磁場(chǎng)(期末復(fù)習(xí))

磁場(chǎng)

一個(gè)工具:磁感線

兩個(gè)作用:安培力F安=IlB

（B⊥I

）洛侖茲力f洛=qvB

（B⊥v

）

三個(gè)思路:受力分析運(yùn)動(dòng)分析能量分析四個(gè)應(yīng)用:速度選擇器質(zhì)譜儀回旋加速器磁流體發(fā)電機(jī)五個(gè)細(xì)節(jié):立體問(wèn)題模塊問(wèn)題比較問(wèn)題遷移問(wèn)題選擇問(wèn)題一、基本概念1．磁場(chǎng)的產(chǎn)生磁極周圍有磁場(chǎng)。電流周圍有磁場(chǎng)（奧斯特）。安培提出分子電流假說(shuō)（又叫磁性起源假說(shuō)），認(rèn)為磁極的磁場(chǎng)和電流的磁場(chǎng)都是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。變化的電場(chǎng)在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)（麥克斯韋）。2．磁場(chǎng)的基本性質(zhì)磁場(chǎng)對(duì)放入其中的磁極和電流有磁場(chǎng)力的作用（對(duì)磁極一定有力的作用；對(duì)電流只是可能有力的作用，當(dāng)電流和磁感線平行時(shí)不受磁場(chǎng)力作用）。這一點(diǎn)應(yīng)該跟電場(chǎng)的基本性質(zhì)相比較。3．磁感應(yīng)強(qiáng)度條件：勻強(qiáng)磁場(chǎng)；或ΔL很小，且L⊥B

磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量。單位是特斯拉，符號(hào)為T1T=1N/(Am)=1kg/(As2)4．磁感線用來(lái)形象地描述磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁場(chǎng)方向和強(qiáng)弱的曲線。磁感線上每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，也就是在該點(diǎn)小磁針靜止時(shí)N極的指向。磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。磁感線是閉合曲線（和靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線不同）。幾種磁場(chǎng)的磁感線：安培定則（右手螺旋定則）：對(duì)直導(dǎo)線，四指指磁感線方向；對(duì)環(huán)行電流，大拇指指中心軸線上的磁感線方向；對(duì)長(zhǎng)直螺線管大拇指指螺線管內(nèi)部的磁感線方向。5．磁通量可以認(rèn)為磁通量就是穿過(guò)某個(gè)面的磁感線條數(shù)。1Wb=1Tm2=1Vs=1kgm2/(As2)如果在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)與磁場(chǎng)方向垂直的平面，其面積為S，則定義B與S的乘積為穿過(guò)這個(gè)面的磁通量，用Φ表示。Φ是標(biāo)量，但是有方向（進(jìn)該面或出該面）。單位為韋伯，符號(hào)為Wb。在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)B與S的夾角為α?xí)r，有Φ=BS⊥

。二、安培力（磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力）方向由左手定則確定條件：L

與B垂直（二者平行時(shí)不受安培力）例1．如圖所示，可以自由移動(dòng)的豎直導(dǎo)線中通有向下的電流，不計(jì)通電導(dǎo)線的重力，僅在磁場(chǎng)力作用下，導(dǎo)線將如何移動(dòng)？INSPQB從左向右看，導(dǎo)線將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)向右運(yùn)動(dòng)例2．條形磁鐵放在粗糙水平面上，正中的正上方有一導(dǎo)線，通有圖示方向的電流后，磁鐵對(duì)水平面的壓力將會(huì)______（增大、減小還是不變？）。水平面對(duì)磁鐵的摩擦力大小為______。NSIFF課堂探究·考點(diǎn)突破D

例4．如圖所示，光滑導(dǎo)軌與水平面成α角，導(dǎo)軌寬L。勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。金屬桿長(zhǎng)也為L(zhǎng)

，質(zhì)量為m，水平放在導(dǎo)軌上。當(dāng)回路總電流為I1時(shí)，金屬桿正好能靜止。求：⑴B至少多大？這時(shí)B的方向如何？⑵若保持B的大小不變而將B的方向改為豎直向上，應(yīng)把回路總電流I2調(diào)到多大才能使金屬桿保持靜止？E30oBARmgNFG’FminB方向垂直導(dǎo)軌平面向上mgNFG’FminBFmgNFG’FminB畫側(cè)視圖！例5．如圖所示，質(zhì)量為m的銅棒搭在U形導(dǎo)線框右端，棒長(zhǎng)和框?qū)捑鶠長(zhǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向豎直向下．電鍵閉合后，在磁場(chǎng)力作用下銅棒被平拋出去，下落h后落在水平面上，水平位移為s．求閉合電鍵后通過(guò)銅棒的電荷量Q．Bhs高考模擬·提能訓(xùn)練高考題組12模擬題組3465解析BD高考模擬·提能訓(xùn)練高考題組12模擬題組3465解析三、洛倫茲力方向用左手定則判斷，四指必須指電流方向（不是速度方向），即正電荷定向移動(dòng)的方向；對(duì)負(fù)電荷，四指應(yīng)指負(fù)電荷定向移動(dòng)方向的反方向。正電荷：v的方向，負(fù)電荷：-v的方向

運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的磁場(chǎng)力叫洛倫茲力，它是安培力的微觀表現(xiàn)。IBF安F條件：v與B垂直（v與B平行時(shí)不受洛侖茲力）例6.電視機(jī)顯象管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖如右，即時(shí)電流方向如圖所示。該時(shí)刻由里向外射出的電子流將向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn)？i向左偏F例7．磁流體發(fā)電機(jī)原理如圖。相距為d的極板A、B間有高速等離子體噴射，兩極板間有如圖方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。該發(fā)電機(jī)哪個(gè)極板為正極？?jī)砂彘g最大電壓為多少？vB為正極板即磁流體發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)例8．半導(dǎo)體靠自由電子和空穴（可等效為帶+e電量的粒子）導(dǎo)電，分為p型和n型兩種。p型半導(dǎo)體中空穴為多數(shù)載流子；n型半導(dǎo)體中自由電子為多數(shù)載流子。用以下實(shí)驗(yàn)可以判定一塊半導(dǎo)體材料是p型還是n型：將材料放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，通以圖示方向的電流I，用電壓表比較上下兩個(gè)表面的電勢(shì)高低，若上極板電勢(shì)高，就是p型半導(dǎo)體；若下極板電勢(shì)高，就是n型半導(dǎo)體。試分析原因。BIyxzvFzBIyxFvn型：注意：電流方向相同時(shí)，正、負(fù)離子在同一個(gè)磁場(chǎng)中所受洛倫茲力的方向相同，偏轉(zhuǎn)方向相同。四、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中僅受洛倫茲力時(shí)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力充當(dāng)向心力：進(jìn)而可知其半徑公式和周期公式：(一)．帶電粒子在單邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)①粒子的入射角和出射角相等②如果與磁場(chǎng)邊界成夾角θ進(jìn)入，則運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)的弦長(zhǎng)L=2RsinθOBA．rrPθMNBO2θθ(二)．帶電粒子在平行直線邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)①速度較小時(shí)，作半圓運(yùn)動(dòng)后從原邊界飛出；②速度增加為某臨界值時(shí)，粒子作部分圓周運(yùn)動(dòng)其軌跡與另一邊界相切；③速度較大時(shí)粒子作部分圓周運(yùn)動(dòng)后從另一邊界飛出.SBPQ圓心在磁場(chǎng)原邊界上SPQ①速度較小時(shí)，作圓周運(yùn)動(dòng)通過(guò)射入點(diǎn)；②速度增加為某臨界值時(shí)，粒子作圓周運(yùn)動(dòng)其軌跡與另一邊界相切；③速度較大時(shí)粒子作部分圓周運(yùn)動(dòng)后從另一邊界飛出圓心在過(guò)入射點(diǎn)跟邊界垂直的直線上(二)．帶電粒子在平行直線邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)SQQ圓心在過(guò)入射點(diǎn)跟跟速度方向垂直的直線上.①速度較小時(shí)，作圓周運(yùn)動(dòng)通過(guò)射入點(diǎn)；②速度增加為某臨界值時(shí)，粒子作圓周運(yùn)動(dòng)其軌跡與另一邊界相切；③速度較大時(shí)粒子作部分圓周運(yùn)動(dòng)后從另一邊界飛出(二)．帶電粒子在平行直線邊界磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)例9．圖中MN表示真空室中垂直于紙面的平板，它的一側(cè)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一帶電粒子從平板上的狹縫O處以垂直于平板的初速v射入磁場(chǎng)區(qū)域，最后到達(dá)平板上的P點(diǎn)。已知B、v以及P到O的距離l，不計(jì)重力，求此粒子的電荷e與質(zhì)量m之比。MNOPlBv例10．如圖直線MN上方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。正、負(fù)電子同時(shí)從同一點(diǎn)O以與MN成30°角的同樣速度v射入磁場(chǎng)（電子質(zhì)量為m，電荷為e），它們的出射點(diǎn)相距多遠(yuǎn)？出射的時(shí)間差是多少？MNvBO畫好示意圖，找圓心、找半徑和用對(duì)稱。LB

yROθθvv磁偏轉(zhuǎn)⑴穿過(guò)矩形磁場(chǎng)區(qū)。要先畫好輔助線（半徑、速度及延長(zhǎng)線）偏轉(zhuǎn)角sinθ=L/R側(cè)移由R

2=L2+(R-y)2經(jīng)歷時(shí)間注意：這里出射速度的反向延長(zhǎng)線與初速度延長(zhǎng)線交點(diǎn)不再是寬度線段的中點(diǎn)，區(qū)分于拋物線。⑵穿過(guò)圓形磁場(chǎng)區(qū)

。畫好輔助線（半徑、速度、軌跡圓的圓心、連心線）

vrArvAvROθθ偏角：

經(jīng)歷時(shí)間：

注意：由對(duì)稱性，出射線反向延長(zhǎng)必過(guò)磁場(chǎng)圓的圓心五、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1．速度選擇器正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)組成速度選擇器。＋＋＋＋＋＋－－－－－－qEqvBv若v>E/B，則向上偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)過(guò)程速率減??；若v<E/B，則向下偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)過(guò)程速率增大。帶電粒子必須以唯一確定的速度（v=E/B

、方向向右）才能沿直線勻速通過(guò)速度選擇器。否則將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。例11．某帶電粒子從圖中速度選擇器左端由中點(diǎn)O以垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的速度v0向右射去，從右端中心a下方的b點(diǎn)以速度v1射出；若增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B，該粒子將打到a點(diǎn)上方的c點(diǎn)，且有ac=ab，則該粒子帶______電；第二次射出時(shí)的速度為_______。cabv0qEqvB例12．如圖所示，一個(gè)帶電粒子兩次以同樣的垂直于場(chǎng)線的初速度v0分別穿越勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，

場(chǎng)區(qū)的寬度均為L(zhǎng)偏轉(zhuǎn)角度均為α，求E∶BLEαv0BLαv0在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)：

在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)：可以證明：當(dāng)偏轉(zhuǎn)角相同時(shí)側(cè)移必然不同(電場(chǎng)中側(cè)移較大)；當(dāng)側(cè)移相同時(shí)，偏轉(zhuǎn)角必然不同（磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)角較大）2．帶電微粒在重力、電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力共同作用下的運(yùn)動(dòng)（電場(chǎng)、磁場(chǎng)均為勻強(qiáng)場(chǎng)）例13．一個(gè)帶電微粒在圖示的正交勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中在豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。則該帶電微粒必然帶_____，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)開____。若已知圓半徑為r，電場(chǎng)強(qiáng)度為E磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則線速度為_____。BE負(fù)電，帶電微粒在三個(gè)場(chǎng)共同作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。必然是電場(chǎng)力和重力平衡，而洛倫茲力充當(dāng)向心力！逆時(shí)針，v=qBr/m=gBr/E例14．質(zhì)量為m帶電量為q的小球套在豎直放置的絕緣桿上，球與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向如圖所示，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。小球由靜止釋放后沿桿下滑。設(shè)桿足夠長(zhǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)也足夠大，求運(yùn)動(dòng)過(guò)程中小球的最大加速度和最大速度。EBqEqvBmgfN最大加速度為g，此時(shí)有：qvB=qE，N=0，f=0當(dāng)摩擦力和重力大小相等時(shí)，小球速度達(dá)到最大問(wèn)題：若將磁場(chǎng)反向，其余條件不變。最大加速度和最大速度又各是多少？何時(shí)出現(xiàn)？開始的加速度最大為摩擦力等于重力時(shí)速度最大，為EBqEqvBmgfN六、質(zhì)譜儀加速器1．質(zhì)譜儀。可以用來(lái)測(cè)定帶電粒子的荷質(zhì)比。也可以在已知電量的情況下測(cè)定粒子質(zhì)量。

帶電粒子質(zhì)量m，電荷量q，由電壓U加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，設(shè)軌道半徑為r

，有：

帶電粒子質(zhì)量m，電荷量q，以速度v穿過(guò)速度選擇器（電場(chǎng)強(qiáng)度E，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1），垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。設(shè)軌道半徑為r，則有：3．回旋加速器2．直線加速器

一個(gè)工具:磁感線

兩個(gè)作用:安培力F安=IlB

（B⊥I）洛侖茲力f洛=qvB

（B⊥v

）

三個(gè)思路:受力分析運(yùn)動(dòng)分析能量動(dòng)量四個(gè)應(yīng)用:速度選擇器質(zhì)譜儀回旋加速器磁流體發(fā)電機(jī)五個(gè)細(xì)節(jié):立體問(wèn)題模塊問(wèn)題比較問(wèn)題遷移問(wèn)題選擇問(wèn)題^_^81037例:如圖所示，可以自由移動(dòng)的豎直導(dǎo)線中通有向左的電流，不計(jì)通電導(dǎo)線的重力，僅在固定的蹄形磁鐵磁場(chǎng)力作用下，導(dǎo)線將如何移動(dòng)？從上向下看，導(dǎo)線將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)NSI^_^1.核電站的反應(yīng)堆是靠熔化的鈉來(lái)傳遞核燃料棒產(chǎn)生的熱量的.為了避免核泄漏,常用“電磁泵”來(lái)抽送這些高溫金屬液體.下圖表示這種泵的結(jié)構(gòu)，N、S為磁鐵的兩極，c為放在磁場(chǎng)中的耐熱導(dǎo)管，熔融的鈉從其中流過(guò)，鈉液的流動(dòng)方向如圖中速度v所示.要使鈉液加速，加在導(dǎo)管中鈉液的電流方向應(yīng)為:

A.由上而下（a→c）

B.由下而上（c→a）

C.逆著v方向（b→a）

D.順著v方向（a→b）^_^2.如圖所示，有一重力為G的帶電小球，從兩豎直的帶等量異種電荷的平行板電容器的上方高h(yuǎn)處自由落下，兩板間還有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里.則小球在通過(guò)板間的過(guò)程中:A.一定做曲線運(yùn)動(dòng)

B.可能做勻速直線運(yùn)動(dòng)

C.可能做變加速直線運(yùn)動(dòng)

D.機(jī)械能可能不變^_^3.如圖甲所示，一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶電粒子，不計(jì)重力.在a點(diǎn)以某一初速度水平向左射入磁場(chǎng)區(qū)域I，沿曲線abcd運(yùn)動(dòng)，ab、bc、cd都是半徑為R的圓弧.粒子在每段圓弧上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間都為t.規(guī)定由紙面垂直向外的磁感應(yīng)強(qiáng)度為正，則磁場(chǎng)區(qū)域I,II,

III三部分的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨x變化的關(guān)系可能是乙圖中的:

^_^4.一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定.導(dǎo)線中通有電流，方向如圖中箭頭所示.當(dāng)沒有磁場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)線呈直線狀態(tài)；當(dāng)分別加上方向豎直向上、水平向右或垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個(gè)圖示中正確的是:^_^5.如圖所示的四種情況，通電導(dǎo)體均置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其中通電導(dǎo)線受安培力的是:^_^II6.地球大氣層外部有一層復(fù)雜的電離層，既分布有地磁場(chǎng)，也分布有電場(chǎng),假設(shè)某時(shí)刻在該空間中有一小區(qū)域存在如圖所示的電場(chǎng)和磁場(chǎng)；電場(chǎng)的方向在紙面內(nèi)斜向左下方，磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里.此時(shí)一帶電宇宙粒子，恰以速度v垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)射入該區(qū)域，不計(jì)重力作用，則在該區(qū)域中，有關(guān)該帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況可能的是:A.仍作直線運(yùn)動(dòng)

B.立即向左下方偏轉(zhuǎn)

C.立即向右上方偏轉(zhuǎn)

D.可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)^_^7.北半球某處，地磁場(chǎng)水平分量B1=0.8×10－4T，豎直分量B2=0.5×10－4T，海水向北流動(dòng).海洋工作者測(cè)量海水的流速時(shí)，將兩極板插入此處海水中，保持兩極板正對(duì)且垂線沿東西方向，兩極板相距d=20m，如圖所示.與兩極板相連的電壓表(可看作理想電壓表)示數(shù)為U=0.2mV，則：

A.西極板電勢(shì)高，東極板電勢(shì)低

B.西極板電勢(shì)低，東極板電勢(shì)高

C.海水的流速大小為0.125m/s

D.海水的流速大小為0.2m/s^_^8.帶電粒子以速度v沿CB方向點(diǎn)射入一橫截面為正方形的區(qū)域，C、B均為該正方形兩邊的中點(diǎn)，不計(jì)粒子的重力.當(dāng)區(qū)域內(nèi)有平行紙面的豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)E時(shí)，粒子從A點(diǎn)飛出，所用時(shí)間為t1，當(dāng)區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B時(shí)，粒子也從A點(diǎn)飛出，所用時(shí)間為t2，則下列說(shuō)法正確的是:

A.t1<t2

B.t1>t2

C.D.^_^9.真空中存在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一質(zhì)量為m，帶電量為的物體以速度在豎直平面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，假設(shè)t=0時(shí)刻物體在軌跡最低點(diǎn)且重力勢(shì)能為零，電勢(shì)能也為零，那么，下列說(shuō)法正確的是:A.物體帶正電且逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

B.物體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，機(jī)械能守恒，且機(jī)械能為

C.物體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，重力勢(shì)能隨時(shí)間的變化關(guān)系為

D.物體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，電勢(shì)能隨時(shí)間的變化關(guān)系為^_^10.某塑料球成型機(jī)工作時(shí)，可以噴出速度v0=10m/s的塑料小球，已知噴出的每個(gè)小球的質(zhì)量m=1.0×10-4kg，并且在噴出時(shí)已帶了q=－1.0×10-4C的電荷量.如圖所示，小球從噴口飛出后，先滑過(guò)長(zhǎng)d=1.5m的水平光滑的絕緣軌道，而后又過(guò)半徑R=0.4m的圓弧形豎立的光滑絕緣軌道.今在水平軌道上方加上水平