磁场复习精要Word文件下载.docx

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　　说明：

①地球上不同点的磁偏角的数值是不同的。

②磁偏角随地球磁极缓慢移动而缓慢变化。

③地磁轴和地球自转轴的夹角约为11°

磁感线方向的判断----安培定则（也叫右手定则）

a在判断直线电流的磁场方向时，大拇指指的是电流方向；

四指指的是磁场方向，

b在判定环形电流的磁场方向，四指指的是电流方向，大拇指指的是磁场的方向

图中的“×

”号表示磁场方向垂直进入纸面，“·

”表示磁场方向垂直离开纸面。

注意：

1.磁体内部的磁场方向与外磁场方向相反，如条形磁体内部磁场方向是S指向N

具体可以使用磁感线切线的方向判定

2.做题时，要懂得利用转换思想，如通电螺线管和环形电流可以等效为条形磁体。

匀强磁场

（1）定义：

在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应强度大小和方向都相同，这个区域内的磁场叫做匀强磁场。

（2）磁感线分布特点：

间距相同的平行直线。

　　（3）产生：

距离很近的两个异名磁极之间的磁场除边缘部分外可以认为是匀强磁场；

相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场也是匀强磁场，如图所示：

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Φ表示。

Φ是标量，但是有方向（进该面或出该面）。

单位为韦伯，符号为Wb。

1Wb=1Tm2=1Vs=1kgm2/（As2）。

可以认为磁通量就是穿过某个面的磁感线条数。

在匀强磁场磁感线垂直于平面的情况下，B=Φ/S，所以磁感应强度又叫磁通密度。

在匀强磁场中，当B与S的夹角为α时，有Φ=BSsinα。

磁感应强度

2.1定义：

其表示的是磁场强弱的物理量，在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，受到磁场F跟电流I和导线的长度L的乘积的比值叫做通电导线所处的磁感应强度，又称为磁通密度。

2.2公式：

磁感应强度B=F/IL，单位：

特斯拉，简称特国际符号T，1T=1N/A·

m

2.3方向：

与该点磁场方向相同，与力F垂直。

【例1】关于磁感应强度B的概念，下列说法中正确的是（）.

A根据磁感应强度B的定义式B=F/IL可知，磁感应强度B与F成正比，与IL成反比

B一小段通电导线放存磁感应强度为零处，它所受的磁场力一定为零

C一小段通电导线在某处不受磁场力作用，该处的磁感应强度一定为零

D磁场中某处磁感应强度的方向，与通电导线在该处所受磁场力的方向相同

【例2】下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是（）.

A通电导线受磁场力大的地方，磁感应强度一定大

B一小段通电导线放在某处不受磁场力作用，则该处的磁感应强度一定为零

C磁感线的指向就是磁感应强度减小的方向

D磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小无关

【例3】在同一平面内放置六根通电导线，通以相等的电流，方向如图所示，则在a、b、c、d四个面积相等的正方形区域中，磁场最强且磁感线指向纸外的区域是（）.

Aa区Bb区Cc区Dd区

例4如图4所示，环形金属轻弹簧线圈，套在条形磁铁中心位置，若将弹簧沿半径向外拉，使其面积增大，则穿过弹簧线圈所包围面积的磁通量将（　）

A.增大　　　B.减小　　　C.不变　　　D.无法确定变化情况

　　答案：

B

例5如图所示，放在通电螺线管内部中间处的小磁针，静止时N极指向右，试判定电源的正、负极。

例6关于磁通量的下列说法，正确的是（　）

　　A．磁通量是反映磁场强弱和方向的物理量

　　B．某一面积上的磁通量是表示穿过此面积的磁感线的总条数

　　C．在磁场中所取的面积越大，该面上磁通量越大

　　D．穿过任何封闭曲面的磁通量一定为零

答案：

BD

补充　　　　　　　　　　　　　　　　　　

安培分子电流假说的内容

　　安培认为，在原子、分子等物质微粒的内部存在着一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，分子的两侧相当于两个磁极。

安培假说对有关磁现象的解释

（1）磁化现象：

一根软铁棒，在未被磁化时，内部各分子电流的取向杂乱无章，它们的磁场互相抵消，对外不显磁性；

当软磁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流取向变得大致相同时，两端显示较强的磁性作用，形成磁极，软铁棒就被磁化了。

