2013年高考物理 磁场.doc

第 十 一 章 磁 场一、磁场基本知识 1、磁场的产生（1）磁极周围有磁场。（2）电流周围有磁场（奥斯特实验）。 （3）变化的电场在周围空间产生磁场（麦克斯韦）。2、磁场的基本性质磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用（对磁极一定有力的作用；对电流只是可能有力的作用，当电流和磁感线平行时不受磁场力作用）注意：（1）磁极受力方向与磁场方向共线，电流受力方向与磁场方向垂直； （2）“同名磁极排斥，异名磁极吸引”只适用于外部磁场，无论外部磁场还是内部磁场，小磁针的N极受力方向总是与磁感线方向一致（S极受力方向与磁感线方向相反）3、磁感应强度 （条件是匀强磁场中，或L很小，并且LB ）。 磁感应强度是矢量。单位是特斯拉，符号为T，1T=1N/(Am)=1kg/(As2)4、磁感线 （1）用来形象地描述磁场中各点的磁场方向和强弱的曲线。磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向，也就是在该点小磁针静止时N极的指向。磁感线的疏密表示磁场的强弱。（2）磁感线是封闭曲线（和静电场的电场线不同），在磁极外部NS，内部SN。地磁场说明：“磁场的方向、磁感应强度的方向、磁感线的切线方向、小磁针北极受力方向”这四个方向是一致的；注意：地磁场不是匀强磁场！但在不太大的空间范围，地磁场可近似视为匀强磁场。 5、电流的磁场 安培定则（右手螺旋定则）直电流：大拇指与电流方向一致，四个弯曲手指指向电流激发的磁场的方向环形电流：大拇指指向中心轴线上的磁感线方向，亦即指向“小磁针”的北极通电螺线管：大拇指指向为螺线管内部的磁感线方向，亦即“条形磁铁”的北极SN说明：磁场遵循叠加原理。由直电流的磁场理解环形电流磁场的形成，由环形电流的磁场理解通电螺线管磁场的形成。问：若认为地磁场是由于地球带电形成的，则地球带正电还是负电？（关键点：地球自西向东转、地球内部的磁场方向由地理N极指向地理S极） 6、磁场对电流的作用力安培力IB时，F0，IB时，FmBIL 电流不受磁场力作用并不意味着不存在磁场方向：左手定则电流与磁场可以不垂直，但安培力一定既与电流垂直也与磁场垂直，亦即垂直于电流与磁场所在的平面。结论：同向电流相吸，异向电流相斥说明：研究环形电流的整体受力特征时，常将其视为小磁针磁力矩：磁场力对某转轴的力矩O例：如图，某矩形线框面积为S，线框位于磁感应强度为B的匀强磁场中，可绕与磁场垂直的轴OO自由转动，磁场与线框夹角为。现在线框中通入电流强度为I的电流，问：沿OO看去，线框将怎样旋转？线框在图示位置所受磁场力的合力及其合力矩为多少？并讨论00、900两种特殊情况下的结果。小结：（1）知识F平行于轴时无转动效果，计算合力矩时需比较的是力的转动方向而不是力本身的方向；（2）结论合力始终为零，轴垂直于B时，MNBISO7、磁场对运动电荷的作用力洛仑兹力 磁场对电荷不一定有磁场力作用，静止电荷、速度与磁场平行的电荷不受磁场力作用。当VB时，fBqV方向：左手定则 四手指指向电流方向，但不一定是运动方向； 洛仑兹力始终垂直于磁场、垂直于速度，洛仑兹力不会做功，不会改变速度的大小（但速度大小可以因其它力而改变）注意：洛仑兹力的大小随V大小而改变，洛仑兹力方向随V方向而改变。说明：安培力是洛仑兹力的宏观表现，可由IB时FBIL导出VB时，fBqVIBF安F如图所示，整个导线受到的磁场力（安培力）为F安 =BIL；其中I=nqsv，n表示单位体积内含有的自由电荷数目，q表示电荷电量，S表示导体横截面积，V表示定向移动速度；长为L的导线中共有N=nsL个自由电子；每个电子受的磁场力为f，则F安=Nf。由以上四式可得f=qvB。条件是v与B垂直。当v与B成角时，f=qvBsin。 8、带电粒子只受磁场力作用在磁场中的运动带电粒子平行入射磁场，不受洛仑兹力，（其它力忽略）做匀速直线运动。