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1、第十二章 磁场高考物理(理科综合)考试说明内内 容容 要要 求求 说说 明明 1. 电流的磁场电流的磁场 2. 磁感应强度、磁感线。磁感应强度、磁感线。地磁场地磁场3. 磁性材料。分子电流假说磁性材料。分子电流假说 4.磁场对通电直导线的作用。安培磁场对通电直导线的作用。安培力。左手定则力。左手定则5. 磁电式电表原理磁电式电表原理6.磁场对运动电荷的作用，洛仑兹磁场对运动电荷的作用，洛仑兹力。带电粒在匀强电场中的运动力。带电粒在匀强电场中的运动7. 质谱仪。回旋加速器质谱仪。回旋加速器 1. 安安培培力力的的计计算算限限于于直直导导线线跟跟B平平行行或或垂垂直直的的两两种情况种情况2. 洛仑
2、兹力的计洛仑兹力的计算限于算限于v跟跟B平行平行或垂直的两种情或垂直的两种情况况 概述本章共有四个概念、两个公式、两个定则。 五个概念： 磁场、磁感线、磁感强度 、 匀强磁场两个公式：安培力 F=BIl (IlB) 洛伦兹力 f =qvB (vB)两个定则: 安培定则判断电流的磁场方向 左手定则判断磁场力的方向应用：应用：力电综合力电综合圆运动圆运动注：能力上多了注：能力上多了“有空间想象能力有空间想象能力”的要求。的要求。 产生产生(安培定则安培定则) 作用作用(左手定则左手定则)知识结构永永 磁磁 体体磁场磁场磁感应磁感应强度强度B磁极之间磁极之间(同名斥同名斥)运动电荷运动电荷受洛仑滋受
3、洛仑滋力作用力作用带电粒子在匀强带电粒子在匀强磁场中的圆运动磁场中的圆运动带电质点在复合带电质点在复合场中的运动场中的运动回旋加速器回旋加速器磁感线磁感线描述描述电电流流、运运动动电电荷荷通电直导线受通电直导线受安培力作用安培力作用通电矩形线圈受通电矩形线圈受安培力矩作用安培力矩作用平衡、变速运动平衡、变速运动磁电式电表磁电式电表质谱仪质谱仪电磁流量计电磁流量计磁流体发电磁流体发电霍尔效应霍尔效应速度选择器速度选择器一、磁场、磁感应强度1.磁场永磁体周围有磁场。电流周围有磁场（奥斯特实验）。分子电流假说: 物质微粒内部存在着环形分子电流。磁现象的电本质：磁体的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产
4、生的。在变化的电场周围空间产生磁场(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 3.磁感应强度 定义： (定义式) 适用条件： l 很小(检验电流元)，且 lB 。 磁感应强度是矢量。 单位是特斯拉，符号 1T=1N/(Am) 方向：规定为小磁针在该点静止时N极的指向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。磁感线都是闭合曲线。区别于区别于决定式决定式(直电流直电流)(2)要熟记常见的几种磁场的磁感线：(3)安培定则（右手螺旋定则）：对直导线
5、，四指指磁感线环绕方向；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。(4)地磁场：地球的磁场与条形磁体的磁场相似。主要特点是：地磁场B的水平分量(Bx)总是从地球南极指向北极，而竖直分量(By)则南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下；在赤道表面上，距离地球表面相等的各点磁感应强度相等，且水平向北.如图所示，a、b是直线电流的磁场，c、d是环形电流的磁场，e、f是螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向 典型例题分析典型例题分析1、关于磁感线，下列说法正确的是（、关于磁感线，下列说法正确的是（ ）A.磁感线上各点切线方向就
6、是各点的磁感线上各点切线方向就是各点的磁感应强度方向磁感应强度方向B.磁场中任意两条磁感线不会相交磁场中任意两条磁感线不会相交C.磁感线总是从磁体北极出发终止于磁感线总是从磁体北极出发终止于磁体南极磁体南极D.磁感线的疏密表示磁场的强弱磁感线的疏密表示磁场的强弱A B D 3、如图所示，一束带电粒子沿着、如图所示，一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针上方时，磁水平方向平行地飞过磁针上方时，磁针的针的S极向纸内偏转，则这束带电粒子极向纸内偏转，则这束带电粒子可能是（可能是（ ）A.向右飞行的正离子束向右飞行的正离子束B.向左飞行的正离子束向左飞行的正离子束C.向右飞行的负离子束向右飞行的负离子
