XX届高三物理一轮复习学案磁场Word文档格式.docx

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　　安培提出分子电流假说，认为磁极的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产生的。

　　变化的电场在周围空间产生磁场。

　　磁场是一种特殊的物质，我们看不到，但可以通过它的作用效果感知它的存在，并对它进行研究和描述。

它的基本特征是对处于其中的通电导线、运动电荷或磁体的磁极能施加力的作用。

磁现象的电本质是指所有磁现象都可归纳为：

运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用。

　　．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。

这一点应该跟电场的基本性质相比较。

　　．磁感应强度

　　电场和磁场都是无法直接看到的物质。

我们在描述电场时引入电场强度E这个物理量，描述磁场则是用磁感应强度B。

研究这两个物理量采用试探法，即在场中引入试探电荷或试探电流元，研究电磁场对它们的作用情况，从而判定场的分布情况。

试探法是一种很好的研究方法，它能帮助我们研究一些因无法直接观察或接近而感知的物质，如电磁场。

　　磁感强度的定义式为：

B=F/IL

　　其中电流元受的磁场力的大小与电流方向相关。

因此采用电流与磁场方向垂直时受的最大力F来定义B。

　　研究电场、磁场的基本方法是类似的。

但磁场对电流的作用更复杂一些，涉及到方向问题。

我们分析此类问题时要多加注意。

　　磁感应强度B的单位是特斯拉，符号为T，1T=1N/=1g/

　　磁感强度矢量性：

磁感强度是描述磁场的物理量。

因此它的大小表征了磁场的强弱，而它的方向，也就是磁场中某点小磁针静止时N极的指向，则代表该处磁场的方向。

同时，它也满足矢量叠加的原理：

若某点的磁场几个场源共同形成，则该点的磁感强度为几个场源在该点单独产生的磁感强度的矢量和。

　　．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。

　　特点：

磁体外方向N极指向S极。

　　磁感线是封闭曲线。

　　要熟记常见的几种磁场的磁感线：

　　安培定则：

对直导线，四指指磁感线方向；

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。

　　【例题1】如图所示，两根垂直纸面平行放置的直导线A、c由通有等大电流，在纸面上距A、c等远处有一点P。

若P点磁感强度及方向水平向左，则导线A、c中的电流方向是如下哪种说法？

　　A．A中向纸里，c中向纸外

　　B．A中向纸外，c中向纸里

　　c．A、c中均向纸外

　　D．A、c中均向纸里

　　．磁通量

　　如果在磁感应强度为B的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，其面积为S，则定义B与S的乘积为穿过这个面的磁通量，用U表示。

U是标量，但是有方向。

单位为韦伯，符号为b。

1b=1T2=1Vs=1g2/。

　　穿过磁场中某一面积的磁感线条数称为穿过这一面积的磁通量。

定义式为：

U=BS⊥。

磁感强度是描述磁场某点的性质，而磁通量是描述某一面积内磁场的性质。

由B=U/S⊥可知磁感强度又可称为磁通量密度。

在匀强磁场中，当B与S的夹角为α时，有U=BSsinα。

　　【例题2】如图所示，在水平虚线上方有磁感强度为2B，方向水平向右的匀强磁场，水平虚线下方有磁感强度为B，方向水平向左的匀强磁场。

边长为L的正方形线圈放置在两个磁场中，线圈平面与水平面成α角，线圈处于两磁场中的部分面积相等，则穿过线圈平面的磁通量大小为多少？

　　分析：

注意到B与S不垂直，应把S投影到与B垂直的方向上；

水平虚线上下两部分磁场大小与方向的不同。

应求两部分磁通量按标量叠加，求代数和。

　　解：

U=U1+U2=[-]sinα=BL2sinα/2

　　二、安培力

　　讨论如下几种情况安培力的大小计算，并用左手定则对其方向进行判断。

　　安培力大小：

F=B⊥IL．B⊥为磁感强度与电流方向垂直分量。

　　方向：

左手定则。

注意安培力总是与磁场方向和电流方向决定的平面垂直。

　　．安培力方向的判定

　　用左手定则。

　　用“同性相斥，异性相吸”。

　　用“同向电流相吸，反向电流相斥”。

可以把条形磁铁等效为长直螺线管。

　　只要两导线不是互相垂直的，都可以用“同向电流相吸，反向电流相斥”判定相互作用的磁场力的方向；

当两导线互相垂直时，用左手定则判定。

　　【例题3】如图所示，可以自由移动的竖直导线中通有向下的电流，不计通电导线的重力，仅在磁场力作用下，导线将如何移动？

先画出导线所在处的磁感线，上下两部分导线所受安培力的方向相反，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。

分析的关键是画出相关的磁感线。

　　【例题4】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。

水平面对磁铁的摩擦力大小为。

本题有多种分析方法。

画出通电导线中电流的磁场中通过两极的那条磁感线，可看出两极受的磁场力的合力竖直向上。

磁铁对水平面的压力减小，但不受摩擦力。

画出条形磁铁的磁感线中通过通电导线的那一条，可看出导线受到的安培力竖直向下，因此条形磁铁受的反作用力竖直向上。

把条形磁铁等效为通电螺线管，上方的电流是向里的，与通电导线中的电流是同向电流，所以互相吸引。

　　【例题5】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？

用“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”最简单：

条形磁铁的等效螺线管的电流在正面是向下的，与线圈中的电流方向相反，互相排斥，而左边的线圈匝数多所以线圈向右偏转。

　　【例题6】电视机显象管的偏转线圈示意图如右，即时电流方向如图所示。

该时刻由里向外射出的电子流将向哪个方向偏转？

画出偏转线圈内侧的电流，是左半线圈靠电子流的一侧为向里，右半线圈靠电子流的一侧为向外。

电子流的等效电流方向是向里的，根据“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”，可判定电子流向左偏转。

