高考物理知識點之磁場

1、高考物理知識點之磁場考試要點基本概念一、磁場和磁感線（三合一）1、磁場的來源：磁鐵和電流、變化的電場2、磁場的基本性質(zhì)：對放入其中的磁鐵和電流有力的作用3、磁場的方向（矢量）方向的規(guī)定：磁針北極的受力方向，磁針靜止時N極指向。4、磁感線：切線磁針北極磁場方向 地球磁場 通電直導線周圍磁場 通電環(huán)行導線周圍磁場5、典型磁場磁鐵磁場和電流磁場（安培定則（右手螺旋定則）6、磁感線特點： 客觀不存在、 外部N極出發(fā)到S，內(nèi)部S極到N極 閉合、不相交、 描述磁場的方向和強弱二磁通量（ 韋伯 Wb 標量）通過磁場中某一面積的磁感線的條數(shù)，稱為磁通量，或磁通二磁通密度（磁感應強度B 特斯拉T 矢量） 大小：

2、通過垂直于磁感線方向的單位面積的磁感線的條數(shù)叫磁通密度。 1 T = 1 Wb / m2NS 方向：B的方向即為磁感線的切線方向 意義：1、描述磁場的方向和強弱 2、由場的本身性質(zhì)決定三勻強磁場1、定義：B的大小和方向處處相同，磁感線平行、等距、同向2、來源：距離很近的異名磁極之間通電螺線管或條形磁鐵的內(nèi)部，邊緣除外四了解一些磁場的強弱L 永磁鐵10 3 T，電機和變壓器的鐵芯中0.81.4 T超導材料的電流產(chǎn)生的磁場1000T，地球表面附近31057105 T比較兩個面的磁通的大小關(guān)系。如果將底面繞軸L旋轉(zhuǎn)，則磁通量如何變化？ 磁場對電流的作用安培力一安培力的方向 （左手定則）伸開左手，使大

3、拇指與四指在同一個平面內(nèi)，并跟四指垂直，讓磁感線穿入手心，使四指指向電流的流向，這時大拇指的方向就是導線所受安培力的方向。（向里和向外的表示方法（類比射箭）力向外BIF規(guī)律：（1）左手定則 （2）FB ，F(xiàn)I，F(xiàn)垂直于B和I所決定的平面。但B、I不一定垂直力向外不受力 安培力的大小與磁場的方向和電流的方向有關(guān)，兩者夾角為900時，力最大，夾角為00時，力0。猜想由90度到0度力的大小是怎樣變化的二安培力的大?。簞驈姶艌?，當B I 時，F(xiàn) B I L 在勻強磁場中，當通電導線與磁場方向垂直時，電流所受的安培力等于磁感應將度B、電流I和導線的長度L三者的乘積 在非勻強磁場中，公式FBIL近似適用于

4、很短的一段通電導線三磁感應強度的另一種定義B B勻強磁場，當B I 時，練習有磁場就有安培力（）磁場強的地方安培力一定大（）磁感線越密的地方，安培力越大（）判斷安培力的方向電流間的相互作用和等效長度轉(zhuǎn)向同向， 同時靠近一電流間的相互作用轉(zhuǎn)向同向， 同時靠近F同向吸引F同向排斥F總結(jié)：通電導線有轉(zhuǎn)向電流同向的趨勢L二等效長度 推導：水平方向：向左F1 sin BIL1 sin B I h 向右F2 sin BIL2 sin B I h 水平方向平衡豎直方向：左導 F1 cos BIL1 cos 右導 F2 cos BIL2 cos F B I LNSa db cL2L1向上看ab推廣：等效長度為

