XX届高三物理一轮复习学案磁场Word文档格式.docx

1、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

2、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

3、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

4、水平向左，则导线A、c中的电流方向是如下哪种说法？AA中向纸里，c中向纸外BA中向纸外，c中向纸里cA、c中均向纸外DA、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=1T 2=1V s=1g 2/。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的夹角为时，有U=BSsin。【例题2】如图所示

5、，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=-sin=BL2sin/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=BILB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

6、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

7、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，

8、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=BLIsin高中只要求会计算=0和=90两种情况。【例题7】如图所示，光滑导轨与水平面成角，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

9、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=gsin，B=gsin/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BI2Lcos=gsin，I2=I1/cos。【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

10、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Ft=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=I t，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成角时，F=qvBsin。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

11、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

12、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，

13、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

14、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vBf洛=Bqv匀速圆周运动，半径，周期v与B成角f洛=Bqv较复杂的曲线运动，高中阶段