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1、磁场磁场选选 修修 3-1第一节第一节第一节第一节 我们周围的磁现象我们周围的磁现象我们周围的磁现象我们周围的磁现象一一一一. .无处不在的磁无处不在的磁无处不在的磁无处不在的磁1.我们的祖先发明指南针，对世界文明产生重大影响。我们的祖先发明指南针，对世界文明产生重大影响。2.现代人好比被现代人好比被“磁海磁海”包围。包围。3.生物磁性的研究为人类开辟了崭新的视野。生物磁性的研究为人类开辟了崭新的视野。二二二二. .地磁场地磁场地磁场地磁场地理的南北极与地磁的地理的南北极与地磁的N、S极相反。极相反。第一节第一节第一节第一节 我们周围的磁现象我们周围的磁现象我们周围的磁现象我们周围的磁现象三三
2、三三. .磁性材料磁性材料磁性材料磁性材料1. 1.磁化磁化磁化磁化使不具有磁性的物质具有磁性的过程叫磁化。使不具有磁性的物质具有磁性的过程叫磁化。任何物质在外磁场中都能或多或少地被磁化。任何物质在外磁场中都能或多或少地被磁化。2. 2.磁性材料磁性材料磁性材料磁性材料磁化后磁性很强的物质叫磁性材料，又称为铁磁性物质磁化后磁性很强的物质叫磁性材料，又称为铁磁性物质3. 3.磁性材料的分类磁性材料的分类磁性材料的分类磁性材料的分类软磁性物质：磁化后容易去磁的物质称软磁性物质。软磁性物质：磁化后容易去磁的物质称软磁性物质。软磁性物质剩磁较小软磁性物质剩磁较小软磁性物质剩磁较小软磁性物质剩磁较小。硬
3、磁性物质：磁化后不易去磁的物质称硬磁性物质。硬磁性物质：磁化后不易去磁的物质称硬磁性物质。硬磁性物质剩磁较大硬磁性物质剩磁较大硬磁性物质剩磁较大硬磁性物质剩磁较大。第一节第一节第一节第一节 我们周围的磁现象我们周围的磁现象我们周围的磁现象我们周围的磁现象4. 4.磁性材料的应用磁性材料的应用磁性材料的应用磁性材料的应用软磁性材料的剩磁弱，容易去磁，适用于需要反复磁化的场合。软磁性材料的剩磁弱，容易去磁，适用于需要反复磁化的场合。硬磁性材料的剩磁强，不易去磁，适用于制成永磁体。硬磁性材料的剩磁强，不易去磁，适用于制成永磁体。【问题问题问题问题】以下物品，应用哪种材料制成？以下物品，应用哪种材料制
4、成？第二节第二节第二节第二节认识磁场认识磁场认识磁场认识磁场一一一一. .磁场初探磁场初探磁场初探磁场初探1. 1.磁体的周围有磁场磁体的周围有磁场磁体的周围有磁场磁体的周围有磁场2. 2.奥斯特实验的启示：奥斯特实验的启示：奥斯特实验的启示：奥斯特实验的启示：电流能够产生磁场。电流能够产生磁场。3. 3.磁场的基本性质磁场的基本性质磁场的基本性质磁场的基本性质磁场对处于场中的磁体有力的作用。磁场对处于场中的磁体有力的作用。磁场对处于场中的电流有力的作用。磁场对处于场中的电流有力的作用。第二节第二节第二节第二节 认识磁场认识磁场认识磁场认识磁场二二二二. .磁场的方向磁场的方向磁场的方向磁场的
5、方向物理学规定：物理学规定：物理学规定：物理学规定：在磁场中的任一点，小磁针北极受力的方向，亦即小在磁场中的任一点，小磁针北极受力的方向，亦即小磁针静止时北极所指的方向，就是该点的磁场方向。磁针静止时北极所指的方向，就是该点的磁场方向。1. 1.磁感线磁感线磁感线磁感线在磁场中假想出的一系列曲线在磁场中假想出的一系列曲线在磁场中假想出的一系列曲线在磁场中假想出的一系列曲线磁感线上任意点的切线方向与该点的磁场方向一致；磁感线上任意点的切线方向与该点的磁场方向一致；（小磁针静止时小磁针静止时小磁针静止时小磁针静止时N N极所指的方向极所指的方向极所指的方向极所指的方向）磁感线的疏密程度表示磁场的强
6、弱。磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。三三三三. .图示磁场图示磁场图示磁场图示磁场几种常见磁场磁感线分布几种常见磁场磁感线分布NS条形磁铁条形磁铁2、直线电流周围磁场、直线电流周围磁场（右手螺旋定则）（右手螺旋定则）安培定则：安培定则：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。的方向就是磁感线的环绕方向。磁感线为以导线上的磁感线为以导线上的各点为圆心的同心圆，各点为圆心的同心圆，且在跟导线垂直的平且在跟导线垂直的平面上面上直线电流直线电流 练习：画出直线电流的磁场的
7、立体、顶视、底视、练习：画出直线电流的磁场的立体、顶视、底视、正视图正视图3、环形电流周围磁场、环形电流周围磁场l安培定则安培定则：让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。心轴线上磁感线的方向。环形电流环形电流的磁场可的磁场可等效为小等效为小磁针或条磁针或条形磁铁形磁铁4、通电螺旋管周围磁场、通电螺旋管周围磁场等效等效安培定则：安培定则：用右手握住螺旋管，让弯曲的四指所指的方向用右手握住螺旋管，让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺旋跟电流方向