带电粒子垂直入射磁场，在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动，轨道与速度相切，轨道平面与磁场垂直。可以证明： V越大时r越大（mv动量，荷质比的倒数） 与V、r无关 数值上等于每秒转过的角度注意：（1）熟练掌握与圆周有关的数学知识，如弦的中垂线过圆心、弦切角与圆心角的关系等；（2）既然是匀速圆周运动，所以任意一段时间问：在匀强电场中，带电粒子只受电场力作用，是否可能做圆周运动？你能否举例说明只受电场力作用下做圆周运动的现象？二、磁场问题举例由于安培力、洛仑兹力与电流方向、磁场方向垂直，因此三个方向不共面，常需要空间想象能力，还应善于画出便于研究的平面图。1、平衡问题 “我的老师279页例2” “我的老师282页新情景题3”2、瞬间冲量问题Bhs例 如图所示，质量为m的铜棒搭在U形导线框右端，棒长和框宽均为L，磁感应强度为B的匀强磁场方向竖直向下。电键闭合后，在磁场力作用下铜棒被平抛出去，下落h后落在水平面上，水平位移为s。求闭合电键后通过铜棒的电荷量Q。3、动能定理的运用 带电粒子既受洛仑兹力，也受重力、电场力作用时，通常做轨迹复杂的曲线运动，可由动能定理求速度大小，但不能确定速度方向。4、圆周运动 找圆心、求半径，相关几何知识的熟练运用，适当画出辅助线，常常是解决问题的关键。 除了洛仑兹力外，带电粒子还受到其它力作用，但其它力抵消，相当于只受洛仑兹力，也是带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的一种类型。 “我的老师287页新情景题1” abyx0V补充1 一带电质点，质量为m，电量为q，以平行于OX轴的速度V从y轴上的a点射入图中第一象限所示的区域，为了使该质点能从X轴上的b点以垂直于OX轴的速度V射出，可在适当的地方加一个垂直于xy平面、磁感应强度为B的匀强磁场。若此磁场仅分布在一个圆形区域内，试求这圆形磁场区域的最小半径。5、空间想象能力 “我的老师285页例1”6、注意比较电场力与磁场力的异同及带电粒子在匀强电场、匀强磁场中运动的异同 电场力与电场方向共线，洛仑兹力与磁场方向垂直；带电粒子在匀强电场中所受电场力是恒力，运动方式之一是做类平抛运动，处理方法是分运动思想，带电粒子在匀强磁场中运动方式之一是做匀速圆周运动，所受洛仑兹力是变力，解决问题时需较多地用到几何知识。“我的老师289页14题”7、回旋加速器 “我的老师296页12题”8、速度选择器 质谱仪“我的老师291页” 9、磁流体发电机 霍耳效应 电磁流量计 “我的老师291页” “我的老师294页新情景题2” 移至电磁感应10、通电液体受安培力作用的情形 “我的老师279页例3” “我的老师300页17题”11、其它例1 地磁场、方位“我的老师282页1、2题”例2电视机显象管的偏转线圈示意图如右，即时电流方向如图所示。该时刻由里向外射出的电子流将向哪个方向偏转？i例3 质量为m带电量为q的小球套在竖直放置的绝缘杆上，球与杆间的动摩擦因数为。匀强电场和匀强磁场的方向如图所示，电场强度为E，磁感应强度为B。小球由静止释放后沿杆下滑。设杆足够长，电场和磁场也足够大， 求运动过程中小球的最大加速度和最大速度。注意：由受力情况求出洛仑兹力，进而求出速度大小2、在倾角为的光滑斜面上，置一通有电流I，长L质量为m的导体棒，如右图所示，试问：（1）欲使棒静止在斜面上，外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值是多少？（2）欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力，外加磁场的磁感应强度B的大小和方向？（3）已知B垂直于L，磁场方向在什么范围时棒有可能静止在斜面上？dESKT2T1 3、如右图所示，磁感应强度为B的匀强磁场