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文檔簡介

1、第一課時磁場及其描述第一課時磁場及其描述一、磁場一、磁場1.磁場:一種看不見、摸不著、存在于磁場:一種看不見、摸不著、存在于電流電流或或磁體磁體周圍周圍的物質(zhì),它傳遞著磁相互作用的物質(zhì),它傳遞著磁相互作用2.基本性質(zhì):基本性質(zhì):磁場對處于其中的磁體、電流和運(yùn)動電荷磁場對處于其中的磁體、電流和運(yùn)動電荷有有力力的作用的作用3.磁場的方向:小磁針磁場的方向:小磁針N極所受磁場力的方向,或小磁極所受磁場力的方向,或小磁針靜止時針靜止時N極所指的方向極所指的方向5.地球的磁場:地球本身就是一個大磁體,地球的磁場:地球本身就是一個大磁體,4.磁現(xiàn)象的電本質(zhì):磁鐵的磁場和電流的磁場都是由磁現(xiàn)象的電本質(zhì):磁鐵

2、的磁場和電流的磁場都是由電荷的運(yùn)動產(chǎn)生的電荷的運(yùn)動產(chǎn)生的地磁場的地磁場的N極在地理極在地理南南極附近,極附近,S極在地理極在地理北北極附極附近地球的地磁場兩極和地理兩極不重合,形成了磁近地球的地磁場兩極和地理兩極不重合,形成了磁偏角;偏角;地磁場的特點(diǎn)是:地磁場的特點(diǎn)是:磁感線是閉合曲線,磁體的外部是從磁感線是閉合曲線,磁體的外部是從N極到極到S極,內(nèi)部極,內(nèi)部是從是從S極到極到N極;極;磁感線的疏密表示磁場的強(qiáng)弱,磁感線上某點(diǎn)的磁感線的疏密表示磁場的強(qiáng)弱,磁感線上某點(diǎn)的切線切線方向方向表示該點(diǎn)的磁場方向;表示該點(diǎn)的磁場方向;磁感線是人們?yōu)榱诵蜗竺枋龃艌龆傧氲拇鸥芯€是人們?yōu)榱诵蜗竺枋龃艌龆?/p>

3、想的二、磁感線二、磁感線1.磁感線:在磁場中畫出的一些有方向的假想曲線,使磁感線:在磁場中畫出的一些有方向的假想曲線,使曲線上的任意一點(diǎn)的曲線上的任意一點(diǎn)的切線切線方向都跟該點(diǎn)的磁場方向相同,方向都跟該點(diǎn)的磁場方向相同,都代表磁場中該點(diǎn)小磁針都代表磁場中該點(diǎn)小磁針北北極受力的方向極受力的方向2.磁感線的特點(diǎn)磁感線的特點(diǎn)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場:在磁體的外部,磁感條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場:在磁體的外部,磁感線從線從N極射出進(jìn)入極射出進(jìn)入S極,在內(nèi)部也有相同條數(shù)的磁感線極,在內(nèi)部也有相同條數(shù)的磁感線(圖中未畫出圖中未畫出)與外部磁感線銜接并組成閉合曲線與外部磁感線銜接并組成閉合曲線3.常見磁場的磁

4、感線分布常見磁場的磁感線分布幾種電流周圍的磁場分布幾種電流周圍的磁場分布直線電流的磁場直線電流的磁場特點(diǎn)特點(diǎn):無磁極、非勻強(qiáng)且距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場越弱:無磁極、非勻強(qiáng)且距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場越弱立體圖立體圖 橫截面圖橫截面圖 縱截面圖縱截面圖 判定:安培定則判定:安培定則 通電螺線管的磁場通電螺線管的磁場特點(diǎn)特點(diǎn):與條形磁鐵的磁場相似,管內(nèi)為勻強(qiáng)磁場且磁:與條形磁鐵的磁場相似,管內(nèi)為勻強(qiáng)磁場且磁場由場由S極指向極指向N極,管外為非勻強(qiáng)磁場。極,管外為非勻強(qiáng)磁場。立體圖立體圖 橫截面圖橫截面圖 縱截面圖縱截面圖 判定:安培定則判定:安培定則 立體圖立體圖 橫截面圖橫截面圖 縱截面圖縱截面圖 判定:安培定則