8、一致，大拇指所指的方向就是螺旋管内部磁感线的方向。管内部磁感线的方向。（大拇指指向螺旋管北极）（大拇指指向螺旋管北极）第二节第二节第二节第二节认识磁场认识磁场认识磁场认识磁场归纳：常见磁场的磁感线归纳：常见磁场的磁感线归纳：常见磁场的磁感线归纳：常见磁场的磁感线永久性磁体的磁场永久性磁体的磁场直线电流的磁场直线电流的磁场环形电流的磁场环形电流的磁场螺线管电流的磁场螺线管电流的磁场第二节第二节第二节第二节 认识磁场认识磁场认识磁场认识磁场四四四四. .安培分子环流假说安培分子环流假说安培分子环流假说安培分子环流假说1. 1.分子电流假说分子电流假说分子电流假说分子电流假说 任任何何物物质质的的分
9、分子子中中都都存存在在环环形形电电流流分分子子电电流流，分分子子电电流流使使每每个个分分子子都都成为一个微小的磁体。成为一个微小的磁体。2. 2.安培分子环流假说对一些磁现象的解释：安培分子环流假说对一些磁现象的解释：安培分子环流假说对一些磁现象的解释：安培分子环流假说对一些磁现象的解释：未被磁化的铁棒未被磁化的铁棒磁化后的铁棒磁化后的铁棒3. 3.磁现象的电本质磁现象的电本质磁现象的电本质磁现象的电本质第二节第二节第二节第二节 认识磁场认识磁场认识磁场认识磁场【电磁继电器电磁继电器电磁继电器电磁继电器】高压工作电路的通断由低压电路的通断控制，这种高压工作电路的通断由低压电路的通断控制，这种设
10、计有利于安全操作。设计有利于安全操作。第二节第二节第二节第二节认识磁场认识磁场认识磁场认识磁场【例题例题例题例题1 1】关于磁场和磁感线的描述，下列哪些是错误的？关于磁场和磁感线的描述，下列哪些是错误的？A.磁感线的箭头指向就是磁场的方向；磁感线的箭头指向就是磁场的方向；B.磁感线从磁体的磁感线从磁体的N极出发到磁体的极出发到磁体的S极终止；极终止；C.两条磁感线的空隙处不存在磁场；两条磁感线的空隙处不存在磁场；D.两条磁感线不可能相交。两条磁感线不可能相交。【答案答案答案答案】ABCABC第二节第二节第二节第二节认识磁场认识磁场认识磁场认识磁场【例题例题例题例题2 2】下列各种说法中，正确的
11、是：下列各种说法中，正确的是：A.磁通量很大，而磁感应强度可能很小；磁通量很大，而磁感应强度可能很小；B.磁感应强度越大，磁通量也越大；磁感应强度越大，磁通量也越大；C.磁通量小，一定是磁感应强度小；磁通量小，一定是磁感应强度小；D.磁感应强度很大，而磁通量可能为零。磁感应强度很大，而磁通量可能为零。【答案答案答案答案】ADAD第三节第三节第三节第三节 探究安培力探究安培力探究安培力探究安培力安培力安培力安培力安培力磁场对电流的作用力称为安培力。磁场对电流的作用力称为安培力。一一一一. .安培力的方向安培力的方向安培力的方向安培力的方向左手定则：左手定则：左手定则：左手定则：伸伸开开左左手手，
12、使使拇拇指指与与四四指指在在同同一一个个平平面面内内并并跟跟四四指指垂垂直直，让让磁磁感感线线垂垂垂垂直直直直穿穿穿穿入入入入手手心心，使使四四指指指指向向电电流流的的方方向向，这这时拇指所指的就是通电导体所受安培力的方向。时拇指所指的就是通电导体所受安培力的方向。第三节第三节第三节第三节 探究安培力探究安培力探究安培力探究安培力【例题例题例题例题1 1】画出图中第三者的方向。画出图中第三者的方向。【答案答案答案答案】由左手定则作答。由左手定则作答。由左手定则作答。由左手定则作答。 【注意注意注意注意】安培力的方向永远与导线垂直。安培力的方向永远与导线垂直。安培力的方向永远与导线垂直。安培力的
13、方向永远与导线垂直。第三节第三节第三节第三节 探究安培力探究安培力探究安培力探究安培力【例题例题例题例题2 2】画出图中通电导线棒所受安培力的方向。画出图中通电导线棒所受安培力的方向。【答案答案答案答案】由左手定则作答。由左手定则作答。由左手定则作答。由左手定则作答。【注意注意注意注意】安培力的方向永远与导线垂直。安培力的方向永远与导线垂直。安培力的方向永远与导线垂直。安培力的方向永远与导线垂直。第三节第三节第三节第三节 探究安培力探究安培力探究安培力探究安培力二二二二. .安培力的大小安培力的大小安培力的大小安培力的大小磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度定量描述磁场强弱和方向的物理量。
