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1、磁场知识整合,河北深州市中学物理组,磁场的来源,磁场对放入其中的磁体或通电导体会产生磁力作用。 （磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的）,磁场的基本性质,磁感应强度,1、定义：,3、单位：,4、方向：,在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度,在国际单位制中,磁感应强度的单位是特斯拉,简称特,国际符号是T,1T=1N/Am,磁感应强度是矢量,方向与该点磁场的方向一致,2、定义式：,最大值最小值的应用,1.磁感应强度的方向和小磁针N极受力方向相同,但绝非电流的受力方向,2.磁场中某点磁感应强度的大
2、小和方向是确定的,和小磁针,电流的存在与否无关,对公式BFIL的几点说明,3.B是由磁场本身决定的,在电流I、导线长度L相同的情况下,电流所受的力越大,比值B越大,表示磁场越强,不一定是指向, 为什么?,磁感线的特点,(1)磁感线是假想的，不是真实的,(2)磁感线是闭合曲线。 在磁体的外部磁感线由N极发出，回到S极。在磁体的内部磁感线则由S极指向N极,(4)磁感线的疏密表示磁场的强弱,(3)磁感线不能相交或相切,(5)磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场的方向,外部从N到S，内部从S到N形成闭合曲线,几种常见的磁场：,1）条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线：,条形磁铁,蹄形磁铁,2）直线电流的磁
3、场的磁感线：,安培定则(1):右手握住导线,让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向.(右手螺旋定则),表示垂直于纸面向里,表示垂直于纸面向外,3）环形电流的磁场的磁感线,安培定则(2):让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向.,6、磁通量,定义：,在磁感应强度为B的匀强磁场当中，有一个与磁场方向垂直的平面S，B和S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量,公式:,BS,单位：韦伯 符号：Wb 1Wb=1Tm2,示意图,安培力方向既与电流方向垂直又与磁场方向垂直，即垂直于电流和磁场所在的平面,左手定则：伸开左手,使拇
4、指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内;让磁感应线从掌心进入,并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向,安培力遵循左手定则,示意图,把磁感应强度B分解为两个分量：,一个分量与导线垂直 B1=Bsin,另一分量与导线平行 B2=Bcos,平行于导线的分量B2不对通电导线产生作用力，通电导线所受作用力仅由B1决定,即F=ILB1,F=ILBsin,二、安培力的大小,将B1=Bsin代入得,通电直导线与磁场方向不垂直的情况,在图中，匀强磁场磁感应强度为B，有一段长L，通有电流为I的直导线ab，电流方向从a到b，则导线所受磁场力大小和方向如何？并将立体图改
5、画为平面图,通电导线在磁场中的运动,电流元法：把整段电流分割成许多小段直线电流，其中每一段就是一个直线电流元。先用左手定则判断出每一小段电流元受到的安培力方向，从而确定整个导体的运动方向。 课后第2题,特殊位置法：根据通电导线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。,通电导线在磁场中的运动,例：两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图所示电流后，cd导线将( ) A.顺时针方向转动，同时靠近ab B.逆时针方向转动，同时离开ab C.顺时针方向转动，同时离开ab D.逆时针方向转动，同时靠近ab,D,推论分析法： 1.两条直线电流相
6、互平行时无转动趋势；电流方向相同时相互吸引，电流方向相反时相互排斥。 2.两条两条直线电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势。,通电导线在磁场中的运动,如图所示，向一根松弛的导体线圈中通以电流,线圈将会( ),A.纵向收缩,径向膨胀 B.纵向伸长,径向膨胀 C.纵向伸长,径向收缩 D.纵向收缩,径向收缩,纵向,A,等效分析法：环形电流可等效为小磁针，条形磁铁或小磁针可等效为环形电流，通电螺线管可等效为条形磁铁。 例题：如图所示，能自由转动的环行线圈放在条形磁铁N级附近，当通入如图所示电流后，线圈将如何运动？,通电导线在磁场中的运动,通电导线在磁场中的运动,转换研究对象：因为电流之间
7、、电流与磁体之间的相互作用力满足牛顿第三定律，这样定性分析磁体在电流作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律再确定磁体所受的电流的作用力，从而确定磁体的运动方向。 例:如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其上方的右侧，固定一长直导线，导线与磁铁垂直，已知磁铁在通电与不通电时均不动。分析磁铁在通电与不通电时受力的变化。,把一根柔软的螺旋形弹簧竖直悬挂起来,使它的下端刚好跟杯里的水银面接触,并使它组成如图所示的电波,当开关接通后,将看到的现象 是( ),A.弹簧向上收缩 B.弹簧被拉长 C.弹簧上下振动 D.弹簧仍静止不动,S,C,运动电荷在磁场中受到的作用力叫做
8、洛伦兹力,安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力是安培力的微观本质,磁场对电流有安培力的作用,而电流是由电荷定向运动形成的,且磁场对运动电荷有洛伦兹力的作用.所以磁场对电流的安培力就是磁场对运动电荷的洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力,为什么磁场对通电导线有作用力？,如果是负电荷,我们应如何判定洛伦兹力的方向?,洛伦兹力的方向,左手定则：伸开左手,使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内,把手放入磁场中,让磁感线垂直穿过手心,若四指指向正电荷运动的方向（负电荷运动的反方向）,那么拇指所指的方向就使正电荷所受洛伦兹力的方向 （左手定则）,当运动电荷的速度v方向与磁感应强度B方向的夹角为，电荷所受的洛伦兹力