5、判定:安培定則 環(huán)形電流的磁場環(huán)形電流的磁場特點(diǎn)特點(diǎn):環(huán)形電流的兩側(cè)是:環(huán)形電流的兩側(cè)是N極和極和S極且離圓環(huán)中心越遠(yuǎn)極且離圓環(huán)中心越遠(yuǎn)磁場越弱。磁場越弱?!纠c練例與練】如圖所示,帶負(fù)電的金屬環(huán)繞軸如圖所示,帶負(fù)電的金屬環(huán)繞軸 OO以角以角速度速度勻速旋轉(zhuǎn),在環(huán)左側(cè)軸線上的小磁針最后平衡勻速旋轉(zhuǎn),在環(huán)左側(cè)軸線上的小磁針最后平衡的位置是(的位置是( )AN 極豎直向上極豎直向上 BN 極豎直向下極豎直向下CN 極沿軸線向左極沿軸線向左 DN 極沿軸線向右極沿軸線向右【例與練例與練】如圖所示,如圖所示,a、b、c 三枚小磁針分別放在三枚小磁針分別放在通電螺線管的正上方、管內(nèi)和右側(cè)當(dāng)這些小磁針靜通

6、電螺線管的正上方、管內(nèi)和右側(cè)當(dāng)這些小磁針靜止時,小磁針止時,小磁針 N 極的指向是(極的指向是( )Aa、b、c 均向左均向左Ba、b、c 均向右均向右Ca 向左,向左,b 向右,向右,c 向右向右Da 向右,向右,b 向左,向左,c 向右向右定義式:定義式:三、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通量三、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通量1、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度物理意義:磁感應(yīng)強(qiáng)度物理意義:磁感應(yīng)強(qiáng)度B是描述磁場是描述磁場強(qiáng)弱強(qiáng)弱和和方向方向的物的物理量理量定義:在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線,所受定義:在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線,所受的力的力F跟電流跟電流I和導(dǎo)線長度和導(dǎo)線長度l的乘積的乘積Il的比值叫做磁感應(yīng)的比值

7、叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度強(qiáng)度FBIl垂直穿過垂直穿過單位面積單位面積的磁感線條數(shù)等于該處的磁感應(yīng)的磁感線條數(shù)等于該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度大的地方,磁感線強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度大的地方,磁感線密密,磁感應(yīng)強(qiáng)度,磁感應(yīng)強(qiáng)度小的地方,磁感線小的地方,磁感線疏疏磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B是矢量是矢量說明:磁感應(yīng)強(qiáng)度是用比值法定義的,其大小由磁說明:磁感應(yīng)強(qiáng)度是用比值法定義的,其大小由磁場本身的性質(zhì)決定,與放入的直導(dǎo)線的電流場本身的性質(zhì)決定,與放入的直導(dǎo)線的電流I的大小、的大小、導(dǎo)線的長短導(dǎo)線的長短l的大小無關(guān)的大小無關(guān) 3、磁通量、磁通量定義:磁場中穿過磁場某一面積定義:磁場中穿過磁場某一面積S的的磁感線條數(shù)磁感線條數(shù),

8、用用表示;表示;計算公式:計算公式:BS;單位:單位:韋伯韋伯,符號,符號Wb,1 Wb1 Tm2.說明:磁通量是標(biāo)量,但有正負(fù),其正負(fù)代表磁感線說明:磁通量是標(biāo)量,但有正負(fù),其正負(fù)代表磁感線是正穿還是反穿,若正穿為正,則反穿為負(fù)是正穿還是反穿,若正穿為正,則反穿為負(fù)單位:單位:特斯拉特斯拉,簡稱:特,符號為,簡稱:特,符號為T.方向:磁場中某點(diǎn)方向:磁場中某點(diǎn)B的方向就是該點(diǎn)的的方向就是該點(diǎn)的磁場方向磁場方向,也就是放在該點(diǎn)的小磁針也就是放在該點(diǎn)的小磁針N極極受力方向受力方向說明:由定義式計算說明:由定義式計算B時,通電導(dǎo)線必須垂直于磁場;時,通電導(dǎo)線必須垂直于磁場;若通電導(dǎo)線平行放入磁場,

9、則不受作用力,但不能說若通電導(dǎo)線平行放入磁場,則不受作用力,但不能說該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不是通電導(dǎo)該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不是通電導(dǎo)線所受磁場作用力的方向,而是與作用力的方向線所受磁場作用力的方向,而是與作用力的方向 垂垂直直 對磁通量的理解對磁通量的理解BS的含義的含義BS只適用于磁感應(yīng)強(qiáng)度只適用于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與面積與面積S垂直的情況當(dāng)垂直的情況當(dāng)S與垂直于與垂直于B的平面間的夾角為的平面間的夾角為時,則有時,則有BScos.可理解為可理解為B(Scos),即,即等于等于B與與S在垂直于在垂直于B方向上投影面方向上投影面積的乘積如圖所示;也可理解為積的乘積如圖所示;也

