高二物理磁場(獲獎?wù)n件)人教版教學(xué)內(nèi)容

1、高二物理磁場(獲獎?wù)n件)人教版 帶電粒子在電場、磁場、重力場中的運(yùn)動，簡帶電粒子在電場、磁場、重力場中的運(yùn)動，簡稱帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動，一般具有較復(fù)稱帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動，一般具有較復(fù)雜的運(yùn)動圖景。這類問題本質(zhì)上是一個(gè)力學(xué)問雜的運(yùn)動圖景。這類問題本質(zhì)上是一個(gè)力學(xué)問題，應(yīng)順應(yīng)力學(xué)問題的研究思路和運(yùn)用力學(xué)的題，應(yīng)順應(yīng)力學(xué)問題的研究思路和運(yùn)用力學(xué)的基本規(guī)律?；疽?guī)律。 分析帶電粒子在電場、磁場中運(yùn)動，主要是分析帶電粒子在電場、磁場中運(yùn)動，主要是兩條線索：兩條線索：（1）力和運(yùn)動的關(guān)系。根據(jù)帶電粒子所受的力，）力和運(yùn)動的關(guān)系。根據(jù)帶電粒子所受的力，運(yùn)用牛頓第二定律并結(jié)合運(yùn)動學(xué)規(guī)律求解。運(yùn)用牛頓

2、第二定律并結(jié)合運(yùn)動學(xué)規(guī)律求解。（2）功能關(guān)系。根據(jù)場力及其它外力對帶電粒子）功能關(guān)系。根據(jù)場力及其它外力對帶電粒子做功引起的能量變化或全過程中的功能關(guān)系，做功引起的能量變化或全過程中的功能關(guān)系，從而可確定帶電粒子的運(yùn)動情況，這條線索不從而可確定帶電粒子的運(yùn)動情況，這條線索不但適用于均勻場，也適用于非均勻場。因此要但適用于均勻場，也適用于非均勻場。因此要熟悉各種力做功的特點(diǎn)。熟悉各種力做功的特點(diǎn)。 【例題【例題1】（】（1999年高考全國卷）如圖年高考全國卷）如圖1所示，圖中虛線所示，圖中虛線MN是一垂直紙面的平面與紙面的交線，在平面右側(cè)的半空間存是一垂直紙面的平面與紙面的交線，在平面右側(cè)的半空

3、間存在一磁感應(yīng)強(qiáng)度為在一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，方向垂直紙面向外。的勻強(qiáng)磁場，方向垂直紙面向外。O是是MN上的一點(diǎn)，從上的一點(diǎn)，從O點(diǎn)可以向磁場區(qū)域發(fā)射電量為點(diǎn)可以向磁場區(qū)域發(fā)射電量為+q、質(zhì)量為、質(zhì)量為m、速率為、速率為v的粒子，粒子射入磁場時(shí)的速度可在紙面內(nèi)各個(gè)的粒子，粒子射入磁場時(shí)的速度可在紙面內(nèi)各個(gè)方向。已知先后射入的兩個(gè)粒子恰好在磁場中給定的方向。已知先后射入的兩個(gè)粒子恰好在磁場中給定的P點(diǎn)相遇，點(diǎn)相遇，P到到O的距離為的距離為L，不計(jì)重力及粒子間的相互作用。，不計(jì)重力及粒子間的相互作用。 （1）求所考察的粒子在磁場中的）求所考察的粒子在磁場中的 軌道半徑；軌道半徑； （2）求這兩

4、個(gè)粒子從）求這兩個(gè)粒子從O點(diǎn)射入磁場點(diǎn)射入磁場 的時(shí)間間隔。的時(shí)間間隔?！军c(diǎn)撥解疑】（【點(diǎn)撥解疑】（1）設(shè)粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的軌道半徑為）設(shè)粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的軌道半徑為R，由牛頓第二定律得由牛頓第二定律得 則則 （2）如圖）如圖2所示，以所示，以O(shè)P為弦可以畫兩個(gè)半徑相同的圓，分別表示在為弦可以畫兩個(gè)半徑相同的圓，分別表示在P點(diǎn)相遇的兩個(gè)粒子的軌跡。點(diǎn)相遇的兩個(gè)粒子的軌跡。圓心分別為圓心分別為O1、O2，過，過O點(diǎn)的直徑分別為點(diǎn)的直徑分別為OO1Q1、OO2Q2，在，在O點(diǎn)處兩個(gè)圓的切線分別表示兩個(gè)點(diǎn)處兩個(gè)圓的切線分別表示兩個(gè)粒子的射入方向，用粒子的射入方向，用表示它們之間的夾角。由