。

　　．安培力大小的计算

　　F=BLIsinα高中只要求会计算α=0和α=90°

两种情况。

　　【例题7】如图所示，光滑导轨与水平面成α角，导轨宽L。

匀强磁场磁感应强度为B。

金属杆长也为L，质量为，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？

画出金属杆的截面图。

由三角形定则可知，只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小，B也最小。

根据左手定则，这时B应垂直于导轨平面向上，大小满足：

BI1L=gsinα，B=gsinα/I1L。

　　当B的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，沿导轨方向合力为零，得BI2Lcosα=gsinα，I2=I1/cosα。

　　【例题8】如图所示，质量为的铜棒搭在U形导线框右端，棒长和框宽均为L，磁感应强度为B的匀强磁场方向竖直向下。

电键闭合后，在磁场力作用下铜棒被平抛出去，下落h后落在水平面上，水平位移为s。

求闭合电键后通过铜棒的电荷量Q。

闭合电键后的极短时间内，铜棒受安培力向右的冲量FΔt=v0而被平抛出去，其中F=BIL，而瞬时电流和时间的乘积等于电荷量Q=IΔt，由平抛规律可算铜棒离开导线框时的初速度，最终可得。

　　三、洛伦兹力

　　．洛伦兹力

　　运动电荷在磁场中受到的磁场力叫洛伦兹力，它是安培力的微观表现。

　　公式的推导：

如图所示，整个导线受到的磁场力为F安=BIL；

其中I=nesv；

设导线中共有N个自由电子N=nsL；

每个电子受的磁场力为F，则F安=NF。

由以上四式可得F=qvB。

条件是v与B垂直。

当v与B成θ角时，F=qvBsinθ。

　　．洛伦兹力方向的判定

　　在用左手定则时，四指必须指电流方向，即正电荷定向移动的方向；

对负电荷，四指应指负电荷定向移动方向的反方向。

　　【例题9】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？

由左手定则，正、负离子受的洛伦兹力分别向上、向下。

所以上极板为正。

正、负极板间会产生电场。

当刚进入的正负离子受的洛伦兹力与电场力等值反向时，达到最大电压：

U=Bdv。

当外电路断开时，这也就是电动势E。

当外电路接通时，极板上的电荷量减小，板间场强减小，洛伦兹力将大于电场力，进入的正负离子又将发生偏转。

这时电动势仍是E=Bdv，但路端电压将小于Bdv。

　　在定性分析时特别需要注意的是：

　　正负离子速度方向相同时，在同一磁场中受洛伦兹力方向相反。

　　外电路接通时，电路中有电流，洛伦兹力大于电场力，两板间电压将小于Bdv，但电动势不变

　　注意在带电粒子偏转聚集在极板上以后新产生的电场的分析。

在外电路断开时最终将达到平衡态。

　　【例题10】半导体靠自由电子和空穴导电，分为p型和n型两种。

p型半导体中空穴为多数载流子；

n型半导体中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p型还是n型：

将材料放在匀强磁场中，通以图示方向的电流I，用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p型半导体；

若下极板电势高，就是n型半导体。

试分析原因。

分别判定空穴和自由电子所受的洛伦兹力的方向，由于四指指电流方向，都向右，所以洛伦兹力方向都向上，它们都将向上偏转。

p型半导体中空穴多，上极板的电势高；

n型半导体中自由电子多，上极板电势低。

　　注意：

当电流方向相同时，正、负离子在同一个磁场中的所受的洛伦兹力方向相同，所以偏转方向相同。

　　．洛伦兹力大小的计算

　　带电粒子在匀强磁场中仅受洛伦兹力而做匀速圆周运动时，洛伦兹力充当向心力，由此可以推导出该圆周运动的半径公式和周期公式：

，。

　　【例题11】如图直线N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N成30°

角的同样速度v射入磁场，它们从磁场中射出时相距多远？

射出的时间差是多少？

正负电子的半径和周期是相同的。

只是偏转方向相反。

先确定圆心，画出半径，由对称性知：

射入、射出点和圆心恰好组成正三角形。

所以两个射出点相距2r，由图还看出经历时间相差2T/3。

答案为射出点相距，时间差为。

关键是找圆心、找半径和用对称。

　　【例题12】一个质量为电荷量为q的带电粒子从x轴上的P点以速度v，沿与x正方向成60°

的方向射入象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出象限。

求匀强磁场的磁感应强度B和射出点的坐标。

由射入、射出点的半径可找到圆心o/，并得出半径为，；

射出点坐标为。

　　四、带电粒子在匀强磁场中的运动

　　．带电粒子在匀强磁场中运动规律

　　初速度力的特点运动规律

　　v=0f洛=0静止

　　v//Bf洛=0匀速直线运动

　　v⊥Bf洛=Bqv匀速圆周运动，半径，周期

　　v与B成θ角f洛=Bqv⊥较复杂的曲线运动，高中阶段