10、可理解為(Bcos)S,即,即等于等于B在垂直于在垂直于S方向上的分量與方向上的分量與S的乘積的乘積S不一定是某個線圈的真正面積,而不一定是某個線圈的真正面積,而是線圈在磁場范圍內(nèi)的面積如圖所是線圈在磁場范圍內(nèi)的面積如圖所示,示,S應(yīng)為線圈面積的一半應(yīng)為線圈面積的一半面積面積S的含義:的含義:多匝線圈的磁通量:多匝線圈內(nèi)磁通量的大小與線多匝線圈的磁通量:多匝線圈內(nèi)磁通量的大小與線圈匝數(shù)無關(guān),因?yàn)椴徽摼€圈匝數(shù)多少,穿過線圈的磁圈匝數(shù)無關(guān),因?yàn)椴徽摼€圈匝數(shù)多少,穿過線圈的磁感線條數(shù)相同,而磁感線條數(shù)可表示磁通量的大小感線條數(shù)相同,而磁感線條數(shù)可表示磁通量的大小合磁通量求法合磁通量求法若某個平面內(nèi)有

11、不同方向和強(qiáng)弱的磁場共同存在,當(dāng)若某個平面內(nèi)有不同方向和強(qiáng)弱的磁場共同存在,當(dāng)計算穿過這個面的磁通量時,先規(guī)定某個方向的磁通計算穿過這個面的磁通量時,先規(guī)定某個方向的磁通量為正,反方向的磁通量為負(fù),平面內(nèi)各個方向的磁量為正,反方向的磁通量為負(fù),平面內(nèi)各個方向的磁通量的代數(shù)和等于這個平面內(nèi)的合磁通量通量的代數(shù)和等于這個平面內(nèi)的合磁通量4、磁場的疊加:磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,計算時與力的、磁場的疊加:磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,計算時與力的計算方法相同,利用平行四邊形定則或正交分解法計算方法相同,利用平行四邊形定則或正交分解法進(jìn)行合成與分解進(jìn)行合成與分解【例與練例與練】如圖如圖 所示,兩個同心放置的金屬圓所示,兩

12、個同心放置的金屬圓環(huán),條形磁鐵穿過圓心且與兩環(huán)平面垂直,通環(huán),條形磁鐵穿過圓心且與兩環(huán)平面垂直,通過兩圓環(huán)的磁通量過兩圓環(huán)的磁通量a、 b 的關(guān)系為的關(guān)系為( )AabBa bCa bD不能確定不能確定【例與練例與練】有一小段通電導(dǎo)線,長為有一小段通電導(dǎo)線,長為1 cm,電流強(qiáng)度,電流強(qiáng)度5 A,把它置于磁場中,受到的磁場力為,把它置于磁場中,受到的磁場力為0.1 N,則該,則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定是一定是( )A.B=2T B.B2 TC.B2T D.以上情況均可能以上情況均可能第二課時磁場對電流的作用第二課時磁場對電流的作用一安培力的大小和方向一安培力的大小和方向1、定義:磁

13、場對電流的作用力稱為安培力、定義:磁場對電流的作用力稱為安培力2、安培力的大小、安培力的大小FBIlsin磁場和電流方向磁場和電流方向垂直垂直時:時:FmaxBIl.磁場和電流方向磁場和電流方向平行平行時:時:Fmin=0注意:注意:F不僅與不僅與 B、I、l 有關(guān),還與夾角有關(guān),還與夾角有關(guān);有關(guān);l是有是有效長度,不一定是導(dǎo)線的實(shí)際長度彎曲導(dǎo)線的有效效長度,不一定是導(dǎo)線的實(shí)際長度彎曲導(dǎo)線的有效長度長度l等于兩端點(diǎn)所連直線的長度,所以任意形狀的閉等于兩端點(diǎn)所連直線的長度,所以任意形狀的閉合線圈的有效長度合線圈的有效長度l0.IBIB注意:注意:安培力的方向垂直于磁感安培力的方向垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)

