高三物理第一轮总复习课件：磁场

,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,*,*,高三物理第一轮总复习,第八章 磁 场,（,2016,届）,第一课时磁场及其描述,一、磁场,1.,磁场：一种看不见、摸不着、存在于,电流,或,磁体,周围的,物质,，它传递着磁相互作用,(,客观存在）,2.,基本性质：,磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有,力,的作用,3.,磁场的方向：小磁针,N,极所受磁场力的方向，或小磁针,静止,时,N,极所指的方向,5.,地球的磁场：地球本身就是一个大磁体，,4.,磁现象的本质：磁铁的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产生的,地磁场的,N,极在地理,南,极附近，,S,极在地理,北,极附近地球的地磁场两极和地理两极不重合，形成了磁偏角；,地磁场,B,的水平分量总是从地球南极指向北极，而竖直分量则南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下；,在赤道平面上，距离地球表面相等的各点，磁感应强度相等，且方向均水平指向北极,地磁场的三个特点是：,磁感线是,闭合曲线,，,磁体的外部是从,N,极到,S,极，内部是从,S,极到,N,极；,磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线上某点的,切线方向,表示该点的磁场方向；,磁感线是人们为了形象描述磁场而假想的,二、磁感线,1.,磁感线：在磁场中画出的一些有方向的假想曲线，使曲线上的任意一点的,切线,方向都跟该点的磁场方向相同，都代表磁场中该点小磁针,北,极受力的方向,2.,磁感线的特点,条形磁铁和蹄形磁铁的磁场：在磁体的,外部,，磁感线从,N,极射出进入,S,极，在内部也有相同条数的磁感线,(,图中未画出,),与外部磁感线衔接并组成闭合曲线,3.,常见磁场的磁感线分布,几种电流周围的磁场分布,（安培定则）,右手,直线电流的磁场,特点,：无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越弱,立体图,横截面图,纵截面图,判定：安培定则,通电螺线管的磁场,特点,：与,条形磁铁的磁场相似,，管内为匀强磁场且磁场由,S,极指向,N,极，管外为非匀强磁场。,立体图,横截面图,纵截面图,判定：安培定则,立体图,横截面图,纵截面图,判定：安培定则,环形电流的磁场,特点,：,与小磁针相似,，环形电流的两侧是,N,极和,S,极且离圆环中心越远磁场越弱。,【,例与练,】,如图所示，带负电的金属环绕轴,OO,以角速度,匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是（ ）,A,N,极竖直向上,B,N,极竖直向下,C,N,极沿轴线向左,D,N,极沿轴线向右,【,例与练,】,如图所示，,a,、,b,、,c,三枚小磁针分别放在通电螺线管的正上方、管内和右侧当这些小磁针静止时，小磁针,N,极的指向是（ ）,A,a,、,b,、,c,均向左,B,a,、,b,、,c,均向右,C,a,向左，,b,向右，,c,向右,D,a,向右，,b,向左，,c,向右,C,C,定义式：,三、磁感应强度、磁通量,1,、磁感应强度,（矢量）,物理意义：磁感应强度,B,是描述磁场,强弱,和,方向,的物理量,定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的力,F,跟电流,I,和导线长度,l,的乘积,Il,的比值叫做磁感应强度,垂直穿过,单位面积,的磁感线条数等于该处的磁感应强度磁感应强度大的地方，磁感线,密,，磁感应强度小的地方，磁感线,疏,说明：磁感应强度是用比值法定义的，其大小由磁场本身的性质决定，与放入的直导线的电流,I,的大小、导线的长短,l,的大小无关,单位：,特斯拉,，简称：特，符号为,T.,方向：磁场中某点,B,的方向就是该点的,磁场方向,，也就是放在该点的小磁针,N,极,受力方向,说明：由定义式 