磁场单元复习课件2分解

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1、一、磁场的产生？磁场的基本性质？ 二、磁场的描述:1、磁感应强度B ？ 2、磁感线？几种 典型磁场的磁感线分布？ 三、安培力F安：大小？方向？ 四、洛仑兹力f 大小？方向？,基本知识,磁场 知识、题型、方法,基本题型,一、通电导体在磁场中受力运动问题 1、定性判定 2、定量计算 二、带电粒子在匀强磁场中圆周运动问题 三、带电粒子在（电场、磁场、重力场）复合场中受 力运动问题 四、典型应用事例：质谱仪、回旋加速器、速度选择器 磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应,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（运动电荷）周围存在磁场,奥斯特实验,南北放置,导线通电后发生偏转,

2、电荷运动产生磁场,变化的电场在周围空间产生磁场（麦克斯韦）。,一磁场的产生和性质,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,二、磁场的描述： 1、磁感应强度B,磁感应强度B：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。,表达式：,特斯拉,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,磁场的方向：规定在磁场中任一点，小磁针静止时N极指向（即N极的受力方向）就是该点的磁场方向。（注意：不是电流的受力方向）,（4）叠加：B=B1+B2 平行四边形定则,2、磁感线

3、,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：,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。,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,地磁场的极在地球的南端（东经度，南纬度的南极洲威尔斯附近；极在地球的北

4、端西经度，东经度的北美洲帕里群岛附近； 水平分量从南到北，竖直分量北半球垂直地面向下，南半球垂直地面向上； 赤道平面，距离地面高度相等的点的大小和方向相同,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,C,一束电子流沿x轴正方向高速运动，如图所示，则电子流产生的磁场在z轴上的点P处的方向是（ ） A沿y轴正方向 B沿y轴负方向 C沿z轴正

5、方向 D沿z轴负方向,A,下列说法中正确的是 （ ） A磁感线可以表示磁场的方向和强弱 B磁感线从磁体的N极出发，终止于磁体的S极 C磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场 D放入通电螺线管内的小磁针，根据异名磁极相吸的原则，小磁针的N极一定指向通电螺线管的S极,磁感线,AC,磁感应强度的定义,关于磁感应强度，下列说法中错误的是 （ ） A由B=F/IL可知，B与F成正比，与IL成反比 B由B=F/IL可知，一小段通电导体在某处不受磁场力，说明此处一定无磁场 C通电导线在磁场中受力越大，说明磁场越强 D磁感应强度的方向就是该处电流受力方向,ABCD,磁感应强度的矢量性,两根长直通电导线互相平行，电流

6、方向相同.它们的截面处于一个等边三角形ABC的A和B处.如图所示，两通电导线在C处的磁场的磁感应强度的值都是B，则C处磁场的总磁感应强度是（ ） A2B BB C0 D B,D,安培力磁场对电流的作用,1、大小：F安=ILB （当IB时）,当IB时，通电导体不受安培力,当IB时，所受安培力最大,当I与B成角时，F安=ILBsin ,2、方向：用左手定则判断。注意有：F B 且FI,判断下列导线的电流方向或磁场方向或受力方向,有效长度L？,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,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80

7、g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。,磁场对运动电荷的作用,一、洛仑兹力,1、大小：F洛=Bqv,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=Bqvsin ,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

8、力的微观表现，安培力是洛仑兹力的宏观体现,洛仑兹力提供向心力,轨道半径：,带电粒子（不计重力）垂直射入匀强磁场做圆周运动,圆心的确定：,a、两个速度方向垂直线的交点。 b、一个速度方向的垂直线和一条弦的中垂线的交点 半径r的确定：物理式和几何式 运动时间,O,物理规律,画图，研究几何关系（圆心O、半径r、圆弧、圆心角、,磁场边界线）,例：1921,4、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,知识要点,1. 复合场：在同一空间有电场、磁场和重力场并存或某两场复合.,2、三个场力特点： 电场力、重力往往不变，能做功,且做功与路径无关. 洛伦兹力始终与速度方向垂直,洛伦

