,分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。,解释磁化、消磁现象,不显磁性,显磁性,磁化,消磁,总结：一切磁现象都是由,电荷的运动,产生的,磁场,5,、磁场的方向：,规定为小磁针,N,极,在磁场中的受力方向。或小磁针静止时,N,极,所指的方向！,6,、磁感线,用来形象地描述磁场中各点的磁场方向和强弱的假想曲线,磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向，即小磁针,N,极在该点的受力方向或静止时的指向,磁感线的疏密表示磁场的强弱,磁感线是封闭曲线（和静电场的电场线不同）,几种磁场的磁感线,条形磁铁,蹄形磁铁,通电直导线,判断方法：,立体图,纵截面图,横截面图,环形电流,判断方法：,立体图,纵截面图,横截面图,通电螺线管,判断方法,电流,安培定则（二）,立体图,横截面图,纵截面图,地磁场,7,、磁感应强度,-,描述磁场的强弱与方向的物理量,定义：在磁场中垂直磁场方向的通电导线，受到的安培力跟电流和导线长度的乘积的比值。,表达式：,单位：特斯拉（,T,）,矢量：方向为该点的磁场方向，即通过该点的磁感,线的切线方向,第二部分 磁场对电流的作用力 磁电式仪表,1,、磁场对电流的作用力,安培力,方向：左手定则,磁场方向,电流方向,电流方向,判断下列通电导线的受力方向,安培力方向,判断下列导线的电流方向或磁场方向或受力方向,大小,F=BIL,BI,如,BI,则,F=0,如,B,与,I,成任意角则把,L,投影到与,B,垂直和平行的方向上,与,B,垂直的为有效,L,为在磁场中的有效长度,F=BILsin,B,与,I,的夹角,2,、通电导线在安培力作用下运动的定性判断,3,、电流在安培力作用下的定量计算问题,例,1,：,如图，相距,20cm,的两根光滑平行铜导轨，导轨平面倾角为,=37,0,，上面放着质量为,80g,的金属杆,ab,，整个装置放在,B,=0.2T,的匀强磁场中,.,(1),若磁场方向竖直向下，要使金属杆静止,在导轨上，必须通以多大的电流,.,(2),若磁场方向垂直斜面向下，要使金属杆,静止在导轨上，必须通以多大的电流。,例,2,：,如图所示，有一金属棒,ab,，质量为,m,=5g,，电阻,R,=1,，可以无摩擦地在两条平行导轨上滑行。导轨间距离为,d,=10cm,，电阻不计。导轨平面与水平面的夹角,=30,，整个装置放在磁感应强度,B,=0.4T,的匀强磁场中，磁场方向竖直向上。电源的电动势,E,=2V,，内电阻,r,=0.1,，试求变阻器取值是多少时，可使金属棒静止在导轨上。,例,3,：,在磁感应强度,B,=0.08T,，方向竖直向下的匀强磁场中，一根长,l,1,=20cm,，质量,m,=24g,的金属横杆水平地悬挂在两根长均为,24cm,的轻细导线上，电路中通以图示的电流，电流强度保持在,2.5A,，横杆在悬线偏离竖直位置,=30,处时由静止开始摆下，求横杆通过最低点的瞬时速度大小。,B,h,s,例,4,：,如图所示，两根平行光滑轨道水平放置，相互间隔,d=0.1m,，质量为,m=3g,的金属棒置于轨道一端,.,匀强磁场,B=0.1T,，方向竖直向下，轨道平面距地面高度,h=0.8m,，当接通开关,S,时，金属棒由于受磁场力作用而被水平抛出，落地点水平距离,s=2m,，求接通,S,瞬间，通过金属棒的电量,.,4,、电流表的工作原理,构造：由,辐向均匀,分布的磁场和放入其中的可转动的线圈组成。（如图）,工作原理,线圈中有电流时，受磁场力的作用而转动，当磁场力矩与弹簧的扭转力矩相等时，线圈停止转动；且有,I,，因此由电流表指针的偏转角度可得电流大小，且电流表刻度是均匀的。,第三部分 磁场对运动电荷的作用,一、洛仑兹力,磁场对运动电荷的作用力,1,、大小：,F,洛,=q,v,B,（,v,为电荷相对,B,的速度）,当,B,v,时，电荷不受洛仑兹力,当,B,v,时，电荷所受洛仑兹力最大,当,B,与,v,成,角时，,F,洛,=Bq,v,sin,2,、方向：用左手定则判断,F,洛,+,v,注意：,四指的方向为正电荷的运动方向，或负电荷运动的反方向。,3,、特点：洛仑兹力始终与电荷运动方向垂直，只改变速度的方向，而不改变速度的大小，所以洛仑兹力不做功。,4,、洛仑兹力与安培力的关系,洛仑兹力是安培力的微观表现，安培力是洛仑兹力的宏观体现,2,、运动方向与磁场方向垂直，做匀速圆周运动,洛仑兹力提供向心力,:,轨道半径：,周期：,与,v,、,r,无关,二、带电粒子（不计重力）在匀强磁场中的运动,1,、运动方向与磁场方向平行，做匀速直线运动,圆心、半径、运动时间的确定,圆心的确定,a,、两个速度方向垂直线的交点。（常用在有界磁场的入射与出射方向已知的情况下）,V,O,b,、一个速度方向的垂直线和一条弦的中垂线的交点,O,半径的确定,应用几何知识来确定！,运动时间：,v,v,o,c,、粒子在磁场中运动的角度关系,例,1,、,如图所示带正电的粒子以速度,v,垂直磁场边界进入匀强磁场，试分析粒子的运动情况。,v,v,若粒子进入磁场的速度方向与边界成,角，则运动情况又将如何？,(,单边界,),例,1.,如图所示，在,y0,的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于,xy,平面并指向纸面外，磁感应强度为,B,。一带正电的粒子以速度,v,0,从,O,点射入磁场，入射方向在,xy,平面内，与,x,轴正向的夹角为,。若粒子射出磁场时的位置与,O,点的距离为,L,，求该粒子的电量和质量之比,q/m,。