高中物理选修31笔记 磁场文档格式.docx
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3.产生:
1)永磁体
2)电流
4.小磁针静止时N极所指的方向即为该点的磁场方向。
四、地磁场
1.两极
1)地理南极是地磁北极
2)地理北极是地磁南极
2.定义:
地球周围存在着的磁场叫做地磁场
3.地磁偏角
地轴与磁轴之间的夹角称为地磁偏角
3.2磁感应强度
一、磁感应强度
在磁场中垂直于磁场方向的通电导线所受的安培力跟电流I和导线长度L的乘积的比值叫磁感应强度。
2.物理意义:
表示磁场强弱和方向的物理量
3.表示:
B
4.公式
电流方向与磁场方向垂直
6.方向:
小磁针静止时N极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向。
即磁场方向。
三、探究影响通电导线受力的因素
1.电流元:
把很短的一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL叫电流元。
2.检验电流:
为了间接了解磁场特性而垂直放入磁场的电流元称为检验电流。
3.方法
1)保持I不变,改变L
2)保持L不变,改变I
4.结论
3.3几种常见的磁场
一、磁感线
在磁场中画一些有方向的曲线,曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同,这样的曲线称为磁感线。
2.特征
1)磁感线是闭合曲线
2)在磁体外部,磁感线N→S;
在磁体内部,磁感线S→N
3)磁感线密的地方磁场强,磁感线疏的地方磁场弱
4)磁感线的切线方向为在该点的磁场方向,即静止小磁针N极所指方向
5)磁感线永不相交
6)磁感线是看不到的
二、几种常见的磁场
1.判定方法——安培定则(右手螺旋定则)
1)直线电流
右手握住导线,让伸直的拇指所指方向与电流方向一致,弯曲的四指所指的方向就是环形导线轴线上的磁感线方向。
2)环形电流
右手握住环形导线,弯曲的四指所指的方向与电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上的磁感线方向。
3)通电螺线管
右手握住螺线管,弯曲的四指所指的方向与电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是螺线管内部的磁感线方向。
三、叠加原理
若空间同时存在几个磁场,空间某处的磁场由其叠加而成。
(矢量叠加)
四、安培分子电流假说(磁场是由运动电荷产生的),只能解释某些现象
1.内容:
在原子、分子等物质微粒内部存在一种环形分子电流,分子电流使每个物质微粒都称为微小的磁体,分子的两侧相当于两个磁极。
2.对磁现象的解释
1)磁化现象
未磁化的,内部各分子电流的取向杂乱无章,磁性相互抵消。
当受到外界磁场的作用,各分子电流取向变得大致相同,两端显示较强的磁性作用。
2)消磁
磁体受到高温或猛烈撞击时,在激烈的热运动或机械运动影响下,分子电流取向重新变得杂乱无章,磁性消失。
五、匀强磁场
在磁场的某个区域内,如果各点的磁感应大小和方向都相同,这个区域的磁场叫匀强磁场。
2.具体举例
1)距离很近的两个异名磁极(除边缘外)
2)通电螺线管内部
3.磁感线:
间隔相同的平行直线。
六、磁通量(Φ)
设在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个与磁场方向垂直的平面,面积为S,我们把B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量。
Φ=BS
2.单位:
韦伯,简称韦。
符号Wb。
1Wb=1T/m2
3.4磁场对通电导线的作用力
一、安培力的方向
1.安培力:
通电导线在磁场中受到的力称为安培力
2.判断安培力的方向——左手定则
伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内,让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流的方向,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中受安培力的方向。
不论I是否与B垂直,I永远与F垂直。
已知F,I的方向,不能确定B的方向。
二、安培力的大小
1.公式:
适用条件:
匀强磁场
若L与B成θ角时,
Lsinθ
2.L的有效长度
若为曲线导线,且所在平面与B垂直,则L为始末端距离;
若为闭合线圈,且所在平面与B垂直,则F=0
三、安培力做功的实质
起传递能量的作用,将电源的能量转化为通电导线的机械能。
四、磁电式电流表
1.构造
蹄形磁铁、带软铁铁芯的线圈、极靴、指针、螺旋弹簧
2.原理
电流通过线圈,导线受到安培力的作用,使线圈带动指针转动。
五、高考题型
1.安培力方向的判断
对电流的作用:
磁体周围磁场
电流周围磁场
常用结论
1)同向电流相吸,反向电流相斥;
2)环形电流可等效为小磁针,大拇指为N极;
3)稳定时小磁针N极必定指向磁场B的方向;
4)若导线不同位置所处磁场不同,可能同时发生“平动”和“转动”
2.安培力计算
注意:
三维到二维的转换
3.5磁场对运动电荷的作用力
一、洛伦兹力
运动的电荷在磁场中受到的力称为洛伦兹力
2.判断方向:
左手定则。
与安培力方法一致
3.大小:
4.推导
F安=NF洛(N为电荷数)
设有长为L的导线,横截面为S,单位体积含有电荷数为n,每个电荷的电荷量为q,定向移动的平均速率为v
则F=BIL,I=nqSv,N=nls,
5.特点:
1)
只改变v大小,不改变v方向
2)
永不做功
二、电视显像管的工作原理
电子枪、偏转线圈、荧光屏
2.原理:
阴极发射电子,经过偏转线圈,电子受洛伦兹力发生偏转,打在荧光屏上。
3.扫描:
偏转区水平方向和竖直方向都加有偏转电场,其方向、强弱都在不断变化,因此电子束打在荧光屏上的光点不断移动,这种现象称为扫描。
3.6带电粒子在匀强磁场中的运动
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
1.运动轨迹
1)匀速直线运动:
带电粒子的速度方向与磁场平行(相同或相反)
2)匀速圆周运动:
带电粒子垂直射入匀强磁场(洛伦兹力提供向心力)
3)螺旋式运动:
带电粒子的速度与磁场方向成一定角度
2.轨道半径和周期
1)半径:
半径与速度成正比,与比荷成反比
2)周期:
周期只与比荷成反比
3.运动时间t的确定
通过的圆弧对应的圆心角是圆周的n倍,则t为T的n倍
二、回旋加速器
1.原理:
利用磁场使带电粒子回旋、每个回旋间隙经高频交流电压反复加速;
2.核心部件:
外部磁场B、D型盒(两个)、D型盒间隙处交变电场U;
3.1932年由美国物理学家劳伦斯及他的学生埃德尔森和利文斯顿发明;
4.相关结论
1)最大速度、最大动能:
2)回旋圈数、回旋时间:
n圈:
3)交流电频率、交流电电压:
T交=T回
4.易错点:
(1)加速不同比荷的粒子,交流电频率不同;
(2)加速电压的高低只会影响带电粒子回旋圈数和总时间,并不影响最大动能
三、质谱仪
主要用于分析同位素,测定其质量、荷质比;
由英国物理学家阿斯顿发明;
构成:
粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等。
取决于荷质比
四、速度选择器
只能选择速度,不能区分粒子m,q,正负电性;
不具有可逆性
五、离子发电机
1.又叫磁流体发电机,是根据霍尔效应,是将带电的流体(离子气体或液体)以极高的速度喷射到磁场中去,利用磁场对带电的流体产生的作用,分开正负离子、形成电势差,从而发出电来。
2.注意:
电动势E和内阻r的计算,电路中电流大小、方向的分析。
