高中物理磁場(chǎng)講義

1、 磁場(chǎng)基本性質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí) 一、磁場(chǎng)1、磁場(chǎng)：磁場(chǎng)是存在于磁體、運(yùn)動(dòng)電荷周圍的一種物質(zhì)它的基本特性是：對(duì)處于其中的磁體、電流、運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用2、磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：所有的磁現(xiàn)象都可歸結(jié)為運(yùn)動(dòng)電荷之間通過(guò)磁場(chǎng)而發(fā)生的相互作用二、磁感線為了描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與方向，人們想象在磁場(chǎng)中畫(huà)出的一組有方向的曲線1疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱2每一點(diǎn)切線方向表示該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向，也就是磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向3是閉合的曲線，在磁體外部由N極至S極，在磁體的內(nèi)部由S極至N極磁線不相切不相交。4勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線平行且距離相等沒(méi)有畫(huà)出磁感線的地方不一定沒(méi)有磁場(chǎng)5安培定則：姆指指向電流方向，四指指向磁場(chǎng)的方向注意這里的磁感線是一個(gè)個(gè)同心圓，每

2、點(diǎn)磁場(chǎng)方向是在該點(diǎn)切線方向· *熟記常用的幾種磁場(chǎng)的磁感線：【例1】根據(jù)安培假說(shuō)的物理思想：磁場(chǎng)來(lái)源于運(yùn)動(dòng)電荷如果用這種思想解釋地球磁場(chǎng)的形成，根據(jù)地球上空并無(wú)相對(duì)地球定向移動(dòng)的電荷的事實(shí)那么由此推斷，地球總體上應(yīng)該是：（ ）A.帶負(fù)電; B.帶正電;C.不帶電; D.不能確定三、磁感應(yīng)強(qiáng)度1磁場(chǎng)的最基本的性質(zhì)是對(duì)放入其中的電流或磁極有力的作用，電流垂直于磁場(chǎng)時(shí)受磁場(chǎng)力最大，電流與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，磁場(chǎng)力為零。2在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力F跟電流強(qiáng)度I和導(dǎo)線長(zhǎng)度l的乘積Il的比值，叫做通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量是矢量大?。築=F/Il（電流方向與磁

3、感線垂直時(shí)的公式）方向：左手定則：是磁感線的切線方向；是小磁針N極受力方向；是小磁針靜止時(shí)N極的指向不是導(dǎo)線受力方向；不是正電荷受力方向；也不是電流方向 單位：牛/安米，也叫特斯拉，國(guó)際單位制單位符號(hào)T點(diǎn)定B定：就是說(shuō)磁場(chǎng)中某一點(diǎn)定了，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與方向都是定值勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度處處相等磁場(chǎng)的疊加:空間某點(diǎn)如果同時(shí)存在兩個(gè)以上電流或磁體激發(fā)的磁場(chǎng),則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是各電流或磁體在該點(diǎn)激發(fā)的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和,滿足矢量運(yùn)算法則.【例2】如圖所示，正四棱柱abed一a'b'c'd'的中心軸線00'處有一無(wú)限長(zhǎng)的載流直導(dǎo)線，對(duì)該電流的磁場(chǎng)，

4、下列說(shuō)法中正確的是（ ）A.同一條側(cè)棱上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度都相等B.四條側(cè)棱上的磁感應(yīng)強(qiáng)度都相同C.在直線ab上，從a到b，磁感應(yīng)強(qiáng)度是先增大后減小D.棱柱內(nèi)任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度比棱柱側(cè)面上所有點(diǎn)都大【例3】如圖所示，兩根導(dǎo)線a、b中電流強(qiáng)度相同方向如圖所示，則離兩導(dǎo)線等距離的P點(diǎn)，磁場(chǎng)方向如何？【例4】六根導(dǎo)線互相絕緣，所通電流都是I，排成如圖10一5所示的形狀，區(qū)域A、B、C、D均為相等的正方形，則平均磁感應(yīng)強(qiáng)度最大的區(qū)域是哪些區(qū)域？該區(qū)域的磁場(chǎng)方向如何？【例5】一小段通電直導(dǎo)線長(zhǎng)1cm，電流強(qiáng)度為5A，把它放入磁場(chǎng)中某點(diǎn)時(shí)所受磁場(chǎng)力大小為01N，則該點(diǎn)的磁感強(qiáng)度為（ ） AB2T； BB2T

5、； C、B2T ；D以上三種情況均有可能B·a·b·c·d【例6】如圖所示，一根通電直導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在以導(dǎo)線為圓心，半徑為r的圓周上有a,b,c,d四個(gè)點(diǎn)，若a點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度為0，則下列說(shuō)法中正確的是（ ）A.直導(dǎo)線中電流方向是垂直紙面向里的B.C點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度也為0C. d點(diǎn)實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度為，方向斜向下，與B夾角為450D.以上均不正確四、磁通量與磁通密度1磁通量：穿過(guò)某一面積磁力線條數(shù)，是標(biāo)量2磁通密度B：垂直磁場(chǎng)方向穿過(guò)單位面積磁力線條數(shù)，即磁感應(yīng)強(qiáng)度，是矢量3二者關(guān)系：B/S（當(dāng)B與面垂直時(shí)），BScos，Sco

6、s為面積垂直于B方向上的投影，是B與S法線的夾角【例7】如圖所示，A為通電線圈，電流方向如圖所示，B、C為與A在同一平面內(nèi)的兩同心圓，B、C分別為通過(guò)兩圓面的磁通量的大小，下述判斷中正確的是（ ） A穿過(guò)兩圓面的磁通方向是垂直紙面向外 B穿過(guò)兩圓面的磁通方向是垂直紙面向里 CBC DBC規(guī)律方法 1.磁通量的計(jì)算【例8】如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度B20T，指向x軸的正方向，且ab=40cm，bc=30cm，ae=50cm，求通過(guò)面積Sl（abcd）、S2（befc）和S3（aefd）的磁通量1、2、3分別是多少？【例9】如圖4所示，一水平放置的矩形閉合線圈abcd在細(xì)長(zhǎng)磁鐵N極附近下落，保持

7、bc邊在紙外，ad邊在紙內(nèi)，由圖中的位置經(jīng)過(guò)位置到位置，且位置和都很靠近位置，在這個(gè)過(guò)程中，線圈中的磁通量（ ） A是增加的； B是減少的 C先增加，后減少； D先減少，后增加【例10】如圖所示邊長(zhǎng)為100cm的正方形閉合線圈置于磁場(chǎng)中，線圈AB、CD兩邊中點(diǎn)連線OO/的左右兩側(cè)分別存在方向相同、磁感強(qiáng)度大小各為B106T，B2=04T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。若從上往下看，線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)370時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量改變了多少？解析：課堂練習(xí)：1.(2011·臨汾高二檢測(cè))如圖所示，把一條導(dǎo)線平行地放在磁針的上方附近，當(dāng)導(dǎo)線中有電流通過(guò)時(shí)，磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的物理學(xué)家是()2(2010&