14、度應(yīng)強(qiáng)度B和電流和電流I所決定的平面,所決定的平面,但磁感應(yīng)強(qiáng)度但磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電流與電流I不一定垂不一定垂直直B與與I垂直時產(chǎn)生的安培力最垂直時產(chǎn)生的安培力最大大用左手定則判定:伸開左手,讓拇指與其余四指垂用左手定則判定:伸開左手,讓拇指與其余四指垂直,并與手掌在同一平面內(nèi)讓直,并與手掌在同一平面內(nèi)讓磁感線垂直穿過手心磁感線垂直穿過手心,四指四指指向指向電流方向電流方向,那么,那么,拇指拇指所指方向即為通電直所指方向即為通電直導(dǎo)線在磁場中的導(dǎo)線在磁場中的受力方向受力方向3、安培力的方向、安培力的方向安培力的方向特點(diǎn):安培力的方向特點(diǎn):FB,F(xiàn)I,即即F垂直于垂直于B和和I決定的平面決定的平面

15、【例與練例與練】判斷下面各圖判斷下面各圖F、B、I三個中未知的一個三個中未知的一個FB乙乙B甲甲IF(F垂直紙面向外)垂直紙面向外)丙丙FI【例與練例與練】畫出圖中通電導(dǎo)線棒所受安培力的方向。畫出圖中通電導(dǎo)線棒所受安培力的方向。將立體圖將立體圖形轉(zhuǎn)換成形轉(zhuǎn)換成平面圖形平面圖形BFBF.BF174、電流間的相互作用、電流間的相互作用IIII同向電流相互吸引同向電流相互吸引電流間的相互作用是電流在彼此形成的電流間的相互作用是電流在彼此形成的磁場中受到磁場中受到磁場力磁場力的作用。的作用。反向電流相互排斥反向電流相互排斥結(jié)論:結(jié)論:【例與練例與練】如圖所示,用兩條一樣的彈簧秤吊著一根如圖所示,用兩條

16、一樣的彈簧秤吊著一根銅棒,銅棒所在的虛線框范圍內(nèi)有垂直紙面的勻強(qiáng)磁銅棒,銅棒所在的虛線框范圍內(nèi)有垂直紙面的勻強(qiáng)磁場,棒中通入自左向右的電流。當(dāng)棒靜止時,彈簧秤場,棒中通入自左向右的電流。當(dāng)棒靜止時,彈簧秤示數(shù)為示數(shù)為F1;若將棒中電流反向,當(dāng)棒靜止時,彈簧秤;若將棒中電流反向,當(dāng)棒靜止時,彈簧秤的示數(shù)為的示數(shù)為F2,且,且F2F1,根據(jù)上面所給的信息,可以,根據(jù)上面所給的信息,可以確定確定 ( )多選)多選 A磁場的方向磁場的方向 B磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 C安培力的大小安培力的大小 D銅棒的重力銅棒的重力19【例與練例與練】如圖所示,兩平行光滑導(dǎo)軌相距如圖所示,兩平行光滑導(dǎo)軌相距0

17、.2m,與水平面夾角為與水平面夾角為450,金屬棒,金屬棒MN的質(zhì)量為的質(zhì)量為0.1kg,處,處在豎直向上磁感應(yīng)強(qiáng)度為在豎直向上磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的勻強(qiáng)磁場中,電源電的勻強(qiáng)磁場中,電源電動勢為動勢為6V,內(nèi)阻為,內(nèi)阻為1,為使,為使MN處于靜止?fàn)顟B(tài),則處于靜止?fàn)顟B(tài),則電阻電阻R應(yīng)為多少?應(yīng)為多少?(其他電阻不計其他電阻不計)BmgFNtanFmgFBIlEIRrtanBElmgRr1 6 0.210.2tan0.1 10 1BElRrmg 解:受力分析如圖解:受力分析如圖 【例與練例與練】如圖所示,用兩根輕細(xì)如圖所示,用兩根輕細(xì)金屬絲將質(zhì)量金屬絲將質(zhì)量m,長為,長為l的金屬棒的金屬棒a、b懸掛在

18、懸掛在c、d兩處,置于豎直向上的兩處,置于豎直向上的勻強(qiáng)磁場內(nèi)。當(dāng)棒中通以從勻強(qiáng)磁場內(nèi)。當(dāng)棒中通以從a到到b的電的電流流I后,兩懸線偏離豎直方向后,兩懸線偏離豎直方向角處角處于平衡狀態(tài)。則磁感應(yīng)強(qiáng)度于平衡狀態(tài)。則磁感應(yīng)強(qiáng)度B為為 。為了使棒平衡在該位置上,所需的最為了使棒平衡在該位置上,所需的最小磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度小磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為為 ,方向方向 。IlabcdB平行懸線向上平行懸線向上通電導(dǎo)體(線圈)在安培力作用下運(yùn)動方向的判斷通電導(dǎo)體(線圈)在安培力作用下運(yùn)動方向的判斷 1、電流元分析法、電流元分析法:把整段電流分成很多小段直線電流,其中:把整段電流分成很多小段直線電流,其中每一小段就是