六、霍尔效应
1.现象:
在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流体,当磁场方向与电流方向垂直时,形成电流的载流子受洛伦兹力的作用发生偏转,导体在与场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差(霍尔电势差)。
2.霍尔电压(霍尔电势差):
载流子所受的洛伦兹力与电场力平衡时,霍尔电压达到稳定值:
注意霍尔电压的产生位置及电势高低的判断。
电势上低下高
溶液(流动)
电势上高下低
溶液(通电)
上侧离子浓度升高,上下无电势差
七、电磁流量计
流量:
单位时间内流过某横截面积的流体量,常见的有质量流量或者体积流量;
对于体积流量来说,Q=Sv,单位:
m3/s。
Q=Sv
U=Bhv
B、d一定,U大Q大
拓展:
复合场中粒子运动(匀强场)
1)g+E:
平衡:
匀速直线运动
不平衡:
匀变速直线运动
2)g(E)+B:
摆线(洛伦兹力永不做功,动能定理)
3)g+E+B:
(1)直线必匀直
(2)圆周必匀圆
(3)摆线(洛伦兹力永不做功,动能定理)
高考题型:
《专题》1带电粒子在磁场中的运动
1)解题思路:
左手定则+平面几何(虽是物理题,难点在几何)
2)几何分析:
轨迹、圆心、半径、弦长、弧长、时间的确定;
3)圆心:
初末速度垂线,相切边界垂线,弦中垂线,角平分线等
口诀:
速度做垂线,弦做中垂线,临界找相切,大弦对大弧
4)粒子运动规律:
(1)对称性
单直线边界,θ角进,θ角出。
θ为进出速度与边界夹角
圆边界,θ角进,θ角出。
θ为进出速度与半径夹角
三点共线:
轨迹圆心、磁场圆心、出入速度交点
(2)互补性
直线边界中,入射角互补的同种粒子或比荷相同的正负粒子,轨迹互补。
5)临界极值问题的四种方法:
相交相切、平移、缩放、定点旋转
(1)相交相切:
求最大、最小的轨迹圆半径(v,B变化)
(2)平移:
定速、定向、不定点
(3)缩放:
定向不定速
(4)定点旋转:
定速不定向
6)常考题型套路:
解题基本公式:
(1)第一类题:
求t,不需要找圆心半径,只要找到速偏角即可。
位偏角:
α
速偏角:
θ
速偏角=圆心角=2×
位偏角
1.(2017届衡水中学高三摸底考试)5.如图所示,在一个边长为a的正六边形区域内存在磁感应强度为B,方向垂直于纸面向里的匀强磁场,三个相同带正电的粒子,比荷为q/m,先后从A点沿AD方向以大小不等的速度射入匀强磁场区域,粒子在运动过程中只受到磁场力的作用,已知a粒子恰好从F点飞出磁场区域,b粒子恰好从E点飞出磁场区域,c粒子从ED边上的某一点垂直边界飞出磁场区域,则()
A.a粒子在磁场区域内运动的时间为
B.b粒子在磁场区域内运动的时间为
C.三个粒子进入磁场的速度依次增加
D.三个粒子在磁场内运动的时间依次增加
2.(16新课标Ⅱ)18.一圆筒处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,磁场方向与筒的轴平行,筒的横截面如图所示。
图中直径MN的两端分别开有小孔,筒绕其中心轴以角速度ω顺时针转动。
在该截面内,一带电粒子从小孔M射入筒内,射入时的运动方向与MN成30°
角。
当筒转过90°
时,该粒子恰好从小孔N飞出圆筒。
不计重力。
若粒子在筒内未与筒壁发生碰撞,则带电粒子的比荷为()
3.(16四川)4.如图所示,正六边形abcdef区域内有垂直于纸面的匀强磁场。
一带正电的粒子从f点沿fd方向射入磁场区域,当速度大小为vb时,从b点离开磁场,在磁场中运动的时间为tb,当速度大小为vc时,从c点离开磁场,在磁场中运动的时间为tc,不计粒子重力。
则()
A.vb:
vc=1:
2,tb:
tc=2:
1
B.vb:
vc=2:
1,tb:
tc=1:
2
C.vb:
D.vb:
(2)求其他
核心:
找圆心和r