7、束D.向左飞行的负离子束向左飞行的负离子束B CSN4、在图中，螺线管中间的小磁针的指、在图中，螺线管中间的小磁针的指向是（向是（ ）A.左端是左端是N极极B.右端是右端是N极极C.左端是左端是S极极D.右端是右端是S极极B C 下列说法正确的是( ) A. 电荷在某处不受电场力作用，则该处电场强度为零；B. 一小段通电导线在某处不受磁场力作用，则该处磁感强度一定为零；C. 表征电场中某点的强度，是把一个检验电荷放到该点时受到的电场力与检验电荷本身电量的比值；D. 表征磁场中某点强弱，是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导线的长度和电流的乘积的比值电场和磁场性质不同！磁场施力有电场
8、和磁场性质不同！磁场施力有“选择性选择性” 有两条垂直交叉但不接触的导线，通以大小相等的电流，方向如图所示，问哪些区域中某些点的磁感强度B可能为零？( ) A仅在象限；B仅在象限；C在象限；D在象限、；E在象限、IIE 1.安培力的大小: F = BIL (BIL ) 说明: (1) L是导线的有效长度（则L指弯曲导线中始端到末端的直线长度）。(2) B一定是匀强磁场，一定是导线所在处的磁感应强度值. 2.安培力的方向左手定则注意：F一定垂直I、B；I、B可以垂直可以不垂直。二、 磁场对电流的作用BIF磁力矩应用：磁电式电表原理F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
9、重力，仅在磁场力作用下，导线将如何移动？SNI使导线从左向右看顺时针转动；同时又受到竖直向上的磁场的作用而向右移动 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。FFF /FNS压力减小，但不受摩擦力判定安培力作用下物体运动方向 常用方法：电流元受力分析法特殊值分析法等效分析法推论分析法I2I1 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？S NN右偏右偏 如图所示两平行光滑导轨相距为l，金属棒MN的质量为m，电阻R，匀强磁场磁感强度B方向竖直向下，
10、大小为B，电源电动势为E，内阻为r 当电键S闭合时，MN处于平衡求:变阻器R1的取值为多少(设夹角为q)解题规范解题规范画侧视图、受力图画侧视图、受力图列出力学方程和电学方程列出力学方程和电学方程求解、解释答案。求解、解释答案。mgFN 如图，水平放置的光滑金属导轨M、N，平行地置于匀强磁场中，间距为d，磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面夹角为，金属棒a、b的质量为m，放在导轨上且与导轨垂直，电源电动势为E，定值电阻为R，其余电阻不计，则当电键K闭合时，棒a、b受到的安培力的大小为多少？方向怎样？棒的加速度大小为多少？SEBa aMNabR 例如图所示，光滑导轨与水平面成角，导轨宽L、匀
11、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？答案：答案：B应垂直于导轨平面应垂直于导轨平面向上，向上， B=mgsin/(I1L)。 I2=I1/cos。在解这类题时必须画出截面图，只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向，从而弄清各矢量方向间的关系 如图，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直平面。为使MN垂直纸面向外运动，可以A. 将a、c 端接在电源正极，b、d端接在电源负
12、极B. 将b、d 端接在电源正极，a、c 端接在电源负极C. 将a、d 端接在电源正极，b、c 端接在电源负极D. 将a、c 端接在交流电源的一极，b、d 端接在交流电源的另一极(自感不计) ABDabcdNM 例. 如图所示，长度为l、质量为m的金属杆，用两根长度均为h的金属轻杆接在水平轴OO上，构成框架，放入匀强磁场中，磁感强度为B，方向竖直向上。当电键S闭合一个短时间t再断开，短时间t内电流脉冲I0通过框架，试确定框架偏离竖直平面的最大偏角(t时间内框架偏移很小，可忽略不计)。带电粒子在匀强磁场中的运动一、洛仑兹力: 运动电荷在磁场中受到的磁场力叫洛仑兹力，它是安培力的微观表现。1. 洛