5、導線兩端連線的長度一 洛倫茲力的方向左手定則：四指指向正電荷的運動方向或負電荷運動的反方向大拇指指向洛倫茲力的方向f B f v vFFvv力向里4、q、v、B三者有一個或三個“反向”，則f變向 若有兩個“反向”則f反向不變（1）電荷靜止，f0（2）vB，f0（3）vB，f 最大A B二洛倫茲力的大小已知：I B勻強、導線截面積s、電荷電量q、電荷定向移動速率v單位體積內(nèi)電荷數(shù)n、導線長度L有： 三洛倫茲力不做功1、判斷三種粒子電荷的正負2、三個完全相同的金屬帶電球，同一高度，同時下落（1）落地速度V1 V3 V2 （2）下落時間 t1 t2 t3 vFf = 2eBvEB四、帶 電 粒 子

6、的 圓 周 運 動1、運動狀態(tài)勻速圓周運動v 勻強B，忽略重力f v，洛倫茲力不做功，速率不變f q v B，充當向心力2軌道半徑和周期半徑周期 周期與速率無關(guān)，對于確定的磁場，周期取決于荷質(zhì)比。五、電流表構(gòu)造：蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻地福向分布的（2）鋁框上繞有線圇，鋁框轉(zhuǎn)軸上裝有兩個螺旋彈簧和一個指針六、安培分子電流假說 導體中的電流是由大量的自由電子的定向移動而形成的，而電流的周國又有磁場，所以電流的磁場應該是由于電荷的運動產(chǎn)生的那么，磁鐵的磁場是否也是由電荷的運動產(chǎn)生的呢？ 安培提出在磁鐵中分子、原于存在著一種環(huán)形電流一一分子電流，分子電流使每個物質(zhì)微粒都成為微小的磁體磁鐵的分子電

7、流的取向大致相同時，對外顯磁性；磁鐵的分子電流取向雜亂無章時，對外不顯磁性。近代的原子結(jié)構(gòu)理論證實了分子電流的存在根據(jù)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)理論，微粒原子由原子核和核外電子組成，原子核帶正電，核外電子帶負電，電子在庫侖力的作用下，繞核高速旋轉(zhuǎn)，形成分子電流可見，磁鐵和電流的磁場本質(zhì)上都是運動電荷產(chǎn)生的三種場力的特點1、重力的特點：其大小為mg，方向豎直向下；做功與路徑無關(guān)，與帶電粒子的質(zhì)量及起、訖點的高度差有關(guān)2、電場力的特點：大小為qE，方向與E的方向及電荷的種類有關(guān)；做功與路徑無關(guān)，與帶電粒子的帶電量及起、終點的電勢差有關(guān)3、洛倫茲力的特點：大小與帶電粒子的速度、磁感應強度、帶電量及速度與磁感應強

8、度間的夾角有關(guān)，方向垂直于B和V決定的平面；無論帶電粒子在磁場中做什么運動，洛倫茲力都不做功一 、速度選擇器的原理U加速電場帶電粒子束V偏轉(zhuǎn)電場E偏轉(zhuǎn)磁場BqS2S11、原理圖VfF2、帶電粒子的受力特點：電場力F與洛侖茲力f方向相反3、帶電粒子勻速通過速度選擇器的條件：帶電粒子勻速通過速度選擇器是指粒子從S1水平射入，沿直線勻速通過疊加場區(qū)，并從S2水平射出。從力的角度看，電場力F與洛侖茲力f平衡，即 推出 二質(zhì)譜儀分離同位素測定荷質(zhì)比的儀器經(jīng)速度選擇器的各種帶電粒子，射入偏轉(zhuǎn)磁場（B），不同電性，不同荷質(zhì)比的粒子就會沉積在不同的地方由qE=qvB， s=2R，聯(lián)立，得不同粒子的荷質(zhì)比即與沉

9、積處離出口的距離s成反比三、磁流體發(fā)電機磁流體發(fā)電高速的等離子流射入平行板中間的勻強磁場區(qū)域，在洛侖茲力作用下使正、負電荷分別聚集在A、B兩板，于是在板間形成電場當板間電場對電荷的作用力等于電荷所受的洛侖茲力時，兩板間形成一定的電勢差合上電鍵S后，就能對負載供電dba導電液體由 qvB=qE 和 U=Ed，得兩板間的電勢差（電源電動勢）為=U=vBd即決定于兩板間距，板間磁感強度和入射離子的速度四、電磁流量計如圖所示為電磁流量計的示意圖，直徑為d的非磁性材料制成的圓形導管內(nèi)，有可以導電的液體流動，磁感應強度為B的勻強磁場垂直液體流動方向而穿過一段圓形管道。若測得管壁內(nèi)a、b兩點的電勢差為U，試