19、一個電流元。先用左手定則判斷出其中每小段電每一小段就是一個電流元。先用左手定則判斷出其中每小段電流元受到的安培力的方向,再判斷整段電流所受安培力的方向,流元受到的安培力的方向,再判斷整段電流所受安培力的方向,從而確定導(dǎo)體的運(yùn)動方向。從而確定導(dǎo)體的運(yùn)動方向。例例:如圖把輕質(zhì)導(dǎo)線圈掛:如圖把輕質(zhì)導(dǎo)線圈掛在磁鐵在磁鐵N極附近,磁鐵的軸極附近,磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直線穿過線圈的圓心且垂直于線圈平面。當(dāng)線圈內(nèi)通于線圈平面。當(dāng)線圈內(nèi)通入如圖方向的電流后,判入如圖方向的電流后,判斷線圈如何運(yùn)動?斷線圈如何運(yùn)動?NS 2、等效分析法、等效分析法:環(huán)形電流可等效為小磁針,條形磁鐵或小磁:環(huán)形電流可等效為

20、小磁針,條形磁鐵或小磁針也可以等效為環(huán)形電流,通電螺線管可等效為多個環(huán)形電針也可以等效為環(huán)形電流,通電螺線管可等效為多個環(huán)形電流或條形磁鐵。流或條形磁鐵。例例:如圖在條形磁鐵:如圖在條形磁鐵N極處懸掛一個線圈,當(dāng)線圈中極處懸掛一個線圈,當(dāng)線圈中通有逆時針方向的電流時,線圈將向哪個方向偏轉(zhuǎn)?通有逆時針方向的電流時,線圈將向哪個方向偏轉(zhuǎn)? NS3、結(jié)論法、結(jié)論法:兩電流平行時無轉(zhuǎn)動趨勢,同向電流相互吸引,反兩電流平行時無轉(zhuǎn)動趨勢,同向電流相互吸引,反向電流相互排斥。向電流相互排斥。兩電流不平行相互作用時,有轉(zhuǎn)到相互平行且電流兩電流不平行相互作用時,有轉(zhuǎn)到相互平行且電流方向相同且靠近的趨勢。方向相同

21、且靠近的趨勢。例:例: 4 、特殊位置法、特殊位置法:根據(jù)通電導(dǎo)體在特殊位置所受安培力:根據(jù)通電導(dǎo)體在特殊位置所受安培力的方向,判斷其運(yùn)動方向,然后推廣到一般位置。的方向,判斷其運(yùn)動方向,然后推廣到一般位置。例例:如圖所示,蹄形磁鐵固定,通電直導(dǎo)線:如圖所示,蹄形磁鐵固定,通電直導(dǎo)線AB可自可自由運(yùn)動,當(dāng)導(dǎo)線中通以圖示方向的電流時,俯視導(dǎo)由運(yùn)動,當(dāng)導(dǎo)線中通以圖示方向的電流時,俯視導(dǎo)體,導(dǎo)體體,導(dǎo)體AB將(將(AB的重力不計)的重力不計)A、逆時針轉(zhuǎn)動,同時向下運(yùn)動、逆時針轉(zhuǎn)動,同時向下運(yùn)動B、順時針轉(zhuǎn)動,同時向下運(yùn)動、順時針轉(zhuǎn)動,同時向下運(yùn)動C、順時針轉(zhuǎn)動,同時向上運(yùn)動、順時針轉(zhuǎn)動,同時向上運(yùn)

22、動D、逆時針轉(zhuǎn)動,同時向上運(yùn)動、逆時針轉(zhuǎn)動,同時向上運(yùn)動NSI5、轉(zhuǎn)換研究對象法、轉(zhuǎn)換研究對象法:對于定性分析磁體在電流磁場作:對于定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動的問題,可先分析電流在磁體磁場中所用下如何運(yùn)動的問題,可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力,然后由牛頓第三定律確定磁體所受電流受的安培力,然后由牛頓第三定律確定磁體所受電流磁場的作用力,從而確定磁體所受合力及運(yùn)動方向。磁場的作用力,從而確定磁體所受合力及運(yùn)動方向。例例:如圖所示,條形磁鐵平放于水平桌面:如圖所示,條形磁鐵平放于水平桌面上。在它的正中央上方偏右固定一根直導(dǎo)上。在它的正中央上方偏右固定一根直導(dǎo)線,導(dǎo)線與磁鐵垂直?,F(xiàn)給

