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高中物理授课纸 授课日期 年 月 日 N0翰林汇翰林汇翰林汇翰林汇 磁 场第1课 磁场基本性质一、磁场的描述1、磁场的物质性：与电场一样，也是一种物质，是一种看不见而又客观存在的特殊物质。存在于（磁体、通电导线、运动电荷、变化电场、地球的）周围。2、基本特性：对放入其中的（磁极、电流、运动的电荷）有力的作用，它们的相互作用通过磁场发生。3、方向规定：磁感线在该点的切线方向;磁场中任一点小磁针北极(N极)的受力方向(小磁针静止时N的指向)为该处的磁场方向。对磁体：外部(NS),内部(SN)组成闭合曲线；这点与静电场电场线(不成闭合曲线)不同。用安培左手定则判断4、磁感线：电场中引入电场线描述电场，磁场中引入磁感线描述磁场。定义： 磁场中人为引入的一系列曲线来描述磁场，曲线的切线表示该位置的磁场方向，其蔬密表示磁场强弱。物理意义：描述磁场大小和方向的工具(物理摸型)，磁场是客观存在的，磁感线是一种工具.不能认为有（无）磁感线的地方有（无）磁场。5、磁场的来源：(1)永磁体（条形、蹄形） (2)通电导线（有各种形状：直、曲 、环形电流、通电螺线管）(3)地球磁场（和条形磁铁相似）有三个特征：(磁极位置? 赤道处磁场特点?南北半球磁场方向?)地磁的N极的地理位置的南极，地磁B（水平分量：（南北） 坚直分量：南半球：垂直地面而上向；北半球：垂直地面而向下。）在赤道平面上：距地球表面相等的各点，磁感强度大小相等、方向水平向北(4)变化的电场（后面再讲法拉第电磁感应定律和电磁波）二、电流磁场的方向叛断：安培右手定则（重点）、直、环、通电螺线管）一定要熟悉五种典型磁场的磁感线空间分布（正确分析解答问题的关健）脑中要有各种磁源产生的磁感线的立体空间分布观念能够将磁感线分布的立体、空间图转化成不同方向的平面图（正视、符视、侧视、剖视图）会从不同的角度看、画、识 各种磁感线分布图三、磁现象的电本质（磁产生的实质）后面讲到光现象的电本质安培分子环型电流假说：分子、原子等物质的微粒内部存在一种环形电流，叫分子电流。这种环形电流使得每个物质微粒成为一个很小的磁体。这就是安培分子电流假说。它能解释各种磁现象： 软铁棒的磁化、高温，猛烈的搞击而失去磁性等。本质：（磁体、电流、运动电荷）的磁场都是由运动电荷产生的，并通过磁场相互作用的。任何磁现象的出现都以“电荷的运动(有形无形)”为基础。一切磁现象归结为：运动电荷（或电流）之间通过磁场发生相互作用。“电本质”实质为运动电荷（成形电流）：静止的电荷在磁场中不会受到磁场力；有磁必有电(对)，有电必有磁(错)。实验：奥斯特沿南北方向放置的导线下面放置小磁针，导线通电后，小磁针发生偏转。罗兰实验：把大量的电荷加在橡胶盘上,然后使盘绕中心轴线转动,如图：在盘在附近用小磁针来检验运动电荷产生的磁场.结果发现：带电盘转动时，小磁针发生了偏转，而且改变转盘方向，小磁针偏转方向也发生转变。此实验说明；电荷运动时产生磁场,即磁场是由运动电荷产生；(即：一切磁场都来源于运动电荷,揭示了磁现象的电本质。)四、磁感线为了描述磁场的强弱与方向，人们想象在磁场中画出的一组有方向的曲线1疏密表示磁场的强弱2每一点切线方向表示该点磁场的方向，也就是磁感应强度的方向3是闭合的曲线，在磁体外部由N极至S极，在磁体的内部由S极至N极磁线不相切不相交。4匀强磁场的磁感线平行且距离相等没有画出磁感线的地方不一定没有磁场5安培定则：姆指指向电流方向,四指指向磁场的方向.注意这里的磁感线是一个个同心圆,每点磁场方向是在该点切线方向 *熟记常用的几种磁场的磁感线：两个重要概念：磁感强度B，磁通量磁感强度(B)从力的角度描述磁场性质，磁通量()从能量角度描述磁场的性质。一、磁感应强度1磁场的最基本的性质：对放入其中的(磁极,电流,运动的电荷)有力的作用, 都称为磁场力。 