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1、磁 场,w_zaiyun,第一部分 磁场的基本概念,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,电荷运动产生磁场,2、磁场的基本性质,对放入其中的磁体、电流有力的作用,磁体对电流的作用,电流对电流的作用,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,5、磁场的方向：,规定为小磁针N极在磁场
2、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,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,通电螺线管,判断方法,横截面图,纵截面图,地磁场,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
3、该点的磁场方向，即通过该点的磁感 线的切线方向,第二部分 磁场对电流的作用力 磁电式仪表,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,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,BI,如BI则F=0,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,与B垂直的为有效,L为在磁场中的有效长度,F=BILsin,B与I的夹角,2、通电导线在安培力作用下运动的定性判断,3、电流在安培力作用下的定量计算问题,例1：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
4、.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。,例2：如图所示，有一金属棒ab，质量为m = 5g，电阻R = 1，可以无摩擦地在两条平行导轨上滑行。导轨间距离为d = 10cm，电阻不计。导轨平面与水平面的夹角=30，整个装置放在磁感应强度B = 0.4T的匀强磁场中，磁场方向竖直向上。电源的电动势E = 2V，内电阻r = 0.1，试求变阻器取值是多少时，可使金属棒静止在导轨上。,例3：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 = 20c
5、m，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=30处时由静止开始摆下，求横杆通过最低点的瞬时速度大小。,例4：如图所示，两根平行光滑轨道水平放置，相互间隔d=0.1m，质量为m=3g的金属棒置于轨道一端.匀强磁场B=0.1T，方向竖直向下，轨道平面距地面高度h=0.8m，当接通开关S时，金属棒由于受磁场力作用而被水平抛出，落地点水平距离s=2m，求接通S瞬间，通过金属棒的电量.,4、电流表的工作原理,构造：由辐向均匀分布的磁场和放入其中的可转动的线圈组成。（如图）,工作原理,线圈中有电流时，受磁
6、场力的作用而转动，当磁场力矩与弹簧的扭转力矩相等时，线圈停止转动；且有I，因此由电流表指针的偏转角度可得电流大小，且电流表刻度是均匀的。,第三部分 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（v为电荷相对B的速度）,当Bv时，电荷不受洛仑兹力,当Bv时，电荷所受洛仑兹力最大,当B与v成角时，F洛=Bq v sin,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表现，
7、安培力是洛仑兹力的宏观体现,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,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：,c、粒子在磁场中运动的角度关系,例1、如图所示带正电的粒子以速度v垂直磁场边界进入匀强磁场，试分析粒子的运动情况。,若粒子进入磁场的速度方向与边界成 角，则运动情况又将如何？ (单边界)
8、,例1. 如图所示，在y0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面并指向纸面外，磁感应强度为B。一带正电的粒子以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xy平面内，与x轴正向的夹角为。若粒子射出磁场时的位置与O点的距离为L，求该粒子的电量和质量之比q/m。,例2. 一个负离子，质量为m，电量大小为q，以速率v垂直于屏S经过小孔O射入存在着匀强磁场的真空室中，如图所示。磁感应强度B的方向与离子的运动方向垂直，并垂直于图中纸面向里. （1）求离子进入磁场后到达屏S上时的位置与O点的距离. （2）如果离子进入磁场后经过时间t到达位置P，证明:直线OP与离子入射方向之间的夹角跟t的关系是=qBt/2m。
9、,例2、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(双边界),应用 钍核 发生衰变生成镭核 并放出一个粒子。设该粒子的质量为m、电荷量为q，它进入电势差为U的带窄缝的平行平板电极S1和S2间电场时，其速度为v0，经电场加速后，沿0x方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场，ox垂直平板电极S2，当粒子从p点离开磁场时，其速度方向与ox方向的夹角=60，如图所示，整个装置处于真空中。 （1）写出钍
