磁場w_zaiyun知識(shí)結(jié)構(gòu)磁場磁場的產(chǎn)生永磁體磁場電流磁場直線電流磁場通電螺線管磁場定義：B=F/IL單位:特（T）矢量性：B的方向即磁場方向；B、F、L的方向關(guān)系由左手定則確定。磁感線意義：①磁感線的疏密表示磁場強(qiáng)弱；②磁感線的切線方向表示磁場方向。安培力F=BIL方向：左手定則洛侖茲力f=BqV方向：左手定則帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)只受洛侖力，且B⊥v時(shí)有：Bqv=mv2/RR=mv/Bq;T=2πm/Bq磁感強(qiáng)度磁場的性質(zhì)第一部分磁場的基本概念1、磁場的產(chǎn)生⑴磁體的周圍存在磁場（與電場一樣是一種特殊物質(zhì)）⑵電流周圍存在磁場奧斯特實(shí)驗(yàn)?zāi)媳狈胖脤?dǎo)線通電后發(fā)生偏轉(zhuǎn)電流產(chǎn)生磁場電荷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磁場2、磁場的基本性質(zhì)對放入其中的磁體、電流有力的作用同名磁極相互排斥異名磁極相互吸引⑴⑵磁體對電流的作用⑶電流對電流的作用5、磁場的方向：規(guī)定為小磁針N極在磁場中的受力方向。或小磁針靜止時(shí)N極所指的方向！6、磁感線⑴用來形象地描述磁場中各點(diǎn)的磁場方向和強(qiáng)弱的假想曲線⑵磁感線上每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場方向，即小磁針N極在該點(diǎn)的受力方向或靜止時(shí)的指向⑶磁感線的疏密表示磁場的強(qiáng)弱⑷磁感線是封閉曲線（和靜電場的電場線不同）⑸幾種磁場的磁感線①條形磁鐵②蹄形磁鐵③通電直導(dǎo)線判斷方法：立體圖縱截面圖橫截面圖④環(huán)形電流判斷方法：立體圖縱截面圖橫截面圖⑤通電螺線管判斷方法電流安培定則（二）立體圖橫截面圖縱截面圖⑥地磁場第二部分磁場對電流的作用力磁電式儀表1、磁場對電流的作用力安培力⑴方向：左手定則磁場方向電流方向電流方向判斷下列通電導(dǎo)線的受力方向安培力方向判斷下列導(dǎo)線的電流方向或磁場方向或受力方向⑵大小F=BILB⊥I如B∥I則F=0如B與I成任意角則把L投影到與B垂直和平行的方向上與B垂直的為有效L為在磁場中的有效長度F=BILsinθB與I的夾角2、通電導(dǎo)線在安培力作用下運(yùn)動(dòng)的定性判斷3、電流在安培力作用下的定量計(jì)算問題例1：如圖，相距20cm的兩根光滑平行銅導(dǎo)軌，導(dǎo)軌平面傾角為θ=370，上面放著質(zhì)量為80g的金屬桿ab，整個(gè)裝置放在B=0.2T的勻強(qiáng)磁場中.(1)若磁場方向豎直向下，要使金屬桿靜止在導(dǎo)軌上，必須通以多大的電流.(2)若磁場方向垂直斜面向下，要使金屬桿靜止在導(dǎo)軌上，必須通以多大的電流。例2：如圖所示，有一金屬棒ab，質(zhì)量為m=5g，電阻R=1Ω，可以無摩擦地在兩條平行導(dǎo)軌上滑行。導(dǎo)軌間距離為d=10cm，電阻不計(jì)。導(dǎo)軌平面與水平面的夾角θ=30°，整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4T的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向豎直向上。電源的電動(dòng)勢E=2V，內(nèi)電阻r=0.1Ω，試求變阻器取值是多少時(shí)，可使金屬棒靜止在導(dǎo)軌上。例3：在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.08T，方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，一根長l1=20cm，質(zhì)量m=24g的金屬橫桿水平地懸掛在兩根長均為24cm的輕細(xì)導(dǎo)線上，電路中通以圖示的電流，電流強(qiáng)度保持在2.5A，橫桿在懸線偏離豎直位置θ=30°處時(shí)由靜止開始擺下，求橫桿通過最低點(diǎn)的瞬時(shí)速度大小。Bhs例4：如圖所示，兩根平行光滑軌道水平放置，相互間隔d=0.1m，質(zhì)量為m=3g的金屬棒置于軌道一端.勻強(qiáng)磁場B=0.1T，方向豎直向下，軌道平面距地面高度h=0.8m，當(dāng)接通開關(guān)S時(shí)，金屬棒由于受磁場力作用而被水平拋出，落地點(diǎn)水平距離s=2m，求接通S瞬間，通過金屬棒的電量.第三部分磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用一、洛侖茲力磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力1、大小：F洛=qvB（v為電荷相對B的速度）當(dāng)B∥v時(shí)，電荷不受洛侖茲力當(dāng)B⊥v時(shí)，電荷所受洛侖茲力最大當(dāng)B與v成θ角時(shí)，F(xiàn)洛=Bqvsinθ2、方向：用左手定則判斷F洛+v注意：四指的方向?yàn)檎姾傻倪\(yùn)動(dòng)方向，或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向。3、特點(diǎn)：洛侖茲力始終與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直，只改變速度的方向，而不改變速度的大小，所以洛侖茲力不做功。4、洛侖茲力與安培力的關(guān)系洛侖茲力是安培力的微觀表現(xiàn)，安培力是洛侖茲力的宏觀體現(xiàn)2、運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向垂直，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)⑴洛侖茲力提供向心力:⑵軌道半徑：⑶周期：與v、r無關(guān)二、帶電粒子（不計(jì)重力）在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)1、運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向平行，做勻速直線運(yùn)動(dòng)⑷圓心、半徑、運(yùn)動(dòng)時(shí)間的確定①圓心的確定a、兩個(gè)速度方向垂直線的交點(diǎn)。（常用在有界磁場的入射與出射方向已知的情況下）VOb、一個(gè)速度方向的垂直線和一條弦的中垂線的交點(diǎn)O②半徑的確定應(yīng)用幾何知識(shí)來確定！③運(yùn)動(dòng)時(shí)間：αθθvvφoc、粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的角度關(guān)系例1、如圖所示帶正電的粒子以速度v垂直磁場邊界進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，試分析粒子的運(yùn)動(dòng)情況。vv若粒子進(jìn)入磁場的速度方向與邊界成θ角，則運(yùn)動(dòng)情況又將如何？(單邊界)例2、垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場僅限于寬度為d的條形區(qū)域內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B．一個(gè)質(zhì)量為m、電量為q的粒子以一定的速度垂直于磁場邊界方向從a點(diǎn)垂直飛入磁場區(qū)，如圖所示，當(dāng)它飛離磁場區(qū)時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向偏轉(zhuǎn)θ角．試求粒子的運(yùn)動(dòng)速度v以及在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t．(雙邊界)應(yīng)用

釷核發(fā)生衰變生成鐳核并放出一個(gè)粒子。設(shè)該粒子的質(zhì)量為m、電荷量為q，它進(jìn)入電勢差為U的帶窄縫的平行平板電極S1和S2間電場時(shí)，其速度為v0，經(jīng)電場加速后，沿0x方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向外的有界勻強(qiáng)磁場，ox垂直平板電極S2，當(dāng)粒子從p點(diǎn)離開磁場時(shí)，其速度方向與ox方向的夾角θ=60°，如圖所示，整個(gè)裝置處于真空中。（1）寫出釷核衰變方程；（2）求粒子在磁場中沿圓弧運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R；（3）求粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)所用時(shí)間t。例1、如圖所示，在x軸上方有垂直于xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B；在x軸下方有沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)為E.一質(zhì)量為m，電量為-q的粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿著y軸正方向射出.射出之后第三次到達(dá)x軸時(shí)，它與點(diǎn)O的距離為L.求此粒子射出時(shí)的速度v和運(yùn)動(dòng)的總路程s（不計(jì)重力）.第四部分帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)1、復(fù)合場是指電場、磁場、重力場并存，或其中某兩種場并存，帶電粒子在這些場中運(yùn)動(dòng)時(shí)要考慮電場力、洛侖茲力和重力或其中某兩種力的作用。2、帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)問題實(shí)際上是一個(gè)力學(xué)問題。應(yīng)根據(jù)研究力學(xué)問題的思路運(yùn)用力學(xué)規(guī)律求解。例2、如圖，在xoy平面內(nèi)，第I象限內(nèi)有勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小為E，方向沿y軸正方向，在x軸正下方有勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里，今有一質(zhì)量為m，電量為e的電子（不計(jì)重力），從y軸上的P點(diǎn)以初速度v0垂直于電場方向進(jìn)入電場，經(jīng)電場偏轉(zhuǎn)后，沿著與x軸成450進(jìn)入磁場，并能返回原出發(fā)點(diǎn)P。（1）說明電子的運(yùn)動(dòng)情況，并作出電子運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖；（2）求P點(diǎn)離坐標(biāo)原點(diǎn)的距離h；（3）電子從P點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過多長時(shí)間第一次返回到P點(diǎn)？EBxyov0P450450例3、如圖，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a、b、c和d，外筒的外半徑為r0.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，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B.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m、帶電量為+q的粒子，從緊靠內(nèi)筒且正對狹縫a的S點(diǎn)出發(fā)，初速為零.當(dāng)該粒子經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)之后恰好又回到出發(fā)點(diǎn)S，則兩電極之間的電壓U應(yīng)是多少?（不計(jì)重力，整個(gè)裝置在真空中.）oabcd+qs例4、如圖所示，在相互垂直的水平勻強(qiáng)電場和水平勻強(qiáng)磁場中，有一豎直固定絕緣桿MN，小球P套在桿上，已知P的質(zhì)量為m，電量為q,P與桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，電場強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，小球由靜止起開始下滑，設(shè)電場、磁場區(qū)域足夠大，桿足夠長，求：（1）當(dāng)下滑加速度為最大加速度一半時(shí)的速度.（2）當(dāng)下滑速度為最大下滑速度一半時(shí)的加速度3、帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)的典型問題（1）、質(zhì)譜儀（2）、速度選擇器（3）、加速器（直線加速器、回旋加速器）（4）、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)、霍爾效應(yīng)（磁強(qiáng)計(jì)）例下圖是測量帶電粒子質(zhì)量的儀器工作原理示意圖，設(shè)法使某有機(jī)化合物的氣態(tài)分子導(dǎo)入圖中所示的容器A中，使它使受到電子束轟擊，失去一個(gè)電子變成為正一價(jià)的分子離子。分子離子從狹縫s1以很小的速度進(jìn)入電壓U的加速電場區(qū)（初速不計(jì)），加速后，再通過狹縫s2、s3

射入磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，方向垂直于磁場區(qū)的界面PQ。最后，分子離子打到感光片上，形成垂直于紙面且平行于狹縫s3的細(xì)線，若測得細(xì)線到狹縫s3的距離為d，導(dǎo)出分子離子的質(zhì)量m的表達(dá)式。PAdUBS1S2S3感光片①任何一個(gè)存在正交電場的磁場的空間都可看作速度選擇器②速度選擇器只選擇速度而不選擇粒子的種類，只要v=E/B，粒子就能沿直線勻速通過選擇器，而與粒子的電性、電荷量、質(zhì)量無關(guān)。（不計(jì)重力）★如圖所示，在平行金屬板間有勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，方向如圖，有一束正電荷沿中心線方向水平射入，卻分成三束分別由a、b、c三點(diǎn)射出，問可以確定的是這三束帶電粒子的什么物理量不相同?(重力不計(jì))例湯姆生用來測定電子的比荷(電子的電荷量與質(zhì)量之比)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子(不計(jì)初速、重力和電子間的相互作用)經(jīng)加速電壓加速后，穿過A'中心的小孔沿中心軸O1O的方向進(jìn)入到兩塊水平正對放置的平行極板P和P'間的區(qū)域．當(dāng)極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí)，電子束打在熒光屏的中心O點(diǎn)處，形成了一個(gè)亮點(diǎn)；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點(diǎn)偏離到O'點(diǎn)，(O'與O點(diǎn)的豎直間距為d，水平間距可忽略不計(jì)．此時(shí)，在P和P'間的區(qū)域，再加上一個(gè)方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場．調(diào)節(jié)磁場的強(qiáng)弱，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時(shí)，亮點(diǎn)重新回到O點(diǎn)．已知極板水平方向的長度為L1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L2(如圖所示)．

(1)求打在熒光屏O點(diǎn)的電子速度的大小。

(2)推導(dǎo)出電子的比荷的表達(dá)式回旋加速器◆磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)、霍爾效應(yīng)（磁強(qiáng)計(jì)）磁流體發(fā)電機(jī)①進(jìn)入磁場的粒子帶正、負(fù)電荷②當(dāng)Eq=Bqv時(shí)兩板間電勢差達(dá)到最大電磁流量計(jì)①流動(dòng)的導(dǎo)電液體含有正、負(fù)離子U=Bdv②流量指單位時(shí)間內(nèi)流過的體積：Q=Sv③當(dāng)液體內(nèi)的自由電荷所受電場力與洛侖茲力相等時(shí)，a、b間的電勢差穩(wěn)定?；魻栃?yīng)（磁強(qiáng)計(jì)）①導(dǎo)體中通過電流時(shí)，在運(yùn)動(dòng)的電荷為電子，帶負(fù)電；②當(dāng)電子所受電場力與洛侖茲力相等時(shí)，導(dǎo)體上、下側(cè)電勢差穩(wěn)定。例如圖所示，厚度為h、寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中。當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A′之間會(huì)產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)磁場不太強(qiáng)時(shí)，電勢差U、電流I和B的關(guān)系為U=KIB/d,式中的比例系數(shù)K稱為霍爾系數(shù)?；魻栃?yīng)可解釋如下：外部磁場的洛侖茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場對電子施加與洛侖茲力方向相反的靜電力。當(dāng)靜電子與洛侖茲力達(dá)到平衡時(shí)，導(dǎo)體上下兩側(cè)之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢差。設(shè)電流I是由電子的定向流動(dòng)形成的，電子的平均定向速度為v，電量為e。回答下列問題：（1）達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢_____下側(cè)面的電勢（填高于、低于或等于）。（2）電子所受洛侖茲力的大小為______。（3）當(dāng)導(dǎo)體板上