5、幾何關(guān)系可知，表示它們之間的夾角。由幾何關(guān)系可知， ，從，從O點(diǎn)射入到相遇，粒子點(diǎn)射入到相遇，粒子1的路程為半個(gè)圓周加弧長的路程為半個(gè)圓周加弧長Q1P=R，粒子，粒子2的路程為半個(gè)圓周減弧長的路程為半個(gè)圓周減弧長PQ2=R 粒子粒子1的運(yùn)動時(shí)間為的運(yùn)動時(shí)間為 ，其中，其中T為圓周運(yùn)動的周期。為圓周運(yùn)動的周期。 粒子粒子2運(yùn)動的時(shí)間為運(yùn)動的時(shí)間為 兩粒子射入的時(shí)間間隔為兩粒子射入的時(shí)間間隔為 RvmqvB2qBmvR 2211QPOQPOvRTt211vRTt212vRttt22122cosLR)2arccos(4mvLqBqBmt 例例6、如圖、如圖10所示，兩個(gè)共軸的圓筒形金屬電極，外電極接

6、所示，兩個(gè)共軸的圓筒形金屬電極，外電極接地，其上均勻分布著平行于軸線的四條狹縫地，其上均勻分布著平行于軸線的四條狹縫a、b、c和和d，外筒，外筒的外半徑為的外半徑為r，在圓筒之外的足夠大區(qū)域中有平行于軸線方向，在圓筒之外的足夠大區(qū)域中有平行于軸線方向的均勻磁場，磁感強(qiáng)度的大小為的均勻磁場，磁感強(qiáng)度的大小為B。在兩極間加上電壓，使兩。在兩極間加上電壓，使兩圓筒之間的區(qū)域內(nèi)有沿半徑向外的電場。一質(zhì)量為圓筒之間的區(qū)域內(nèi)有沿半徑向外的電場。一質(zhì)量為、帶電量、帶電量為為q的粒子，從緊靠內(nèi)筒且正對狹縫的粒子，從緊靠內(nèi)筒且正對狹縫a的的S點(diǎn)出發(fā)，初速為零。點(diǎn)出發(fā)，初速為零。如果該粒子經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)動之后恰

7、好又回到出發(fā)點(diǎn)如果該粒子經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)動之后恰好又回到出發(fā)點(diǎn)S，則，則兩電極之間的電壓兩電極之間的電壓U應(yīng)是多少？（不計(jì)重力，整個(gè)裝置在真空應(yīng)是多少？（不計(jì)重力，整個(gè)裝置在真空中）中）abc d S圖10 解析：如圖解析：如圖11所示，帶電粒子從所示，帶電粒子從S點(diǎn)出發(fā)，在兩筒之間的電點(diǎn)出發(fā)，在兩筒之間的電場作用下加速，沿徑向穿過狹縫場作用下加速，沿徑向穿過狹縫a而進(jìn)入磁場區(qū)，在洛倫茲而進(jìn)入磁場區(qū)，在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動。粒子再回到力作用下做勻速圓周運(yùn)動。粒子再回到S點(diǎn)的條件是能沿徑點(diǎn)的條件是能沿徑向穿過狹縫向穿過狹縫d.只要穿過了只要穿過了d，粒子就會在電場力作用下先減，粒子就會在

8、電場力作用下先減速，再反向加速，經(jīng)速，再反向加速，經(jīng)d重新進(jìn)入磁場區(qū)，然后粒子以同樣方重新進(jìn)入磁場區(qū)，然后粒子以同樣方式經(jīng)過式經(jīng)過c、b，再回到，再回到S點(diǎn)。設(shè)粒子進(jìn)入磁場區(qū)的速度大小為點(diǎn)。設(shè)粒子進(jìn)入磁場區(qū)的速度大小為V，根據(jù)動能定理，有，根據(jù)動能定理，有 設(shè)粒子做勻速圓周運(yùn)動的半徑為設(shè)粒子做勻速圓周運(yùn)動的半徑為R，由洛倫茲力公式和牛，由洛倫茲力公式和牛頓第二定律，有頓第二定律，有 由前面分析可知，要回到由前面分析可知，要回到S點(diǎn)，點(diǎn)， 粒子從粒子從a到到d必經(jīng)過圓周，所以半必經(jīng)過圓周，所以半 徑徑R必定等于筒的外半徑必定等于筒的外半徑r ，即，即 R=r.由以上各式解得由以上各式解得;.ab

