磁场.docx

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磁场

磁场

一、磁现象和磁场

1.磁现象

（1）磁性：

物质具有吸引铁质物体的性质

（2）磁体：

具有磁性的物体

（3）磁极：

磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫磁极。

任何磁体都有两个磁极。

（4）磁极间的相互作用：

同名磁极相排斥，异名磁极向吸引。

（5）变无磁性物体为有磁性物体叫磁化,

（6）变有磁性物体为无磁性物体叫退磁

2.

电流的磁效应

1720年丹麦物理学家奥斯特

当给导线通电时,与导线平行放置的小磁针发生转动

注意事项：

导线应沿南北方向水平放置

实验结论:

通电导线周围存在磁场,即电流可以产生

3.磁场

（1）磁体对通电导线的作用

（2）磁场

①定义：

磁场是存在于磁极（或电流）局围的一种特殊物质，磁体之间、电流与磁体之间、电流之间的相互作用是通过磁场发生的．

②磁场的基本性质：

对放入其中的磁体和电流有力的作用．

4、地球的磁场

（1）地球是一个巨大的磁体

（2）地球周围空间存在的磁场叫地磁场

（3）地磁的北极在地理的南极附近,地磁的南极在地理的北极附近,但两者并不完全重合,它们之间的夹角称为磁偏角

（4）.磁偏角的数值在地球上不同地方是不同的

例1.铁棒A能吸引小磁针,铁棒B能排斥小磁针,若将铁棒A靠近铁棒B时,则（　　）

A.A、B一定互相吸引

B.A、B一定互相排斥

C.A、B间有可能无磁场力作用

D.A、B间可能互相吸引，也可能互相排斥

二、磁感应强度

1、磁感应强度的物理意义：

反映磁场的强弱和方向的物理量

2、磁感应强度的方向

物理学规定：

把小磁针的N极（北极）受力方向或者小磁针静止时N极的指向规定为该点的磁场方向,亦即磁感应强度的方向

问题：

磁感应强度的大小能否从小磁针受力的情况来研究？

不能.因为N极不能单独存在.小磁针静止时是所受的合力为零,因而不能用测量N极受力的大小来确定磁感应强度的大小

3、磁感应强度的大小

磁场不仅能对磁体有作用力,还对通电导体有作用力.能否用很小一段通电导体来检验磁场的强弱?

在物理学中,把很短一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL叫做电流元

探究影响通电导线受力的因素

实验方法:

控制变量法

结论：

电流越大，通电导线受力越大

长度越长，电流越大

F=BIL式中B为比例系数

磁感应强度

定义式：

单位：

特斯拉,简称特,国际符号是T1T=1N/A·m

方向：

磁感应强度是矢量,方向与该点磁场的方向一致

说明：

（1）B是由磁场本身决定的，磁场中某点磁感应强度的大小和方向是确定的,和小磁针,电流的存在与否无关

（2）I、L不变,但在不同的磁场中,比值B是不同的

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．通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大

C．放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同

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和方向无关

例3．根据定义式

，下列说法正确的是（）

A．B的大小与F成正比，与L、I成反比

B．B的方向由F的方向所决定

C．处在磁场中的通电导线L，在任何情况下所受磁场力F与L、I之比都恒定，且不为零

D．只有当B与L垂直时，定义式才有意义

例4．某地地磁场的磁感应强度的水平分量是3.0×10－5T，竖直分量是4.0×10－5T，则地磁场磁感应强度的大小B＝______，B与水平方向的夹角为______。

二、几种常见的磁场

1、磁感线

定义：

磁感线是在磁场中画出一些有方向的曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致。

疏密程度表述磁场的强弱

2、几种常见的磁场：

（1）条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线：

（2）直线电流的磁场的磁感线：

安培定则

（1）

右手握住导线,让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向.（右手螺旋定则）

（3）环形电流的磁场的磁感线

安培定则

（2）:

让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向.