IB时,F最大=BIL；I/B时,F=0。2定义B：注意情境和条件：当IB时， B= 矢量F(B和I构成的平面)。即既FB；也FI在磁场中垂直于磁场方向的通电导线受到的磁场力F跟电流强度I和导线长度L的乘积IL的比值，叫做通电导线所在处的磁感应强度 当面积SB时，B= 单位面积的磁感线条数，B的蔬密反映磁场的强弱注意：磁场某位置B的大小，方向是客观存在的，是磁场本身特性的物理量。与(I大小、导线的长短，受力)都无关。即使导线不载流，B照样存在。表示磁场强弱的物理量是矢量大小：B=F/IL (电流方向与磁感线垂直时的公式)方向：左手定则：是磁感线的切线方向；是小磁针N极受力方向；是小磁针静止时N极的指向不是导线受力方向；不是正电荷受力方向；也不是电流方向 单位：牛/安米，也叫特斯拉，国际单位制单位符号T点定B定：B只与产生磁场的源及位置有关。就是说磁场中某一点定了，则该处磁感应强度的大小与方向都是定值匀强磁场的磁感应强度处处相等磁场的叠加：空间某点如果同时存在两个以上电流或磁体激发的磁场,则该点的磁感应强度是各电流或磁体在该点激发的磁场的磁感应强度的矢量和,满足矢量运算法则.典型的比值定义：( B= B=k ) ( E= E= k ) ( u= ) ( R= R=) ( C= C=)磁感强度B： B= B= qBv = m R = B = qBv = qe B= E=BLv B= B=k(直导体) B=NI (螺线管)匀强磁场：是最简单，同时也是最重要的磁场。大小相等方向处处相同，用平行等间距的直线来表示。分布地方：异名磁极间（边缘除外），通电螺线管内部。二、磁通量与磁通密度（分析法拉第电磁感应的基础）1磁通量：概念：磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的乘积叫穿过这个面积的磁通量，BS若面积S与B不垂直，应以B乘以S在垂直磁场方向上的投影面积S，即BSBScos，磁通量的物理意义：穿过某一面积的磁感线条数也叫做穿过这个面积的磁通量。是标量说明：对某一面积的磁通量，一定要指明“是哪一个面积的、方向如何”2磁通密度B：垂直磁场方向穿过单位面积磁力线条数，即磁感应强度，是矢量3在匀强磁场中求磁通量类型有：公式的适用条件：(1) 当面积SB时。=BS 单位：韦伯Wb=T m2(2) S/B时, =0(3)B与S不垂直：应该为B乘以S在磁场垂直方向上投影的面积。=BS影=BSCos(为B与投影面的夹角)说明：计算平面在匀强磁场中的。一定要明确？面积的，（方向如何）没有指明那一面积的,无意义。曲面的磁通量等于对应投影平面的，不与线圈平面垂直，应该算投影面积。是双向标量：当有磁感线沿相反方向通过同一平面时，穿过平面的磁通量应该为合，面积越大，低消越多。例：由于磁感线是闭合曲线，外部（NS）内部（SN）组成闭合曲线，不同与静电场电场线（不闭合）。所以穿过任一闭合曲面的合为零，穿过地球表面的为零。第2课散 磁场对电流的作用安培力（左手定则）基础知识 一、安培力1.安培力：通电导线在磁场中受到的作用力叫做安培力说明：磁场对通电导线中定向移动的电荷有力的作用,磁场对这些定向移动电荷作用力的宏观表现即为安培力实验：注意条件IB时 A:判断受力大小(由偏角大小判断)改变I大小,偏角改变;I大小不变,改变垂直磁场的那部分导线长度;改变B大小.B:F安方向与I方向B方向关系：(改变I方向；改变B方向；同时改变I和B方向)F安方向：安培左手定则，F安作用点在导体棒中心。（通电的闭合导线框受安培力为零） I/B时， F安=0，该处并非不存在磁场。 I与B成夹角时，F=BILSin (为磁场方向与电流方向的夹角)。有用结论：“同向电流相互吸引，反向电流相排斥”。不平行时有转运动到方向相同且相互靠近的趋势。2.安培力的计算公式：FBILsin（是I与B的夹角）； IB时，即900，此时安培力有最大值；公式：FBIL I/B时，即00，此时安培力有最小值，F=0; I与B成夹角时，00B900时，安培力F介于0和最大值之间.3.