8、#183;德州高二檢測(cè))電工師傅能夠用螺絲刀將狹小空間內(nèi)的小螺絲吸引上來(lái)，關(guān)于該現(xiàn)象的解釋正確的是()A是因?yàn)槁萁z刀帶電把小螺絲吸引上來(lái)的B是因?yàn)槁萁z帶電和螺絲刀相互吸引發(fā)生的C是因?yàn)槁萁z刀帶有磁性，把小螺絲吸引上來(lái)的D是因?yàn)樾÷萁z帶有磁性，去吸引螺絲刀的3(蘇南八校聯(lián)考)指南針是我國(guó)古代四大發(fā)明之一，東漢學(xué)者王充在論衡一書(shū)中描述的“司南”是人們公認(rèn)的最早的磁性定向工具，關(guān)于指南針能指示南北方向是由于()A指南針的兩個(gè)磁極相互吸引B指南針的兩個(gè)磁極相互排斥C指南針能吸引鐵、鋁、鎳等物質(zhì)D地磁場(chǎng)對(duì)指南針的作用4.如圖所示，假如將一個(gè)小磁針?lè)旁诘厍虻谋睒O點(diǎn)上，那么小磁針的N極將()A指北 B指南

9、C豎直向上 D豎直向下5(2010·長(zhǎng)春高二檢測(cè))物理實(shí)驗(yàn)都需要有一定的控制條件奧斯特做電流磁效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)排除地磁場(chǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響關(guān)于奧斯特的實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中正確的是()A該實(shí)驗(yàn)必須在地球赤道上進(jìn)行B通電直導(dǎo)線應(yīng)該豎直放置C通電直導(dǎo)線應(yīng)該水平東西方向放置D通電直導(dǎo)線應(yīng)該水平南北方向放置6如果你看過(guò)中央電視臺(tái)體育頻道的圍棋講座就會(huì)發(fā)現(xiàn)，棋子在豎直放置的棋盤上可以移動(dòng)，但不會(huì)掉下來(lái)原來(lái)，棋盤和棋子都是由磁性材料制成的棋子不會(huì)掉落是因?yàn)?)A質(zhì)量小，重力可以忽略不計(jì)B受到棋盤對(duì)它向上的摩擦力C棋盤對(duì)它的吸引力與重力平衡D它一方面受到棋盤的吸引，另一方面受到空氣的浮力7如圖所示，a、b、c三

10、根鐵棒中有一根沒(méi)有磁性，則這一根可能是()Aa BbCc D都有可能8有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的說(shuō)法正確的是()A對(duì)于B，比值越大，說(shuō)明通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定越大B對(duì)于B，F(xiàn)越大，說(shuō)明通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定越大C可用來(lái)量度磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，但B是由磁場(chǎng)本身因素決定的，與I、L、F無(wú)關(guān)D在I、L相同的情況下，垂直磁場(chǎng)方向放置通電導(dǎo)線，受力F越大的地方，B越大9把長(zhǎng)度L、電流I都相同的一小段電流元放入某磁場(chǎng)中的A、B兩點(diǎn)，電流元在A點(diǎn)受到磁場(chǎng)力較大，則()AA點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定大于B點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度BA、B兩點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度可能相等CA、B兩點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度一定相等DA點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度可能小于B點(diǎn)磁感應(yīng)

11、強(qiáng)度10在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中某處P放一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)20cm、通電電流I0.5A的直導(dǎo)線，測(cè)得它受到的最大磁場(chǎng)力F1.0N，其方向豎直向上，現(xiàn)將該通電導(dǎo)線從磁場(chǎng)撤走，則P處磁感應(yīng)強(qiáng)度為()A零B10T，方向豎直向上C0.1T，方向豎向下D10T，方向肯定不沿豎直向上的方向11下列可用來(lái)表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位關(guān)系的是()A1T1kg/m2B1T1kg/(A·s2)C1T1kg·m2/(A·s2) D1T1N/(A·m)12先后在磁場(chǎng)中A、B兩點(diǎn)引入長(zhǎng)度相等的短直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直如圖所示，圖中a、b兩圖線分別表示在磁場(chǎng)中A、B兩點(diǎn)導(dǎo)線所受的力F與通過(guò)導(dǎo)線的電流I的

12、關(guān)系下列說(shuō)法中正確的是()AA、B兩點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度相等BA點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大于B點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度CA點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度小于B點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度D無(wú)法比較磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小13一段電流元放在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的四個(gè)位置，如圖所示，已知電流元的電流I、長(zhǎng)度L和受力F，則可以用表示磁感應(yīng)強(qiáng)度B的是()14磁感應(yīng)強(qiáng)度為矢量，它可以分解為幾個(gè)分量(1)如果北半球某處地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，與水平方向的夾角為，那么該處地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的水平分量和豎直分量各為多大？(2)如果地理南、北極和地磁北、南極是重合的，那么在赤道上空磁場(chǎng)的豎直分量是多大？在極地上空地磁場(chǎng)的水平分量是多大？15磁場(chǎng)中放一與磁場(chǎng)方向垂直的電流元，通入

13、的電流是2.5A，導(dǎo)線長(zhǎng)1cm，它受到的安培力為5×102N.問(wèn)：(1)這個(gè)位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多大？(2)如果把通電導(dǎo)線中的電流增大到5A時(shí)，這一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多大？(3)如果通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中某處不受磁場(chǎng)力，是否可以肯定這里沒(méi)有磁場(chǎng)？課后練習(xí)：1磁性水雷是用一個(gè)可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針來(lái)控制起爆電路的，軍艦被地磁場(chǎng)磁化后就變成了一個(gè)浮動(dòng)的磁體，當(dāng)軍艦接近磁性水雷時(shí)，就會(huì)引起水雷的爆炸，其依據(jù)是()A磁體的吸鐵性 B磁極間的相互作用規(guī)律C電荷間的相互作用規(guī)律 D磁場(chǎng)對(duì)電流的作用原理2實(shí)驗(yàn)表明：磁體能吸引一元硬幣，對(duì)這種現(xiàn)象解釋正確的是()A硬幣一定是鐵做的，因?yàn)榇朋w能吸引鐵B硬幣一定是鋁做

14、的，因?yàn)榇朋w能吸引鋁C磁體的磁性越強(qiáng)，能吸引的物質(zhì)種類越多D硬幣中含有磁性材料，磁化后能被吸引3.(2011·煙臺(tái)質(zhì)檢)兩個(gè)完全相同的條形磁鐵，放在平板AB上，磁鐵的N、S極如圖所示，開(kāi)始時(shí)平板及磁鐵皆處于水平位置，且靜止不動(dòng)a現(xiàn)將AB突然豎直向上平移(平板與磁鐵之間始終接觸)，并使之停在AB處，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個(gè)條形磁鐵吸在了一起b如果將AB從原來(lái)位置突然豎直向下平移，并使之停在位置AB處，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩條形磁鐵也吸在了一起，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)開(kāi)始時(shí)兩磁鐵靜止不動(dòng)，磁鐵間的相互作用力是_力；右側(cè)的磁鐵受到的靜摩擦力的方向向_(2)在a過(guò)程中磁鐵開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)，平板正在向上加速還是減速呢？答：