（2）磁体的消磁：

磁体的高温或猛烈敲击，即在激烈的热运动或机械运动影响下，分子电流取向又变得杂乱无章，磁体磁性消失。

磁现象的电本质

　　磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由运动的电荷产生的。

　　①根据物质的微观结构理论，原子由原子核和核外电子组成，原子核带正电，核外电子带负电，核外电子在库仑引力作用下绕核高速旋转，形成分子电流。

在安培生活的时代，由于人们对物质的微观结构尚不清楚，所以称为“假说”。

但是现在，“假设”已成为真理。

　　②分子电流假说揭示了电和磁的本质联系，指出了磁性的起源：

一切磁现象都是由运动的电荷产生的。

安培力

　　通电导线在磁场中受到的力称为安培力。

磁场对通电导线的作用（含线圈）——安培力

1对通电导线的作用

1.1大小：

F=BIL，式子中B和I和L垂直，若不垂直则：

F=BILsin@,@为电流方向与磁场方向的夹角，

1.2方向：

用左手定则，伸开左手使大拇指跟其余的垂直，让磁感应线垂直穿入手心，并使伸开的手指指向电流方向，大拇指所指的方向就是通电导线所受到安培力的方向。

，

，即安培力垂直于电流和磁感线所在的平面，但B与I不一定垂直。

1.3安培力做功特点

a安培力做功与路径有关

b安培力作功的实质：

其传递能量的作用，将电源能量传给通电导线，而磁场本身并不能提供能量，安培力做功的结果是将电能转化为其他形式的能。

电流间的作用规律

　　同向电流相互吸引，异向电流相互排斥。

解释？

【例1】将长度为20cm、通有O.1A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图所示.已知磁感应强度为1T，试求下列各图中导线所受安培力的大小并在图中标明方向.

（1）FA=________N.

（2）FB=________N.（3）FC=________N.（4）FD=________N.

【例2】赤道上某处有一竖直的避雷针，当带有正电的乌云经过避雷针的上方时，避雷针开始放电，则地磁场对避雷针的作用力的方向为（）.

A正东B正南C正西D正北

【例3】如图所示，放在马蹄形磁铁两极之间的导体棒ab，当通有自b到a的电流时受到向右的安培力作用，则磁铁的上端是________极.如磁铁上端是S极，导体棒中的电流方向自a到b，则导体棒受到的安培力方向向________.

磁场对运动电荷的作用——洛伦兹力

运动电荷在磁场中受到的力

大小：

F=qvBsin@@为v和B的夹角

方向：

左手定则：

伸开左手，是大拇指跟其余四个手指垂直且处于同一平面，磁感线穿过手心，四指指向正电荷运动方向，那么拇指指的就是洛伦兹力的方向

特点：

洛伦兹力和即垂直于电荷运动方向也垂直于磁场方向。

其大小与电荷运动状态有关；

洛伦兹力不做功。

洛伦兹力与安培力、电场力有何区别和联系

（1）洛伦兹力与安培力的关系

　　①洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现；

　　②尽管安培力是自由电荷定向移动时受到的洛伦兹力的宏观表现，但也不能认为安培力就简单地等于所有定向移动电荷所受洛伦兹力的和，一般只有当导体静止时才能这样认为；

　　③洛伦兹力恒不做功，但安培力却可以做功。

　　可见安培力与洛伦兹力既有紧密相关、不可分割的联系，也有显著的区别。

（2）洛伦兹力与电场力的比较

　　这两种力是带电粒子在两种不同的场中受到的力，反映了磁场和电场都有力的性质，但这两种力的区别也是十分明显的。

洛伦兹力

电场力

作用对象

仅在运动电荷的速度方向与B不平行时，运动电荷才受到洛伦兹力

带电粒子只要处在电场中，一定受到电场力

大小、方向

F=qvBsin

，方向与B垂直，与v垂直，用左手定则判断

F=qE，F的方向与E同向或反向

特点

洛伦兹力永不做功

电场力可做正（或负）功

【例1】一带电粒子在匀强磁场中.沿着磁感应强度的方向运动，现将该磁场的磁感应强度增大1倍，则带电粒子受到的洛伦兹力（）.

A增大为原来的2倍B增大为原来的4倍

C减小为原来的一半D保持原来的情况不变

【例2】初速度为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图所示，则（）.