23、導(dǎo)線中通以垂線,導(dǎo)線與磁鐵垂直?,F(xiàn)給導(dǎo)線中通以垂直紙面向內(nèi)的電流,磁鐵保持靜止,那么直紙面向內(nèi)的電流,磁鐵保持靜止,那么磁鐵受到的支持力和摩擦力如何變化?磁鐵受到的支持力和摩擦力如何變化?NS【例與練例與練】如圖所示,臺秤上放一光滑平板,其左邊如圖所示,臺秤上放一光滑平板,其左邊固定一擋板,一輕質(zhì)彈簧將擋板和一條形磁鐵連接起固定一擋板,一輕質(zhì)彈簧將擋板和一條形磁鐵連接起來,此時臺秤讀數(shù)為來,此時臺秤讀數(shù)為F1,現(xiàn)在磁鐵上方中心偏左位置,現(xiàn)在磁鐵上方中心偏左位置固定一通電導(dǎo)線,電流方向如圖,當(dāng)通上電流后,臺固定一通電導(dǎo)線,電流方向如圖,當(dāng)通上電流后,臺秤讀數(shù)為秤讀數(shù)為F2,則以下說法正確的是,則

24、以下說法正確的是( )A.F1F2,彈簧長度將變長,彈簧長度將變長B.F1F2,彈簧長度將變短,彈簧長度將變短C.F1F2,彈簧長度將變長,彈簧長度將變長D.F10的空間中的空間中存在勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)沿存在勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)沿y軸負(fù)方向;在軸負(fù)方向;在y0的空間中,存的空間中,存在勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直在勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直xy平面(紙面)向外。一電平面(紙面)向外。一電量為量為q、質(zhì)量為、質(zhì)量為m的帶正電的運(yùn)動粒子,經(jīng)過的帶正電的運(yùn)動粒子,經(jīng)過y軸上軸上y=h處的點(diǎn)處的點(diǎn)P1時速率為時速率為v0,方向沿,方向沿x軸正方向;然后,經(jīng)過軸正方向;然后,經(jīng)過x軸上軸上x=2h處的處的P2點(diǎn)進(jìn)入磁場,并

25、經(jīng)過點(diǎn)進(jìn)入磁場,并經(jīng)過y軸軸上上y=-2h處的處的P3點(diǎn)。不計重力。求點(diǎn)。不計重力。求電場強(qiáng)度的大小。電場強(qiáng)度的大小。 粒子到達(dá)粒子到達(dá)P2時速度的大小和方向。時速度的大小和方向。磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。解析:(解析:(1)粒子在電場、磁場中運(yùn)動)粒子在電場、磁場中運(yùn)動的軌跡如圖所示。設(shè)粒子從的軌跡如圖所示。設(shè)粒子從P1到到P2的的時間為時間為t,電場度的大小為,電場度的大小為E,粒子在,粒子在電場中的加速度為電場中的加速度為a,由牛頓第二定律,由牛頓第二定律及運(yùn)動學(xué)公式有及運(yùn)動學(xué)公式有qEma02v th212hat202mvEqh解得:解得: (2)粒子到達(dá)粒子到達(dá)P2時速度沿

26、時速度沿x方向的分量仍為方向的分量仍為v0,以,以v1表示表示速度沿速度沿y方向分量的大小,方向分量的大小,v表示速度的大小,表示速度的大小,表示速表示速度和度和x軸的夾角,則有:軸的夾角,則有:212vah又:又: 02v th212hat10vv解得:解得: 221002vvvv10tan1vv得:得: 045(3)設(shè)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為設(shè)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,在洛倫茲力作用下粒子做,在洛倫茲力作用下粒子做勻速圓周運(yùn)動,由牛頓第二定律勻速圓周運(yùn)動,由牛頓第二定律2vBqvmrr是圓周的半徑、此圓周與是圓周的半徑、此圓周與x軸和軸和y軸的交點(diǎn)為軸的交點(diǎn)為P2、P3,因?yàn)橐驗(yàn)镺P2=OP3,=4