15、_.(3)在b過(guò)程中磁鐵開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)，平板正在向下加速還是減速呢？答：_.4下列說(shuō)法中正確的是()A電荷在某處不受靜電力的作用，則該處的電場(chǎng)強(qiáng)度為零B一小段通電導(dǎo)線在某處不受磁場(chǎng)力的作用，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零C把一個(gè)試探電荷放在電場(chǎng)中的某點(diǎn)，它受到靜電力與其電荷量的比值表示該點(diǎn)電場(chǎng)的強(qiáng)弱D把一小段通電導(dǎo)線放在磁場(chǎng)中某處，所受的磁場(chǎng)力與該小段通電導(dǎo)線的長(zhǎng)度和電流的乘積的比值，表示該處磁場(chǎng)的強(qiáng)弱5如圖所示，豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，用兩條豎直線懸吊一水平通電直導(dǎo)線，導(dǎo)線長(zhǎng)為L(zhǎng)，質(zhì)量為m，通入電流I后，懸線偏離豎直方向角保持靜止，已知導(dǎo)線受到磁場(chǎng)力方向水平，求磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度6磁場(chǎng)具有能量，磁場(chǎng)中單位

16、體積所具有的能量叫做能量密度，其值為B2/2，式中B是磁感應(yīng)強(qiáng)度，是磁導(dǎo)率，在空氣中為已知常數(shù)為了近似測(cè)得條形磁鐵磁極端面附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，一學(xué)生用一根端面面積為A的條形磁鐵吸住一相同面積的鐵片P，再用力將鐵片與磁鐵拉開(kāi)一段微小距離l，并測(cè)出拉力F，如圖所示因?yàn)镕所做的功等于間隙中磁場(chǎng)的能量，請(qǐng)推導(dǎo)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與F、A之間的關(guān)系磁場(chǎng)對(duì)電流的作用基礎(chǔ)知識(shí) 一、安培力1.安培力：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的作用力叫做安培力說(shuō)明:磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線中定向移動(dòng)的電荷有力的作用，磁場(chǎng)對(duì)這些定向移動(dòng)電荷作用力的宏觀表現(xiàn)即為安培力2.安培力的計(jì)算公式：FBILsin（是I與B的夾角）；通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，即9

17、00，此時(shí)安培力有最大值；通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，即00，此時(shí)安培力有最小值，F(xiàn)=0N;00B900時(shí)，安培力F介于0和最大值之間.3.安培力公式的適用條件:I1I2公式FBIL一般適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中IB的情況，對(duì)于非勻強(qiáng)磁場(chǎng)只是近似適用（如對(duì)電流元），但對(duì)某些特殊情況仍適用 如圖所示，電流I1/I2,如I1在I2處磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則I1對(duì)I2的安培力FBI2L，方向向左，同理I2對(duì)I1，安培力向右，即同向電流相吸，異向電流相斥根據(jù)力的相互作用原理，如果是磁體對(duì)通電導(dǎo)體有力的作用，則通電導(dǎo)體對(duì)磁體有反作用力兩根通電導(dǎo)線間的磁場(chǎng)力也遵循牛頓第三定律二、左手定則1.用左手定則判定安培力方向的

18、方法：伸開(kāi)左手，使拇指跟其余的四指垂直且與手掌都在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過(guò)手心，并使四指指向電流方向，這時(shí)手掌所在平面跟磁感線和導(dǎo)線所在平面垂直，大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線所受安培力的方向2.安培力F的方向既與磁場(chǎng)方向垂直，又與通電導(dǎo)線垂直,即F跟BI所在的面垂直但B與I的方向不一定垂直3.安培力F、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流1三者的關(guān)系已知I,B的方向，可惟一確定F的方向；已知F、B的方向，且導(dǎo)線的位置確定時(shí)，可惟一確定I的方向；已知F,1的方向時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向不能惟一確定4.由于B,I,F的方向關(guān)系常是在三維的立體空間，所以求解本部分問(wèn)題時(shí)，應(yīng)具有較好的空間想象力，要善于把立體圖畫(huà)變成

19、易于分析的平面圖，即畫(huà)成俯視圖，剖視圖，側(cè)視圖等【例1】如圖所示，一條形磁鐵放在水平桌面上在其左上方固定一根與磁鐵垂直的長(zhǎng)直導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線通以如圖所示方向電流時(shí)（ ）A磁鐵對(duì)桌面的壓力減小，且受到向左的摩擦力作用B磁鐵對(duì)桌面的壓力減小，且受到向右的摩擦力作用C磁鐵對(duì)桌面的壓力增大，且受到向左的摩擦力作用D磁鐵對(duì)桌面的壓力增大，且受到向右的摩擦力作用解析：導(dǎo)線所在處磁場(chǎng)的方向沿磁感線的切線方向斜向下，對(duì)其沿水平豎直方向分解，如圖1015所示對(duì)導(dǎo)線： Bx產(chǎn)生的效果是磁場(chǎng)力方向豎直向上 By產(chǎn)生的效果是磁場(chǎng)力方向水平向左 根據(jù)牛頓第三定律：導(dǎo)線對(duì)磁鐵的力有豎直向下的作用力，因而磁鐵對(duì)桌面壓力增大；導(dǎo)

20、線對(duì)磁鐵的力有水平向右的作用力因而磁鐵有向右的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，這樣磁鐵與桌面間便產(chǎn)生了摩擦力，桌面對(duì)磁鐵的摩擦力沿水平方向向左 答案：Ci【例2】.如圖在條形磁鐵N極處懸掛一個(gè)線圈，當(dāng)線圈中通有逆時(shí)針?lè)较虻碾娏鲿r(shí)，線圈將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)？分析：用“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”最簡(jiǎn)單：螺線管的電流在正面是向下的，與線圈中的電流方向相反，互相排斥，而左邊的線圈匝數(shù)多所以線圈向右偏轉(zhuǎn)?！纠?】電視機(jī)顯象管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖如右，即時(shí)電流方向如圖所示。該時(shí)刻由里向外射出的電子流將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)？解：畫(huà)出偏轉(zhuǎn)線圈內(nèi)側(cè)的電流，是左半線圈靠電子流的一側(cè)為向里，右半線圈靠電子流的一側(cè)為向外。電子流的等效電流方向