安培力公式的适用条件:公式FBIL一般适用于匀强磁场中IB的情况,对于非匀强磁场只是近似适用(如对电流元)但对某些特殊情况仍适用如图所示，电流I1/I2,如I1在I2处磁场的磁感应强度为B，则I1对I2的安培力FBI2L，方向向左， I1I2同 理I2对I1，安培力向右，即同向电流相吸，异向电流相斥根据力的相互作用原理，如果是磁体对通电导体有力的作用，则通电导体对磁体有反作用力两根通电导线间的磁场力也遵循牛顿第三定律二、左手定则1.安培力方向的判断左手定则：伸开左手，使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，并使四指指向电流方向，这时手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直，大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向2.安培力F的方向：F(B和I所在的平面)；即既与磁场方向垂直，又与通电导线垂直但B与I的方向不一定垂直3.安培力F、磁感应强度B、电流1三者的关系已知I,B的方向，可惟一确定F的方向；已知F、B的方向，且导线的位置确定时，可惟一确定I的方向；已知F,1的方向时，磁感应强度B的方向不能惟一确定4.由于B,I,F的方向关系常是在三维的立体空间，所以求解本部分问题时，应具有较好的空间想象力，要善于把立体图画变成易于分析的平面图，即画成俯视图，剖视图，侧视图等规律方法 1。安培力的性质和规律；公式F=BIL中L为导线的有效长度，即导线两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿L由始端流向末端如图所示，甲中：，乙中：L/=d(直径）2R（半圆环且半径为R) 如图所示，弯曲的导线ACD的有效长度为l，等于两端点A、D所连直线的长度，安培力为：F = BIl安培力的作用点为磁场中通电导体的几何中心；安培力做功:做功的结果将电能转化成其它形式的能2、安培力作用下物体的运动方向的判断(1)电流元法：即把整段电流等效为多段直线电流元，先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断整段电流所受合力方向，最后确定运动方向(2)特殊位置法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向，从而确定运动方向(3)等效法： 环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管，通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析(4)利用结论法：两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势(5)转换研究对象法：因为电流之间，电流与磁体之间相互作用满足牛顿第三定律，这样，定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，再确定磁体所受电流作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向(6)分析在安培力作用下通电导体运动情况的一般步骤：画出通电导线所在处的磁感线方向及分布情况用左手定则确定各段通电导线所受安培力)据初速方向结合牛顿定律确定导体运动情况(7)磁场对通电线圈的作用：若线圈面积为S，线圈中的电流强度为I，所在磁场的磁感应强度为B，线圈平面跟磁场的夹角为，则线圈所受磁场的力矩为：M=BIScos3安培力的实际应用第3课 磁场对运动电荷的作用洛仑兹力一、洛仑兹力：磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力电荷的定向移动形成电流，磁场对电流的作用力是对运动电荷作用力的宏观表现。