一、磁场的产生与描述1. 磁场(1) 磁场:磁场是一种特殊的物质存在于磁极和电流周围.(2) 磁场的性质:磁场对放入磁场中的磁极和电流有力的作用.(3) 磁场的电本质:一切磁现象都起源于电荷的运动(4) 磁场的方向:规定磁场中任意一点的小磁针静止时N极的指向(小磁针N极受力方 向).2、 磁感线对磁场的描述(1) 磁感线① 定义:在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向 一致,这样的曲线叫做磁感线② 特点:、不是真实存在的,是人们为了形象描述磁场而假想的;是闭合曲线,磁体的外部 是从N极到S极,内部是从S极到N极,在空间中不相交;磁感线的疏密表示磁场的强弱, 磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向2) 几种常见磁场的磁感线① 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场乙丙④通电螺线管的磁感线与条形磁铁相似,甲乙一端相当于北极N,另一端相当于南极S.⑤匀强磁场3、磁感应强度磁感应强度是描述磁场大小和方向的物理量,用“B”表示,是矢量1) 大小: FB = 一IL(2) 方向:磁场中该处的磁场方向3) 单位:特斯拉(4) 匀强磁场:磁感应强度大小、方向处处相同的区域,在匀强磁场中,磁感线互相平行 并等距。
二、两种磁场力1、 安培力(1) 安培力大小F = BIl sin 9 (其中&为B与I之间的夹角)① 若磁场和电流垂直时:F =BIl ;② 若磁场和电流平行时:F =0.(2) 安培力的方向左手定则:伸开左手,使大拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在一个平面内,让磁感线垂 直(或倾斜)穿入手心,伸开四指指向电流方向,拇指所指的方向即为导线所受安培力的方 向[说明]电流所受的安培力的方向既跟磁场方向垂直,又跟电流方向垂直,所以安培力的方 向总是垂直于磁感线和通电导线所确立的平面.2、 磁场对运动电荷的作用力(洛伦兹力)(1) 洛伦兹力的大小f = qvB sin 9① 当& =90°时,f = qvB,此时,电荷受到的洛伦兹力最大;② 当& =0°或180°时,f =0,即电荷在磁场中平行于磁场方向运动时,电荷不受洛伦兹力 作用;③ 当v=0时,f =0,说明磁场只对运动的电荷产生力的作用.(2) 洛伦兹力的方向左手定则:伸开左手,使大姆指跟其余四个手指垂直,且处于同一平面内,让磁感线穿入手 心,四指指向为正电荷的运动方向(或负电荷运动的反方向),大拇指所指的方向是正电荷(负电荷)所受的洛伦兹力的方向.[说明]① 洛伦兹力的方向既与电荷的运动方向垂直,又与磁场方向垂直,所以洛伦兹力的 方向总是垂直于运动电荷的速度方向和磁场方向所确定的平面.② 洛伦兹力方向总垂直于电荷运动方向,当电荷运动方向发生变化时,洛伦兹力的方向随之变化.③ 由于洛伦兹力方向总与电荷运动方向垂直,所以洛伦兹力对电荷不做功•三、带电粒子在匀强磁场中的运动1、 若带电粒子初速度方向与磁场方向共线,则作匀速直线运动。
2、 若带电粒子沿垂直磁场方向射入磁场,即e =90时,带电粒子所受洛伦兹力f = qvB,方向总与速度v方向垂直•洛伦兹力提供向心力,使带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动.(1) 其特征方程为:f =F洛 向(2) 四个基本公式:向心力公式:Bqv = m —半径公式:mvR =—qB周期和频率公式:T =动能公式:Emv(BqR )RqB注意:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期T,只和粒子的比荷(q/m)有关,与 粒子的速度v、半径R的大小无关;也就是说比荷(q/m)相同的带电粒子,在同样的匀强 磁场中,T、f和W相同.四、几种与磁场有关的仪器1、 速度选择器2、 质谱仪3、 回旋加速器4、 磁流体发电机5、 电磁流量计 五、带电粒子在复合场中的运动1、 复合场一般包括重力场、电场和磁场,本专题所说的复合场指的是磁场与电场、磁场与 重力场,或者是三场合一.2、 三种场力的特点(1) 重力的大小为mg,方向竖直向下,重力做功与路径无关,其数值除与带电粒子的质量 有关外,还与初、末位置的高度差有关.(2) 电场力的大小为qE,方向与电场强度E及带电粒子所带电荷的性质有关,电场力做功 与路径无关,其数值除与带电粒子的电荷量有关外,还与初、末位置的电势差有关•(3) 洛伦兹力的大小跟速度与磁场方向的夹角有关,当带电粒子的速度与磁场方向平行时, f =0;当带电粒子的速度与磁场方向垂直时,f =qvB;洛伦兹力的方向垂直于速度v和磁 感应强度B所决定的平面•无论带电粒子做什么运动,洛伦兹力都不做功.3、 注意:电子、质子、a粒子、离子等微观粒子在复合场中运动时,一般都不计重力,但 质量较大的质点(如带电尘粒)在复合场中运动时,不能忽略重力.4、 带电粒子在复合场中运动的处理方法.(1)正确分析带电粒子的受力及运动特征是解决问题的前提① 带电粒子在复合场中做什么运动,取决于带电粒子所受的合外力及其初始状态的速度,因 此应把带电粒子的运动情况和受力情况结合起来进行分析,当带电粒子在复合场中所受合外 力为零时,做匀速直线运动(如速度选择题).② 当带电粒子所受的重力与电场力等值反向,洛伦兹力提供向心力时,带电粒子在垂直于磁 场的平面内做匀速圆周运动.③ 当带电粒子所受的合外力是变力,且与初速度方向不在一条直线上时,粒子做非匀变速曲 线运动,这时粒子的运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线,由于带电粒子可能连续通过几个 情况不同的复合场区,因此粒子的运动情况也发生相应的变化,其运动过程可能由几种不同 的运动阶段所组成.(2)灵活选用力学规律是解决问题的关键① 当带电粒子在复合场中做匀速运动时,应根据平衡条件列方程求解•② 当带电粒子在复合场中做匀速圆周运动时,往往应用牛顿第二定律和平衡条件列方程联立 求解.③ 当带电粒子在复合场中做非匀速曲线运动时,应选用动能定理或能量守恒定律列方程求 解.[说明]如果涉及两个带电粒子的碰撞问题,还要根据动量守恒定律列出方程,再与其他方 程联立求解.由于带电粒子在复合场中受力情况复杂,运动情况多变,往往出现临界问题,这时应以题目 中的“恰好” “最大”、“最高”、“至少”等词语为突破口,挖掘隐含条件,根据临界条件列 出辅助方程,再与其他方程联立求解.。