14、定量描述磁场强弱和方向的物理量。物物物物理理理理学学学学规规规规定定定定：当当通通电电导导线线与与磁磁场场方方向向垂垂直直时时，通通电电导导线线所所受受的的安安培培力力F F 跟跟电电流流I I 和和导导线线的的乘乘积积ILIL的的比比值值叫叫做做磁磁感感应应强强度。用度。用B B表示。表示。即：即：单位：特斯拉（单位：特斯拉（T）【猜想与验证猜想与验证猜想与验证猜想与验证】影响安培力的因素影响安培力的因素影响安培力的因素影响安培力的因素磁场的强弱磁场的强弱电流的大小电流的大小电流的长度电流的长度第三节第三节第三节第三节 探究安培力探究安培力探究安培力探究安培力1.当电流与磁场方向垂直时，当电
15、流与磁场方向垂直时，F = ILBF = ILB2.当电流与磁场方向夹当电流与磁场方向夹角时，角时，F = ILBsinF = ILBsin二二二二. .安培力的大小安培力的大小安培力的大小安培力的大小B1B2F = ILBsin=BILsin第三节第三节第三节第三节 探究安培力探究安培力探究安培力探究安培力【例例例例题题题题3 3】如如图图所所示示，两两平平行行光光滑滑导导轨轨相相距距0.2m，与与水水平平面面夹夹角角为为450，金金属属棒棒MN的的质质量量为为0.1kg，处处在在竖竖直直向向上上磁磁感感应应强强度度为为1T的的匀匀强强磁磁场场中中，电电源源电电动动势势为为6V，内内阻阻为为
16、1，为使为使MN处于静止状态，则电阻处于静止状态，则电阻R应为多少？应为多少？(其他电阻不计其他电阻不计)【答案答案答案答案】R R=0.2=0.2第三节第三节第三节第三节 探究安培力探究安培力探究安培力探究安培力三三三三. .磁通量磁通量磁通量磁通量我们将磁感应强度我们将磁感应强度B B 与面积与面积S S 的乘积，叫做穿过这个面的乘积，叫做穿过这个面的磁通量，简称磁通。用的磁通量，简称磁通。用 表示。表示。即：即：=BS=BS=BS=BS=BS cos=BS cos在在SI单位制中，磁通量的单位为：单位制中，磁通量的单位为：韦伯韦伯韦伯韦伯（WbWb）第三节第三节第三节第三节 探究安培力探
17、究安培力探究安培力探究安培力【例题例题例题例题4 4】下列各种说法中，正确的是：下列各种说法中，正确的是：A.磁通量很大，而磁感应强度可能很小；磁通量很大，而磁感应强度可能很小；B.磁感应强度越大，磁通量也越大；磁感应强度越大，磁通量也越大；C.磁通量小，一定是磁感应强度小；磁通量小，一定是磁感应强度小；D.磁感应强度很大，而磁通量可能为零。磁感应强度很大，而磁通量可能为零。【答案答案答案答案】ADAD练习练习1、图、图16-3所示的四种情况，通所示的四种情况，通电导体均置于匀强磁场中，其中通电导体均置于匀强磁场中，其中通电导线不受安培力的是（电导线不受安培力的是（ ）练习练习2、标出下列各图
18、中安培力的方向、标出下列各图中安培力的方向练练习习3、如如图图所所示示，条条形形磁磁铁铁放放在在水水平平桌桌面面上上，在在其其正正中中央央的的上上方方固固定定一一根根直直导导线线MN，导导线线与与磁磁场场垂直，给导线通以由垂直，给导线通以由N向向M的电流，则：的电流，则：A.磁铁对桌面的压力减小，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面的压力减小，不受桌面的摩擦力作用B.磁铁对桌面的压力减小，受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面的压力减小，受桌面的摩擦力作用C.磁铁对桌面的压力增大，受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面的压力增大，受桌面的摩擦力作用D.磁铁对桌面的压力增大，不受桌面的摩擦力作用磁铁对桌面的压力增大，不受
19、桌面的摩擦力作用F练练习习4、如如图图所所示示，在在倾倾角角为为30o的的斜斜面面上上，放放置置两两条条宽宽L0.5m的的光光滑滑平平行行导导轨轨，将将电电源源、滑滑动动变变阻阻器器用用导导线线连连接接在在导导轨轨上上，在在导导轨轨上上横横放放一一根根质质量量为为m0.2kg的的金金属属棒棒ab，电电源源电电动动势势E12V，内内阻阻r0.3，磁磁场场方方向向垂垂直直轨轨道道所所在在平平面面，B0.8T。欲欲使使棒棒ab在在轨轨道道上上保保持持静静止止，滑滑动动变变阻阻器器的的使使用用电电阻阻R应应为为多多大大？（g取取10m/s2，其其它它电阻不计）电阻不计）BE rRa30bBGFNF第四
20、节第四节第四节第四节 安培力的应用安培力的应用安培力的应用安培力的应用一一一一. .直流电动机直流电动机直流电动机直流电动机【实验与探究实验与探究实验与探究实验与探究】1.直流电动机的结构直流电动机的结构2.直流电动机的原理直流电动机的原理3.直流电动机的启动直流电动机的启动4.直流电动机转速的调节直流电动机转速的调节【说明说明说明说明】直流电动机最突出的优点是通过改变输入电压很容易调直流电动机最突出的优点是通过改变输入电压很容易调节它的转速，而交流电动机的调速就不太方便。因此，不少节它的转速，而交流电动机的调速就不太方便。因此，不少需要调速的设备，都采用直流电电动机。如：无轨电车和电需要调速