21、是向里的，根據(jù)“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(zhuǎn)。規(guī)律方法 1。安培力的性質(zhì)和規(guī)律；公式F=BIL中L為導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，即導(dǎo)線兩端點(diǎn)所連直線的長(zhǎng)度，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端如圖所示，甲中：，乙中：L/=d(直徑）2R（半圓環(huán)且半徑為R)安培力的作用點(diǎn)為磁場(chǎng)中通電導(dǎo)體的幾何中心；安培力做功:做功的結(jié)果將電能轉(zhuǎn)化成其它形式的能【例4】如圖所示，在光滑的水平桌面上，有兩根彎成直角相同金屬棒，它們的一端均可繞固定轉(zhuǎn)軸O自由轉(zhuǎn)動(dòng)，另一端 b互相接觸，組成一個(gè)正方形線框，正方形邊長(zhǎng)為 L，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直桌面向下，磁感強(qiáng)度為 B當(dāng)線框中通以圖示方向的電流時(shí)，兩金屬棒b點(diǎn)

22、的相互作用力為f此時(shí)線框中的電流為多少？解析：由于對(duì)稱性可知金屬棒在O點(diǎn)的相互作用力也為f，所以O(shè)a邊和ab邊所受安培力的合力為2f，方向向右，根據(jù)左手定則可知Oa邊和ab邊所受安培力F1、F2分別與這兩邊垂直，由力的合成法則可求出 F1= F2=2fcos450=fBIL，I=fBL 點(diǎn)評(píng)：本題也利用了對(duì)稱性說(shuō)明 O點(diǎn)的作用力為f，當(dāng)對(duì)左側(cè)的金屬棒作受力分析時(shí)，受到的兩個(gè)互相垂直的安培力F1、F2（這兩個(gè)安培力大小相等為 F）的合力是水平向右的，大小為F，與O、b兩點(diǎn)受到的作用力2f相平衡?！纠?】質(zhì)量為m的通電細(xì)桿ab置于傾角為的平行導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌寬度為d，桿ab與導(dǎo)軌間的摩擦因數(shù)為有電流時(shí)

23、aB恰好在導(dǎo)軌上靜止，如圖所示，如圖1019所示是沿ba方向觀察時(shí)的四個(gè)平面圖，標(biāo)出了四種不同的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向，其中桿與導(dǎo)軌間摩擦力可能為零的是（ ） 解析：桿的受力情況為：答案：AB2、安培力作用下物體的運(yùn)動(dòng)方向的判斷（1）電流元法：即把整段電流等效為多段直線電流元，先用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向，從而判斷整段電流所受合力方向，最后確定運(yùn)動(dòng)方向（2）特殊位置法：把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個(gè)便于分析的特殊位置后再判斷安培力方向，從而確定運(yùn)動(dòng)方向（3）等效法：環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵，條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流或通電螺線管，通電螺線管也可以等效成很多匝的環(huán)形電流來(lái)分析（4）

24、利用結(jié)論法：兩電流相互平行時(shí)無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥；兩電流不平行時(shí)，有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且電流方向相同的趨勢(shì)（5）轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法：因?yàn)殡娏髦g，電流與磁體之間相互作用滿足牛頓第三定律，這樣，定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，可先分析電流在磁體磁場(chǎng)中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，再確定磁體所受電流作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動(dòng)方向（6）分析在安培力作用下通電導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的一般步驟畫(huà)出通電導(dǎo)線所在處的磁感線方向及分布情況用左手定則確定各段通電導(dǎo)線所受安培力)據(jù)初速方向結(jié)合牛頓定律確定導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況(7)磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用:若線圈面積為S，線圈中的電流強(qiáng)度為I，

25、所在磁場(chǎng)的孩感應(yīng)強(qiáng)度為B，線圈平面跟磁場(chǎng)的夾角為，則線圈所受磁場(chǎng)的力矩為：M=BIScos【例6】如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)E2V，r0.5,豎直導(dǎo)軌電阻可略，金屬棒的質(zhì)量m0.1kg，R=0.5，它與導(dǎo)體軌道的動(dòng)摩擦因數(shù)0.4，有效長(zhǎng)度為0.2 m,靠在導(dǎo)軌的外面，為使金屬棒不下滑，我們施一與紙面夾角為600且與導(dǎo)線垂直向外的磁場(chǎng)，（g=10 m/s2）求：（1)此磁場(chǎng)是斜向上還是斜向下？（2）B的范圍是多少？解析:導(dǎo)體棒側(cè)面受力圖如圖所示： 由平衡條件得：B最小時(shí)摩擦力沿導(dǎo)軌向上，則有FNBILcos300mg, FN=BILsin300 解得B2.34 T 當(dāng)B最大時(shí)摩擦力沿導(dǎo)軌向下，則有BI

26、Lcos300mgFNFN=BILsin300 解得B=3. 75 TB的范圍是2.34 T - 3. 75 T【例7】在傾角為的斜面上，放置一段通有電流強(qiáng)度為I,長(zhǎng)度為L(zhǎng)，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒a，（通電方向垂直紙面向里），如圖所示，棒與斜面間動(dòng)摩擦因數(shù)< tan.欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，應(yīng)加勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)應(yīng)強(qiáng)度B最小值是多少？如果要求導(dǎo)體棒a靜止在斜面上且對(duì)斜面無(wú)壓力，則所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度又如何？a解析:(1)設(shè)當(dāng)安培力與斜面成角時(shí)B最小，則由平衡條件得：mgsinFNBILcos, FN=mgcosBILsin解得當(dāng)=900時(shí), （2）當(dāng)FN=0時(shí)，則BILmg，BIL=mg,由左手

27、定則知B方向水平向左【例8】如圖所示，abcd是一豎直的矩形導(dǎo)線框，線框面積為S，放在磁感強(qiáng)度為B的均勻水平磁場(chǎng)中，ab邊在水平面內(nèi)且與磁場(chǎng)方向成600角，若導(dǎo)線框中的電流為I，則導(dǎo)線框所受的安培力對(duì)某豎直的固定軸的力矩等于（ ） AIBS B½IBS CIBS D由于導(dǎo)線框的邊長(zhǎng)及固定軸的位置來(lái)給出，無(wú)法確定解析：為便于正確找出力臂，應(yīng)將題中所給的立體圖改畫(huà)成平面俯視圖，如圖1017所示，設(shè)線框ab邊長(zhǎng)為11，cd邊長(zhǎng)為12，并設(shè)豎直轉(zhuǎn)軸過(guò)圖中O點(diǎn)（O點(diǎn)為任選的一點(diǎn)） ，ao長(zhǎng)lac，bo長(zhǎng)lbo，則lac+lbo=l1為便于分析，設(shè)電流方向沿abcda 由左手定則判斷各邊所受安培

28、力的方向，可知ab、cd邊受力與豎直轉(zhuǎn)軸平行，不產(chǎn)生力矩；ad、bc兩邊所受安培力方向如圖，將產(chǎn)生力矩ad、bc邊所受安培力的大小均為FIBl2，產(chǎn)生的力矩分別為：Mad=Flaocos，Mbc=Flbccos兩個(gè)力矩的方向相同（困1017中均為順時(shí)針力矩），合力矩M=MadMbcF（laolbc）cosIBScos，將600代入，得M=½IBS 答案：B說(shuō)明：由此題也導(dǎo)出了單匝通電線圈在磁場(chǎng)所受磁力矩的公式M=IBScos若為N匝線圈，則MNIBScos式中S為線圈包圍面積，為線圈平面與磁場(chǎng)方向的夾角顯然，當(dāng)=00時(shí)，即線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，線圈所受磁力矩最大MmaxNBIS，

