第三章 磁场(3-1).doc

第三章 磁场考试内容知识技能要求体验性要求了解认识理解应用操作经历反应领悟磁现象在生活和生产中的应用磁场，磁感应强度，磁通量用磁感线描述磁场判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向安培力，左手定则洛伦兹力的大小和方向电子束的磁偏转原理及其在科学技术中的应用电磁现象的研究在社会发展中的作用一、磁现象1、磁性：物质具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。2、磁体：具有磁性的物体叫磁体。3、磁极：磁体上磁性最强的区域叫磁极。任何磁体都有两个磁极，一个叫南极（S极），另一个叫北极（N极）。二、磁场1、定义：存在于磁体周围的一种特殊物质叫磁场。2、产生：磁体、电流和运动电荷周围都存在着磁场。3、基本性质：对处于磁场中的磁体，电流和运动电荷会有磁场力的作用。4、磁体、电流、运动电荷间的作用力是通过磁场来传递的。5、磁场的方向：在磁场某处，小磁针北极的受力方向或小磁针静止时北极的指向即该处磁场的方向。6、磁现象的本质：一切磁场起源于运动电荷，一切磁现象都可归为运动电荷（电流）通过磁场而发生的相互作用。三、磁感应强度1、定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度。2、意义：磁感应强度是描述磁场强弱的物理量。3、公式：（条件是匀强磁场中，或L很小，并且）说明：为定义式，而不是决定式，各处B的大小由磁场本身性质决定，跟放入的检验电流的有无、大小、方向及检验电流所受安培力的有无、大小、方向无关。4、磁感应强度是矢量；单位：特斯拉，简称特，符号T。5、方向：与磁场方向一致，即小磁针静止时N极所指的方向。四、磁通量1、如果在磁感应强度为B的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，其面积为S，则定义B与S的乘积为穿过这个面的磁通量。2、公式：（单位：韦伯，符号），3、可以认为磁通量就是穿过某个面的磁感线条数。4、在匀强磁场中，磁感线与平面垂直时，所以磁感应强度又叫磁通密度。五、磁感线1、磁感线是形象描述磁场的磁感应强度分布情况的一组曲线，不是真实存在的曲线。2、磁感线是闭合的，如通电螺线管，每条磁感线在管外都是从N极发出再回到S极，在管内从S极指向N极而闭合。在管内磁感线是互相平行、等间距的。（注意与电场线的区别，电场线不闭合，它是从正电荷发出终止于负电荷或无穷远）3、任何两条磁感线都不相交。4、磁感线上某一处切线方向表示该处磁场的方向。5、磁感线疏密程度表示磁感应强度的大小。六、常见的几种磁场的磁感线直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越弱与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场最强，管外为非匀强磁场环形电流的两侧是N极和S极且离圆环中心越远，磁场越弱立体图横截面图纵截面图七、安培定则1、直线电流的安培定则：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。2、通电螺线管的安培定则：用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向。八、安培力（磁场对电流的作用力）1、大小2、方向：由左手定则确定（1）安培力F的方向总与磁场B的方向和通电导线电流I的方向所决定的平面垂直，但磁场的方向与电流的方向不一定垂直，可以成任意夹角。（2）由磁场B的方向和电流I的方向确定安培力F的方向是唯一的，但由F和B（或I）方向确定I（或B）的方向不唯一。九、洛伦兹力1、洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的磁场力叫洛伦兹力。2、大小。3、洛伦兹力的方向用左手定则判定：让磁感线穿过左手的手心，四指指向正电荷的运动方向（或负电荷运动的相反方向），则拇指指的方向就是洛伦兹力的方向。4、洛伦兹力只能改变运动电荷速度的方向，不能对电荷做功。5、洛伦兹力与安培力的关系洛伦兹力是单个运动电荷所受的磁场力。安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现。洛伦兹力总不做功，而安培力却可以做功。十、带电粒子在磁场中的运动1、若，带电粒子以速度做匀速直线运动（此情况下洛伦兹力）；2、若，带电粒子在垂直磁感线的平面内以入射速度做匀速圆周运动。向心力由洛伦兹力提供：；轨道半径公式：；周期：；频率：；角速度：。3、带电粒子在匀强磁场中的运动在研究带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律时，须“一找圆心，二找半径，三找周期或时间”。（1）圆心的确定一般有以下四种情况：a.已知粒子运动轨迹上两点的速度方向，作这两速度的垂线，交点即为圆心；b.已知粒子入射点、入射方向及运动轨迹上的一条弦，作速度方向的垂线及弦的垂直平分线，交点即为圆心；c.已知粒子运动轨迹上的两条弦，作出两弦的垂直平分线，交点即为圆心；d.已知粒子在磁场中的入射点、入射方向和出射方向（不一定在磁场中），延长（或反向延长）两速度方向所在直线使之成一夹角，作出这一夹角的角平分线，角平分线上到两直线距离等于半径的点即为圆心。（2）半径的确定和计算：利用平面几何关系，求出该圆的半径（或圆心角），并注意以下两个几何特点：一是粒子速度的偏向角（）等于回旋角（），并等于AB弦与切线的夹角（弦切角）的2倍（如图所示），即；二是相对的弦切角（）相等，与相邻的弦切角（）互补，即。（3）粒子在磁场中运动时间的确定：，式中为偏向角，T为周期，S为轨迹的弧长，为线速度。（4）注意圆周运动中有关对称规律如从同一直线边界射入的粒子，再从这一边界射出时，速度与边界的夹角相等；在圆形磁场区域内，沿径向射入的粒子，必沿径向射出。十一、电磁场在实际中的应用1、速度选择器构造如图所示，当带正电粒子从左侧平行于极板射入时，带电粒子同时受到电场力和洛伦兹力作用，当两者等大反向时，粒子不偏转，而是沿直线匀速运动，所以，即只要粒子以的速度沿垂直于磁场和电场的方向射入正交的电场、磁场中，粒子就不发生偏转，可以实现筛选粒子的目的。2、质谱仪质谱仪主要用于分析同位素，测定其质量、比荷和含量比。图示为一种常用的质谱仪，由离子源（O）、加速电场U、速度选择器（E、）、偏转磁场（）和核乳胶片组成。（1）同位素比荷和质量的测定：粒子通过加速电场，根据功能关系，有：粒子通过速度选择器，根据匀速运动条件，有：若测出粒子在偏转磁场中的轨道直径为，则又有：所以，同位素的比荷和质量分别为： （2）同位素种数和含量比的确定：由于不同比荷的同位素离子打在核乳胶片上位置不同（），所以根据胶片上谱线的条数和强弱，就可确定同位素的种类和含量的多少。3、电磁流量计电磁流量计原理可解释为：如图所示，一圆形导管直径为，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动，导电流体中的自由电荷（正负离子）在洛伦兹力作用下横向偏转，、间出现电势差，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，、间的电势差就保持稳定，由，可得，流量。4、霍尔效应如图所示，厚度为，宽度为的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应，实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为，式中的比例系数称为霍尔系数。5、回旋加速器（1）原理：利用带电粒子在电场中可加速，在磁场中做匀速圆周运动的特点，使带电粒子能在料小的空间范围内受到多次电场的加速。（2）旋转周期：6、磁流体发电机如图是磁流体发电机原理图，其原理是：等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