21、的设备，都采用直流电电动机。如：无轨电车和电气机车都是用直流电动机来开动的。气机车都是用直流电动机来开动的。第四节第四节第四节第四节 安培力的应用安培力的应用安培力的应用安培力的应用直流电动机的运转过程：直流电动机的运转过程：直流电动机的运转过程：直流电动机的运转过程：第四节第四节第四节第四节 安培力的应用安培力的应用安培力的应用安培力的应用常见的直流电动机：常见的直流电动机：常见的直流电动机：常见的直流电动机：【说明说明说明说明】大多数微型和小型直流电动机是用永磁铁提供磁场，而大多数微型和小型直流电动机是用永磁铁提供磁场，而大型和超大型直流电动机是用励磁电流来提供磁场的。大型和超大型直流电动
22、机是用励磁电流来提供磁场的。大型和超大型直流电机的生产和维修大型和超大型直流电机的生产和维修大型和超大型直流电机的生产和维修大型和超大型直流电机的生产和维修第四节第四节第四节第四节 安培力的应用安培力的应用安培力的应用安培力的应用二二二二. .磁电式电表磁电式电表磁电式电表磁电式电表【说明说明说明说明】由于磁场对电流的作用力跟电流成正比，因而安培力的由于磁场对电流的作用力跟电流成正比，因而安培力的力矩也跟电流成正比，而螺旋形弹簧的扭矩与指针转过的角力矩也跟电流成正比，而螺旋形弹簧的扭矩与指针转过的角度成正比，所以磁电式电表的表盘刻度是均匀的。度成正比，所以磁电式电表的表盘刻度是均匀的。运动电荷
23、在磁场中会受到作用力吗？运动电荷在磁场中会受到作用力吗？I我们把磁场对运动电荷的作用力叫做我们把磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力洛伦兹力电荷通过磁场的这个运动过程也电荷通过磁场的这个运动过程也形成了一个电流，根据电流垂直形成了一个电流，根据电流垂直通过磁场会受到磁场力的原则，通过磁场会受到磁场力的原则，我们可以知道电荷将受到一个磁我们可以知道电荷将受到一个磁场力。场力。第五节第五节第五节第五节 洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力二、电子射线管实验【推理与猜想推理与猜想推理与猜想推理与猜想】磁场对电流有安培力的作用，而电流是由电荷磁场对电流有安培力的作用，而电流是由电荷定向运动形成的。所以磁场对
24、电流的定向运动形成的。所以磁场对电流的安培力安培力安培力安培力就是磁就是磁场对运动电荷的作用力的场对运动电荷的作用力的宏观表现宏观表现宏观表现宏观表现。即：。即：1. 1.安培力安培力安培力安培力是是洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力的的宏观表现宏观表现宏观表现宏观表现2. 2.洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力是是安培力安培力安培力安培力的的微观本质微观本质微观本质微观本质。第五节第五节第五节第五节 洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力三、洛伦兹力的方向、左手定则vv1 1、 伸开左手，使大拇指和其余四伸开左手，使大拇指和其余四指垂直，且处于同一平面内，把手指垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场中，
25、让磁感线垂直穿过手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，若四指指向正电荷运动的方向，心，若四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就使正电荷所那么拇指所指的方向就使正电荷所受洛伦兹力的方向受洛伦兹力的方向 2 2、若四指指向负电荷运动的、若四指指向负电荷运动的反方反方向向，那么拇指所指的方向就是负电，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向荷所受洛伦兹力的方向ff三、洛伦兹力的方向、左手定则三、洛伦兹力的方向、左手定则vvBvff洛伦兹力方向洛伦兹力方向:由里往外由里往外试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向 1 1、
