磁場總復(fù)習(xí)心分解

會(huì)計(jì)學(xué)1磁場總復(fù)習(xí)心分解磁場的來源磁極周圍電流周圍運(yùn)動(dòng)電荷周圍第1頁/共51頁

磁場對(duì)放入其中的磁體或通電導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生磁力作用。

（磁體之間、磁體與通電導(dǎo)體之間、通電導(dǎo)體與通電導(dǎo)體之間的相互作用都是通過磁場發(fā)生的）磁場的基本性質(zhì)第2頁/共51頁磁感應(yīng)強(qiáng)度1、定義：3、單位：4、方向：在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線，所受的磁場力F跟電流I和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值叫磁感應(yīng)強(qiáng)度在國際單位制中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉,簡稱特,國際符號(hào)是T1T=1N/A·m磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,方向與該點(diǎn)磁場的方向一致2、定義式：最大值最小值的應(yīng)用第3頁/共51頁1.磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和小磁針N極受力方向相同,但絕非電流的受力方向2.磁場中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向是確定的,和小磁針,電流的存在與否無關(guān)對(duì)公式B＝F／IL的幾點(diǎn)說明3.B是由磁場本身決定的,在電流I、導(dǎo)線長度L相同的情況下,電流所受的力越大,比值B越大,表示磁場越強(qiáng)不一定是指向,為什么?第4頁/共51頁磁感線的特點(diǎn)

(1)磁感線是假想的，不是真實(shí)的(2)磁感線是閉合曲線。在磁體的外部磁感線由N極發(fā)出，回到S極。在磁體的內(nèi)部磁感線則由S極指向N極(4)磁感線的疏密表示磁場的強(qiáng)弱(3)磁感線不能相交或相切(5)磁感線上每一點(diǎn)的切線方向即為該點(diǎn)的磁場的方向第5頁/共51頁外部從N到S，內(nèi)部從S到N形成閉合曲線幾種常見的磁場：1）條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場磁感線：條形磁鐵蹄形磁鐵第6頁/共51頁左視圖Ｉ2）直線電流的磁場的磁感線：安培定則(1):右手握住導(dǎo)線,讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致,彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向.(右手螺旋定則)俯視圖表示垂直于紙面向里表示垂直于紙面向外第7頁/共51頁3）環(huán)形電流的磁場的磁感線安培定則(2):讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向.第8頁/共51頁6、磁通量定義：在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場當(dāng)中，有一個(gè)與磁場方向垂直的平面S，B和S的乘積叫做穿過這個(gè)面積的磁通量公式:Φ＝BS單位：韋伯符號(hào)：Wb1Wb=1T·m2第9頁/共51頁BIF示意圖安培力方向既與電流方向垂直又與磁場方向垂直，即垂直于電流和磁場所在的平面左手定則：伸開左手,使拇指與其余四個(gè)手指垂直,并且都與手掌在同一平面內(nèi);讓磁感應(yīng)線從掌心進(jìn)入,并使四指指向電流的方向，這時(shí)拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向安培力遵循左手定則BIF示意圖第10頁/共51頁IB把磁感應(yīng)強(qiáng)度B分解為兩個(gè)分量：一個(gè)分量與導(dǎo)線垂直B1=Bsinθ另一分量與導(dǎo)線平行B2=Bcosθ平行于導(dǎo)線的分量B2不對(duì)通電導(dǎo)線產(chǎn)生作用力，通電導(dǎo)線所受作用力僅由B1決定即F=ILB1F=ILBsinθθB2B1二、安培力的大小將B1=Bsinθ代入得通電直導(dǎo)線與磁場方向不垂直的情況第11頁/共51頁F在圖中，勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，有一段長L，通有電流為I的直導(dǎo)線ab，電流方向從a到b，則導(dǎo)線所受磁場力大小和方向如何？并將立體圖改畫為平面圖ααBαbazxyBOabBαBabαFBααBFαBxyFBα第12頁/共51頁通電導(dǎo)線在磁場中的運(yùn)動(dòng)電流元法：把整段電流分割成許多小段直線電流，其中每一段就是一個(gè)直線電流元。先用左手定則判斷出每一小段電流元受到的安培力方向，從而確定整個(gè)導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向。課后第2題第13頁/共51頁

