磁场(期末复习总结).ppt

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1、磁场 一个工具 磁感线 两个作用 安培力F安 IlB B I 洛仑兹力f洛 qvB B v 三个思路 受力分析运动分析能量分析 四个应用 速度选择器质谱仪回旋加速器磁流体发电机 五个细节 立体问题模块问题比较问题迁移问题选择问题 一 基本概念 1 磁场的产生 磁极周围有磁场 电流周围有磁场 奥斯特 安培提出分子电流假说 又叫磁性起源假说 认为磁极的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产生的 变化的电场在周围空间产生磁场 麦克斯韦 2 磁场的基本性质 磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用 对磁极一定有力的作用 对电流只是可能有力的作用 当电流和磁感线平行时不受磁场力作用 这一点应该跟电场的基本性

2、质相比较 3 磁感应强度 条件 匀强磁场 或 L很小 且L B 磁感应强度是矢量 单位是特斯拉 符号为T 1T 1N A m 1kg A s2 4 磁感线 用来形象地描述磁场中各点的磁场方向和强弱的曲线 磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向 也就是在该点小磁针静止时N极的指向 磁感线的疏密表示磁场的强弱 磁感线是闭合曲线 和静电场的电场线不同 几种磁场的磁感线 安培定则 右手螺旋定则 对直导线 四指指磁感线方向 对环行电流 大拇指指中心轴线上的磁感线方向 对长直螺线管大拇指指螺线管内部的磁感线方向 5 磁通量 可以认为磁通量就是穿过某个面的磁感线条数 1Wb 1T m2 1V s 1kg

3、 m2 A s2 如果在磁感应强度为B的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面 其面积为S 则定义B与S的乘积为穿过这个面的磁通量 用 表示 是标量 但是有方向 进该面或出该面 单位为韦伯 符号为Wb 在匀强磁场中 当B与S的夹角为 时 有 BS 二 安培力 磁场对电流的作用力 方向由左手定则确定 条件 L与B垂直 二者平行时不受安培力 例1 如图所示 可以自由移动的竖直导线中通有向下的电流 不计通电导线的重力 仅在磁场力作用下 导线将如何移动 从左向右看 导线将顺时针转动 同时向右运动 例2 条形磁铁放在粗糙水平面上 正中的正上方有一导线 通有图示方向的电流后 磁铁对水平面的压力将会 增大 减

4、小还是不变 水平面对磁铁的摩擦力大小为 课堂探究 考点突破 D 例4 如图所示 光滑导轨与水平面成 角 导轨宽L 匀强磁场磁感应强度为B 金属杆长也为L 质量为m 水平放在导轨上 当回路总电流为I1时 金属杆正好能静止 求 B至少多大 这时B的方向如何 若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上 应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止 方向垂直导轨平面向上 画侧视图 例5 如图所示 质量为m的铜棒搭在U形导线框右端 棒长和框宽均为L 磁感应强度为B的匀强磁场方向竖直向下 电键闭合后 在磁场力作用下铜棒被平抛出去 下落h后落在水平面上 水平位移为s 求闭合电键后通过铜棒的电荷量Q 高考模

5、拟 提能训练 高考题组 1 2 模拟题组 3 4 6 5 解析 BD 高考模拟 提能训练 高考题组 1 2 模拟题组 3 4 6 5 解析 三 洛伦兹力 方向用左手定则判断 四指必须指电流方向 不是速度方向 即正电荷定向移动的方向 对负电荷 四指应指负电荷定向移动方向的反方向 正电荷 v的方向 负电荷 v的方向 条件 v与B垂直 v与B平行时不受洛仑兹力 例6 电视机显象管的偏转线圈示意图如右 即时电流方向如图所示 该时刻由里向外射出的电子流将向哪个方向偏转 向左偏 例7 磁流体发电机原理如图 相距为d的极板A B间有高速等离子体喷射 两极板间有如图方向的匀强磁场 该发电机哪个极板为正极 两板

6、间最大电压为多少 B为正极板 即磁流体发电机的电动势 例8 半导体靠自由电子和空穴 可等效为带 e电量的粒子 导电 分为p型和n型两种 p型半导体中空穴为多数载流子 n型半导体中自由电子为多数载流子 用以下实验可以判定一块半导体材料是p型还是n型 将材料放在匀强磁场中 通以图示方向的电流I 用电压表比较上下两个表面的电势高低 若上极板电势高 就是p型半导体 若下极板电势高 就是n型半导体 试分析原因 n型 注意 电流方向相同时 正 负离子在同一个磁场中所受洛伦兹力的方向相同 偏转方向相同 四 带电粒子在磁场中的运动 带电粒子在匀强磁场中仅受洛伦兹力时做匀速圆周运动时 洛伦兹力充当向心力 进而可