推导：F安=B I L f洛=q B v 建立电流的微观图景 (物理模型)垂直于磁场方向上有一段长为L的通电导线，每米有n个自由电荷，每个电荷的电量为q，其定向移动的速率为v。在时间内有vt体积的电量Q通过载面，vt体积内的电量Q=nvtq导线中的电流I= n v q 导线受安培力F=B I L= Bn v qL (nL为此导线中运动电荷数目)单个运动电荷q受力f洛= q B v（1）洛伦兹力的大小：FqvBsin(为v与B的夹角)注意： 当vB时，f洛最大，f洛= q B v (f B v三者方向两两垂直且力f方向时刻与速度v垂直)导致粒子做匀速圆周运动。当v/ B时，f洛=0做匀速直线运动。当v与B成夹角时，(带电粒子沿一般方向射入磁场)，可把v分解为(垂直B分量v,此方向匀速圆周运动；平行B分量v/,此方向匀速直线运动)合运动为等距螺旋线运动。磁场和电场对电荷作用力的差别：只有运动的电荷在磁场中才有可能受洛仑兹力，静止电荷中磁场中不受洛仑兹力。在电场中无论电荷是运动还是静止，都受电场力作用。f洛=的特点： 始终与速度方向垂直，对运动电荷永不做功，而安培力可以做功。（所以少用动能定理，多与几何关系相结合）。不论电荷做什么性质运动，轨迹如何，洛仑兹力只改变速度的方向，不能改变速度的大小，对粒子永不做功（2）洛伦兹力的方向 用左手定则来判断(难点)实验：判断f B v三者方向的关系1.洛伦兹力F的方向既垂直于磁场B的方向，又垂直于运动电荷的速度v的方向，即F总是垂直于B和v所在的平面2.使用左手定则判定洛伦兹力方向：伸出左手，让姆指跟四指垂直，且处于同一平面内，让磁感线穿过手心，四指指向正电荷运动方向（当是负电荷时，四指指向与电荷运动方向相反）则姆指所指方向就是该电荷所受洛伦兹力的方向说明：正电荷运动方向为电流方向(即四指的指向),负电运动方向跟电流方向相反.（3）洛伦兹力的特点洛伦兹力的方向一定既垂直于电荷运动的方向，也垂直于磁场方向即洛伦兹力的方向垂直于速度和磁场方向决定的平面，同时，由于洛伦兹力的方向与速度的方向垂直，所以洛伦兹力的瞬时功率PFvcos90o0，即洛伦兹力永远不做功二、洛伦兹力与安培力的关系1.洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力，而安培力是导体中所有定向称动的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现2.洛伦兹力一定不做功，它不改变运动电荷的速度大小;但安培力却可以做功三、不计重力的带电粒子在匀强磁场中的运动1.分三种情况：一是匀速直线运动；二是匀速圆周运动；三是螺旋运动2.做匀速圆周运动：轨迹半径r=mv/qB；其运动周期T=2m/qB (与速度大小无关)3.垂直进入匀强电场和垂直进入匀强磁场时都做曲线运动，但有区别：垂直进入匀强电场，在电场中做匀变速曲线运动(类平抛运动)；垂直进入匀强磁场，则做变加速曲线运动(匀速圆周运动)点评：凡是涉及到带电粒子的动能发生了变化，均与洛仑兹力无关，因为洛仑兹力对运动电荷永远不做功。洛仑兹力作用下的匀速圆周运动求解方法思路方法：明确洛仑兹力提供作匀速圆周运动的向心力关健：画出运动轨迹图，应规范画图。才有可能找准几何关系。解题的关键。物理规律方程：向心力由洛伦兹力提供q B v = m R = (不能直接用)T = = 1、找圆心：（圆心的确定）因f洛一定指向圆心，f洛v任意两个f洛的指向交点为圆心；任意一弦的中垂线一定过圆心；两速度方向夹角的角平分线一定过圆心。2、求半径：由物理规律求：q B v = m R =；由图得出的几何关系式求 几何关系：速度的偏向角=偏转圆弧所对应的圆心角(回旋角)=2倍的弦切角； 相对的弦切角相等，相邻弦切角互补由轨迹画及几何关系式列出：关于半径的几何关系式去求。