10、求管中液體的流量Q為多少m3/s解； 得 五、霍爾效應hdBIAA如圖所示，厚度為h，寬度為d的導體板放在垂直于它的磁感應強度為B的勻強磁場中，當電流通過導體板時，在導體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A會產(chǎn)生電勢差。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。實驗表明，當磁場不太強時，電勢差U、電流I的B的關(guān)系為：式中的比例系數(shù)K稱為霍爾系數(shù)?；魻栃山忉屓缦拢和獠看艌龅穆鍋銎澚κ惯\動的電子聚集在導體板的一側(cè)，在導體板的另一側(cè)會出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場。橫向電場對電子施加與洛侖茲力方向相反的靜電力。當靜電力與洛侖茲力達到平衡時，導體板上下兩側(cè)之間就會形成穩(wěn)定的電勢差。六、測定電子的比荷陰極陰極CABDEF在實驗中

11、，湯姆生采用了如圖所示的陰極射線管，從電子槍C出來的電子經(jīng)過A、B間的電場加速后，水平射入長度為L的D、E平行板間，接著在熒光屏F中心出現(xiàn)熒光斑。若在D、E間加上方向向下、場強為E的勻強電場，電子將向上偏轉(zhuǎn)；如果再利用通電線圈在D、E電場區(qū)加上一垂直紙面的磁感應強度為B的勻強磁場（圖中未畫出）熒光斑恰好回到熒光屏中心。接著再去掉電場，電子向下偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角為。七、回旋加速器（1）有關(guān)物理學史知識和回旋加速器的基本結(jié)構(gòu)和原理1932年美國物理學家應用了帶電粒子在磁場中運動的特點發(fā)明了回旋加速器，其原理如圖所示。A0處帶正電的粒子源發(fā)出帶正電的粒子以速度v0垂直進入勻強磁場，在磁場中勻速轉(zhuǎn)動半個周期

12、，到達A1時，在A1 A1/處造成向上的電場，粒子被加速，速率由v0增加到v1，然后粒子以v1在磁場中勻速轉(zhuǎn)動半個周期，到達A2/時，在A2/ A2處造成向下的電場，粒子又一次被加速，速率由v1增加到v2，如此繼續(xù)下去，每當粒子經(jīng)過A A/的交界面時都是它被加速，從而速度不斷地增加。帶電粒子在磁場中作勻速圓周運動的周期為，為達到不斷加速的目的，只要在A A/上加上周期也為T的交變電壓就可以了。即T電=實際應用中，回旋加速是用兩個D形金屬盒做外殼，兩個D形金屬盒分別充當交流電源的兩極，同時金屬盒對帶電粒子可起到靜電屏蔽作用，金屬盒可以屏蔽外界電場，盒內(nèi)電場很弱，這樣才能保證粒子在盒內(nèi)只受磁場力作用而做勻速圓周運動。（2）帶電粒子在D形金屬盒內(nèi)運動的軌道半徑是不等距分布的設(shè)粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，兩D形金屬盒間的加速電壓為U，勻強磁場的磁感應強度為B，粒子第一次進入D形金屬盒，被電場加速1次，以后每次進入D形金屬盒都要被電場加速2次。粒子第n次進入D形金屬盒時，已經(jīng)被加速（2n-1）次。由動能定理得（2n1）qU=Mvn2。 第n次進入D形金屬盒后，由牛頓第二定律得qvnB=m 由兩式得n=同理可得第n+1次進入D形金屬盒時的軌道半徑rn+1=所以帶電粒子在D形金屬盒內(nèi)任意