（4）通电螺线管的磁场的磁感线

3、磁感线的特点

（1）磁感线是假想的，不是真实的

（2）磁感线是闭合曲线。

在磁体的外部磁感线由N极发出，回到S极。

在磁体的内部磁感线则由S极指向N极

（3）磁感线不能相交或相切

（4）磁感线的疏密表示磁场的强弱

（5）磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场的方向

例1、如图所示，一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方，并与磁针指向平行，能使小磁针的N极转向读者，那么这束带电粒子可能是（）两

A.向右飞行的正离子束

B.向左飞行的正离子束

C.向右飞行的负离子束

D.向左飞行的负离子束

例2．如图所示，带负电的橡胶环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是（）

A．N极竖直向下B．N极竖直向上

C．N极沿轴线向左D．N极沿轴线向右

例3．如下图，在通电螺线管中，放有两个小磁针，当小磁针静止时，N极指向正确的是（）

例4如图，当电流通过线圈时，磁针A的N极指向哪里？

磁针B的N极指向哪里？

4、安培分子电流假说

在原子、分子等物质微粒的内部,存在着一种电流-分子电流.分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于两个磁极

安培分子电流假说意义

1.成功的解释了磁化现象和磁体消磁现象

2.安培分子电流假说揭示了电和磁的本质联系

3.安培的分子电流假说揭示了磁性的起源，认识到磁体的磁场和电流的磁场一样，都是由运动的电荷产的

例5、关于磁现象的电本质，下列说法中正确的是（）

A.磁与电紧密联系，有磁必有电，有电必有磁

B.不管是磁体的磁场还是电流的磁场都起源于电荷的运动

C.永久磁铁的磁性不是由运动电荷产生的

D.根据安培假说可知，磁体内分子电流总是存在的，因此任何磁体都不会失去磁性

例6、实验室有一旧的学生直流电源,输出端的符号模糊不清,无法辨认正、负极,某同学设计了下面的判断电源极性的方法:

在桌面上放一个小磁针,在磁针东面放螺线管,如图所示,闭合开关后,磁针指南的一端向东偏转,下列判断中正确的是（）

A．电源的A端是正极.在电源内电流由A流向B

B．电源的A端是正级.在电源内电流由B流向A

C．电源的B端是正极,在电源内电流由A流向B

D．电源的B端是正极,在电源内电流由B流向A

5、匀强磁场

（1）定义：

磁场强弱、方向处处相同的磁场

匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的平行直线

（2）常见的匀强磁场:

例7、如图所示，弹簧秤下挂一条形磁棒，其中条形磁棒N极的一部分位于未通电的螺线管内，下列说法正确的是（）

A.若将a接电源正极，b接负极，弹簧秤的示数将减小

B.若将a接电源正极，b接负极，弹簧秤的示数将增大

C.若将b接电源正极，a接负极，弹簧秤的示数将增大

D.若将b接电源正极，a接负极，弹簧秤的示数将减小

6、磁通量

定义：

在磁感应强度为B的匀强磁场当中，有一个与磁场方向垂直的平面S，B和S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量

公式:

Φ＝BSB=Φ/S磁感应强度等于通过单位面积的磁通量因此也叫磁通密度并用Wb/m2做单位

单位：

韦伯　符号：

Wb1Wb=1T·m2

对公式的理解

1.B是匀强磁场或可视为匀强磁场的磁感应强度

2.公式只适用于S⊥B，若S与B不垂直，则S为垂直与磁场方向的投影面积

当磁场B⊥S垂直,磁通量最大Φ=BS

当磁场B与面积S不垂直,Φ

当B∥S时,磁通量最小Φ=0

3.Φ是标量，但有方向，若取某方向穿入平面的磁通量为正，则反方向穿入该平面的磁通量为负

4.磁通量的意义可以用磁感线形象的说明

5.过一个平面若有方向相反的两个磁通量，这时的合磁通为相反方向磁通量的代数和（即相反方向磁通抵消以后剩余的磁通量才是合磁通）

例8、面积S＝0.5m2的闭合金属圆线圈处于磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中，当磁场与环面垂直时，穿过环面的磁通量是__________；当金属圆环转过90°，环面与磁场平行时，穿过环面的磁通量是______

例9、如图所示，两个同心放置的共面金属圆环a和b，一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直，则穿过两环的磁通量Фa和Фb大小关系为（）

A.均向上，Фa＞Фb

B.均向下，Фa＜Фb

C.均向上，Фa＝Фb

D.均向下，无法比较

例10．如图所示，矩形线圈abcd放在磁感应强度匀强磁场中，线圈面积为0.05m2，磁感应强度为0.06T。

（1）当线圈平面与磁场方向垂直时，穿过线圈的磁通量是__________________。

（2）将线圈平面绕OO′轴转过60°时，穿过线圈的磁通量为__________________。

四、磁场对通电导线的作用力

1.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;让磁感应线从掌心进入,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所受安培力的方向

问题：

如图所示，两条平行的通电直导线之间会通过磁场发生相互作用

结论:

同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。

2、安培力的大小

F=ILB

公式：

F=ILBsinθ

例1、两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图所示电流后，cd导线将（　）

A.顺时针方向转动，同时靠近ab

B.逆时针方向转动，同时离开ab

C.顺时针方向转动，同时离开ab

D.逆时针方向转动，同时靠近ab

2．如图所示，表示通电导线在磁场内受磁场力作用时F、I、B三者方向的关系，其中正确的是（）

3．如图，ab和cd是两根可以自由移动的平行导线。

用直流电源给它们同时供电（）两

A．当a、c接正极，b、d接负极时，它们相互吸引

B．当a、c接负极，b、d接正极时，它们相互排斥

C．当a、d接正极，b、c接负极时，它们相互吸引

D．当a、d接负极，b、c接正极时，它们相互排斥

4．如图，A是一个通以逆时针方向电流的通电圆环，MN是一段直导线，它水平地放在环中并与环共面，当有电流i从N流向M时，MN所受的安培力的方向是（）

A．沿纸面向上

B．沿纸面向下

C．垂直于纸面向外

D．垂直于纸面向内

5．如图所示，正方形线圈有一半处在匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直。

当线圈中通以顺时针方向的电流时，线圈将（）

A．向上平动B．向下平动

C．向左平动D．向右平动

6．如图所示，在用软线悬挂的圆形线圈近旁有一水平放置的条形磁铁，线圈平面与磁铁的中轴线重合，当线圈通以顺时针方向的电流后（）

A．线圈向左摆动靠近磁铁

B．线圈向右摆动远离磁铁

C．从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁

D．从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁铁

7．如图所示，KN和LM是同心圆弧，其圆心是O，在O处垂直于纸面放置一载流长直导线，电流方向垂直于纸面向外，用一根导线围成图中KLMN所示的回路，当在回路中通以沿图示方向的电流I2时，此时回路（）

A．将向右移动

B．将在纸面内绕通过O点并垂直纸面的轴转动

C．各边所受安培力：

KL边受力垂直于纸面向外，MN边受力垂直于纸面向里，LM和KN边不受力

D．各边所受安培力：

LM和KN边不受力，KL边受力与NM边受力方向与C中所述的相反

8．如图所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘线水平吊起通电直导线A。

A与螺线管垂直，“⊙”表示导线中的电流方向垂直于纸面向外。

电键S闭合后，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是（）

A．水平向左B．水平向右

C．竖直向下D．竖直向上

9．如图中的天平可以测出线圈ab边所处匀强磁场的磁感强度B的大小。

设ab边水平，长度为L，通以由a向b的电流I时，左盘砝码质量为m1，天平平衡；仅将电流方向改为由b向a时，天平左盘砝码质量为m2天平才平衡。

可知被测磁场的磁感应强度为

A．

B．

C．

D．

10．在匀强磁场中有一通电导体水平放置，如图所示，已知磁感应强度B＝0.02T，导体的单位长度的质量为1.4×10－5kg/m，为使该导体悬在空中处于静止状态，则通过导体的电流的大小为______，方向为______。

11．如图所示，两平行光滑金属导轨间距10cm与电源连通。

导轨平面与水平面成30°角，导轨上放置一质量为0.2kg的金属棒MN。

当金属棒上通过10A的电流时，为使其能静止在导轨上，需在导轨所在空间加一匀强磁场。

若要磁场的磁感应强度最小，所加磁场方向如何?

磁感应强度多大?

（g取10m/s2）

12．如图所示，在同一水平面的两导轨相互平行，放在竖直向上的磁场中，一根质量为

3.6kg，有效长度2m的金属棒放在导轨上，当金属棒中的电流为5A时，金属棒做匀速运动；当金属棒中的电流强度增大到8A时，金属棒能获得2m/s2的加速度，则磁场的磁感应强度为多少?

五、磁场对运动电荷的作用

1、演示：

观察阴极射线在磁场中的偏转

实验现象：

在没有外磁场时，电子束沿直线运动，将蹄形磁铁靠近阴极射线管，发现电子束运动轨迹发生了弯曲。

结论：

磁场对运动电荷有作用。

2、洛伦兹力

（1）定义：

运动电荷在磁场中受到的作用力叫做洛伦兹力

安培力是洛伦兹力的宏观表现洛伦兹力是安培力的微观本质

（2）洛伦兹力的方向

左手定则：

伸开左手,使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内,把手放入磁场中,让磁感线垂直穿过手心,若四指指向正电荷运动的方向,那么拇指所指的方向就使正电荷所受洛伦兹力的方向