,y,x,O,B,例,2.,一个负离子，质量为,m,，电量大小为,q,，以速率,v,垂直于屏,S,经过小孔,O,射入存在着匀强磁场的真空室中，如图所示。磁感应强度,B,的方向与离子的运动方向垂直，并垂直于图中纸面向里,.,（,1,）求离子进入磁场后到达屏,S,上时的位置与,O,点的距离,.,（,2,）如果离子进入磁场后经过时间,t,到达位置,P,，证明,:,直线,OP,与离子入射方向之间的夹角,跟,t,的关系是,=qBt/2m,。,例,2,、,垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为,d,的条形区域内，磁感应强度为,B,一个质量为,m,、电量为,q,的粒子以一定的速度垂直于磁场边界方向从,a,点垂直飞入磁场区，如图所示，当它飞离磁场区时，运动方向偏转,角试求粒子的运动速度,v,以及在磁场中运动的时间,t,(,双边界,),应用,钍核 发生衰变生成镭核 并放出一个粒子。设该粒子的质量为,m,、电荷量为,q,，它进入电势差为,U,的带窄缝的平行平板电极,S,1,和,S,2,间电场时，其速度为,v,0,，经电场加速后，沿,0 x,方向进入磁感应强度为,B,、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场，,ox,垂直平板电极,S,2,，当粒子从,p,点离开磁场时，其速度方向与,ox,方向的夹角,=60,，如图所示，整个装置处于真空中。,（,1,）写出钍核衰变方程；,（,2,）求粒子在磁场中沿圆弧运动的轨道半径,R,；,（,3,）求粒子在磁场中运动所用时间,t,。,应用,电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过电压为,U,的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示。磁场方向垂直于圆面。磁场区的中心为,O,，半径为,r,。当不加磁场时，电子束将通过,O,点而打到屏幕的中心,M,点。为了让电子束射到屏幕边缘,P,，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度,，此时磁场的磁感应强度,B,应为多少？,例,5,：,如图所示，在一环行区域内存在着垂直纸面向里的匀强磁场，在圆心,O,点处有一静止的镭核,(,226,88,Ra),，镭核,(,226,88,Ra),放出一个粒子后变成氡核,(,222,86,Rn),，已知镭核在衰变过程中有,5.6510,-12,J,能量转化为它们的动能。粒子进入磁场后受到洛仑兹力的大小为,2.2210,-11,N,。,(1),试写出镭核衰变成氡核的核反应方程,(2),分别求出粒子和氡核的动能,(3),分别求出粒子和氡核进入磁场后的偏转半径,(4),若内圆半径,r=1.2m,，要使它们不飞出外圆，外圆的最小半径必须为多大,?,（圆环形边界）,例,1,、,如图所示，在,x,轴上方有垂直于,xOy,平面向里的匀强磁场，磁感应强度为,B,；在,x,轴下方有沿,y,轴负方向的匀强电场，场强为,E.,一质量为,m,，电量为,-q,的粒子从坐标原点,O,沿着,y,轴正方向射出,.,射出之后第三次到达,x,轴时，它与点,O,的距离为,L.,求此粒子射出时的速度,v,和运动的总路程,s,（不计重力）,.,第四部分 带电粒子在复合场中的运动,1,、复合场是指电场、磁场、重力场并存，或其中某两种场并存，带电粒子在这些场中运动时要考虑电场力、洛仑兹力和重力或其中某两种力的作用。,2,、带电粒子在复合场中的运动问题实际上是一个力学问题。应根据研究力学问题的思路运用力学规律求解。,例,2,、,如图，在,xoy,平面内，第,I,象限内有,匀强电场，场强大小为,E,，方向沿,y,轴正方向，在,x,轴正下方有匀强磁场，磁感应强度大小为,B,，方向垂直纸面向里，今有一质量为,m,，电量为,e,的电子（不计重力），从,y,轴上的,P,点以初速度,v,0,垂直于电场方向进入电场，经电场偏转后，沿着与,x,轴成,45,0,进入磁场，并能返回原出发点,P,。,（,1,）说明电子的运动情况，并作出电子运动轨迹的示意图；,（,2,）求,P,点离坐标原点的距离,h,；,（,3,）电子从,P,点出发经过多长时间第一次返回到,P,点？,E,B,x,y,o,v,0,P,45,0,45,0,例,3,、,如图，两个共轴的圆筒形金属电极，外电极接地，其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝,a,、,b,、,c,和,d,，外筒的外半径为,r,0,.,在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场，磁感应强度的大小为,B,.,在两极间加上电压，使两圆筒之间的区域内有沿半径向外的电场,.,一质量为,m,、带电量为,+,q,的粒子，从紧靠内筒且正对狭缝,a,的,S,点出发，初速为零,.,当该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点,S,，则两电极之间的电压,U,应是多少,?,（不计重力，整个装置在真空中,.,）,o,a,b,c,d,+q,s,例,4,、,如图所示，在相互垂直的水平匀强电场和水平匀强磁场中，有一竖直固
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