《上课用磁场复习》PPT课件.ppt

2020 3 20 1 知识网络 磁场的产生 磁体周围产生磁场 电流周围产生磁场 安培分子电流假说 磁场的描述 定量描述 磁感应强度 形象描述 磁感线 几种典型磁场的磁感线分布 条形磁铁 蹄形磁铁 匀强磁场 直线电流 环形电流 通电螺线管 地磁场 磁场 2020 3 20 2 磁场对电流的作用 大小 I B F安 0 I B F安 BIL 方向 左手定则 电流表的工作原理 磁场对运动电荷的作用 大小 v B f洛 0 v B f洛 qvB 方向 左手定则 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 轨道半径 运动周期 重要应用 质谱仪 回旋加速器 2020 3 20 3 第一课时磁场的描述 磁场对电流的作用 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 3 运动电荷产生磁场 2 磁场的基本性质 对放入其中的磁体 电流 运动电荷有力的作用 磁体对电流的作用 电流对电流的作用 一 磁场的描述 2020 3 20 4 3 磁体间相互作用的本质 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 总结 一切磁现象都是由电荷的运动产生的 2020 3 20 5 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 2020 3 20 6 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 2020 3 20 7 通电螺线管 判断方法 横截面图 纵截面图 地磁场 2020 3 20 8 例 在图中 当电流逆时针通过圆环导体时 在导体中央的小磁针的N极将指向 指向读者 2020 3 20 9 例 如图所示 一小磁针静止在通电螺线管的内部 请分别标出通电螺线管和小磁针的南北极 S N N S 2020 3 20 10 例 有两条垂直交叉但不接触的导线 通以大小相等的电流 方向如图所示 问哪些区域中某些点的磁感强度B可能为零 A 仅在象限 B 仅在象限 C 在象限 D 在象限 E 在象限 I I E 2020 3 20 11 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 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 8 理解与巩固 电流磁场方向的判断 在地球赤道上空有一小磁针处于水平静止状态 突然发现小磁针N极向东偏转 由此可知 A 一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的N极靠近小磁针B 一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的S极靠近小磁针C 可能是小磁针正上方有电子流自南向北水平通过D 可能是小磁针正上方有电子流自北向南水平通过 2020 3 20 12 磁通量 穿过某一面积磁感线的条数 用 表示 大小 BS S为垂直于磁场的面积 标量 没有方向 它只是条数 但有正负单位 韦伯 Wb 磁通密度 B S 磁感应强度又叫磁通密度 垂直穿过1m2面积的磁感线条数 1T 1Wb m2 在匀强磁场中 当B与S的夹角为 时 有 BSsin 9 磁通量 2020 3 20 13 穿过两面积的磁通量相等吗 R 穿过两面积的磁通量相等吗 2020 3 20 14 两面积内的磁通量相等吗 B B S S 2020 3 20 15 例1 如图所示 大圆导线环A中通有电流I 方向如图 另在导线环所在的平面画了一个圆B 它的一半面积在A环内 一半面积在A环外 则圆B内的磁通量下列说法正确的是 A 圆B内的磁通量垂直纸面向外 B 圆B内的磁通量垂直纸面向里 C 圆B内的磁通量为零 D 条件不足 无法判断 B A 答案 B 2020 3 20 16 二 磁场对电流的作用力 1 磁场对电流的作用力 安培力 方向 左手定则 磁场方向 判断下列通电导线的受力方向 安培力方向 2020 3 20 17 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 B I F 0 B I 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 L为在磁场中的有效长度 F BILsin B与I的夹角 2020 3 20 18 2 通电导线在安培力作用下运动的定性判断 2020 3 20 19 总结 通电导体在安培力作用下的运动情况的分析方法 1 电流元分析法 2 特殊位置法 3 等效法 4 推论法 2020 3 20 20 例 画出通电导体ab所受的磁场力的方向 2020 3 20 21 例 如图 相距20cm的两根光滑平行铜导轨 导轨平面倾角为 370 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 2020 3 20 22 例7 如图所示 粗细均匀的金属杆长为0 5m 质量为10g 悬挂在两根轻质绝缘弹簧下端 并处于垂直纸面向外的匀强磁场中 磁场的磁感应强度B 0 49T 弹簧的劲度系数k 9 8N m 试求弹簧不伸长时 通入金属杆中的电流大小和方向 要使金属杆下降落1cm后能够静止下来 