29、當(dāng)900，即線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，線圈所受磁力矩為零公式也不限于矩形線圈、對(duì)稱轉(zhuǎn)軸的情況，對(duì)任意形狀的線圈任一垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸位置都適用【例9】通電長(zhǎng)導(dǎo)線中電流I0的方向如圖所示，邊長(zhǎng)為2L的正方形載流線圈abcd中的電流強(qiáng)度為I，方向由abcd線圈的ab邊、cd邊以及過(guò)ad、bc邊中點(diǎn)的軸線OO/都與長(zhǎng)導(dǎo)線平行當(dāng)線圈處于圖示的位置時(shí)，ab邊與直導(dǎo)線間的距離ala等于2L，且ala與ad垂直已知長(zhǎng)導(dǎo)線中電流的磁場(chǎng)在ab處的磁感強(qiáng)度為B1，在cd處的磁感強(qiáng)度為B2，則載流線圈處于此位置受到的磁力矩的大小為 解析：ad、bc邊所受的磁場(chǎng)力和轉(zhuǎn)軸OO/平行，其力矩為零，ab、cd邊受力的方向如圖

30、1021所示，大小分別為F1B1I·2L，F(xiàn)2= B2I·2L，F(xiàn)1、F2對(duì)轉(zhuǎn)軸OO/的力臂分別為L(zhǎng)和L ，則兩力對(duì)轉(zhuǎn)軸的力矩為M=M1M2=FlLF2L= IL2（2B1B2）答案：IL2（2B1B2）3安培力的實(shí)際應(yīng)用【例10】在原于反應(yīng)堆中抽動(dòng)液態(tài)金屬等導(dǎo)電液時(shí)由于不允許傳動(dòng)機(jī)械部分與這些流體相接觸，常使用一種電磁泵。圖中表示這種電磁泵的結(jié)構(gòu)。將導(dǎo)管置于磁場(chǎng)中，當(dāng)電流I穿過(guò)導(dǎo)電液體時(shí)，這種導(dǎo)電液體即被驅(qū)動(dòng)。若導(dǎo)管的內(nèi)截面積為a×h，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度為L(zhǎng)，磁感強(qiáng)度為B液態(tài)金屬穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的電流為I，求驅(qū)動(dòng)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)差是多大？ 解答:本題的物理情景是：當(dāng)電流 I

31、通過(guò)金屬液體沿圖示豎直向上流動(dòng)時(shí)，電流將受到磁場(chǎng)的作用力，磁場(chǎng)力的方向可以由左手定則判斷，這個(gè)磁場(chǎng)力即為驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬流動(dòng)的動(dòng)力。由這個(gè)驅(qū)動(dòng)力而使金屬液體沿流動(dòng)方向兩側(cè)產(chǎn)生壓強(qiáng)差P。故有 F=BIhp=F/ah，聯(lián)立解得pBI/a【例11】將兩碳棒A,B(接電路）插盛有AgNO3溶液的容器中，構(gòu)成如圖電路假設(shè)導(dǎo)軌光滑無(wú)電阻，寬為d,在垂直導(dǎo)軌平面方向上有大小為B,方向垂直紙面向外的磁場(chǎng)，若經(jīng)過(guò)時(shí)間t后，在容器中收集到nL氣體（標(biāo)況），問(wèn)此時(shí)滑桿C(質(zhì)量為mC）的速度，寫(xiě)出A,B棒上發(fā)生的電極反應(yīng)式（阿伏加德羅常數(shù)N0）解析：由電解池電極反應(yīng)可得出通過(guò)C棒的電荷量，求出平均電流，再由安培定則及動(dòng)量

32、定理可得滑桿速度陰極:Ag十十e=Ag陽(yáng)極：4OH4e=2H2OO2,O2的摩爾數(shù)為n/22.4,則陽(yáng)極的物質(zhì)量為n/5.6摩爾.通過(guò)C捧的電荷量為平均電流由得【例12】如圖所示為利用電磁作用輸送非導(dǎo)電液體裝置的示意圖，一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、截面為正方形的塑料管道水平放置，其右端面上有一截面積為A的小噴口，噴口離地的高度為h.管道中有一絕緣活塞，在活塞的中部和上部分別嵌有兩根金屬棒a、b，其中棒b的兩端與一電壓表相連。整個(gè)裝置放在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)棒a中通有垂直紙面向里的恒定電流I時(shí)，活塞向右勻速推動(dòng)液體從噴口水平射出，液體落地點(diǎn)離噴口的水平距離為s.若液體的密度為，不計(jì)所有阻力，求：(1)活塞移

33、動(dòng)的速度；(2)該裝置的功率；(3）磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；(4）若在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)電壓表的讀數(shù)變小，試分析其可能的原因解析:（l）設(shè)液體從噴口水平射出的速度為v0，活塞移動(dòng)的速度為v., (2）設(shè)裝置功率為P，t時(shí)間內(nèi)有m質(zhì)量的液體從噴口射出,Pt½m (v02一v2)m=Lvt.P=½ L2v(v02一v2),(3) P=F安v.,（4）U=BLv,噴口液體的流量減少，活塞移動(dòng)速度減小，或磁場(chǎng)變小等會(huì)引起電壓表讀數(shù)變小 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用基礎(chǔ)知識(shí) 一、洛侖茲力磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力1.洛倫茲力的公式: f=qvB sin，是V、B之間的夾角.2.當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)

34、方向互相平行時(shí)，F(xiàn)03.當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向互相垂直時(shí)，f=qvB 4.只有運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中才有可能受到洛倫茲力作用，靜止電荷在磁場(chǎng)中受到的磁場(chǎng)對(duì)電荷的作用力一定為0二、洛倫茲力的方向1.洛倫茲力F的方向既垂直于磁場(chǎng)B的方向，又垂直于運(yùn)動(dòng)電荷的速度v的方向，即F總是垂直于B和v所在的平面2.使用左手定則判定洛倫茲力方向時(shí)，伸出左手，讓姆指跟四指垂直，且處于同一平面內(nèi)，讓磁感線穿過(guò)手心，四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)方向（當(dāng)是負(fù)電荷時(shí)，四指指向與電荷運(yùn)動(dòng)方向相反）則姆指所指方向就是該電荷所受洛倫茲力的方向三、洛倫茲力與安培力的關(guān)系1.洛倫茲力是單個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力，而安培力是導(dǎo)體中所有定向