9、cdSo圖11221mVqU RVmBqV2mqrBU222 例例7、如圖、如圖12所示，空間分布著有理想邊界的勻強(qiáng)電場所示，空間分布著有理想邊界的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場。左側(cè)勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為和勻強(qiáng)磁場。左側(cè)勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為E、方向水平、方向水平向右，電場寬度為向右，電場寬度為L；中間區(qū)域勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度；中間區(qū)域勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為大小為B，方向垂直紙面向里。一個(gè)質(zhì)量為，方向垂直紙面向里。一個(gè)質(zhì)量為m、電量為、電量為q、不計(jì)重力的帶正電的粒子從電場的左邊緣的、不計(jì)重力的帶正電的粒子從電場的左邊緣的O點(diǎn)由點(diǎn)由靜止開始運(yùn)動，穿過中間磁場區(qū)域進(jìn)入右側(cè)磁場區(qū)域靜止開始運(yùn)動，穿過中間磁場

10、區(qū)域進(jìn)入右側(cè)磁場區(qū)域后，又回到后，又回到O點(diǎn)，然后重復(fù)上述運(yùn)動過程。求：點(diǎn)，然后重復(fù)上述運(yùn)動過程。求： (1)中間磁場區(qū)域的寬度中間磁場區(qū)域的寬度; (2)帶電粒子從帶電粒子從O點(diǎn)開始運(yùn)動點(diǎn)開始運(yùn)動 到第一次回到到第一次回到O點(diǎn)所用時(shí)間點(diǎn)所用時(shí)間t.BBE L d O 圖12 解析：（解析：（1）帶電粒子在電場中加速，由動能定理，可得：）帶電粒子在電場中加速，由動能定理，可得： 帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)，由牛頓第二定律，可得：帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)，由牛頓第二定律，可得： 由以上兩式，可得由以上兩式，可得 。 可見在兩磁場區(qū)粒子運(yùn)動半徑相同，如圖可見在兩磁場區(qū)粒子運(yùn)動半徑相同，如圖13所示，三段圓弧

11、的圓心所示，三段圓弧的圓心組成的三角形組成的三角形O1O2O3是等邊三角形，其邊長為是等邊三角形，其邊長為2R。所以中間磁。所以中間磁場區(qū)域的寬度為場區(qū)域的寬度為221mVqEL RVmBqV2qmELBR21qmELBRd62160sin0OO3O1O2600 （2）在電場中）在電場中 在中間磁場中運(yùn)動時(shí)間在中間磁場中運(yùn)動時(shí)間 在右側(cè)磁場中運(yùn)動時(shí)間，在右側(cè)磁場中運(yùn)動時(shí)間， 則粒子第一次回到則粒子第一次回到O點(diǎn)的所用時(shí)間為點(diǎn)的所用時(shí)間為qEmLqEmVaVt22221qBmTt3232qBmTt35653qBmqEmLtttt3722321 地磁場地磁場: (1)地磁場的地磁場的N極在地球南極

12、附近，極在地球南極附近，S極在地球北極附近。極在地球北極附近。（2）地磁場）地磁場B的水平分量（的水平分量（BX ）總是從地球南極指向）總是從地球南極指向地球北極；而地球北極；而豎直分量豎直分量（BY）則南北相反，在南半球）則南北相反，在南半球垂直地面垂直地面向上向上，在北半，在北半球上空，地磁場的球上空，地磁場的豎豎直分量直分量總是總是向下向下的。的。（3）在赤道平面上，）在赤道平面上，距離地球表面相等的距離地球表面相等的各點(diǎn)，各點(diǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度相磁感應(yīng)強(qiáng)度相等，且方向水平向北等，且方向水平向北 *安培定則：對直導(dǎo)線四指指磁感線方向；安培定則：對直導(dǎo)線四指指磁感線方向；對環(huán)行電流大拇指指中心軸

13、線上的磁感對環(huán)行電流大拇指指中心軸線上的磁感線方向；對長直螺線管大拇指指螺線管線方向；對長直螺線管大拇指指螺線管內(nèi)部的磁感線方向。內(nèi)部的磁感線方向。 5.磁感應(yīng)強(qiáng)度：磁感應(yīng)強(qiáng)度：B=F/IL（條件是勻強(qiáng)磁（條件是勻強(qiáng)磁場，或場，或L很小，并且很小，并且LB）。）。 *磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量。單位是特斯拉，符磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量。單位是特斯拉，符號為號為T，1T=1N/Am=1kg/As2 6.磁通量：穿過某個(gè)面的磁感線條數(shù)叫磁磁通量：穿過某個(gè)面的磁感線條數(shù)叫磁通量。用通量。用表示。是標(biāo)量。表示。是標(biāo)量。 單 位 為 韋 伯 ， 符 號 為單 位 為 韋 伯 ， 符 號 為 Wb。1Wb=1Tm2=1kg