通入金属杆中的电流大小和方向 要使金属杆上升1cm后静止 则通入的电流大小和方向又如何 2020 3 20 23 例8 在磁感应强度B 0 08T 方向竖直向下的匀强磁场中 一根长l1 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 300处时由静止开始摆下 求横杆通过最低点的瞬时速度大小 2020 3 20 24 第二课时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 qvB 当v B时 电荷不受洛仑兹力 当v B时 电荷所受洛仑兹力最大 当v与B成 角时 F洛 qvBsin 2 方向 用左手定则判断 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本质 安培力是洛仑兹力的宏观表现 2020 3 20 25 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 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 O 2020 3 20 26 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 3 理解与巩固 两个粒子带电量相等 在同一匀强磁场中只受磁场力而做匀速圆周运动 则 A 若速率相等 则半径相等B 若速率相等 则周期相等C 若动量大小相等 则半径相等D 若动能相等 则周期相等 2020 3 20 27 例题 如图所示 一束电子以速度v0垂直界面射入磁感强度为B 宽度为d的匀强磁场中 穿过磁场后的速度方向与电子射入磁场时的速度方向夹角为30 则电子的质量为多大 穿过磁场所需时间为多少 2020 3 20 28 如图所示 在长直导线中有恒电流I通过 导线正下方电子初速度v 方向与电流I的方向相同 电子将 A 沿路径a运动 轨迹是圆B 沿路径a运动 轨迹半径越来越大C 沿路径a运动 轨迹半径越来越小D 沿路径b运动 轨迹半径越来越大 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 2020 3 20 29 4 带电粒子在有界磁场中运动问题分类解析 五 带电粒子在环状磁场中的运动 2020 3 20 30 2020 3 20 31 2020 3 20 32 2020 3 20 33 2020 3 20 34 三 带电体在复合场中的运动 1 带电粒子在电场 磁场 重力场中的运动 简称带电粒子在复合场中的运动 一般具有较复杂的运动图景 这类问题本质上是一个力学问题 应顺应力学问题的研究思路和运用力学的基本规律 分析带电粒子在电场 磁场中运动 主要是两条线索 力和运动的关系 根据带电粒子所受的力 运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解 功能关系 根据场力及其它外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系 从而可确定带电粒子的运动情况 这条线索不但适用于均匀场 也适用于非均匀场 因此要熟悉各种力做功的特点 带电体在复合场中受力情况复杂运动情况多变 往往出现临界问题 应以题中 最大 最高 至少 等词语为突破口 挖掘隐含条件 根据临界条件列出辅助方程 再与其它方程联立求解 2020 3 20 35 带电粒子在电场磁场中的运动 带电粒子在电场中的运动 直线运动 如用电场加速或减速粒子 带电粒子在磁场中的运动 直线运动 当带电粒子的速度与磁场平行时 带电粒子在复合场中的运动 直线运动 垂直运动方向的力必定平衡 偏转 类似平抛运动 一般分解成两个分运动求解 圆周运动 以点电荷为圆心运动或受装置约束运动 圆周运动 当带电粒子的速度与磁场垂直时 圆周运动 重力与电场力一定平衡 由洛伦兹力提供向心力 一般的曲线运动 2020 3 20 36 2 带电体在复合场中运动问题分析 组合场 电场与磁场没有同时出现在同一区域 质谱仪 名师1号P293第13题 2020 3 20 37 2020 3 20 38 2020 3 20 39 回旋加速器 名师1号P284第6 9题 P297第13题 2020 3 20 40 2020 3 20 41 叠加场 电场 磁场 重力场中只少有两个同时出现在同一区域 速度选择器 任何一个存在正交电场的磁场的空间都可看作速度选择器 速度选择器只选择速度而不选择粒子的种类 只要v E B 粒子就能沿直线匀速通过选择器 而与粒子的电性 电荷量 质量无关 不计重力 对于确定的速度选择器有确定的入口与出口 如图所示 在平行金属板间有匀强电场和匀强磁场 方向如图 有一束正电荷沿中心线方向水平射入 却分成三束分别由a b c三点射出 问可以确定的是这三束带电粒子的什么物理量不相同 重力不计 名师1号P283第3题 2020 3 20 42 磁流体发电机 磁流体发电机 进入磁场的粒子带正 负电荷 当Eq Bqv时两板间电势差达到最大 电磁流量计 流动的导电液体含有正 负离子 U Bdv 流量指单位时间内流过的体积 Q Sv 当液体内的自由电荷所受电场力与洛仑兹力相等时 a b间的电势差稳定 2020 3 20 43 2020 3 20 44 霍尔效应 磁强计 导体中通过电流时 在运动的电荷为电子 带负电 当电子所受电场力与洛仑兹力相等时 导体上 下侧电势差稳定 名师1号P294第14题