35、稱動(dòng)的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)2.洛倫茲力一定不做功，它不改變運(yùn)動(dòng)電荷的速度大小;但安培力卻可以做功四、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.不計(jì)重力的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)可分三種情況：一是勻速直線運(yùn)動(dòng)；二是勻速圓周運(yùn)動(dòng)；三是螺旋運(yùn)動(dòng)2.不計(jì)重力的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑r=mv/qB；其運(yùn)動(dòng)周期T=2m/qB（與速度大小無(wú)關(guān)）3.不計(jì)重力的帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)都做曲線運(yùn)動(dòng)，但有區(qū)別：帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，在電場(chǎng)中做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)（類平拋運(yùn)動(dòng)）；垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則做變加速曲線運(yùn)動(dòng)（勻速圓周運(yùn)動(dòng)）【例1】一帶電粒子以初速度V0垂直于勻強(qiáng)電場(chǎng)

36、E 沿兩板中線射入，不計(jì)重力，由C點(diǎn)射出時(shí)的速度為V，若在兩板間加以垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，粒子仍以V0入射，恰從C關(guān)于中線的對(duì)稱點(diǎn)D射出，如圖所示，則粒子從D點(diǎn)射出的速度為多少?解析：粒子第一次飛出極板時(shí)，電場(chǎng)力做正功，由動(dòng)能定理可得電場(chǎng)力做功為W1=m（V2v02）/2，當(dāng)兩板間加以垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，粒子第二次飛出極板時(shí)，洛侖茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功，但是粒子從與C點(diǎn)關(guān)于中線的對(duì)稱點(diǎn)射出，洛侖茲力大于電場(chǎng)力，由于對(duì)稱性，粒子克服電場(chǎng)力做功，等于第一次電場(chǎng)力所做的功，由動(dòng)能定理可得W2=m（V02VD2）/2，W1=W2。由 式得VD=點(diǎn)評(píng)：凡是涉及到帶電粒子的動(dòng)能發(fā)生了變化，均與洛侖茲

37、力無(wú)關(guān)，因?yàn)槁鍋銎澚?duì)運(yùn)動(dòng)電荷永遠(yuǎn)不做功?！纠?】如圖所示，豎直兩平行板P、Q，長(zhǎng)為L(zhǎng)，兩板間電壓為U，垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電場(chǎng)和磁場(chǎng)均勻分布在兩板空間內(nèi)，今有帶電量為Q，質(zhì)量為m的帶正電的油滴，從某高度處由靜止落下，從兩板正中央進(jìn)入兩板之間，剛進(jìn)入時(shí)油滴受到的磁場(chǎng)力和電場(chǎng)力相等，此后油滴恰好從P板的下端點(diǎn)處離開(kāi)兩板正對(duì)的區(qū)域，求（1）油滴原來(lái)靜止下落的位置離板上端點(diǎn)的高度h。（2）油滴離開(kāi)板間時(shí)的速度大小。解析：（1）油滴在進(jìn)入兩板前作自由落體運(yùn)動(dòng)，剛進(jìn)入兩板之間時(shí)的速度為V0，受到的電場(chǎng)力與磁場(chǎng)力相等，則qv0BqUd，v0UBd= ，h=U22gB2d2（2）油滴進(jìn)入兩板

38、之間后，速度增大，洛侖茲力在增大，故電場(chǎng)力小于洛侖茲力，油滴將向P板偏轉(zhuǎn)，電場(chǎng)力做負(fù)功，重力做正功，油滴離開(kāi)兩板時(shí)的速度為Vx ，由動(dòng)能定理mg（hL）q U2=mVx 2/2， 點(diǎn)評(píng)：（1）根據(jù)帶電油滴進(jìn)入兩板時(shí)的磁場(chǎng)力與電場(chǎng)力大小相等求出油滴下落時(shí)到板上端的高度；（2）油滴下落過(guò)程中的速度在增大，說(shuō)明了洛侖茲力增大，油滴向P板偏轉(zhuǎn)，電場(chǎng)力做負(fù)功【例3】如圖所示，在空間有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，大小為B，光滑絕緣空心細(xì)管MN的長(zhǎng)度為h，管內(nèi)M端有一質(zhì)量為m、帶正電q的小球P，開(kāi)始時(shí)小球P相對(duì)管靜止，管帶著小球P沿垂直于管長(zhǎng)度方向的恒定速度u向圖中右方運(yùn)動(dòng)設(shè)重力及其它阻力均可忽略

39、不計(jì)（1）當(dāng)小球P相對(duì)管上升的速度為v時(shí)，小球上升的加速度多大？（2）小球P從管的另一端N離開(kāi)管口后，在磁場(chǎng)中作圓周運(yùn)動(dòng)的圓半徑R多大？（3）小球P在從管的M端到N端的過(guò)程中，管壁對(duì)小球做的功是多少？解析：（1）設(shè)此時(shí)小球的合速度大小為v合，方向與u的夾角為 有 cos=u/v合=u/ 此時(shí)粒子受到的洛倫茲力f和管壁的彈力N如所示，由牛頓第二定律可求此時(shí)小球上升的加速度為：a=fcos=qv合Bcos/m 聯(lián)立解得：a=quB/m（2）由上問(wèn)a知，小球上升加速度只與小球的水平速度u有關(guān)，故小球在豎直方向上做加速運(yùn)動(dòng)設(shè)小球離開(kāi)N端管口時(shí)的豎直分速度為vy，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得此時(shí)小球的合速度 故小球運(yùn)

40、動(dòng)的半徑為 （3）因洛化茲力對(duì)小球做的功為零，由動(dòng)能定理得管壁對(duì)小球做的功為： W=½mv2½mu2=quBh【例4】在兩塊平行金屬板A、B中，B板的正中央有一粒子源，可向各個(gè)方向射出速率不同的粒子，如圖所示若在A、B板中加上UABU0的電壓后，A板就沒(méi)有粒子射到，U0是粒子不能到達(dá)A板的最小電壓若撤去A、B間的電壓，為了使粒子不射到A板，而在A、B之間加上勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度B必須符合什么條件（已知粒子的荷質(zhì)比mq=2l×108kg/C，A、B間的距離d10cm，電壓U0=42×104V）？解析：粒子放射源向各個(gè)方向射出速率不同的粒子，設(shè)最大

41、的速率為vm。則各個(gè)方向都有速率為vm的粒子當(dāng)A、B板加了電壓后，A、B兩板間的電壓阻礙粒子到達(dá)A板，其方向是垂直兩板并由A板指向B板。在無(wú)電場(chǎng)時(shí)，粒子在沿B向A板運(yùn)動(dòng)方向上有d=vcost，其中是粒子速度與垂直兩板的直線的夾角在式中最容易到達(dá)A板的粒子應(yīng)有0，vvm，即其速度方向由B極指向A板，且速率最大的粒子，這些粒子若達(dá)不到A板，其余的粒子均達(dá)不到A板由動(dòng)能定理可得qU0mvm22；若撤去電場(chǎng)，在A、B間加上勻強(qiáng)磁場(chǎng)，這些粒子將做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其半徑為R，R=mv/qB，由式可知，在B一定的條件下，v越大，R越大，越容易打到A板；反之，當(dāng)v值取最大值vm后，若所有具有vm的粒子不能達(dá)到A

