磁場知識點復習

1、物理人教版選修 3-1磁場復習案1. 磁場的產生磁體 、 電流 、 變化的電場 周圍有磁場。安培提出分子電流假說(又叫磁性起源假說,認為磁極的磁場和電流的磁場都是由電 荷的運動產生的。 (但這并不等于說所有磁場都是由運動電荷產生的, 因為麥克斯韋發(fā)現變 化的電場也能產生磁場。2. 磁場的基本性質:磁場對放入其中的 磁極 和 電流 有磁場力的作用 (對磁極一定有力的 作用;對電流只是可能有力的作用,當電流和磁感線平行時不受磁場力作用 。這一點應該 跟電場的基本性質相比較。3. 磁場方向:五種表述是等效的磁場的方向小磁針靜止時 N 極指向 N 極的受力方向 磁感線某點的切線方向磁感應強度的方向4.

2、 磁感線用來形象地描述磁場中各點的磁場 強弱 和 方向 的曲線。 磁感線上每一點的切線方 向就是該點的磁場方向, 也就是在該點小磁針靜止時 N 極的指向。 磁感線的 疏密 表示磁場 的強弱。磁感線是 封閉 曲線(和靜電場的電場線不同。要熟知常見的幾種磁場的磁感線: 通電直導線周圍磁場 通電環(huán) 行導線周圍磁場 指中心軸線上的磁感線方向;對長直螺線管大拇指指螺線管內部的磁感線方向。 5. 磁感應強度:ILF B (條件是勻強磁場中,或 L 很小,并且 L B 。 磁感應強度是矢量。單位是 特斯拉 ,符號為 T 。由磁場本身決定,和放不放入電流無關。6.安培力 (磁場對電流的作用力 (1安培力方向的

3、判定用左手定則。用“同性相斥,異性相吸”(只適用于磁鐵之間或磁體位于螺線管外部時。 用“同向電流相吸,反向電流相斥”(反映了磁現象的電本質。可以把條形磁鐵等效為長直螺線管(不要把長直螺線管等效為條形磁鐵。例 1. 如圖所示, 可以自由移動的豎直導線中通有向下的電流,不計通電導線的重力,僅在磁場力作用下,導線將如何移動?解:先畫出導線所在處的磁感線, 上下兩部分導線所受安培力的方向相反, 使導線從左向右 看順時針轉動; 同時又受到豎直向上的磁場的作用而向右移動 (不要說成先轉 90°后平移 。 分析的關鍵是畫出相關的磁感線。 例 2. 對水平面的壓力將會_(增大、減小還是不變? 。水平

4、面對磁鐵的摩擦力大小為_。 解:本題有多種分析方法。畫出通電導線中電流的磁場中通過 兩極的那條磁感線(如圖中粗虛線所示 ,可看出兩極受的磁場力 的合力豎直向上。 磁鐵對水平面的壓力減小, 但不受摩擦力。 畫出條形磁鐵的磁感線中通過通電導線的那一條(如圖中細虛線所示 ,可看出導線受到的安培力豎直向下,因此條形 磁鐵受的反作用力豎直向上。 把條形磁鐵等效為通電螺線管, 上方的電流是向里的, 與通 電導線中的電流是同向電流,所以互相吸引。例 3. 電視機顯象管的偏轉線圈示意圖如右,即時電流方向如圖所示。該時刻由里向外射出的電子流將向哪個方向偏轉?解:畫出偏轉線圈內側的電流, 是左半線圈靠電子流的一側

5、為向里, 右半線圈靠電子流的一 側為向外。 根據 “同向電流互相吸引, 反向電流互相排斥” , 可判定電子流向左偏轉。(本題用其它方法判斷也行,但不如這個方法簡潔。(2安培力大小的計算F =BLI sin (為 B 、 L 間的夾角高中只要求會計算 =0(不受安培力和 =90°兩種 情況。例 4. 如圖所示, 光滑導軌與水平面成 角, 導軌寬 L 。勻強磁場磁感應強度為 B 。金屬桿長也為 L ,質量為 m ,水平放在導軌上。當回路總電流為 I 1時, 金屬桿正好能靜止。 求: B 至少多大?這時 B的方向如何?若保持 B 的大小不變而將 B 的方向改為豎直向上,應把回路總電流 I

6、2調到 多大才能使金屬桿保持靜止?只有當安培力方向沿導軌平面向上時安培力才最小, B 也最小。根據左手定則,這時 B 應垂直于導軌平面向上,大小滿足:BI 1L =mg sin , B=mg sin /I 1L 。當 B 的方向改為豎直向上時, 這時安培力的方向變?yōu)樗较蛴? 沿導軌方向合力為零, 得 BI 2L cos =mg sin , I 2=I 1/cos。(在解這類題時必須畫出截面圖,只有在截面圖上才 能正確表示各力的準確方向,從而弄清各矢量方向間的關系。例 6. 如圖所示,質量為 m 的銅棒搭在 U 形導線框右端,棒長和框寬均為 L ,磁感應強度為 B 的勻強磁場方向豎直向下。電鍵

7、閉合后,在磁場力作用下銅棒被平拋出去, 下落 h 后的水平位移為 s 。 求閉合電鍵后通過銅棒的電荷量 Q 。解:閉合電鍵后的極短時間內,銅棒受安培力向右的沖量 F t =mv 0而被平拋出去,其中 F =BIL ,而瞬時電流和時間的乘積等于電荷量 Q =It 7.洛倫茲力(1洛倫茲力運動電荷在磁場中受到的磁場力叫洛倫茲力,它是安 培力的 微觀解釋 。公式 F= qvB 。條件是 v 與 B 垂直。 (2 洛倫茲力方向的判定:在用左手定則時, 四指必須指電流方向 (不是速度方向 , 即 正 電荷例 7. 磁流體發(fā)電機原理圖如右。等離子體高速從左向右噴射,兩極板間有如圖方向的勻強磁場。 該發(fā)電機