13、仑兹力大小(推导)得当vB时，f = qvB f、v、B三者垂直当vB时，f = 0 v与B成角，f = qvBsin 2. 洛仑兹力方向左手定则注意：四指必须指电流方向，即正电荷定向移动的方向，负电荷为定向移动方向的反方向。f一定垂直v、B，v、B可以垂直可以不垂直3. 洛伦兹力f 特点： a. 洛伦兹力总是垂直于v与B组成的平面； b. 洛伦兹力永远不做功。 即 f 不改变动能Ek，只改变动量(方向)。 4. 应用：带电粒子在匀强磁场中的圆运动条件：(牛二律牛二律)得半径：得半径：粒子只受洛伦兹力粒子只受洛伦兹力粒子的粒子的vBB匀强磁场匀强磁场 特征方程：特征方程：周期：周期：与与v、R
14、无关无关熟记熟记 例1.如图所示，螺线管两端加上交流电压，沿着螺线管轴线方向有一电子射入，则该电子在螺线管内将做（）A加速直线运动B匀速直线运动C匀速圆周运动D简谐运动B 例3阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒子流，这些微观粒子是；若在如图所示的阴极射线管中部加上垂直于纸面向里的磁场，阴极射线将 (填“向上”“向下”“向里”“向外”)偏转电子电子向下向下 例4. 如图所示，甲、乙、丙三个质量相同、带相同正电的小球从同一高度开始自由下落。其中丙下落过程中经过一个水平方向的匀强磁场区，乙下落过程中经过一个水平方向的匀强电场区，甲直接落地。若都不计空气阻力，则落到同一水平地面上时，它们哪
15、个速率大？甲甲乙乙丙丙EB 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BR 半导体靠自由电子（带负电）和空穴（相当半导体靠自由电子（带负电）和空穴（相当于带正电）导电，分为于带正电）导电，分为p型和型和n型两种。型两种。p型型半导体中空穴为多数载流子；半导体中空穴为多数载流子；n型半导体中型半导体中自由电子为多数载流子。用以下实验可以判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定一块半导体材料是p型还是型还是n型：将材料放型：将材料放在匀强磁场中，通以图示方向的电流在匀强磁场中，通以图示方向的电流I
16、，用，用电压表比较上下两个表面的电势高低，若上电压表比较上下两个表面的电势高低，若上极板电势高，就是极板电势高，就是p型半导体；若下极板电型半导体；若下极板电势高，就是势高，就是n型半导体。试分析原因。型半导体。试分析原因。I08年东城期末年东城期末17.（12分）电子自静止开始经分）电子自静止开始经M、N板间板间（两板间的电压为（两板间的电压为U）的电场加速后从）的电场加速后从A点垂点垂直于磁场边界射入宽度为直于磁场边界射入宽度为d的匀强磁场中，电的匀强磁场中，电子离开磁场时的位置子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离偏离入射方向的距离为为L，如图所示求，如图所示求:（1）正确画出电子由静）
17、正确画出电子由静止开始直至离开匀强磁场时的轨迹图；止开始直至离开匀强磁场时的轨迹图；(用尺用尺和圆规规范作图和圆规规范作图)(2) 匀强磁场的磁感应强度匀强磁场的磁感应强度（已知电子的质量为（已知电子的质量为m，电荷量为电荷量为e） 例题1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，则电子的质量是_，穿透磁场的时间是_。由几何关系找圆运动半径由几何关系找圆运动半径根据物理规律确定半径与其他根据物理规律确定半径与其他量的关系。量的关系。带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动带电粒
18、子在匀强磁场中的匀速圆周运动的研究方法(1)画轨迹：依据速度方向向合力方向弯曲，确定轨迹是顺时针转还是逆时针转。(2)圆心的确定：若已知带电粒子射入和射出的速度方向，可作出初速度和末速度的垂线，其交点为圆心；若已知初速度（或末速度）的方向和进出磁场的位置可利用圆上弦的中垂线必过圆心的特点找圆心。(3)半径的确定：根据数学知识，解三角形求圆运动的半径。(4)带电粒子在磁场中运动时间t 的确定：先求出粒子在磁场中运动轨迹对应的圆心角q，再由得得(为弧度为弧度)带电粒子在有界匀强磁场中运动vvvvvvvvvvvvvv 例2. 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M