27、50,由幾何關(guān)系可知,連線,由幾何關(guān)系可知,連線P2P3為為圓軌道的直徑,由此可求得圓軌道的直徑,由此可求得2rh0mvBqh【例與練例與練】在如右圖所示的直角坐標(biāo)系中,在如右圖所示的直角坐標(biāo)系中,x軸的上軸的上方存在與方存在與x軸正方向成軸正方向成45角斜向右下方的勻強(qiáng)電場,角斜向右下方的勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)的大小為場強(qiáng)的大小為E 104 V/m。x軸的下方有垂直于軸的下方有垂直于xOy面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B2102 T。把一個比荷為。把一個比荷為q/m2108 C/kg的正點(diǎn)電的正點(diǎn)電荷從坐標(biāo)為荷從坐標(biāo)為(0,1)的的A點(diǎn)處由靜止釋放。電荷所受

28、的重點(diǎn)處由靜止釋放。電荷所受的重力忽略不計。力忽略不計。(1)求電荷從釋放到第一次進(jìn)入磁場時所用的時間;求電荷從釋放到第一次進(jìn)入磁場時所用的時間;(2)求電荷在磁場中做圓周運(yùn)動的半徑求電荷在磁場中做圓周運(yùn)動的半徑(保留兩位有效保留兩位有效數(shù)字?jǐn)?shù)字);(3)當(dāng)電荷第二次到達(dá)當(dāng)電荷第二次到達(dá)x軸上時,軸上時,電場立即反向,而場強(qiáng)大小不電場立即反向,而場強(qiáng)大小不變,試確定電荷到達(dá)變,試確定電荷到達(dá)y軸時的軸時的位置坐標(biāo)位置坐標(biāo)2解:解:(1)電荷從電荷從A點(diǎn)勻加速運(yùn)動到點(diǎn)勻加速運(yùn)動到x軸上軸上C點(diǎn)的過程:點(diǎn)的過程:2sACm1222 2 10/Eqam sm212sat6210stsa(2)電荷到達(dá)

29、電荷到達(dá)C點(diǎn)的速度為點(diǎn)的速度為即電荷在磁場中做圓周運(yùn)動的半徑為即電荷在磁場中做圓周運(yùn)動的半徑為0.71 m在磁場中運(yùn)動時:在磁場中運(yùn)動時:速度方向與速度方向與x軸正方向成軸正方向成45角。角。62 2 10/vatm s2vBqvmR22mvRmBq得:得:(3)如圖,軌跡圓與如圖,軌跡圓與x軸相交的弦長為:軸相交的弦長為:所以電荷從坐標(biāo)原點(diǎn)所以電荷從坐標(biāo)原點(diǎn)O再次進(jìn)入電場中,且速度方向再次進(jìn)入電場中,且速度方向與電場方向垂直,電荷在電場中做類平拋運(yùn)動與電場方向垂直,電荷在電場中做類平拋運(yùn)動21xRm 解得:解得:則類平拋運(yùn)動中垂直于電場方向的位移則類平拋運(yùn)動中垂直于電場方向的位移即電荷到達(dá)即

30、電荷到達(dá)y軸上的點(diǎn)的坐標(biāo)為軸上的點(diǎn)的坐標(biāo)為( 0, 8 )設(shè)到達(dá)設(shè)到達(dá)y 軸的時間為軸的時間為t1,則:,則:210112tan45atvt612 10ts14 2Lvtm08cos45Lym【例與練例與練】 (2011安徽)安徽) 如圖所示,在以坐標(biāo)原點(diǎn)如圖所示,在以坐標(biāo)原點(diǎn)O為圓心、半徑為為圓心、半徑為R的半圓形區(qū)域內(nèi),有相互垂直的勻的半圓形區(qū)域內(nèi),有相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,磁場方向垂直,磁場方向垂直于于xOy平面向里。一帶正電的粒子(不計重力)從平面向里。一帶正電的粒子(不計重力)從O點(diǎn)點(diǎn)沿沿y軸正方向以某一速度射入,帶電粒子恰好做勻速