42、板，則所有的粒子均不能達(dá)到A板在所有方向上的粒子中，它們的軌跡剛好與A板相切的情況如圖所示在圖中與A板相切的軌跡中最小半徑為R3，若R3是具有速率為vm的粒子的半徑，則其它具有vm的粒子均不能到達(dá) A板若令R3為最小值Rmin時(shí)，即圖中Rmin= d2是所有粒子中軌跡與A板相切的最小半徑，將其代入式后得d2=mvm/qBmin，由兩式可得Bmin=2d=084T，所以，A、B兩板之間應(yīng)加上垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且磁感強(qiáng)度 B 084 T時(shí)，所有的粒子均不能到達(dá)A板規(guī)律方法 1、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的圓心、半徑及時(shí)間的確定（1)用幾何知識(shí)確定圓心并求半徑 因?yàn)镕方向指向圓心，根據(jù)F一定垂直v，畫(huà)

43、出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡中任意兩點(diǎn)（大多是射入點(diǎn)和出射點(diǎn)）的F或半徑方向，其延長(zhǎng)線的交點(diǎn)即為圓心，再用幾何知識(shí)求其半徑與弦長(zhǎng)的關(guān)系 (2)確定軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角，求運(yùn)動(dòng)時(shí)間 先利用圓心角與弦切角的關(guān)系，或者是四邊形內(nèi)角和等于3600（或2）計(jì)算出圓心角的大小，再由公式t=T/3600（或T/2）可求出運(yùn)動(dòng)時(shí)間(3)注意圓周運(yùn)動(dòng)中有關(guān)對(duì)稱的規(guī)律 如從同一邊界射入的粒子，從同一邊界射出時(shí)，速度與邊界的夾角相等；在圓形磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，沿徑向射入的粒子，必沿徑向射出【例5】如圖所示，一束電子（電量為e）以速度v垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，穿過(guò)磁場(chǎng)時(shí)速度方向與電子原來(lái)入射方向的夾角是300，則電子的

44、質(zhì)量是 ，穿過(guò)磁場(chǎng)的時(shí)間是 。解析：電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，只受洛倫茲力作用，故其軌跡是圓弧一部分，又因?yàn)閒v，故圓心在電子穿入和穿出磁場(chǎng)時(shí)受到洛倫茲力指向交點(diǎn)上，如圖中的O點(diǎn)，由幾何知識(shí)知，AB間圓心角=300，OB為半徑所以r=d/sin300=2d 又由r=得m2dBev 又因?yàn)锳B圓心角是300，所以穿過(guò)時(shí)間 t=T=×=【例6】如圖所示，一束電子以大小不同的速率沿圖示方向飛入橫截面是一正方形的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，下列判斷正確的是（ ） A、電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，其軌跡線越長(zhǎng) B電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)。其軌跡線所對(duì)應(yīng)的圓心角越大 C在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同的電子，其軌跡線一定重合 D電子的

45、速率不同，它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間一定不相同解析：在圖中畫(huà)出了不同速率的電子在磁場(chǎng)中的軌跡，由前面的知識(shí)點(diǎn)可知軌跡的半徑R=mvqB，說(shuō)明了半徑的大小與電子的速率成正比但由于電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短僅與軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角大小有關(guān)，故可判斷圖中五條軌跡線所對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間關(guān)系有t5t4t3t2t1顯然，本題選項(xiàng)中只有B正確 點(diǎn)評(píng)：本題所考查的是帶電粒子在矩形（包括正方形）磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡與相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間的關(guān)系問(wèn)題不同速率的電子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)角大小（也就是在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短），由知識(shí)點(diǎn)中的周期表達(dá)式看來(lái)與半徑是沒(méi)有關(guān)系的，但由于磁場(chǎng)區(qū)域的邊界條件的限制，由圖說(shuō)明了半徑不同，帶電粒子離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)速度方

46、向變化可能不同，也可能相同由周期關(guān)系式必須明確的一點(diǎn)是：帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)短決定于軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角【例7】如圖所示，半徑R=10cm的圓形區(qū)域邊界跟y軸相切于坐標(biāo)系原點(diǎn)O。磁感強(qiáng)度B0332 T，方向垂直于紙面向里，在O處有一放射源 S，可沿紙面向各個(gè)方向射出速率均為v=32×106m/s的粒子已知粒子的質(zhì)量m= 664×1027 kg，電量q=32 ×1019 C（1）畫(huà)出粒子通過(guò)磁場(chǎng)空間做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心的軌跡（2）求出粒子通過(guò)磁場(chǎng)空間的最大偏轉(zhuǎn)角（3）再以過(guò)O點(diǎn)并垂直紙面的直線為軸旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)區(qū)域，能使穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域且偏轉(zhuǎn)角最大的粒子射到正方向的y軸上，

47、則圓形磁場(chǎng)直徑OA至少應(yīng)轉(zhuǎn)過(guò)多大的角度解析：（l）粒子的速度相同，在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑相同，均由洛侖茲力提供向心力 f= qvB=mv2r，rmvQb=20cm 所以粒子的圓心與S（即O點(diǎn)）的距離均為r，其圓心的軌跡為以S為圓心、以20cm為半徑的一段圓弧，如圖所示（2）由于粒子的軌道半徑r大于磁場(chǎng)區(qū)域的半徑R，粒子最長(zhǎng)的軌跡所對(duì)應(yīng)的弦為2R=r=20cm時(shí)，粒子在磁場(chǎng)中最大的偏轉(zhuǎn)角的軌跡就是粒子在磁場(chǎng)中最長(zhǎng)的軌跡線，由于最長(zhǎng)的軌跡線的弦長(zhǎng)與其軌跡半徑相等，所以偏轉(zhuǎn)角的最大值為=600（3）由（2）中可知粒子的最大偏轉(zhuǎn)角為600；且所對(duì)的弦為OA，故粒子在磁場(chǎng)軌跡的入射點(diǎn)O和出射點(diǎn)A與其

48、軌跡圓心O1的連線和OA組成一個(gè)正三角形，也就是粒子離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)與x軸正方向的夾角300，如圖所示要使偏轉(zhuǎn)角最大的粒子離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)能打在y軸的正方向上，則粒子與x軸的正方向夾角/900，則OA繞過(guò)O點(diǎn)的水平軸至少要轉(zhuǎn)過(guò)=/一600點(diǎn)評(píng)：帶電粒子在磁場(chǎng)中的軌跡不大于半圓時(shí)，要使帶電粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)角最大，就是要求帶電粒子在磁場(chǎng)中的軌跡線愈長(zhǎng)（由于半徑確定），即所對(duì)應(yīng)的弦愈長(zhǎng)在圓形磁場(chǎng)中，只有直徑作為軌跡的弦長(zhǎng)最長(zhǎng)所以要求帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的入射點(diǎn)、離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的出射點(diǎn)的連線為圓形磁場(chǎng)區(qū)域的直徑這是本題的難點(diǎn)。若是rR，情況就完全變了，這時(shí)帶電粒子在磁場(chǎng)中的軌跡可能大于半圓或等于半圓，帶電粒子在磁場(chǎng)中