26、可见：以相同速度进入同一磁场的正负电荷受到的洛伦、可见：以相同速度进入同一磁场的正负电荷受到的洛伦兹力方向相反。兹力方向相反。2 2、安培力方向由左手定则判断。我们知道安培力的方向既垂、安培力方向由左手定则判断。我们知道安培力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于电流方向，同样也用左手定则判断洛直于磁场方向，又垂直于电流方向，同样也用左手定则判断洛伦兹力伦兹力f f的方向也既垂直于磁场的方向也既垂直于磁场B B的方向又垂直于电荷运动速度的方向又垂直于电荷运动速度v v方向方向四、巩固练习1、试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方向，或带电粒子的、试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方向，或带电粒子的电性、或
27、带点粒子的运动方向。电性、或带点粒子的运动方向。vffvfv第五节第五节第五节第五节 洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力关于洛伦兹力的说明：关于洛伦兹力的说明：关于洛伦兹力的说明：关于洛伦兹力的说明：1.洛伦兹力的方向垂直于洛伦兹力的方向垂直于v和和B组成的平面。组成的平面。洛伦兹力永远与速度方向垂直。洛伦兹力永远与速度方向垂直。2.洛伦兹力对电荷不做功洛伦兹力对电荷不做功3.洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小。洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小。洛伦兹力对电荷只起向心力的作用，故只在洛洛伦兹力对电荷只起向心力的作用，故只在洛洛伦兹力对电荷只起向心力的作用，故只在洛洛伦兹力对电荷
28、只起向心力的作用，故只在洛伦兹力的作用下，电荷将作匀速圆周运动。伦兹力的作用下，电荷将作匀速圆周运动。伦兹力的作用下，电荷将作匀速圆周运动。伦兹力的作用下，电荷将作匀速圆周运动。第五节第五节第五节第五节 洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力（三）洛伦兹力的大小（三）洛伦兹力的大小若有一段长度为若有一段长度为L的通电导线，横截面积为的通电导线，横截面积为S，单位，单位体积中含有的自由电荷数为体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为，每个自由电荷的电量为q，定向移动的平均速率为定向移动的平均速率为v，将这段导线垂直于磁场方向放，将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为入磁感应强度为B的匀强磁场
29、中。的匀强磁场中。这段导体所受的安培力这段导体所受的安培力：推导：推导： I的微观表达式的微观表达式： 这段导体中含有的自由电荷数：这段导体中含有的自由电荷数： 每个自由电荷所受的洛伦兹力大小每个自由电荷所受的洛伦兹力大小：F=BILI=Q/t=nqSL/t=nqSvN=nSLN=nSLV 问题若此电子不垂直射入磁场，问题若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢电子受到的洛伦兹力又如何呢？洛伦兹力：洛伦兹力：f=qVB(V垂直垂直B）B1B21.安培力是洛伦兹力的集体表现，洛伦兹力是安培力是洛伦兹力的集体表现，洛伦兹力是安培力产生的原因。安培力产生的原因。2.大小关系：大小关系：F安
30、安Nf洛洛（N是导体中运动的是导体中运动的电荷数）电荷数）3.方向关系：方向关系：F安安与与f洛洛方向相同方向相同4.F安安与与f洛洛本质都是磁场对运动电荷的作用力本质都是磁场对运动电荷的作用力2、当一带正电、当一带正电q的粒子以速度的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则该通电螺线管，若不计重力，则A带电粒子速度大小改变；带电粒子速度大小改变；B带电粒子速度方向改变；带电粒子速度方向改变；C带电粒子速度大小不变；带电粒子速度大小不变；D带电粒子速度方向不变。带电粒子速度方向不变。CD巩固练习3 3、质质量量为为m，带带电电量量为为q的的带带电电粒粒子子，
31、以以速速率率v垂垂直直进进入入如如图图所所示示的的匀匀强强磁磁场场中中，恰恰好好做做匀匀速速直直线线运运动动求求：磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度及及带带电电粒粒子子的的电电性性巩固练习六、速度选择器（课本六、速度选择器（课本P87P87）在电、磁场中，若不计重力，则：在电、磁场中，若不计重力，则：1. 1.速度选择器只选择速度，与电荷的正负无关；速度选择器只选择速度，与电荷的正负无关；2. 2.注意电场和磁场的方向搭配。注意电场和磁场的方向搭配。4 4、已已知知一一质质子子以以5107m/s的的速速度度沿沿上上图图所所示示方方向向进进入入磁磁感感应应强强度度B=2T的的匀匀强强磁磁场场中中，