31、直軸正方向以某一速度射入,帶電粒子恰好做勻速直線運(yùn)動,經(jīng)線運(yùn)動,經(jīng)t0時間從時間從P點(diǎn)射出。點(diǎn)射出。(1)求電場強(qiáng)度的大小和方向。)求電場強(qiáng)度的大小和方向。(2)若僅撤去磁場,帶電粒子仍從)若僅撤去磁場,帶電粒子仍從O點(diǎn)以相同的速度點(diǎn)以相同的速度射入,經(jīng)射入,經(jīng)t0/2時間恰從半圓形區(qū)域的邊界射出。求粒子時間恰從半圓形區(qū)域的邊界射出。求粒子運(yùn)動加速度的大小。運(yùn)動加速度的大小。(3)若僅撤去電場,帶電粒子)若僅撤去電場,帶電粒子仍從仍從O點(diǎn)射入,且速度為原來點(diǎn)射入,且速度為原來的的4倍,求粒子在磁場中運(yùn)動的倍,求粒子在磁場中運(yùn)動的時間。時間。xyOPB解析:(解析:(1)設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為)設(shè)帶

32、電粒子的質(zhì)量為m,電荷量為,電荷量為q,初,初速度為速度為v,電場強(qiáng)度為,電場強(qiáng)度為E??膳袛喑隽W邮艿降穆鍌惔?。可判斷出粒子受到的洛倫磁力沿力沿x軸負(fù)方向,于是可知電場強(qiáng)度沿軸負(fù)方向,于是可知電場強(qiáng)度沿x軸正方向軸正方向qEBqv0Rvt0BREt(2)僅有電場時,帶電粒子在勻強(qiáng)電場中作類平拋運(yùn))僅有電場時,帶電粒子在勻強(qiáng)電場中作類平拋運(yùn) 動在動在y方向位移:方向位移: 設(shè)在水平方向位移為設(shè)在水平方向位移為x,因射出位置在半圓形區(qū)域邊界,因射出位置在半圓形區(qū)域邊界上,于是上,于是02tyv2Ry 32xR201()22txa204 3Rat又:又: 得:得: 又:又: 0Rvt得:得: (3

33、)僅有磁場時,入射速度)僅有磁場時,入射速度v1=4v,帶電粒子在勻強(qiáng)磁,帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中作勻速圓周運(yùn)動,設(shè)軌道半徑為場中作勻速圓周運(yùn)動,設(shè)軌道半徑為r,由牛頓第二定,由牛頓第二定律有律有:211vBqvmrqEma又:又: 0BREt204 3Rat0Rvt33rR解得:解得: /23sin22RRrr由幾何關(guān)系有:由幾何關(guān)系有: 3帶電粒子在磁場中運(yùn)動周期:帶電粒子在磁場中運(yùn)動周期:022 3tmTBq02132318tTTt帶電粒子在磁場中運(yùn)動時間:帶電粒子在磁場中運(yùn)動時間:(1)速度選擇器速度選擇器如圖所示平行板中電場強(qiáng)度如圖所示平行板中電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相互相

34、垂直這種裝置能把具有一定垂直這種裝置能把具有一定速度速度的粒子選擇出來,的粒子選擇出來,所以叫做速度選擇器所以叫做速度選擇器帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的應(yīng)用實(shí)例帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的應(yīng)用實(shí)例帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是qEqvB,即,即vE/B.原理:離子由靜止被加速電場加速,原理:離子由靜止被加速電場加速,根據(jù)動能定理可得關(guān)系式:根據(jù)動能定理可得關(guān)系式:(2)質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀構(gòu)造:如圖所示,由離子源、構(gòu)造:如圖所示,由離子源、加速加速電場電場、速度選擇器、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場偏轉(zhuǎn)磁場和照相和照相底片等構(gòu)成底片等構(gòu)成由上面三式可得離子在底片上的位置與離子進(jìn)入磁場由上面三式可得離子在底片上的位置與離子進(jìn)入磁場B的點(diǎn)的距離的點(diǎn)的距離 ,比荷,比荷q/m的值的值離子在磁場中受洛倫茲力作用而偏轉(zhuǎn),做勻速圓周運(yùn)離子在磁場中受洛倫茲力作用而偏轉(zhuǎn),做勻速圓周運(yùn)動,根據(jù)洛倫茲力提供向心力得關(guān)系式動,根據(jù)洛倫茲力提供向心力得關(guān)系式在速度選擇器在速度選擇器A中,直線經(jīng)過須滿足中,直線經(jīng)過須滿足qEqvB,得,得vE/B ,即只有速度為即只有速度為v的離子才能進(jìn)入磁場的離子才能進(jìn)入磁場B.212qUmv2vBqvmr22mvDrBq(3)回旋加速器回旋加速器 原理:交流電的周期和粒子做圓周運(yùn)動的周期原理:交流電的周期和粒子

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