特殊位置法：根據(jù)通電導(dǎo)線在特殊位置所受安培力的方向，判斷其運(yùn)動(dòng)方向，然后推廣到一般位置。通電導(dǎo)線在磁場中的運(yùn)動(dòng)

例：兩條導(dǎo)線互相垂直，但相隔一小段距離，其中ab固定，cd可以自由活動(dòng)，當(dāng)通以如圖所示電流后，cd導(dǎo)線將()A.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近abB.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開abC.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開abD.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近ababcdD第14頁/共51頁推論分析法：1.兩條直線電流相互平行時(shí)無轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢；電流方向相同時(shí)相互吸引，電流方向相反時(shí)相互排斥。2.兩條兩條直線電流不平行時(shí)，有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且電流方向相同的趨勢。通電導(dǎo)線在磁場中的運(yùn)動(dòng)第15頁/共51頁如圖所示，向一根松弛的導(dǎo)體線圈中通以電流,線圈將會(huì)()A.縱向收縮,徑向膨脹B.縱向伸長,徑向膨脹C.縱向伸長,徑向收縮D.縱向收縮,徑向收縮縱向A第16頁/共51頁

等效分析法：環(huán)形電流可等效為小磁針，條形磁鐵或小磁針可等效為環(huán)形電流，通電螺線管可等效為條形磁鐵。

例題：如圖所示，能自由轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)行線圈放在條形磁鐵N級(jí)附近，當(dāng)通入如圖所示電流后，線圈將如何運(yùn)動(dòng)？通電導(dǎo)線在磁場中的運(yùn)動(dòng)第17頁/共51頁通電導(dǎo)線在磁場中的運(yùn)動(dòng)

轉(zhuǎn)換研究對(duì)象：因?yàn)殡娏髦g、電流與磁體之間的相互作用力滿足牛頓第三定律，這樣定性分析磁體在電流作用下如何運(yùn)動(dòng)的問題，可先分析電流在磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律再確定磁體所受的電流的作用力，從而確定磁體的運(yùn)動(dòng)方向。

例:如圖所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其上方的右側(cè)，固定一長直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，已知磁鐵在通電與不通電時(shí)均不動(dòng)。分析磁鐵在通電與不通電時(shí)受力的變化。第18頁/共51頁把一根柔軟的螺旋形彈簧豎直懸掛起來,使它的下端剛好跟杯里的水銀面接觸,并使它組成如圖所示的電波,當(dāng)開關(guān)接通后,將看到的現(xiàn)象是()A.彈簧向上收縮B.彈簧被拉長C.彈簧上下振動(dòng)D.彈簧仍靜止不動(dòng)SC第19頁/共51頁運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中受到的作用力叫做洛倫茲力安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)磁場對(duì)電流有安培力的作用,而電流是由電荷定向運(yùn)動(dòng)形成的,且磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有洛倫茲力的作用.所以磁場對(duì)電流的安培力就是磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)洛倫茲力為什么磁場對(duì)通電導(dǎo)線有作用力？第20頁/共51頁如果是負(fù)電荷,我們應(yīng)如何判定洛倫茲力的方向?洛倫茲力的方向左手定則：伸開左手,使大拇指和其余四指垂直且處于同一平面內(nèi),把手放入磁場中,讓磁感線垂直穿過手心,若四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向（負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向）,那么拇指所指的方向就使正電荷所受洛倫茲力的方向（左手定則）FFvqv-q第21頁/共51頁(v⊥B）(v∥B）特例:當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷的速度v方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度B方向的夾角為θ，電荷所受的洛倫茲力大小為