A电子将向右偏转，速率不变

B电子将向左偏转，速率改变

C电子将向左偏转，速率不变

D电子将向右偏转，速率改变

带电粒子在匀强磁场中的运动（关键是找圆心，求半径，具体方法）

　1．运动轨迹

　　带电粒子（不计重力）以一定的速度v进入磁感应强度为B的匀强磁场中：

（1）当v∥B时，带电粒子将做匀速直线运动；

（2）当v⊥B时，带电粒子将做匀速圆周运动；

　　（3）当v与B的夹角为θ（θ≠0°

，90°

，180°

）时，带电粒子将做等螺距的螺旋线运动。

2．轨道半径和周期（v⊥B时）

　　如图所示，带电粒子以速度v垂直磁场方向入射，在磁场中做匀速圆周运动，设带电粒子的质量为m，所带的电荷量为q。

（1）轨道半径：

由于洛伦兹力提供向心力，则有

，得到轨道半径

。

（2）周期：

由轨道半径与周期之间的关系

可得周期

　　①由公式

知，在匀强磁场中，做匀速圆周运动的带电粒子，其轨道半径跟运动速率成正比。

要注重对轨道半径的组合理解和变式理解，例如

（P是带电粒子的动量，

为比荷的倒数）

　　②由公式

知，在匀强磁场中，做匀速圆周运动的带电粒子，周期跟轨道半径和运动速率均无关，而与比荷

成反比。

十一、质谱仪

　1．质谱仪的作用及工作过程

　　质谱仪是利用电场和磁场控制电荷运动的精密仪器，它是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。

其结构如甲图所示，容器A中含有电荷量相同而质量有微小差别的带电粒子。

经过S1和S2之间的电场加速，它们进入磁场将沿着不同的半径做圆周运动，打到照相底片的不同地方，在底片上形成若干谱线状的细条，叫做质谱线，每一条谱线对应于一定的质量。

从谱线的位置可以知道圆周的半径，如果再已知带电粒子的电荷量，就可以算出它的质量，这种仪器叫做质谱仪。

2．比荷的计算

　　如图乙所示，设飘入加速电场的带电粒子带电荷量为+q、质量为m，两板间电压为U、粒子出电场后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场。

在加速电场中，由动能定理得

粒子出电场时，速度

在匀强磁场中轨道半径

所以粒子质量

若粒子电荷量q也未知，通过质谱仪可以求出该粒子的比荷（电荷量与质量之比）

十二、回旋加速器

　　1．直线加速器（多级加速器）

　　如图所示，电荷量为q的粒子经过n级加速后，根据动能定理获得的动能可以达到Ek=q（U1+U2+U3+…+Un）。

这种多级加速器通常叫做直线加速器，目前已经建成的直线加速器有几千米甚至几十千米长。

各加速区的两板之间用独立电源供电，所以粒子从P2飞向P3、从P4飞向P5……时不会减速。

2．回旋加速器

　　利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件——两个D形盒和其间的窄缝内完成，如图所示。

（1）磁场的作用：

带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，并在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期和速率、半径均无关（

），带电粒子每次进入D形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进入电场中加速。

（2）电场的作用：

回旋加速器的两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速。

　　（3）交变电压：

为了保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，使之能量不断提高，须在窄缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压。

　　（4）带电粒子的最终能量

　　当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由牛顿第二定律

，得

，若D形盒的半径为R，则r=R，带电粒子的最终动能

带电粒子在复合场（重力场，电场，磁场）中的运动

一般需要考虑重力的粒子：

带电油滴，带电粉尘，

不需要考虑重力的粒子：

电子，质子

不考虑重力，不代表不考虑质量，具体要不要考虑重力，还要看题目给的条件，或者暗含的条件

【例1】如图3-3-5所示，一个质量为m的带电液滴在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中的竖直平面内做半径为R的匀速圆周运动，那么该液滴（）

A一定带正电，且沿逆时针方向转动B一定带负电，且沿顺时针方向转动

C一定带负电，绕行方向不明D带什么电，绕行方向不确定

【例2】质量为m，电量为q带正电荷的小物块，从半径为R的1/4光滑圆槽顶点由静止下滑，整个装置处于电场强度E，磁感应强度为B的区域内，如图3-4-5所示．则小物块滑到底端时对轨道的压力为多大？

【例3】如图所示，虚线所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。

一束电子沿圆形区域的直径方向以速度v射入磁场，电子束经过磁场区后，其运动的方向与原入射方向成θ角。

设电子质量为m，电荷量为e，不计电子之间的相互作用力及所受的重力。

求：

（1）电子在磁场中运动轨迹的半径R；

（2）电子在磁场中运动的时间t；

（3）圆形磁场区域的半径r。

【例4】如图所示，在y＜0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面并指向纸里，磁感应强度为B.一带负电的粒子（质量为m、电荷量为q）以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xy平面内，与x轴正向的夹角为θ.求：

（1）该粒子射出磁场的位置；

（2）该粒子在磁场中运动的时间.（粒子所受重力不计）

【例5】如图所示，在x轴上方有垂直于xy平面向里的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B.在x轴下方有沿y轴负方向的匀强电场，场强为E.一质量为m、电量为-q的粒子从坐标原点O沿着y轴正方向射出，射出之后，第三次到达x轴时，它与点O的距离为L，求此粒子射出时的速度v和运动的总路程s（重力不计）.