32、质质子子受受的的洛洛伦兹力为多大？伦兹力为多大？巩固练习洛伦兹力和电场力的区别：洛伦兹力和电场力的区别：1.电荷在电场中一定受到电场力的作用，与其电荷在电场中一定受到电场力的作用，与其运动状态无关；而电荷在磁场中不一定受到磁运动状态无关；而电荷在磁场中不一定受到磁场力作用，只有相对于磁场运动且运动方向与场力作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受磁场力作用。磁场方向不平行的电荷才受磁场力作用。2.大小：大小：F电电Eq, F洛洛=Bqvsin。3.电荷所受电场力方向总是平行于电场线的切电荷所受电场力方向总是平行于电场线的切线方向；而电荷所受磁场力的方向总是既垂直线方向；而电
33、荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向。于磁场方向，又垂直于运动方向。4.电场力要对运动电荷做功（电荷在等势面上电场力要对运动电荷做功（电荷在等势面上运动除外）；而电荷在磁场中运动时，磁场力运动除外）；而电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对电荷做功。一定不会对电荷做功。 5、 摆长为摆长为L的单摆在匀强磁场中摆动，的单摆在匀强磁场中摆动，摆动中摆线始终绷紧，若摆球带正电，摆动中摆线始终绷紧，若摆球带正电，电量为电量为q，质量为，质量为m，磁感应强度为，磁感应强度为B，当小球从最高处摆到最低处，摆线上拉当小球从最高处摆到最低处，摆线上拉力力T多大？多大？解析：解析： 摆球在运动
34、中洛伦兹力不做功，由动能定理得：摆球在运动中洛伦兹力不做功，由动能定理得： 摆球在最低点时的速度方向不同，洛伦兹摆球在最低点时的速度方向不同，洛伦兹力方向不同，绳受到的拉力大小不同力方向不同，绳受到的拉力大小不同 1.当摆球向右摆时，当摆球向右摆时，、带电粒子在匀强用场中运动轨迹 第六节第六节第六节第六节 洛伦兹力与现代科学技术洛伦兹力与现代科学技术洛伦兹力与现代科学技术洛伦兹力与现代科学技术实验表明：带带电电粒粒子子只只受受洛洛伦伦兹兹力力作作用用（重重力力通通常常忽忽略略不不计计）的的条条件件下下，在在匀匀强强磁磁场场中中有有两两种种典型的运动：典型的运动：1v平行平行B时，做匀速直线运动
35、时，做匀速直线运动2v垂直垂直B时，做匀速圆周运动时，做匀速圆周运动洛洛伦伦兹兹力力提提供供了了带带电电粒粒子子做做匀匀速速圆圆周周运运动动所需的向心力所需的向心力 二、轨道半径和运动周期 1 1轨道半径轨道半径 r r ，洛伦兹力提供向心力：，洛伦兹力提供向心力： 由：得：在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子，轨道半径跟运动速率成正比粒子，轨道半径跟运动速率成正比2 2运动周期运动周期T T 由：得：周期跟轨道半径和运动速率均无关周期跟轨道半径和运动速率均无关 例例1 1：两个粒子带电量相等，在同一匀强磁场中：两个粒子带电量相等，在同一匀强磁场中只受磁场力而做
36、匀速圆周运动，则只受磁场力而做匀速圆周运动，则( () ) A. A.若速率相等，则半径相等若速率相等，则半径相等 B.B.若速率相等，则周期相等若速率相等，则周期相等 C.C.若若m m、v v的乘积相等，则半径相等的乘积相等，则半径相等 D.D.若动能相等，则周期相等若动能相等，则周期相等C C 例例2 2：关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的：关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动，下列说法中正确的是：运动，下列说法中正确的是：( () )A.A.带电粒子沿电场线方向射入，电场力对带电粒子带电粒子沿电场线方向射入，电场力对带电粒子不做功，粒子动能不增加不做功，粒子动能不增加B.B.带电
37、粒子沿垂直电场线方向射入，电场力对带电带电粒子沿垂直电场线方向射入，电场力对带电粒子做正功，粒子动能不变粒子做正功，粒子动能不变C.C.带电粒子沿磁感线方向射入，磁场力对带电粒子带电粒子沿磁感线方向射入，磁场力对带电粒子做正功，粒子动能一定增加做正功，粒子动能一定增加D.D.不管带电粒子怎样射入磁场，磁场力对带电粒子不管带电粒子怎样射入磁场，磁场力对带电粒子都不做功，粒子动能不变都不做功，粒子动能不变D 例例3 3：如图：如图11-3-111-3-1所示，在长直导线中有恒电流所示，在长直导线中有恒电流I I通通过，导线正下方电子初速度过，导线正下方电子初速度v v方向与电流方向与电流I I的方
