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1、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 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 3 磁场力的方向的判定磁极和电流之间的相互作用力 包括磁极与磁极 电流与电流 磁极与电流 都是运动电荷之间通过磁场发生的相互作用 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 磁感线是封闭曲线 和静电场的电场线不同 安培定则 右手螺旋定则 对直导线 四指指磁感线方向
2、 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 N 南极 S 北极 B的水平分量总是从指向 B的竖直分量在南半球 B的竖直分量在北半球 5 磁感应强度 条件是L很小 并且L B 1 B的大小方向与F I L关 2 矢量 B的方向不是F的方向 两者垂直 3 单位是特斯拉 符号为T 1T 1N A m 1kg A s2 6 磁通量 穿过某个面的磁感线条数就是磁通量 1 B S BS B S 又叫磁通密度 2 B与S的夹角为 时 有 Bssin 3 B S 0 4 是标量 但是有方向 进该面或出该面 单位为韦伯 符号为Wb 二 安培力 磁场对电流的作用力 1
3、 安培力方向的判定 用左手定则 用 同性相斥 异性相吸 只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部时 用 同向电流相吸 反向电流相斥 反映了磁现象的电本质 可以把条形磁铁等效为长直螺线管 不要把长直螺线管等效为条形磁铁 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 例3 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 减小还是不变 水平面对磁铁的摩擦力大小为 例4 如图在条形磁铁N极附近悬挂一个线圈 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 例5 电视机显象管的偏转线圈示意图如右
4、 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 2 安培力大小的计算 1 B I F BIL 两两垂直 2 B I F 0 3 B L间的夹角为 F BLIsin 如图所示 直导线处于足够大的匀强磁场中 与磁感线成 30 角 导线中通过的电流为I 为了增大导线所受的磁场力 可采取下列四种办法 其中不正确的是A 增大电流IB 增加直导线的长度C 使导线在纸面内顺时针转30 D 使导线在纸面内逆时针转60 例 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
5、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 例 如图所示 半径为R 单位长度电阻为的均匀导体环固定在水平面上 圆环中心为O 匀强磁场垂直于水平面方向向下 磁感应强度为B 平行于直径MON的导体杆 沿垂直于杆的方向向右运动 杆的电阻可以忽略不计 杆于圆环接触良好 某时刻 杆的位置如图 aOb 2 速度为v 求此时刻作用在杆上的安培力的大小 与电磁感应结合 例 如图所示 两根平行金属导轨间的距离为0 4m 导轨平面与水平面的夹角为37 磁感应强度为0 5T的匀强磁场垂直于导轨平面斜向上 两根电阻均为1 重均为0 1N的金属杆ab cd水
6、平地放在导轨上 杆与导轨间的动摩擦因数为0 3 导轨的电阻可以忽略 为使ab杆能静止在导轨上 必须使cd杆以多大的速率沿斜面向上运动 1 洛伦兹力运动电荷在磁场中受到的磁场力叫洛伦兹力 它是安培力的微观表现 1 v与B垂直 f qvB 2 当v与B成 角时 f qvBsin 3 v B f 0 f一定垂直于v 所以f不做功 2 洛伦兹力方向的判定在用左手定则时 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 例1 磁流体发电机原理图如右 等离子体高速从左向右喷射 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 两板间最大电压为多少
7、3 洛伦兹力应用 带电粒子在匀强磁场中仅受洛伦兹力而做匀速圆周运动时 洛伦兹力充当向心力 由此可以推导出该圆周运动的半径公式和周期公式 二 带电粒子在匀强磁场中的运动 1 确定圆心 2 画出半径 由平面几何知识求出半径 3 求圆心角求磁场中运动的时间 4 注意对称性 例3 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 电子质量为m 电荷为e 它们从磁场中射出时相距多远 射出的时间差是多少 例 如图所示 一束电子 电量为e 以速度v垂直射入磁感强度为B 宽度为d的匀强磁场中 穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30 则电子的质
8、量是 穿透磁场的时间 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 偏角可由 求出 经历时间由 得出 注意 由对称性 射出线的反向延长线必过磁场圆的圆心 例 长为L的水平极板间 有垂直纸面向内的匀强磁场 如图所示 磁感强度为B 板间距离也为L 板不带电 现有质量为m 电量为q的带正电粒子 不计重力 从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场 欲使粒子不打在极板上 可采用的办法是 A 使粒子的速度v5BqL 4m C 使粒子的速度v BqL m D 使粒子速度BqL 4m v 5BqL 4m 一 带电粒子在混合场中的运动1 速度选择器正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器
9、带电粒子必须以唯一确定的速度 包括大小 方向 才能匀速 或者说沿直线 通过速度选择器 否则将发生偏转 这个速度的大小可以由洛伦兹力和电场力的平衡得出 qvB Eq 在本图中 速度方向必须向右 1 这个结论与离子带何种电荷 电荷多少都无关 2 若速度小于这一速度 电场力将大于洛伦兹力 带电粒子向电场力方向偏转 电场力做正功 动能将增大 洛伦兹力也将增大 粒子的轨迹既不是抛物线 也不是圆 而是一条复杂曲线 若大于这一速度 将向洛伦兹力方向偏转 电场力将做负功 动能将减小 洛伦兹力也将减小 轨迹是一条复杂曲线 例1 某带电粒子从图中速度选择器左端由中点O以速度v0向右射去 从右端中心a下方的b点以速
10、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2 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 2 回旋加速器 即T电 带电粒子在回旋加速器内运动 决定其最终能量的因素 Ekn 例3 一个回旋加速器 当外加电场的频率一定时 可以把质子的速率加速到v 质子所能获得的能量为E 则 这一回旋加速器能把 粒子加速到多大的速度 这一回旋加速器能把 粒子加速到多大的能量 这一回旋加速器加速 粒子的磁感应强度跟加速质子的磁感应强度之比为 4 决定带电粒子在回旋加速器内运动时间长短的因素 3 带电微粒在重力 电场力 磁场力共同作用下的运动 1 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 例4 一个带电微粒在图示的正交匀强电场和匀强磁场中在竖直面内做匀速圆周运动 则该带电微粒必然带 旋转方向为 若已知圆半径为r 电场强度为E磁感应强度为B 则线速度为 例5 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