19、N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？MNBOv 例3. 一个质量为m、电荷量为q的带电粒子从x轴上的P(a，0)点以速度v，沿与x正方向成60的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限。求匀强磁场的磁感强度B和射出点的坐标。 yxOBvavO射出点的坐标射出点的坐标(0, ) 穿过圆形磁场区: 偏角经历时间注意：由对称性，射出线的反向延长线必过磁场圆的圆心。v RvO/Or（2002全国）电视机的显像管中，电子束全国）电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经的偏转是用磁偏转技术实现的。
20、电子束经过电压为过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示。磁场方向垂直于圆强磁场区，如图所示。磁场方向垂直于圆面。磁场区的中心为面。磁场区的中心为O，半径为，半径为r。当不加。当不加磁场时，电子束将通过磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕的点而打到屏幕的中心中心M点。为了让电子束射到屏幕边缘点。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需要加磁场，使电子束偏转一已知角度，此时的磁场的磁此时的磁场的磁感应强度感应强度B应为多少？应为多少？ 例题1一带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场，粒子的一段径迹如图所示，径迹上每一小段都可以看成
21、圆弧，由于带电粒子使沿途空气电离，粒子的能量逐渐减小(电量不变)则可判定( )(92gk) A. 粒子从a到b，带正电； B. 粒子从b到a，带正电； C. 粒子从a到b，带负电； D. 粒子从b到a，带负电 B例2 如图所示，水平导线中有恒定电流I通过，导线正下方的电子初速度方向与电流方向相同，则电子的可能运动情况是：A. 沿路径a 运动；B. 沿路径b 运动；C. 沿路径c 运动；D. 沿路径d 运动BfD应用：磁电式电表、质谱仪、回旋加速器质谱仪S1S2S3APUBdQ回旋加速器回旋加速器 实际应用速度选择器正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器+ + + + + + + vqvB=Eq
22、，速度方向必须，速度方向必须向右向右 这个结论与离子带何种电荷、这个结论与离子带何种电荷、电荷多少都无关电荷多少都无关 关于速度选择器 例2如图所示，a、b是位于真空中的平行金属板，a板带正电，b板带负电，两板间的电场为匀强电场，场强为E同时在两板之间的空间中加匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感拉强度为B 一束电子以大小为v0的速度从左边S处沿图中虚线方向入射，虚线平行于两板，要想使电子在两板间能沿虚线运动，则v0、E、B之间的关系应该是( )A. v0= E/B Bv0 =B/EC. v0 = Dv0 =A某带电粒子从图中速度选择器左端某带电粒子从图中速度选择器左端由中点由中点O以速度以
23、速度v0向右射去，从右端向右射去，从右端中心中心a下方的下方的b点以速度点以速度v1射出；若射出；若增大磁感应强度增大磁感应强度B，该粒子将打到，该粒子将打到a点上方的点上方的c点，且有点，且有ac=ab，则该粒，则该粒子带子带_电；第二次射出时的速度为电；第二次射出时的速度为_。v0abco一个带电微粒在图示的正交匀强电场和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。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则该带电微粒必然带_，旋转方向为，旋转方向为_。若已知圆半径为。若已知圆半径为r，电场强度为，电场强度为E磁感应强度为磁感应强度为B，则线速度为，则