计算,B,时，通电导线必须垂,直于磁场；若通电导线平行放入磁场，则不受作用力，但不能说该处磁感应强度为零,磁感应强度的方向不是通电导线所受磁场作用力的方向，而是与作用力的方向垂直,磁感应强度,B,与电场强度,E,的比较,：,1,、电场强度的方向和电荷受力方向相同或相反，而磁感应强度的方向和电流元受力方向垂直,2,、电荷在电场中一定受静电力作用，而电流在磁场中不一定受作用力,（,6,）磁场的叠加：磁感应强度是矢量，计算时与力的计算方法相同，利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解,2,、匀强磁场,定义：在磁场的某个区域内，各点的磁感应强度大小、方向都相同的磁场；,磁感线特点：是一组平行且等间距的直线；,存在：,a.,两个相距很近的,异名,磁极之间，,b.,通电长直螺线管,内部,：如图所示,3,、磁通量,定义：磁场中穿过磁场某一面积,S,的,磁感线条数,，用,表示；,计算公式：,BS,；,单位：,韦伯,，符号,Wb,，,1 Wb,1 Tm,2,.,说明：磁通量是,标量,，但有正负，其正负代表磁感线是正穿还是反穿，若正穿为正，则反穿为负,对磁通量的理解,BS,的含义,BS,只适用于磁感应强度,B,与面积,S,垂直的情况当,S,与垂直于,B,的平面间的夹角为,时，则有,BScos.,可理解为,B(Scos),，即,等于,B,与,S,在垂直于,B,方向上投影面,积的乘积如图所示；也可理解为,(Bcos)S,，即,等于,B,在垂直于,S,方向上的分量与,S,的乘积,S,不一定是某个线圈的真正面积，而是线圈在磁场范围内的面积如图所示，,S,应为线圈面积的一半,面积,S,的含义：,多匝线圈的磁通量：,多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关,，因为不论线圈匝数多少，穿过线圈的磁感线条数相同，而磁感线条数可表示磁通量的大小,合磁通量求法,若某个平面内有不同方向和强弱的磁场共同存在，当计算穿过这个面的磁通量时，先规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量,【,例与练,】,如图 所示，两个同心放置的金属圆环，条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直，通过两圆环的磁通量,a,、,b,的关系为,( ),A,a,b,B,a,b,C,a,b,D,不能确定,A,第二课时磁场对电流的作用,一安培力的大小和方向,1,、定义：磁场对电流的作用力称为安培力,2,、安培力的大小,F,BIlsin,磁场和电流方向,垂直,时：,F,max,BIl,.,磁场和电流方向,平行,时：,F,min,=0,注意：,F,不仅与,B,、,I,、,l,有关，还与夹角,有关；,l,是有效长度，不一定是导线的实际长度弯曲导线的有效长度,l,等于两端点所连直线的长度,I,B,注意：,安培力的方向垂直于磁感应强度,B,和电流,I,所决定的平面，但,磁感应强度,B,与电流,I,不一定垂直,B,与,I,垂直时产生的安培力最大,用,左手定则,判定：伸开左手，让拇指与其余四指垂直，并与手掌在同一平面内让,磁感线垂直穿过手心,，,四指,指向,电流方向,，那么，,拇指,所指方向即为通电直导线在磁场中的,受力方向,3,、安培力的方向,安培力的方向特点：,F,B,，,F,I,，即,F,垂直于,B,和,I,决定的平面,【,例与练,】,判断下面各图,F,、,B,、,I,三个中未知的一个,F,B,乙,B,甲,I,F,（,F,垂直纸面向外）,丙,丙图中磁场,B,的方向大致向左，具体不能确定。,F,I,【,例与练,】,画出图中通电导线棒所受安培力的方向。,B,.,B,B,F,F,将立体图形转换成平面图形,4,、电流间的相互作用,I,I,I,I,同向电流相互吸引,电流间的相互作用是电流在彼此形成的,磁场中受到磁场力,的作用。,反向电流相互排斥,结论：,通电导体（线圈）在安培力作用下运动方向的判断,1,、电流元分析法,：把整段电流分成很多小段直线电流，其中每一小段就是一个电流元。先用左手定则判断出其中每小段电流元受到的安培力的方向，再判断整段电流所受安培力的方向，从而确定导体的运动方向。,例,：如图把轻质导线圈挂在磁铁,N,极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面。当线圈内通入如图方向的电流后，判断线圈如何运动？