9、大小为,上式中各量的单位： F洛为N，q为C，v为m/s，B为T,三、洛伦兹力大小,洛伦兹力的方向既垂直于磁场,又垂直于速度, 即垂直于v和B所组成的平面,2.洛伦兹力只改变速度的方向, 不改变速度的大小,3.洛伦兹力对电荷不做功,B与E的比较,相比较，我们可以更深 刻地认识磁现象：它只与运动电荷有关；表现为定义式中反映运动的物理量v。 静止电荷产生电场；运动电荷除了仍会产生电场，还会产生磁场。静止电荷受到电场力的作用，运动电荷不仅受到电场力的作用还受到洛伦兹力的作用。,与,电荷在电场中一定受到电场力的作用，与其运动状态无关；而电荷在磁场中不一定受到磁场力作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁
10、场方向不平行的电荷才受磁场力作用。,2.大小：F电Eq,F洛=Bqvsin。,3.电荷所受电场力方向总是平行于电场线的切线方向；而电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向。,4.电场力要对运动电荷做功（电荷在等势面上运动除外）；而电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对电荷做功。,1）圆周运动的半径,2）圆周运动的周期,问题3:推导粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的圆半径r和运动周期T,与粒子的速度v和磁场的强度B的关系表达式,一、带电粒子在匀强磁场中的运动,在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子,轨道半径跟运动速率成正比;周期跟轨道半径和运动速率均无关,带电粒子在匀强磁场中的运动的
11、分析,2、分析时，着重把握“一找圆心，二找半径，三找周期或时间”这个规律。,1、做的是匀速圆周运动；,圆心一定在与速度方向垂直的直线上,1)可以通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线,交点就是轨迹的圆心,带电粒子做匀速圆周运动圆心的确定,2)可以通过入射点作入射方向的垂线,连接入射点和出射点,作其连线的中垂线, 交点就是圆弧的圆心,注：根据圆的几何知识求圆心,带电粒子在磁场中运动时间的确定,当粒子运动的圆弧所对的圆心角为时,其运动时间为,当可以很方便的求出带电粒子所走过的弧长时，也可有以下公式求解,带电粒子在磁场中偏向角的确定,带电粒子在磁场中偏向角等于带电粒子在磁场中走过径迹所对
12、圆心角,如图所示,一束电子(电量为e)以速度V垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场,穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为300.求: (1)电子的质量m (2)电子在磁场中的运动时间t,e,课 堂 练 习,课 堂 练 习,如图所示,一带正电粒子质量为m,带电量为q,从隔板ab上一个小孔P处与隔板成45角垂直于磁感线射入磁感应强度为B的匀强磁场区,粒子初速度大小为v,则 (1)粒子经过多长时间再次到达隔板？ (2)到达点与P点相距多远？(不计粒子的重力),例3：如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，宽度为d，边界为CD和EF。一电子从CD边界外侧以速率v0垂直射入匀强磁,场,入射方向
13、与CD边界间夹角为。已知电子的质量为m，电量为e，为使电子能从磁场的另一侧EF射出，求电子的速率 v0至少多大？（放缩法）,C,D,E,F,v0,d,分析：当入射速率很小时，电子在磁场中转动一段圆弧后又从一侧射出，速率越大，轨道半径越大，当轨道与边界相切时，电子恰好不能从射出，如图所示。电子恰好射出时，由几何知识可得：,问题电流表中磁场分布有何特点呢？ 电流表中磁铁与铁芯之间是均匀辐向分布的. 所谓均匀辐向分布，就是说所有磁感线的延长线都通过铁芯的中心，不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度.,在以铁芯为中心的圆圈上， 各点的磁感应强度B的大小是相等的.,该磁场并非匀强磁场,
14、问题该磁场是否匀强磁场？,问题该磁场的特点？,电流表的工作原理,1、蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感应线平行，当电流通过线圈时线圈上跟铁轴平行的两边都要受到安培力，这两个力产生的力矩使线圈发生转到，线圈转动使螺旋弹簧被扭动，产生一个阻碍线圈,转动的力矩，其大小随线圈转动的角度增大而增大，当这种阻碍力矩和安培力产生的使线圈转动的力矩相平衡时，线圈停止转动。,2、磁场对电流的作用力与电流成正比，因而线圈中的电流越大，安培力产生的力矩也越大，线圈和指针偏转的角度也越大，因而根据指针的偏转角度的大小，可以知道被测电流的强弱。,3、当线圈中的电流方向发
15、生变化时，安培力的方向也随之改变，指针的偏转方向也发生变化，所以根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。,表盘的刻度均匀，I,质谱仪,一个质量为m、电荷量为q的粒子,从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场,其初速度几乎为零,然后经过S3沿着与磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中,最后打到照相底片D上. (1)求粒子进入磁场时的速率 (2)求粒子在磁场中运动的轨道半径,D,A,U,S1,S2,S3,B,速度选择器,（1）构造：,（2）特点：,A、任何一个存在正交电场和磁场的空间都可看作速度选择器。,B、速度选择器只选择速度大小而不选择粒子的种类。与正负无关,只要,粒子就能沿直线匀速通
16、过选择器,课 堂 练 ，在图所示的平行板之间,电场强度E和磁感应强度B相互垂直,具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同.这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来,所以叫做速度选择器.若带正电粒子入射速度 ,则下列说法正确的是( ),A.粒子动能一定增加,电场力做正功,B.粒子所受洛伦兹力一定增大,洛伦兹力做正功,C.粒子动能一定减少, 洛伦兹力不做功,D.电场力不做功,洛伦兹力做正功,+ + + + + + + + + + + +,- - - - - - - - - - - -,B,E,+q,A,磁流体发电机（霍尔效应,原理：等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛仑兹力作用下发生偏转而聚集到A、B板上，产生电势差，,设A、B平行金属板的面积为S，相距L，等