24、线速度为_。E B 如图所示，套在很长的绝缘直棒上的小球，其质量为m，带电量是q，小球可在棒上滑动，将此棒竖直放在互相垂直，且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中，电场强度是E，磁感强度是B，小球与棒的动摩擦因数为m，求小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度(设小球带电量不变)BEmgf=m mNNqvBqE 不妨假设设小球带正电不妨假设设小球带正电（带负电时电场力和洛（带负电时电场力和洛伦兹力都将反向，结论伦兹力都将反向，结论相同）相同） P.183 (6)在某空间同时存在着互相正交的匀强电场和匀强磁场，电场的方向竖直向下(如图所示)一带电体A带负电，电量为q1，恰能静止于此空间的a点；另一带
25、电体B也带负电，电量为q2，正在过a点的竖直平面内作半径为r 的匀速圆周运动，结果A、B在a处碰撞并粘合在一起试分析A、B粘合一起后的运动情况粒子在复合场中的运动 如图所示，匀强电场E= 4V/m，水平向左，匀强磁场B=2T，垂直纸面向里，m=1g带正电的小物块A，从M点沿绝缘粗糙的竖直壁无初速下滑，它滑0.8m到N点时就离开壁做曲线运动，在P点小物块A瞬间受力平衡，此时其速度与水平方向成45角，设P与M的高度差为1.6m(g取10m/s2)求：(1)A沿壁下滑时摩擦力做的功? (2)P到M的水平距离?6103J ；0.6m 如图所示，在x轴上方有匀强电场，场强为E；在x轴下方有匀强磁场，磁感
26、强度为B，方向如图，在x轴上有一点M，离O点距离为l现有一带电量为q的粒子，从静止开始释放后能经过M点求如果此粒子放在y轴上，其坐标应满足什么关系？(重力忽略不计)P.181 (5)如图所示，xOy为水平平面，yOz为竖直平面，在该空间中，匀强磁场指向x轴负方向，磁应强度B=1T，匀强电场指向y轴正方向，电场强度E=10N/C一带电微粒，质量m210-6kg，带电量q=210-6C，在yOz平面内做匀速直线运动(g=10m/s2)求带电微粒的速度若带电微粒运动到某一与电场线平行的直线上P点时，突然撤去磁场，求微粒运动到同一直线上的Q点所需的时间P.181 (6)如图所示，倾角为q 的光滑绝缘斜
27、面，处在方向垂直斜面向上的匀强磁场和方向未知的匀强电场中有一质量m、带电量为-q的小球，恰能在斜面上作匀速圆周运动，角速度为w求：匀强磁场的磁感强度的大小；未知电场的最小场强和方向P.183 (7)设在地面上方的真空室内，存在匀强电场和匀强磁场已知电场强度和磁感强度的方向是相同的，电场强度的大小E4.0V/m，磁感强度的大小B0.15T今有一个带负电的质点以v20m/s的速度在此区域内沿垂直场强方向做匀速直线运动，求此带电质点的电量与质量之比q/m以及磁场的所有可能方向(角度可用反三角函数表示)P.183 (8)在相互垂直的匀强磁场和匀强电场中，有一倾角为q，足够长的光滑绝缘斜面，磁感强度为B
28、，方向水平向外，电场方向竖直向上，有一质量为m、带电量为q的小球静止在斜面顶端，这时小球对斜面的正压力恰好为零，如图所示，若迅速把电场方向竖直向下时，小球能在斜面上连续滑行多远？所用时间是多少？P.185在交变磁场中的运动 (3)如图甲所示，M、N为竖直放置、彼此平行的两块平板，板间距离为d，两板中央各有一个小孔正对，在两板间有垂直纸面方向的磁场，磁感强度随时间的变化如图乙所示。有一群相同的正离子从t=0时垂直于M板从小孔O射入磁场，粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与磁感强度变化的周期都是T0，不考虑由于磁场变化而产生的电场的影响，不计重力。求离子圆周运动的半径R 等于多少？要使离子从O处垂直于板射出磁场，离子射入的速度应为多大？OMNOdB0T0OB/Tt/s-B02T0甲甲乙乙P.185 (5)如图所示，在某装置中有一匀强磁场，磁感强度为B，方向垂直于Oxy所在的纸面。某时刻x=l0、y=0处，一质子沿y轴负方向进入磁场；同一时刻，在x=-l0、y=0处，一个a粒子进入磁场，速度方向与磁场垂直。不计粒子的相互作用，设质子的质量为m、电量为e。如果质子经过坐标原点O，它的速度为多大？如果a 粒子和质子在坐标原点相遇，a粒子的速度为何值？方向如何？l0l0OyxB完