7、知其半径公式和周期公式 一 带电粒子在单边界磁场中的运动 粒子的入射角和出射角相等 如果与磁场边界成夹角 进入 则运动轨迹所对的弦长L 2Rsin 二 带电粒子在平行直线边界磁场中的运动 速度较小时 作半圆运动后从原边界飞出 速度增加为某临界值时 粒子作部分圆周运动其轨迹与另一边界相切 速度较大时粒子作部分圆周运动后从另一边界飞出 B P Q 圆心在磁场原边界上 S P Q 速度较小时 作圆周运动通过射入点 速度增加为某临界值时 粒子作圆周运动其轨迹与另一边界相切 速度较大时粒子作部分圆周运动后从另一边界飞出 圆心在过入射点跟边界垂直的直线上 二 带电粒子在平行直线边界磁场中的运动 Q Q 圆

8、心在过入射点跟跟速度方向垂直的直线上 速度较小时 作圆周运动通过射入点 速度增加为某临界值时 粒子作圆周运动其轨迹与另一边界相切 速度较大时粒子作部分圆周运动后从另一边界飞出 二 带电粒子在平行直线边界磁场中的运动 例9 图中MN表示真空室中垂直于纸面的平板 它的一侧有匀强磁场 磁场方向垂直于纸面向里 磁感应强度大小为B 一带电粒子从平板上的狭缝O处以垂直于平板的初速v射入磁场区域 最后到达平板上的P点 已知B v以及P到O的距离l 不计重力 求此粒子的电荷e与质量m之比 例10 如图直线MN上方有磁感应强度为B的匀强磁场 正 负电子同时从同一点O以与MN成30 角的同样速度v射入磁场 电子质

9、量为m 电荷为e 它们的出射点相距多远 出射的时间差是多少 画好示意图 找圆心 找半径和用对称 y 磁偏转 穿过矩形磁场区 要先画好辅助线 半径 速度及延长线 偏转角sin L R 侧移由R2 L2 R y 2 经历时间 注意 这里出射速度的反向延长线与初速度延长线交点不再是宽度线段的中点 区分于抛物线 穿过圆形磁场区 画好辅助线 半径 速度 轨迹圆的圆心 连心线 偏角 经历时间 注意 由对称性 出射线反向延长必过磁场圆的圆心 五 带电粒子在复合场中的运动 若v E B 则向上偏转 偏转过程速率减小 若v E B 则向下偏转 偏转过程速率增大 带电粒子必须以唯一确定的速度 v E B 方向向右

10、 才能沿直线匀速通过速度选择器 否则将发生偏转 例11 某带电粒子从图中速度选择器左端由中点O以垂直于电场和磁场的速度v0向右射去 从右端中心a下方的b点以速度v1射出 若增大磁感应强度B 该粒子将打到a点上方的c点 且有ac ab 则该粒子带 电 第二次射出时的速度为 例12 如图所示 一个带电粒子两次以同样的垂直于场线的初速度v0分别穿越匀强电场区和匀强磁场区 场区的宽度均为L偏转角度均为 求E B 在磁场中偏转 在电场中偏转 可以证明 当偏转角相同时侧移必然不同 电场中侧移较大 当侧移相同时 偏转角必然不同 磁场中偏转角较大 2 带电微粒在重力 电场力 磁场力共同作用下的运动 电场 磁场

11、均为匀强场 负电 带电微粒在三个场共同作用下做匀速圆周运动 必然是电场力和重力平衡 而洛伦兹力充当向心力 逆时针 v qBr m gBr E 例14 质量为m带电量为q的小球套在竖直放置的绝缘杆上 球与杆间的动摩擦因数为 匀强电场和匀强磁场的方向如图所示 电场强度为E 磁感应强度为B 小球由静止释放后沿杆下滑 设杆足够长 电场和磁场也足够大 求运动过程中小球的最大加速度和最大速度 最大加速度为g 此时有 qvB qE N 0 f 0 当摩擦力和重力大小相等时 小球速度达到最大 问题 若将磁场反向 其余条件不变 最大加速度和最大速度又各是多少 何时出现 开始的加速度最大为 摩擦力等于重力时速度最