上式中各量的單位：F洛為N，q為C，v為m/s，B為T三、洛倫茲力大小第22頁/共51頁洛倫茲力的特點(diǎn)：洛倫茲力的方向既垂直于磁場,又垂直于速度,

即垂直于v和B所組成的平面2.洛倫茲力只改變速度的方向,

不改變速度的大小3.洛倫茲力對(duì)電荷不做功第23頁/共51頁B與E的比較

相比較，我們可以更深刻地認(rèn)識(shí)磁現(xiàn)象：它只與運(yùn)動(dòng)電荷有關(guān)；表現(xiàn)為定義式中反映運(yùn)動(dòng)的物理量v。靜止電荷產(chǎn)生電場；運(yùn)動(dòng)電荷除了仍會(huì)產(chǎn)生電場，還會(huì)產(chǎn)生磁場。靜止電荷受到電場力的作用，運(yùn)動(dòng)電荷不僅受到電場力的作用還受到洛倫茲力的作用。與第24頁/共51頁洛倫茲力和電場力的區(qū)別：電荷在電場中一定受到電場力的作用，與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)；而電荷在磁場中不一定受到磁場力作用，只有相對(duì)于磁場運(yùn)動(dòng)且運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向不平行的電荷才受磁場力作用。2.大?。篎電＝Eq,F洛=Bqvsinθ。3.電荷所受電場力方向總是平行于電場線的切線方向；而電荷所受磁場力的方向總是既垂直于磁場方向，又垂直于運(yùn)動(dòng)方向。4.電場力要對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功（電荷在等勢面上運(yùn)動(dòng)除外）；而電荷在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁場力一定不會(huì)對(duì)電荷做功。第25頁/共51頁1）圓周運(yùn)動(dòng)的半徑2）圓周運(yùn)動(dòng)的周期問題3:推導(dǎo)粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓半徑r和運(yùn)動(dòng)周期T,與粒子的速度v和磁場的強(qiáng)度B的關(guān)系表達(dá)式一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的帶電粒子,軌道半徑跟運(yùn)動(dòng)速率成正比;周期跟軌道半徑和運(yùn)動(dòng)速率均無關(guān)第26頁/共51頁帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)的分析2、分析時(shí)，著重把握“一找圓心，二找半徑，三找周期或時(shí)間”這個(gè)規(guī)律。1、做的是勻速圓周運(yùn)動(dòng)；第27頁/共51頁圓心一定在與速度方向垂直的直線上1)可以通過入射點(diǎn)和出射點(diǎn)作垂直于入射方向和出射方向的直線,交點(diǎn)就是軌跡的圓心帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)圓心的確定2)可以通過入射點(diǎn)作入射方向的垂線,連接入射點(diǎn)和出射點(diǎn),作其連線的中垂線,交點(diǎn)就是圓弧的圓心注：根據(jù)圓的幾何知識(shí)求圓心第28頁/共51頁帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定

當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)的圓弧所對(duì)的圓心角為α?xí)r,其運(yùn)動(dòng)時(shí)間為當(dāng)可以很方便的求出帶電粒子所走過的弧長時(shí)，也可有以下公式求解第29頁/共51頁帶電粒子在磁場中偏向角的確定

帶電粒子在磁場中偏向角等于帶電粒子在磁場中走過徑跡所對(duì)圓心角第30頁/共51頁如圖所示,一束電子(電量為e)以速度V垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、寬度為d的勻強(qiáng)磁場,穿透磁場時(shí)的速度與電子原來的入射方向的夾角為300.求:(1)電子的質(zhì)量m(2)電子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間te課堂練習(xí)dBθv第31頁/共51頁abPv課堂練習(xí)如圖所示,一帶正電粒子質(zhì)量為m,帶電量為q,從隔板ab上一個(gè)小孔P處與隔板成45°角垂直于磁感線射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場區(qū),粒子初速度大小為v,則(1)粒子經(jīng)過多長時(shí)間再次到達(dá)隔板？(2)到達(dá)點(diǎn)與P點(diǎn)相距多遠(yuǎn)？(不計(jì)粒子的重力)第32頁/共51頁例3：如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，寬度為d，邊界為CD和EF。一電子從CD邊界外側(cè)以速率v0垂直射入勻強(qiáng)磁場,入射方向與CD邊界間夾角為θ。已知電子的質(zhì)量為m，電量為e，為使電子能從磁場的另一側(cè)EF射出，求電子的速率v0至少多大？（放縮法）×××××××××××××××CDEFθv0d第33頁/共51頁V0θθo×××××××××××××××CDEF分析：當(dāng)入射速率很小時(shí)，電子在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)一段圓弧后又從一側(cè)射出，速率越大，軌道半徑越大，當(dāng)軌道與邊界相切時(shí)，電子恰好不能從射出，如圖所示。電子恰好射出時(shí)，由幾何知識(shí)可得：V0=Bed（1+cosθ）m第34頁/共51頁［問題］電流表中磁場分布有何特點(diǎn)呢？電流表中磁鐵與鐵芯之間是均勻輻向分布的.

所謂均勻輻向分布，就是說所有磁感線的延長線都通過鐵芯的中心，不管線圈處于什么位置，線圈平面與磁感線之間的夾角都是零度.在以鐵芯為中心的圓圈上，各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是相等的.該磁場并非勻強(qiáng)磁場［問題］該磁場是否勻強(qiáng)磁場？［問題］該磁場的特點(diǎn)？第35頁/共51頁

電流表的工作原理1、蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻地輻射分布的，不管通電線圈轉(zhuǎn)到什么角度，它的平面都跟磁感應(yīng)線平行，當(dāng)電流通過線圈時(shí)線圈上跟鐵軸平行的兩邊都要受到安培力，這兩個(gè)力產(chǎn)生的力矩使線圈發(fā)生轉(zhuǎn)到，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)使螺旋彈簧被扭動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)阻礙線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩，其大小隨線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角度增大而增大，當(dāng)這種阻礙力矩和安培力產(chǎn)生的使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩相平衡時(shí)，線圈停止轉(zhuǎn)動(dòng)。第36頁/共51頁2、磁場對(duì)電流的作用力與電流成正比，因而線圈中的電流越大，安培力產(chǎn)生的力矩也越大，線圈和指針偏轉(zhuǎn)的角度也越大，因而根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)角度的大小，可以知道被測電流的強(qiáng)弱。3、當(dāng)線圈中的電流方向發(fā)生變化時(shí)，安培力的方向也隨之改變，指針的偏轉(zhuǎn)方向也發(fā)生變化，所以根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向，可以知道被測電流的方向。表盤的刻度均勻，θ∝I第37頁/共51頁質(zhì)譜儀一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子,從容器下方的小孔S1飄入電勢差為U的加速電場,其初速度幾乎為零,然后經(jīng)過S3沿著與磁場方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,最后打到照相底片D上.(1)求粒子進(jìn)入磁場時(shí)的速率(2)求粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑DAUS1S2S3B第38頁/共51頁速度選擇器（1）構(gòu)造：＋××××××××××＋－（2）特點(diǎn)：A、任何一個(gè)存在正交電場和磁場的空間都可看作速度選擇器。第39頁/共51頁B、速度選擇器只選擇速度大小而不選擇粒子的種類。與正負(fù)無關(guān)只要粒子就能沿直線勻速通過選擇器第40頁/共51頁課堂練習(xí)在圖所示的平行板之間,電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直,具有不同水平速度的帶電粒子射入后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況不同.這種裝置能把具有某一特定速度的粒子選擇出來,所以叫做速度選擇器.若帶正電粒子入射速度,則下列說法正確的是()A.粒子動(dòng)能一定增加,電場力做正功B.粒子所受洛倫茲力一定增大,洛倫茲力做正功C.粒子動(dòng)能一定減少,洛倫茲力不做功D.電場力不做功,洛倫茲力做正功++++++++++++------------BE+qA第41頁/共51頁磁流體發(fā)電機(jī)（霍爾效應(yīng)原理：等離子氣體噴入磁場，正、負(fù)離子在洛侖茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)而聚集到A、B板上，產(chǎn)生電勢差，第42頁/共51頁設(shè)A、B平行金屬板的面積為S，相距L，等離子體的電阻率為ρ，噴入氣體速度為V，板間磁場的磁感強(qiáng)度為B，板外電阻為R，當(dāng)?shù)入x子氣體勻速通過A、B板間