49、做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T=2mqB，這是一個(gè)與速度大小和半徑無(wú)關(guān)的物理量，也就是說(shuō)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短僅與軌跡所對(duì)圓心花怒放角有關(guān)，在具體確定時(shí)還與磁場(chǎng)的邊界有關(guān)，矩形的邊界和圓形的邊界是不相同的 2、洛侖茲力的多解問(wèn)題（1）帶電粒子電性不確定形成多解 帶電粒子可能帶正電荷，也可能帶負(fù)電荷，在相同的初速度下，正負(fù)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡不同，導(dǎo)致雙解（2）磁場(chǎng)方向不確定形成多解 若只告知磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，而未說(shuō)明磁感應(yīng)強(qiáng)度方向，則應(yīng)考慮因磁場(chǎng)方向不確定而導(dǎo)致的多解（3）臨界狀態(tài)不惟一形成多解 帶電粒子在洛倫茲力作用下飛越有界磁場(chǎng)時(shí)，它可能穿過(guò)去，也可能偏轉(zhuǎn)1800從入射界面這邊反向飛出另在光滑水平桌面

50、上，一絕緣輕繩拉著一帶電小球在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，若繩突然斷后，小球可能運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也因小球帶電電性，繩中有無(wú)拉力造成多解（4）運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性形成多解 如帶電粒子在部分是電場(chǎng)，部分是磁場(chǎng)空間運(yùn)動(dòng)時(shí)，往往具有往復(fù)性，因而形成多解【例8】如圖所示，一半徑為R的絕緣圓筒中有沿軸線方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一質(zhì)量為m，帶電荷量為q的正粒子（不計(jì)重力）以速度為v從筒壁的A孔沿半徑方向進(jìn)入筒內(nèi)，設(shè)粒子和筒壁的碰撞無(wú)電荷量和能量的損失，那么要使粒子與筒壁連續(xù)碰撞，繞筒壁一周后恰好又從A孔射出，問(wèn)：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小必須滿足什么條件？(2)粒子在筒中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為多少？A·O解析:(1)粒

51、子射入圓筒后受洛侖茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn),設(shè)第一次與B點(diǎn)碰撞,撞后速度方向又指向O點(diǎn),設(shè)粒子碰撞n-1次后再?gòu)腁點(diǎn)射出,則其運(yùn)動(dòng)軌跡是n段相等的弧長(zhǎng).BO/設(shè)第一段圓弧的圓心為O/,半徑為r,則=2/2n=/n.,由幾何關(guān)系得,又由r=mv/Bq,聯(lián)立得:(2)粒子運(yùn)動(dòng)的周期為:T=2m/qB,將B代入得弧AB所對(duì)的圓心角粒子由A到B所用的時(shí)間 (n=3.4.5)故粒子運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為 (n=3.4.5)【例9】S為電子源，它只能在如圖（l）所示紙面上的3600范圍內(nèi)發(fā)射速率相同，質(zhì)量為m，電量為e的電子，MN是一塊豎直擋板，與S的水平距離OS=L，擋板左側(cè)充滿垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度為B

52、（l）要使S發(fā)射的電子能到達(dá)擋板，則發(fā)射電子的速度至少多大？（2）若S發(fā)射電子的速度為eBLm時(shí)，擋板被電子擊中范圍多大？（要求指明S在哪個(gè)范圍內(nèi)發(fā)射的電子可以擊中擋板，并在圖中畫(huà)出能擊中擋板距O上下最遠(yuǎn)的電子的運(yùn)動(dòng)軌道）【解析】（l）電子在磁場(chǎng)中所受洛侖較為提供向心力qBV= mV2/r 當(dāng)r= L/2時(shí)，速度v最小， 由、可得，V=eBL2m （2）若S發(fā)射電子速率V/=eBLm，由eV/B=mV/2/r/ 可得：r/=L 由左手定則知，電子沿SO發(fā)射時(shí)，剛好到達(dá)板上的b點(diǎn)，且OB= r/= L，由SO逆時(shí)針轉(zhuǎn)1800的范圍內(nèi)發(fā)射的電子均能擊中擋板，落點(diǎn)由bOab/a，其中沿SO/發(fā)射的電

53、并擊中擋板上的a點(diǎn)，且aO=L由上分析可知，擋板能被電子擊中的范圍由ab，其高度h=LL=（十l）L，擊中a、b兩點(diǎn)的電子軌跡，如圖（2）所示【例10】M、N、P為很長(zhǎng)的平行邊界面，M、N與M、P間距分別為L(zhǎng)1、L2，其間分別有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1和B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，和磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，B1B2，有一帶正電粒子的電量為q，質(zhì)量為m，以大小為v的速度垂直邊界M及磁場(chǎng)方向射入MN間的磁場(chǎng)區(qū)域，討論粒子初速度v應(yīng)滿足什么條件才可穿過(guò)兩個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域（不計(jì)粒子的重力）。解析:先討論粒子穿出B1的條件：設(shè)粒子以某一速度v在磁場(chǎng)B1中運(yùn)動(dòng)的圓軌跡剛好與M相切，此時(shí)軌跡半徑剛好為L(zhǎng)1，由 得： 由此可得使粒子能

54、穿出B1的條件是： 。再討論粒子穿出B2條件：又設(shè)粒子以某一的速度穿出了B1后在B2中穿過(guò)時(shí)其圓軌跡又剛好與P相切，如圖所示，粒子在B1中的運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)的圓心角為，那么：，粒子在B2運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為：由幾何知識(shí)得：RRsin=L2 所以有： 解得：，所以當(dāng)粒子的速度時(shí)就可以穿出B1和B2。專題:帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí) 一、復(fù)合場(chǎng)的分類：1、復(fù)合場(chǎng)：即電場(chǎng)與磁場(chǎng)有明顯的界線，帶電粒子分別在兩個(gè)區(qū)域內(nèi)做兩種不同的運(yùn)動(dòng)，即分段運(yùn)動(dòng)，該類問(wèn)題運(yùn)動(dòng)過(guò)程較為復(fù)雜，但對(duì)于每一段運(yùn)動(dòng)又較為清晰易辨，往往這類問(wèn)題的關(guān)鍵在于分段運(yùn)動(dòng)的連接點(diǎn)時(shí)的速度，具有承上啟下的作用2、疊加場(chǎng)：即在同一區(qū)域內(nèi)同時(shí)有電場(chǎng)和磁場(chǎng)，些類問(wèn)題看似簡(jiǎn)單，受力不復(fù)雜