9、兹力永不做功。,3、三类运动： 带电粒子（体）在复合场中匀速直线运动问题。 应用力平衡求解 如：速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍耳效应 带电体在复合场（重力、电场力、洛伦兹力作用下）匀速圆周运动问题 特点：mg=qE 相抵消；qvB=mv2/r 带电粒子（体）在复合场中的复杂曲线运动问题 特点：洛伦兹力大小、方向变化，但不做功。 应用动能定理求解。,例：22,（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：,组合场（电场与磁场没有同时出现在同一区域）,例

10、20,例2：质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断( ),A、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大 B、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小 C、只要x相同，则离子质量一定相同 D、只要x相同，则离子的荷质比一定相同,AD,(二).回旋加速器,1.加速电场的周期与带电粒子在D型盒中圆周运动周期相等。 2.设D型盒最大半径R，则回旋加速器所能达到的最大动能为：,1-75,28,（二）、回旋加速器

11、,1、带电粒子在两D形盒中回旋周 期等于两盒狭缝之间高频电场 的变化周期，粒子每经过一个 周期，被电场加速二次,2、将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起 来是一个初速度为零的匀加速直线运动,3、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次， 每次增加的动能为 所有各次半径之比为：,4、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相同的。,5、回旋加速器的出现，使人类在获得具有较高能量的粒子的方面前进了一 大步，了解其它类型的加速器： 直线加速器、同步加速器、电子感应加速器、串列加速器、电子对撞机等,例11,1-75,29,小结：,回旋加速器利用两D形盒窄缝间的电场使带电粒子加速，利用D形盒内的

12、磁场使带电粒子偏转，带电粒子所能获得的最终能量与B和R有关，与U无关,1-75,30,例1：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正确的是( ) A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用 B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的 C、只有电场能对带电粒子起加速作用 D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动,CD,1-75,31,四.速度选择器,在正交电、磁场中，若不计重力，则：,1.速度选择器只选择速度，与电荷的正负无关； 2.注意电场和磁场的方向搭配。,1-75,32,速度选择器： （1）由一个正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。 （2）带电粒子必须以唯一确定的速度 （包括大小、方

13、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。即有确定的入口和出口。 （3）这个结论与粒子带何种电荷、电荷多少都无关。, , ,v,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。,1-75,33,： 在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子垂直于电场和磁场方向射入场中，射出时粒子的动能减少了，为了使粒子射出时动能增加，在不计重力的情况下，可采

14、取的办法是： A.增大粒子射入时的速度 B.减小磁场的磁感应强度 C.增大电场的电场强度 D.改变粒子的带电性质,BC,1-75,34,五.磁流体发电机,等离子体即高温下电离的气体，含有大量的带正电荷和负电荷的微粒，总体是电中性的。,等离子体喷入磁场区域，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上、下偏转而聚集到A、B板产生电势差。,设B为磁感应强度，d为两板间距，v为喷射速度，最大电势差U 则：,五.磁流体发电机,例12,1-75,35,六、霍耳效应：,如图：厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于磁感强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体上下侧面间会产生电势差，这种现象叫霍耳效应。,稳定时：,

15、设电流强度为I，电荷定向移动速度为v，上下两侧电压为U,1-75,36,如图：是用来测定导电液体在导管中流动时流量的仪器，设导管直径为d，用非磁性材料制成，磁感应强度为B，a、b间测出电势差为U,七、电磁流量计：,则流量,Bqv=Eq=qu/d得v=U/Bd,例13,例.如图所示，在电场强度为E、方向与水平成30角斜向下的匀强电场中，又有沿水平方向的匀强磁场，磁感应强度为B，有一个质量为m的带电体竖直向下做直线运动，则此带电体带_电荷，带电量为_，做 运动？,例质量为 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大，为,例：14,