,N,S,2,、等效分析法,：环形电流可等效为小磁针，条形磁铁或小磁针也可以等效为环形电流，通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁。,例,：如图在条形磁铁,N,极处悬挂一个线圈，当线圈中通有逆时针方向的电流时，线圈将向哪个方向偏转？,N,S,3,、结论法,：,两电流平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。,两电流不平行相互作用时，有转到相互平行且电流方向相同且靠近的趋势。,例：,4,、特殊位置法,：根据通电导体在特殊位置所受安培力的方向，判断其运动方向，然后推广到一般位置。,例,：如图所示，蹄形磁铁固定，通电直导线,AB,可自由运动，当导线中通以图示方向的电流时，俯视导体，导体,AB,将（,AB,的重力不计）,A,、逆时针转动，同时向下运动,B,、顺时针转动，同时向下运动,C,、顺时针转动，同时向上运动,D,、逆时针转动，同时向上运动,N,S,I,5,、转换研究对象法,：对于定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向。,例,：如图所示，条形磁铁平放于水平桌面上。在它的正中央上方偏右固定一根直导线，导线与磁铁垂直。现给导线中通以垂直纸面向内的电流，磁铁保持静止，那么磁铁受到的支持力和摩擦力如何变化？,N,S,【,例与练,】,如图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤读数为,F,1,，现在磁铁上方中心偏左位置固定一通电导线，电流方向如图，当通上电流后，台秤读数为,F,2,，则以下说法正确的是,( ),A.F,1,F,2,，弹簧长度将变长,B.F,1,F,2,，弹簧长度将变短,C.F,1,F,2,，弹簧长度将变长,D.F,1,0,的空间中存在匀强电场，场强沿,y,轴负方向；在,y0,的空间中，存在匀强磁场，磁场方向垂直,xy,平面（纸面）向外。一电量为,q,、质量为,m,的带正电的运动粒子，经过,y,轴上,y=h,处的点,P,1,时速率为,v,0,，方向沿,x,轴正方向；然后，经过,x,轴上,x=2h,处的,P,2,点进入磁场，并经过,y,轴,上,y=-2h,处的,P,3,点。不计重力。求,电场强度的大小。,粒子到达,P,2,时速度的大小和方向。,磁感应强度的大小。,解析：（,1,）粒子在电场、磁场中运动的轨迹如图所示。设粒子从,P,1,到,P,2,的时间为,t,，电场度的大小为,E,，粒子在电场中的加速度为,a,，由牛顿第二定律及运动学公式有,解得：,(2),粒子到达,P,2,时速度沿,x,方向的分量仍为,v,0,，以,v,1,表示速度沿,y,方向分量的大小，,v,表示速度的大小，,表示速度和,x,轴的夹角，则有：,又：,解得：,得：,(3),设磁场的磁感应强度为,B,，在洛伦兹力作用下粒子做匀速圆周运动，由牛顿第二定律,r,是圆周的半径、此圆周与,x,轴和,y,轴的交点为,P,2,、,P,3,，因为,OP,2,=OP,3,，,=45,0,，由几何关系可知，连线,P,2,P,3,为圆轨道的直径，由此可求得,【,例与练,】,在如右图所示的直角坐标系中，,x,轴的上方存在与,x,轴正方向成,45,角斜向右下方的匀强电场，场强的大小为,E,10,4,V/m,。,x,轴的下方有垂直于,xOy,面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小为,B,210,2,T,。把一个比荷为,q/m,210,8,C/kg,的正点电荷从坐标为,(0,1),的,A,点处由静止释放。电荷所受的重力忽略不计。,(1),求电荷从释放到第一次进入磁场时所用的时间；,(2),求电荷在磁场中做圆周运动的半径,(,保留两位有效数字,),；,(3),当电荷第二次到达,x,轴上时，,电场立即反向，而场强大小不,变，试确定电荷到达,y,轴时的,位置坐标,解：,(1),电荷从,A,点匀加速运动到,x,轴上,C,点的过程：,(2),电荷到达,C,点的速度为,即电荷在磁场中做圆周运动的半径为,0.71 m,在磁场中运动时：,速度方向与,x,轴正方向成,45,角。