8、哪個極板為正極?兩板間 最大電壓為多少?解:由左手定則,正、負離子受的洛倫茲力分別向上、向下。所以上極板為正。 正、負極板間會產生電場。當剛進入的正負離子受的 洛倫茲力與電場力等值反向時,達到最大電壓:U=Bdv。當外電路斷開時,這也就是電動勢 E 。當外電路接通時,極板上的電荷量減小,板間場強減小,洛倫茲力將大于電場力,進入 的正負離子又將發(fā)生偏轉。這時電動勢仍是 E=Bdv,但路端電壓將小于 。在定性分析時特別需要注意的是:外電路接通時,電路中有電流,洛倫茲力大于電場力,兩板間電壓將小于 Bdv ,但電 動勢不變(和所有電源一樣,電動勢是電源本身的性質。注意在帶電粒子偏轉聚集在極板上以后新

9、產生的電場的分析。 在外電路斷開時最終將 達到平衡態(tài)。(3洛倫茲力大小的計算帶電粒子在勻強磁場中僅受洛倫茲力而做勻速圓周運動時,洛倫茲力充當向心力,由 此可以推導出該圓周運動的半徑公式和周期公式:R = mv/qB T 例 8. 如圖直線 MN 上方有磁感應強度為 B 的勻強磁場。正、負電 子同時從同一點 O 以與 MN 成 30°角的同樣速度 v 射入磁場(電子質量為 m , 電荷為 e , 它們從磁場中射出時相距多遠?射出的解:由公式知,它們的半徑和周期是相同的。只是偏轉方向相反。先確定圓心,畫出半徑, x 由對稱性知:射入、射出點和圓心恰好組成正三角形。所以兩個射出點相距 2r

10、 ,由圖還可看出,經歷時間相差 2T /3心、找半徑和用對稱。例 9. 一個質量為 m 電荷量為 q 的帶電粒子從 x 軸上的 P (a , 0 點以速度 v ,沿與 x 正方向 成 60°的方向射入第一象限內的勻強磁場中,并恰好垂直于 y 象限。求勻強磁場的磁感應強度 B 和射出點的坐標。解:由射入、射出點的半徑可找到圓心 O /,并得出半徑為 0。 4. 帶電粒子在勻強磁場中的偏轉穿過矩形磁場區(qū)。一定要先畫好輔助線(半徑、速度及延長線。偏轉角由 sin =L /R 求出。側移由 R 2=L 2-(R-y 2解出。經歷時間由 Bq m t =得出。 注意, 的交點不再是寬度線段的中

11、點, 這點與帶電粒子在勻強電場中的偏轉結論不同! 穿過圓形磁場區(qū)。畫好輔助線(半徑、速度、軌跡圓的圓心、連心線。偏角可由 R r =2tan 求出。經歷時間由 Bqm t =得出。 注意:由對稱性,射出線的反向延長線必過磁場圓的圓心。8.帶電粒子在混合場中的運動1. 速度選擇器正交的勻強磁場和勻強電場組成速度選擇器。帶電粒子必須以唯一確定的速度(包括 生偏轉。這個速度的大小可以由洛倫茲力和電場力的平衡得出: qvB=Eq, BE v =。在本圖中,速度方向必須向右。這個結論與離子帶何種電荷、電荷多少都無關。 若速度小于這一速度,電場力將大于洛倫茲力,帶電粒子向電場力方向偏轉,電場 力做正功,動

12、能將增大,洛倫茲力也將增大,粒子的軌跡既不是拋物線,也不是圓,而是一條復雜曲線；若大于這一速度，將向洛倫茲力方向偏轉，電場力將做負功，動能將減小，洛 倫茲力也將減小，軌跡是一條復雜曲線。 例 10. 某帶電粒子從圖中速度選擇器左端由中點 O 以速度 v0 c a b v0 向右射去，從右端中心 a 下方的 b 點以速度 v1 射出；若增 大磁感應強度 B， 該粒子將打到 a 點上方的 c 點， 且有 ac=ab， 則該粒子帶 電；第二次射出時的速度為 。 o 解：B 增大后向上偏，說明洛倫茲力向上，所以為帶正電。由于洛倫茲力總不做功，所以兩 次都是只有電場力做功，第一次為正功，第二次為負功，但

13、功的絕對值相同。 1 2 1 2 1 2 1 2 2 mv1 mv0 = mv0 mv2 , v2 = 2v0 v12 2 2 2 2 例 11. 如圖所示，一個帶電粒子兩次以同樣的垂直于場線的初速度 v0 分別穿越勻強電場區(qū) 和勻強磁場區(qū)， 場區(qū)的寬度均為 L 偏轉角度均為 ，求 EB 解：分別利用帶電粒子的偏角公式。在電場中偏轉： tan = v EqL ，在磁場中偏轉： LBq ，由以上兩式可得 E = 0 。可以證明：當偏轉 sin = 2 B cos mv0 mv 0 角相同時，側移必然不同（電場中側移較大）；當側移相同時，偏轉角必然不同（磁場中偏 轉角較大）。 2.帶電微粒在重力、電場力、磁場力共同作用下的運動 帶電微粒