38、向相同，的方向相同，电子将电子将( () ) A. A.沿路径沿路径a a运动，轨迹是圆运动，轨迹是圆 B.B.沿路径沿路径a a运动，轨迹半径越来越大运动，轨迹半径越来越大 C.C.沿路径沿路径a a运动，轨迹半径越来越小运动，轨迹半径越来越小 D.D.沿路径沿路径b b运动，轨迹半径越来越大运动，轨迹半径越来越大D思考：若带电离子与磁场成一定的角度射思考：若带电离子与磁场成一定的角度射入匀强磁场，粒子如何运动？入匀强磁场，粒子如何运动？VV1V2B垂直于垂直于B B方向上：匀速圆周运动方向上：匀速圆周运动平行于平行于B B方向上：匀速直线运动方向上：匀速直线运动垂直磁场方向：垂直磁场方向：
39、R Rmvsin/qB T=2m/qBmvsin/qB T=2m/qB平行磁场方向：螺距平行磁场方向：螺距 d d2mcos/qB2mcos/qB三、质谱仪、电电场场和和磁磁场场都都能能对对带带电电粒粒子子施施加加影影响响，电电场场既既能能使使带带电电粒粒子子加加速速，又又能能使使带带电电粒粒子子偏偏转转；磁磁场场虽虽不不能能使使带带电电粒粒子子速速率率变变化化，但但能能使使带带电电粒子发生偏转粒子发生偏转、质质谱谱仪仪：利利用用磁磁场场对对带带电电粒粒子子的的偏偏转转，由由带带电电粒粒子子的的电电荷荷量量，轨轨道道半半径径确确定定其其质质量量的的仪仪器器，叫叫做做质质谱谱仪仪用用来来研研究究
40、物物质质的的同同位位素素.可可以以区区分电荷数相同，质量数不同的粒子分电荷数相同，质量数不同的粒子.补补. .速度选择器速度选择器在电、磁场中，若不计重力，则：在电、磁场中，若不计重力，则：1. 1.速度选择器只选择速度，与电荷的正负无关；速度选择器只选择速度，与电荷的正负无关；2. 2.注意电场和磁场的方向搭配。注意电场和磁场的方向搭配。速度选择器：速度选择器：（1）任何一个正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。）任何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）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（包括大小、方向）才能匀速（或者
41、说沿直线）通过速度选择器。否则将发生沿直线）通过速度选择器。否则将发生偏转。即有确定的入口和出口。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。）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，电场力杂曲线；若大于这
42、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。杂曲线。练练习习: : 在在两两平平行行金金属属板板间间有有正正交交的的匀匀强强电电场场和和匀匀强强磁磁场场，一一个个带带电电粒粒子子垂垂直直于于电电场场和和磁磁场场方方向向射射入入场场中中，射射出出时时粒粒子子的的动动能能减减少少了了，为为了了使使粒粒子子射射出出时时动动能能增增加加，在在不不计计重重力的情况下，可采取的办法是：力的情况下，可采取的办法是：A.A.增大粒子射入时的速度增大粒子射入时的速度B.B.减小磁场的磁感应强度减小磁场的磁感应
43、强度C.C.增大电场的电场强度增大电场的电场强度D.D.改变粒子的带电性质改变粒子的带电性质BC3 3、质谱仪结构、质谱仪结构、质谱仪结构、质谱仪结构4、质谱仪工作原理1 1加速原理：利用加速电场对带电粒子做加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，正功使带电粒子的动能增加，qU= Ek2 2直线加速器，多级加速直线加速器，多级加速如图所示是多级加速装置的原理图：如图所示是多级加速装置的原理图：四、加速器四、加速器（一）、直线加速器（一）、直线加速器由动能定理得带电粒子经由动能定理得带电粒子经n极的电场加速极的电场加速后增加的动能为：后增加的动能为： 3 3直线加速器占有的空
44、间范围大，在有限的空直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制间范围内制造直线加速器受到一定的限制（二）、回旋加速器（二）、回旋加速器V0V1V2V3V4V51、带电粒子在两、带电粒子在两D形盒中回旋周期等于形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电两盒狭缝之间高频电场的变化周期，粒子场的变化周期，粒子每经过一个周期，被每经过一个周期，被电场加速二次电场加速二次2、将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接、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、带电粒子每经电场加速一