,得：,(3),如图，轨迹圆与,x,轴相交的弦长为：,所以电荷从坐标原点,O,再次进入电场中，且速度方向与电场方向垂直，电荷在电场中做类平抛运动,解得：,则类平抛运动中垂直于电场方向的位移,即电荷到达,y,轴上的点的坐标为,( 0, 8 ),设到达,y,轴的时间为,t,1,，则：,【,例与练,】,（,2011,安徽） 如图所示，在以坐标原点,O,为圆心、半径为,R,的半圆形区域内，有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度为,B,，磁场方向垂直于,xOy,平面向里。一带正电的粒子（不计重力）从,O,点沿,y,轴正方向以某一速度射入，带电粒子恰好做匀速直线运动，经,t,0,时间从,P,点射出。,（,1,）求电场强度的大小和方向。,（,2,）若仅撤去磁场，带电粒子仍从,O,点以相同的速度射入，经,t,0,/2,时间恰从半圆形区域的边界射出。求粒子运动加速度的大小。,（,3,）若仅撤去电场，带电粒子,仍从,O,点射入，且速度为原来,的,4,倍，求粒子在磁场中运动的,时间。,x,y,O,P,B,解析：（,1,）设带电粒子的质量为,m,，电荷量为,q,，初速度为,v,，电场强度为,E,。可判断出粒子受到的洛伦磁力沿,x,轴负方向，于是可知电场强度沿,x,轴正方向,（,2,）仅有电场时，带电粒子在匀强电场中作类平抛运,动在,y,方向位移：,设在水平方向位移为,x,，因射出位置在半圆形区域边界上，于是,又：,得：,又：,得：,（,3,）仅有磁场时，入射速度,v,1,=4,v,，带电粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动，设轨道半径为,r,，由牛顿第二定,律有,:,又：,解得：,由几何关系有：,带电粒子在磁场中运动周期：,带电粒子在磁场中运动时间：,(1),速度选择器,如图所示平行板中电场强度,E,和磁感应强度,B,互相垂直这种装置能把具有一定,速度,的粒子选择出来，所以叫做速度选择器,带电粒子在复合场中运动的应用实例,带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是,qE,qvB,，即,v,E/B.,原理：离子由静止被加速电场加速，,根据动能定理可得关系式：,(2),质谱仪,构造：如图所示，由离子源、,加速电场,、速度选择器、,偏转磁场,和照相底片等构成,由上面三式可得离子在底片上的位置与离子进入磁场,B,的点的距离 ，比荷,q/m,的值,离子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运,动，根据洛伦兹力提供向心力得关系式,在速度选择器,A,中，直线经过须满足,qE,q,v,B,，得,v,E/B,，,即只有速度为,v,的离子才能进入磁场,B.,(3),回旋加速器,原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期,相等,，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过,D,形盒缝隙，两盒间的电场一次一次地反向，粒子就会被一次,一次地加速由 ，得 ，,可见粒子获得的最大动能由磁感应强度,B,和,D,形盒,半径,决定，与加速电压,无关,构造：如图所示，主要由两个半圆形的中空铜盒,D,1,、,D,2,构成，两盒间留有一狭缝，置于真空中由大型电磁铁产生的,匀强磁场,垂直穿过盒面，由高频振荡器产生的,交变电压,加在两盒的狭缝处,【,例与练,】,回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个,D,形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两,D,形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是,( ),A,增大磁场的磁感应强度,B,增大匀强电场间的加速电压,C,增大,D,形金属盒的半径,D,减小狭缝间的距离,解析：,AC,【,例与练,】,如图所示，电容器两极板相距为,d,，两板间电压为,U,，极板间的匀强磁场的磁感应强度为,B,1,，一束电荷量相同的带正电的粒子从图示方向射入电容器，沿直线穿过电容器后进入另一磁感应强度为,B,2,的匀强磁场，结果分别打在,a,、,b,两点，两点间距离为,R.,设粒子所带电荷量为,q,，且不计粒子所受重力求：打在,a,、,b,两点的粒子的质量之差,m,是多少？,