14、m2/As2。 *在勻強(qiáng)磁場中，有在勻強(qiáng)磁場中，有=BScos（為為B與與S的夾角）。的夾角）。 *B=/S，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度又叫磁通密度。，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度又叫磁通密度。 A.若有一小段通電導(dǎo)體在某點(diǎn)不受磁場力的若有一小段通電導(dǎo)體在某點(diǎn)不受磁場力的 作用作用, 則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零 B.若一小段長為若一小段長為L、通過電流為、通過電流為I的導(dǎo)體的導(dǎo)體, 在磁在磁場中某處受到的磁場力為場中某處受到的磁場力為F, 則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小一定是的大小一定是F/IL C.由定義式由定義式B=F/IL可知可知, 電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度I越大越大, 導(dǎo)線導(dǎo)線L越長越

15、長, 某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B就越小就越小 D.一小段通電導(dǎo)體受到的磁場力的方向即為一小段通電導(dǎo)體受到的磁場力的方向即為該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向例例1.有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度的下列說法中有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度的下列說法中, 不正確的是（不正確的是（ ）例例2.十九世紀(jì)二十年代十九世紀(jì)二十年代, 以塞貝克以塞貝克(數(shù)學(xué)家數(shù)學(xué)家)為代表的科學(xué)家已認(rèn)識到為代表的科學(xué)家已認(rèn)識到: 溫度差會引起電溫度差會引起電流流, 安培考慮到地球自轉(zhuǎn)造成了太陽照射后安培考慮到地球自轉(zhuǎn)造成了太陽照射后正面與背面的溫度差正面與背面的溫度差, 從而提出如下假設(shè)從而提出如下假設(shè): 地球磁場是由繞地球的環(huán)形電流引起的

16、地球磁場是由繞地球的環(huán)形電流引起的, 則則該假設(shè)中的電流方向是該假設(shè)中的電流方向是 A.由西向東垂直磁子午線由西向東垂直磁子午線 B.由東向西垂直磁子午線由東向西垂直磁子午線 C.由南向北沿磁子午線由南向北沿磁子午線 D.由赤道向兩極沿磁子午線方向由赤道向兩極沿磁子午線方向例例3.在圖在圖141中中,一束帶電粒子沿著水平方向平一束帶電粒子沿著水平方向平行地飛過磁針上方時(shí)行地飛過磁針上方時(shí),磁針的磁針的S極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn),這一這一帶電粒子束可能是帶電粒子束可能是A.向右飛行的正離子向右飛行的正離子 B.向左飛行的正離子向左飛行的正離子C.向右飛行的負(fù)離子向右飛行的負(fù)離子 D.向左飛行的負(fù)

17、離子向左飛行的負(fù)離子 圖141 例例2、如圖所示，兩個(gè)半徑相同，互相垂、如圖所示，兩個(gè)半徑相同，互相垂直的同心圓環(huán)形線圈，當(dāng)通以相等的電直的同心圓環(huán)形線圈，當(dāng)通以相等的電流后流后,可繞可繞xx軸自由轉(zhuǎn)動，達(dá)到平衡時(shí)，軸自由轉(zhuǎn)動，達(dá)到平衡時(shí)，圓心圓心O處的磁感強(qiáng)度與單個(gè)圓環(huán)線圈在處的磁感強(qiáng)度與單個(gè)圓環(huán)線圈在圓心圓心O處的磁感強(qiáng)度處的磁感強(qiáng)度B的關(guān)系是的關(guān)系是 。例例6、如圖所示，一條勁度系數(shù)較小的、如圖所示，一條勁度系數(shù)較小的 金屬彈簧處于自由狀態(tài)，當(dāng)彈簧通以金屬彈簧處于自由狀態(tài)，當(dāng)彈簧通以 電流時(shí)，彈簧將（電流時(shí)，彈簧將（ ） .縱向收縮，徑向膨脹；縱向收縮，徑向膨脹； .縱向伸長，徑向收縮；

18、縱向伸長，徑向收縮； .縱向收縮，徑向伸長；縱向收縮，徑向伸長； .縱向伸長，徑向膨脹?？v向伸長，徑向膨脹。 例例3、垂直磁場方向的、垂直磁場方向的m長導(dǎo)線長導(dǎo)線, 通以的電流通以的電流, 通電導(dǎo)線受安培力為通電導(dǎo)線受安培力為,該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度是該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度是 ,若該導(dǎo)線方位不變?nèi)粼搶?dǎo)線方位不變,長度為長度為0.5m, 受安培力為受安培力為,則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度是則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度是 . 例例4、關(guān)于磁感強(qiáng)度，電流強(qiáng)度、關(guān)于磁感強(qiáng)度，電流強(qiáng)度 I 和通電導(dǎo)線所和通電導(dǎo)線所受磁場力的關(guān)系，下列說法正確的是受磁場力的關(guān)系，下列說法正確的是 .在的地方，一定等于零；在的地方，一定等于零； .在在的地方，一定等于零；的地方，一定等于零； .若特，安，則一定等