45、次，回旋半径就增大一次，每次增加的动能为增大一次，每次增加的动能为 所有各次半径之比为：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、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相同的。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、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能量的粒子的方面前进了一 大步，了解其它类型大步，了解其它类型的加速器：的加速器：直线加速器、同步加速器、电子感应加速器、串直线加速器、同步加速器、电子感应加速器、串列加速器、电子对撞机等列加速器、电子对撞机等小结：小结： 回回旋旋加加速速器器利利用用两两D形形盒盒窄窄缝缝间
46、间的的电电场场使使带带电电粒粒子子加加速速，利利用用D形形盒盒内内的的磁磁场场使使带带电电粒粒子子偏偏转转，带带电电粒粒子子所所能能获获得得的的最最终终能能量量与与B和和R有有关，与关，与U无关无关1.加速电场的周期与带电粒子加速电场的周期与带电粒子在在D型盒中圆周运动周期相等。型盒中圆周运动周期相等。2.设设D型盒最大半径型盒最大半径R，则回旋，则回旋加速器所能达到的最大动能为：加速器所能达到的最大动能为： 例例1：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正确的是叙述，正确的是( )A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用、电场和磁场都对带电粒子起加速作用B、
47、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的、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、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、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆形盒中做匀速圆周运动周运动CD UqSS1xPB 例例2：质谱仪的构造原理如图，离子源：质谱仪的构造原理如图，离子源S产生的各产生的各种不同正离子束种不同正离子束(速度可看作为零速度可看作为零)，经加速电场加速后，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垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，上，设离子在设离子在P上的位置到入口处上的位置到入口处S1的距离为的距离为
48、x，可以判断，可以判断( )A、若离子束是同位素，则、若离子束是同位素，则x越大，越大，离子质量越大离子质量越大B、若离子束是同位素，则、若离子束是同位素，则x越大，越大，离子质量越小离子质量越小C、只要、只要x相同，则离子质量一定相相同，则离子质量一定相同同D、只要、只要x相同，则离子的荷质比一相同，则离子的荷质比一定相同定相同AD五五. .磁流体发电机磁流体发电机等离子体等离子体等离子体等离子体即高温下电离的气体，含有大量的带正电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。荷和负电荷的微粒，总体是电中性的。磁流体发电机磁流体发电机abLvBR E场场q=Bqv电动
49、势：电动势：E电电=Ea电流：电流：I=E电电/（R+r）r=？流体为：等离子束流体为：等离子束目的：发电目的：发电六、电磁流量计六、电磁流量计Bqv=Eq=qU/d得得v=U/Bd流量：流量：Q=Sv=dU/4B流体为：导电液体流体为：导电液体目的：测流量目的：测流量dba导电导电液体液体若管道为其他形状若管道为其他形状, ,如矩形呢如矩形呢? ?带电粒子在带电粒子在无界无界匀强磁场中的运动匀强磁场中的运动F洛洛=0匀速直线运动匀速直线运动F洛洛=Bqv匀速圆周运动匀速圆周运动F洛洛=Bqv等距螺旋（等距螺旋（090）V/BVBv与与B成成角角在在只只有有洛洛仑仑兹兹力力的的作作用用下下81 以上有不当之处，请大家给与批评指正，以上有不当之处，请大家给与批评指正，谢谢大家！谢谢大家！