12、大 为 六 质谱仪加速器 1 质谱仪 可以用来测定带电粒子的荷质比 也可以在已知电量的情况下测定粒子质量 带电粒子质量m 电荷量q 由电压U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场 设轨道半径为r 有 带电粒子质量m 电荷量q 以速度v穿过速度选择器 电场强度E 磁感应强度B1 垂直进入磁感应强度为B2的匀强磁场 设轨道半径为r 则有 3 回旋加速器 2 直线加速器 一个工具 磁感线 两个作用 安培力F安 IlB B I 洛仑兹力f洛 qvB B v 三个思路 受力分析运动分析能量动量 四个应用 速度选择器质谱仪回旋加速器磁流体发电机 五个细节 立体问题模块问题比较问题迁移问题选择问题 8 10

13、 3 7 例 如图所示 可以自由移动的竖直导线中通有向左的电流 不计通电导线的重力 仅在固定的蹄形磁铁磁场力作用下 导线将如何移动 从上向下看 导线将逆时针转动 同时向下运动 N S I 1 核电站的反应堆是靠熔化的钠来传递核燃料棒产生的热量的 为了避免核泄漏 常用 电磁泵 来抽送这些高温金属液体 下图表示这种泵的结构 N S为磁铁的两极 c为放在磁场中的耐热导管 熔融的钠从其中流过 钠液的流动方向如图中速度v所示 要使钠液加速 加在导管中钠液的电流方向应为 A 由上而下 a c B 由下而上 c a C 逆着v方向 b a D 顺着v方向 a b 2 如图所示 有一重力为G的带电小球 从两竖

14、直的带等量异种电荷的平行板电容器的上方高h处自由落下 两板间还有匀强磁场 磁场方向垂直纸面向里 则小球在通过板间的过程中 A 一定做曲线运动B 可能做匀速直线运动C 可能做变加速直线运动D 机械能可能不变 3 如图甲所示 一个质量为m 电荷量为 q的带电粒子 不计重力 在a点以某一初速度水平向左射入磁场区域I 沿曲线abcd运动 ab bc cd都是半径为R的圆弧 粒子在每段圆弧上运动的时间都为t 规定由纸面垂直向外的磁感应强度为正 则磁场区域I II III三部分的磁感应强度B随x变化的关系可能是乙图中的 4 一根容易形变的弹性导线 两端固定 导线中通有电流 方向如图中箭头所示 当没有磁场时

15、 导线呈直线状态 当分别加上方向竖直向上 水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时 描述导线状态的四个图示中正确的是 5 如图所示的四种情况 通电导体均置于匀强磁场中 其中通电导线受安培力的是 I I 6 地球大气层外部有一层复杂的电离层 既分布有地磁场 也分布有电场 假设某时刻在该空间中有一小区域存在如图所示的电场和磁场 电场的方向在纸面内斜向左下方 磁场的方向垂直纸面向里 此时一带电宇宙粒子 恰以速度v垂直于电场和磁场射入该区域 不计重力作用 则在该区域中 有关该带电粒子的运动情况可能的是 A 仍作直线运动B 立即向左下方偏转C 立即向右上方偏转D 可能做匀速圆周运动 7 北半球某处 地磁场水

16、平分量B1 0 8 10 4T 竖直分量B2 0 5 10 4T 海水向北流动 海洋工作者测量海水的流速时 将两极板插入此处海水中 保持两极板正对且垂线沿东西方向 两极板相距d 20m 如图所示 与两极板相连的电压表 可看作理想电压表 示数为U 0 2mV 则 A 西极板电势高 东极板电势低B 西极板电势低 东极板电势高C 海水的流速大小为0 125m sD 海水的流速大小为0 2m s 8 带电粒子以速度v沿CB方向点射入一横截面为正方形的区域 C B均为该正方形两边的中点 不计粒子的重力 当区域内有平行纸面的竖直方向的匀强电场E时 粒子从A点飞出 所用时间为t1 当区域内有垂直纸面向里的匀强磁场B时 粒子也从A点飞出 所用时间为t2 则下列说法正确的是 A t1t2C D 9 真空中存在竖直向上的匀强电场和水平方向的匀强磁场 一质量为m 带电量为的物体以速度在竖直平面内做半径为R的匀速圆周运动 假设t 0时刻物体在轨迹最低点且重力势能为零 电势能也为零 那么 下列说法正确的是 A 物体带正电且逆时针转动B 物体运动的过程中 机械能守恒 且机械能为C 物体运动的过程中 重力势能随时间