训练加固：

试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向

规律：

1、以相同速度进入同一磁场的正、负电荷受到的洛伦兹力方向相反

2、洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面

（3）洛伦兹力大小

（v垂直B）

洛伦兹力的特点：

1.洛伦兹力的方向既垂直于磁场,又垂直于速度,即垂直于v和B所组成的平面

2.洛伦兹力只改变速度的方向,不改变速度的大小

3.洛伦兹力对电荷不做功

六、带电粒子在匀强磁场中的运动

（1）不加磁场时，观察到电子束的径迹是．

（2）加上磁场时，电子束的径迹是　　　，增加电子的速度，圆周半径，增加磁场的磁感应强度，圆周半径．（填‘增大’或‘减小’）

2．沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做．

（1）带电粒子在匀强磁场运动轨迹

带电粒子（不计重力）以一定的速度v进入磁感应强度为B的匀强磁场时：

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．

轨道半径和周期由上式可知：

带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与粒子运动速率无关．

由上式可知：

带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期与粒子运动速率无关．

（2）解题思路

“一画、二找、三确定”

“一画”

根据题意分析带电粒子在磁场中的受力情况，确定它在磁场中的运动轨迹是圆还是一段圆弧．根据粒子入射、出射磁场的方向，粗略画出粒子在磁场中的运动轨迹．

“二”找圆心

1．已知入射方向和出射方向时，利用洛伦兹力的方向永远指向圆心的特点，只要找到圆周运动两个点上的洛伦兹力的方向，其延长线的交点必为圆心，如图（a）所示．

2．已知入射方向和出射点的位置时，利用圆上弦的中垂线必过圆心的特点找圆心，通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线．这两条垂线的交点就是偏转圆弧的圆心，如图（b）所示．

“三”确定半径、偏向角、时间

1．确定圆周运动的半径

主要由三角形几何关系求出．如图（a）所示，已知出射速度与水平方向的夹角θ，磁场的宽度为d，则有关系式

2．确定带电粒子通过磁场的偏向角

带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向的夹角θ，即为偏向角，它等于入射点与出射点两条半径间的夹角（圆心角）．由几何知识可知，它等于弦切角的2倍，即θ＝2α＝ωt（如图（a）所示）．

3．确定带电粒子通过磁场的时间

确定偏向角后，很容易算出带电粒子通过磁场的时间，即，其中θ为带电粒子在磁场中转过的圆心角或偏向角．

例题如图所示，一束电子（电荷量为e）以速度v垂直射入磁感应强度为B，宽度为d的匀强磁场中，穿过磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30°，则电子的质量是________，穿过磁场的时间是________．

1.有三束粒子，分别是质子（p）、氚核（31H）和α粒子束，如果它们以相同的速度沿垂直于磁场方向射入匀强磁场（磁场方向垂直纸面向里），在下图的四个图中，能正确表示出这三粒子的运动轨迹的是（　　）

（3）带电粒能子在匀强磁场中运动规律的应

（1）质谱仪：

用来分析各种元素的同位素并测量其质量及含量百分比的仪器

（2）构造：

如下图所示，主要由以下几部分组成：

①带电粒子注射器②加速电场（U）

③速度选择器（B1、E）④偏转磁场（B2）

⑤照相底片

一个质量为m、电荷量为q的粒子,从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场,其初速度几乎为零,然后经过S3沿着与磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中,最后打到照相底片D上.

（1）求粒子进入磁场时的速率

（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径

（2）回旋加速器

1、作用：

产生高速运动的粒子

2、原理用磁场控制轨道、用电场进行加速

说明

（1）带电粒子在匀强磁场中的运动周期

跟运动速率和轨道半径无关

（2）交变电场的往复变化周期和粒子的运动周期T相同,这样就可以保证粒子在每次经过交变电场时都被加速

（3）带电粒子每经电场加速一次,回旋半径就增大一次,每次增加的动能为

所以各次半径之比为

（4）带电粒子在回旋加速器中飞出的速度

（2008·广东）1932年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示．这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成．其间留有空隙．下列说法正确的是（　　）

A．离子由加速器的中心附近进入加速器

B．离子由加速器的边缘进入加速器

C．离子从磁场中获得能量

D．离子从电场中获得能量

2．质量和带电量都相同的两个粒子，以不同的速率垂直于磁感线方向射入匀强磁场中，两粒子的运动轨迹如图中①、②所示，粒子的重力不计，下列对两个粒子的运动速率v和在磁场中运动时间t及运动周期T、角速度的说法中正确的是

（）

A．v1＞v2B．t1＜t2

C．T1＞T2D．ω1＝ω2