10、核衰变方程； （2）求粒子在磁场中沿圆弧运动的轨道半径R； （3）求粒子在磁场中运动所用时间t。,应用 电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示。磁场方向垂直于圆面。磁场区的中心为O，半径为r。当不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点。为了让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度，此时磁场的磁感应强度B应为多少？,例5：如图所示，在一环行区域内存在着垂直纸面向里的匀强磁场，在圆心O点处有一静止的镭核(22688Ra)，镭核 (22688Ra)放出一个粒子后变成氡核(22286Rn)，已知镭核在
11、衰变过程中有5.6510-12J能量转化为它们的动能。粒子进入磁场后受到洛仑兹力的大小为2.2210-11N。 (1)试写出镭核衰变成氡核的核反应方程 (2)分别求出粒子和氡核的动能 (3)分别求出粒子和氡核进入磁场后的偏转半径 (4)若内圆半径r=1.2m，要使它们不飞出外圆，外圆的最小半径必须为多大?（圆环形边界）,例1、如图所示，在x轴上方有垂直于xOy平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B；在x轴下方有沿y轴负方向的匀强电场，场强为E.一质量为m，电量为-q的粒子从坐标原点O沿着y轴正方向射出.射出之后第三次到达x轴时，它与点O的距离为L.求此粒子射出时的速度v和运动的总路程s（不计重力）
12、.,第四部分 带电粒子在复合场中的运动,1、复合场是指电场、磁场、重力场并存，或其中某两种场并存，带电粒子在这些场中运动时要考虑电场力、洛仑兹力和重力或其中某两种力的作用。,2、带电粒子在复合场中的运动问题实际上是一个力学问题。应根据研究力学问题的思路运用力学规律求解。,例2、如图，在xoy平面内，第I象限内有匀强电场，场强大小为E，方向沿y轴正方向，在x轴正下方有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，今有一质量为m，电量为e的电子（不计重力），从y轴上的P点以初速度v0垂直于电场方向进入电场，经电场偏转后，沿着与x轴成450进入磁场，并能返回原出发点P。 （1）说明电子的运动情况，
13、并作出电子运动轨迹的示意图； （2）求P点离坐标原点的距离h； （3）电子从P点出发经过多长时间第一次返回到P点？,450,450,例3、如图，两个共轴的圆筒形金属电极，外电极接地，其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝a、b、c和d，外筒的外半径为r0.在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场，磁感应强度的大小为B.在两极间加上电压，使两圆筒之间的区域内有沿半径向外的电场.一质量为m、带电量为+q的粒子，从紧靠内筒且正对狭缝a的S点出发，初速为零.当该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点S，则两电极之间的电压U应是多少?（不计重力，整个装置在真空中.）,例4、如图所示，在相互垂直
14、的水平匀强电场和水平匀强磁场中，有一竖直固定绝缘杆MN，小球P套在杆上，已知P的质量为m，电量为q,P与杆间的动摩擦因数为，电场强度为E，磁感应强度为B，小球由静止起开始下滑，设电场、磁场区域足够大，杆足够长，求： （1）当下滑加速度为最大加速度一半时的速度. （2）当下滑速度为最大下滑速度一半时的加速度,3、带电粒子在复合场中运动的典型问题,（1）、质谱仪,（2）、速度选择器,（3）、加速器（直线加速器、回旋加速器）,（4）、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应（磁强计）,例 下图是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图，设法使某有机化合物的气态分子导入图中所示的容器A中，使它使受到电子束轰击，
15、失去一个电子变成为正一价的分子离子。 分子离子从狭缝s1以很小的速度进入电压U的加速电场区（初速不计），加速后，再通过狭缝s2、s3 射入磁感强度为B的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ。最后，分子离子打到感光片上，形成垂直于纸面且平行于狭缝s3的细线，若测得细线到狭缝s3的距离为d，导出分子离子的质量m的表达式。,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）,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
16、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),例 汤姆生用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图所示，真空管内的阴极K发出的电子(不计初速、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿过A中心的小孔沿中心轴O1O的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P间的区域当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O点，(O与O点的竖直间距为d，水平间距可忽略不计此时，在P和P间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，亮点重新回到O点已知极板水平方向的长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧
