1、磁 場,第一部分 磁場的基本概念,1、磁場的產(chǎn)生,磁體的周圍存在磁場（與電場一樣是一種特殊物質）,電流周圍存在磁場,奧斯特實驗,南北放置,導線通電后發(fā)生偏轉,電流產(chǎn)生磁場,電荷運動產(chǎn)生磁場,2、磁場的基本性質,對放入其中的磁體、電流有力的作用,磁體對電流的作用,電流對電流的作用,3、磁體間相互作用的本質,4、磁現(xiàn)象的電本質,安培分子電流假說：,在原子、分子等物質微粒內(nèi)部存在一種環(huán)形電流分子電流，分子電流使每個物質微粒都成為微小的磁體，它的兩側相當于兩個磁極。,解釋磁化、消磁現(xiàn)象,不顯磁性,顯磁性,總結：一切磁現(xiàn)象都是由電荷的運動產(chǎn)生的,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

2、磁針靜止時N極所指的方向！,6、磁感線,用來形象地描述磁場中各點的磁場方向和強弱的假想曲線,磁感線上每一點的切線方向就是該點的磁場方向，即小磁針N極在該點的受力方向或靜止時的指向,磁感線的疏密表示磁場的強弱,磁感線是封閉曲線（和靜電場的電場線不同）,幾種磁場的磁感線,條形磁鐵,蹄形磁鐵,通電直導線,判斷方法：,立體圖,縱截面圖,橫截面圖,環(huán)形電流,判斷方法：,立體圖,縱截面圖,橫截面圖,通電螺線管,判斷方法,橫截面圖,縱截面圖,地磁場,7、磁感應強度,描述磁場的強弱與方向的物理量,定義：在磁場中垂直磁場方向的通電導線，受到的安培力跟電流和導線長度的乘積的比值。,矢量：方向為該點的磁場方向，即通

3、過該點的磁感線的切線方向,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,方向：左手定則,磁場方向,判斷下列通電導線的受力方向,安培力方向,判斷下列導線的電流方向或磁場方向或受力方向,大小,F=BIL,BI,如BI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=BILsin,B與I的夾角,2、通電導線在安培力作用下運動的定性判斷,3、電流在安培力作用下的定量計算問題,例1：如圖，相距20cm的兩根光滑平行銅導軌，導軌平面傾角為=370，上面放著質量為80g的金屬桿ab，整個裝置放在B=0.2T的勻強磁場中.

4、(1)若磁場方向豎直向下，要使金屬桿 靜止在導軌上，必須通以多大的電流. (2)若磁場方向垂直斜面向下，要使金 屬桿靜止在導軌上，必須通以多大的電流。,例2：如圖所示，有一金屬棒ab，質量為m = 5g，電阻R = 1，可以無摩擦地在兩條平行導軌上滑行。導軌間距離為d = 10cm，電阻不計。導軌平面與水平面的夾角=30，整個裝置放在磁感應強度B = 0.4T的勻強磁場中，磁場方向豎直向上。電源的電動勢E = 2V，內(nèi)電阻r = 0.1，試求變阻器取值是多少時，可使金屬棒靜止在導軌上。,例3：在磁感應強度B = 0.08T，方向豎直向下的勻強磁場中，一根長l1 = 20cm，質量m = 24g

5、的金屬橫桿水平地懸掛在兩根長均為24cm的輕細導線上，電路中通以圖示的電流，電流強度保持在2.5A，橫桿在懸線偏離豎直位置=30處時由靜止開始擺下，求橫桿通過最低點的瞬時速度大小。,4、電流表的工作原理,構造：由輻向均勻分布的磁場和放入其中的可轉動的線圈組成。（如圖）,工作原理,線圈中有電流時，受磁場力的作用而轉動，當磁場力矩與彈簧的扭轉力矩相等時，線圈停止轉動；且有I，因此由電流表指針的偏轉角度可得電流大小，且電流表刻度是均勻的。,第三部分 磁場對運動電荷的作用,一、洛侖茲力,磁場對運動電荷的作用力,1、大?。篎洛=Bqv（v為電荷相對B的速度）,當Bv時，電荷不受洛侖茲力,當Bv時，電荷所

6、受洛侖茲力最大,當B與v成角時，F(xiàn)洛=Bqvsin,2、方向：用左手定則判斷,注意：四指的方向為正電荷的運動方向，或負電荷運動的反方向。,3、特點：洛侖茲力始終與電荷運動方向垂直，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、運動方向與磁場方向垂直，做勻速圓周運動,洛侖茲力提供向心力,軌道半徑：,二、帶電粒子（不計重力）在勻強磁場中的運動,1、運動方向與磁場方向平行，做勻速直線運動,圓心、半徑、運動時間的確定,圓心的確定,a、兩個速度方向垂直線的交點。（常用在有界磁場的入射與出射方向已知的情況

7、下）,隨堂： 步步高P184應用2-1,O,b、一個速度方向的垂直線和一條弦的中垂線的交點,O,半徑的確定,應用幾何知識來確定！,運動時間：,粒子在磁場中運動的角度關系,例1、如圖所示帶正電的粒子以速度v垂直磁場邊界進入勻強磁場，試分析粒子的運動情況。,若粒子進入磁場的速度方向與邊界成 角，則運動情況又將如何？ (單邊界),練1 如圖所示，在y0的區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場，磁場方向垂直于xy平面并指向紙面外，磁感應強度為B。一帶正電的粒子以速度v0從O點射入磁場，入射方向在xy平面內(nèi)，與x軸正向的夾角為。若粒子射出磁場時的位置與O點的距離為L，求該粒子的電量和質量之比q/m。,練2一個負離子，質量為

8、m，電量大小為q，以速率v垂直于屏S經(jīng)過小孔O射入存在著勻強磁場的真空室中，如圖所示。磁感應強度B的方向與離子的運動方向垂直，并垂直于圖中紙面向里. （1）求離子進入磁場后到達屏S上時的位置與O點的距離. （2）如果離子進入磁場后經(jīng)過時間t到達位置P，證明:直線OP與離子入射方向之間的夾角跟t的關系是=qBt/2m。,例2、垂直紙面向外的勻強磁場僅限于寬度為d的條形區(qū)域內(nèi)，磁感應強度為B一個質量為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點垂直飛入磁場區(qū)，如圖所示，當它飛離磁場區(qū)時，運動方向偏轉角試求粒子的運動速度v以及在磁場中運動的時間t(雙邊界),應用 釷核 發(fā)生衰變生成鐳核 并

9、放出一個粒子。設該粒子的質量為m、電荷量為q，它進入電勢差為U的帶窄縫的平行平板電極S1和S2間電場時，其速度為v0，經(jīng)電場加速后，沿0 x方向進入磁感應強度為B、方向垂直紙面向外的有界勻強磁場，ox垂直平板電極S2，當粒子從p點離開磁場時，其速度方向與ox方向的夾角=60，如圖所示，整個裝置處于真空中。 （1）寫出釷核衰變方程； （2）求粒子在磁場中沿圓弧運動的軌道半徑R； （3）求粒子在磁場中運動所用時間t。,應用 電視機的顯像管中，電子束的偏轉是用磁偏轉技術實現(xiàn)的。電子束經(jīng)過電壓為U的加速電場后，進入一圓形勻強磁場區(qū)，如圖所示。磁場方向垂直于圓面。磁場區(qū)的中心為O，半徑為r。當不加磁場時

10、，電子束將通過O點而打到屏幕的中心M點。為了讓電子束射到屏幕邊緣P，需要加磁場，使電子束偏轉一已知角度，此時磁場的磁感應強度B應為多少？,例3：如圖所示，在一環(huán)行區(qū)域內(nèi)存在著垂直紙面向里的勻強磁場，在圓心O點處有一靜止的鐳核(22688Ra)，鐳核 (22688Ra)放出一個粒子后變成氡核(22286Rn)，已知鐳核在衰變過程中有5.6510-12J能量轉化為它們的動能。粒子進入磁場后受到洛侖茲力的大小為2.2210-11N。 (1)試寫出鐳核衰變成氡核的核反應方程 (2)分別求出粒子和氡核的動能 (3)分別求出粒子和氡核進入磁場后的偏轉半徑 (4)若內(nèi)圓半徑r=1.2m，要使它們不飛出外圓，

11、外圓的最小半徑必須為多大?（圓環(huán)形邊界）,例1、如圖所示，在x軸上方有垂直于xOy平面向里的勻強磁場，磁感應強度為B；在x軸下方有沿y軸負方向的勻強電場，場強為E.一質量為m，電量為-q的粒子從坐標原點O沿著y軸正方向射出.射出之后第三次到達x軸時，它與點O的距離為L.求此粒子射出時的速度v和運動的總路程s（不計重力）.,第四部分 帶電粒子在復合場中的運動,1、復合場是指電場、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動時要考慮電場力、洛侖茲力和重力或其中某兩種力的作用。,2、帶電粒子在復合場中的運動問題實際上是一個力學問題。應根據(jù)研究力學問題的思路運用力學規(guī)律求解。,例2、如

12、圖，在xoy平面內(nèi)，第I象限內(nèi)有勻強電場，場強大小為E，方向沿y軸正方向，在x軸正下方有勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向里，今有一質量為m，電量為e的電子（不計重力），從y軸上的P點以初速度v0垂直于電場方向進入電場，經(jīng)電場偏轉后，沿著與x軸成450進入磁場，并能返回原出發(fā)點P。 （1）說明電子的運動情況，并作出電子運動軌跡的示意圖； （2）求P點離坐標原點的距離h； （3）電子從P點出發(fā)經(jīng)過多長時間第一次返回到P點？,450,450,例3、如圖，兩個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

13、行于軸線方向的均勻磁場，磁感應強度的大小為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點出發(fā)，初速為零.當該粒子經(jīng)過一段時間的運動之后恰好又回到出發(fā)點S，則兩電極之間的電壓U應是多少?（不計重力，整個裝置在真空中.）,例4、如圖所示，在相互垂直的水平勻強電場和水平勻強磁場中，有一豎直固定絕緣桿MN，小球P套在桿上，已知P的質量為m，電量為q,P與桿間的動摩擦因數(shù)為，電場強度為E，磁感應強度為B，小球由靜止起開始下滑，設電場、磁場區(qū)域足夠大，桿足夠長，求： （1）當下滑加速度為最大加速度一半時的速度. （2）當下滑速度為

14、最大下滑速度一半時的加速度,解：（1）小球剛開始下滑時速度較小，qvBqE受力分析如圖所示,由牛頓第二定律得： mg-(qE-qvB)=ma ,當qvB=qE時 a達最大為amg,隨v的增大，qvBqE，小球受力如圖所示:,則：mg-(qvB-qE)=ma ,將ag/2分別代入式和式解得在a達到am之前，速度為,當a達到am后，當ag/2時，速度為,其中v1存在是有條件的，只有mg2q時，在a增加階段才有ag/2可能,(2) : 在a達到am后，隨著v增大，a減小，當a0時vvm，由式可得:,設在a達am之前有vvm，則由式解得此時加速度為 :,因mgEq，故ag，這與題設相矛盾，說明在aam

15、之前不可能有v= vm/2 顯然ag，符合題意,將v=vm/2代入式解得,3、帶電粒子在復合場中運動的典型問題,（1）、質譜儀,（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、電磁流量計、霍爾效應（磁強計）,例 下圖是測量帶電粒子質量的儀器工作原理示意圖，設法使某有機化合物的氣態(tài)分子導入圖中所示的容器A中，使它使受到電子束轟擊，失去一個電子變成為正一價的分子離子。 分子離子從狹縫s1以很小的速度進入電壓U的加速電場區(qū)（初速不計），加速后，再通過狹縫s2、s3 射入磁感強度為B的勻強磁場，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

16、平行于狹縫s3的細線，若測得細線到狹縫s3的距離為d，導出分子離子的質量m的表達式。,任何一個存在正交電場的磁場的空間都可看作速度選擇器,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、質量無關。（不計重力）,如圖所示，在平行金屬板間有勻強電場和勻強磁場，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),例 湯姆生用來測定電子的比荷(電子的電荷量與質量之比)的實驗裝置如圖所示，真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子(不計初速、重力和電子間的相互作用)經(jīng)加

17、速電壓加速后，穿過A中心的小孔沿中心軸O1O的方向進入到兩塊水平正對放置的平行極板P和P間的區(qū)域當極板間不加偏轉電壓時，電子束打在熒光屏的中心O點處，形成了一個亮點；加上偏轉電壓U后，亮點偏離到O點，(O與O點的豎直間距為d，水平間距可忽略不計此時，在P和P間的區(qū)域，再加上一個方向垂直于紙面向里的勻強磁場調(diào)節(jié)磁場的強弱，當磁感應強度的大小為B時，亮點重新回到O點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點的電子速度的大小。 (2)推導出電子的比荷的表達式,回旋加速器,磁流體發(fā)電機、電磁流量計、霍爾效應（磁強計）,磁流體發(fā)電機,進入

18、磁場的粒子帶正、負電荷,當Eq=Bqv時兩板間電勢差達到最大,電磁流量計,流動的導電液體含有正、負離子,U=Bdv,流量指單位時間內(nèi)流過的體積：Q=Sv,當液體內(nèi)的自由電荷所受電場力與洛侖茲力相等時，a、b間的電勢差穩(wěn)定。,霍爾效應（磁強計）,導體中通過電流時，在運動的電荷為電子，帶負電；,當電子所受電場力與洛侖茲力相等時，導體上、下側電勢差穩(wěn)定。,例 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，在導體板的上側面A和下側面A之間會產(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 和 B 的關系為 U=KIB/d,式中的比例系數(shù)K稱為霍爾系數(shù)。霍爾效應可解釋如下：外部磁場的洛侖茲力使運動的電子聚集在導體板的一側，在導體板的另一側會出現(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。當靜電子與洛侖茲力達到平衡時，導體上下兩側之間就會形成穩(wěn)定的電勢差