3、求粒子的运动时间：偏向角（圆心角、回旋角）=2倍的弦切角，即=2； 4、圆周运动有关的对称规律：特别注意在文字中隐含着的临界条件a、从同一边界射入的粒子，又从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等。b、在圆形磁场区域内，沿径向射入的粒子，一定沿径向射出。5、带电粒子在有界磁场中运动的极值问题(1)刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切(2)当速度v一定时，弧长(或弦长)越长，圆周角越大，则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长6、带电粒子在复合场中无约束情况下的运动性质(1)当带电粒子所受合外力为零时，将做匀速直线运动或处于静止状态合外力恒定且与初速同向时做匀变速直线运动，常见的情况有：洛伦兹力为零(即vB)，重力与电场力平衡，做匀速直线运动；或重力与电场力的合力恒定，做匀变速运动洛伦兹力F与重力和电场力的合力平衡，做匀速直线运动(2)带电粒子所受合外力做向心力，带电粒子做匀速圆周运动时由于通常情况下，重力和电场力为恒力，故不能充当向心力，所以一般情况下是重力恰好与电场力相平衡，洛伦兹力是以上力的合力(3)当带电粒子受的合力大小、方向均不断变化时，粒子做非匀变速曲线运动规律方法 1、带电粒子在磁场中运动的圆心、半径及时间的确定(1)用几何知识确定圆心并求半径 (2)确定轨迹所对应的圆心角，求运动时间(3)注意圆周运动中有关对称的规律 2、洛仑兹力的多解问题(1)带电粒子电性不确定形成多解 带电粒子可能带正(或负)电荷，在相同的初速度下，正负粒子在磁场中运动轨迹不同，导致双解(2)磁场方向不确定形成多解 若只告知B大小，而未说明B方向，则应考虑因B方向不确定而导致的多解(3)临界状态不惟一形成多解带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时，它可能穿过去，也可能偏转1800从入射界面这边反向飞出在光滑水平桌面上，一绝缘轻绳拉着一带电小球在匀强磁场中做匀速圆周运动，若绳突然断后，小球可能运动状态也因小球带电电性，绳中有无拉力造成多解(4)运动的重复性形成多解如带电粒子在部分是电场，部分是磁场空间运动时，往往具有往复性，因而形成多解第4课 专题:带电粒子在复合场中的运动基础知识 一、复合场的分类：1、复合场：即电场与磁场有明显的界线,带电粒子分别在两个区域内做两种不同的运动,即分段运动,该类问题运动过程较为复杂,但对于每一段运动又较为清晰易辨,往往这类问题的关键在于分段运动的连接点时的速度,具有承上启下的作用2、叠加场：即在同一区域内同时有电场和磁场，些类问题看似简单，受力不复杂，但仔细分析其运动往往比较难以把握。二、带电粒子在复合场电运动的基本分析1.当带电粒子在复合场中所受的合外力为0时，粒子将做匀速直线运动或静止2.当带电粒子所受的合外力与运动方向在同一条直线上时，粒子将做变速直线运动3.当带电粒子所受的合外力充当向心力时，粒子将做匀速圆周运动4.当带电粒子所受的合外力的大小、方向均是不断变化的时，粒子将做变加速运动，这类问题一般只能用能量关系处理三、电场力和洛伦兹力的比较见下表:电场力洛仑兹力存在条件作用于电场中所有电荷仅对运动着的且速度不跟磁场平行的电荷有洛仑兹力作用大小F=qE与电荷运动速度无关F=Bqv与电荷的运动速度有关方向力的方向与电场方向相同或相反，但总在同一直线上力的方向始终和磁场方向垂直对速度的改变可改变电荷运动速度大小和方向 只改变电荷速度的方向,不改变速度的大小做功可以对电荷做功,改变电荷的动能不对电荷做功、不改变电荷的动能偏转轨迹在匀强电场中偏转，轨迹为抛物线在匀强磁场中偏转、轨迹为圆弧1.在电场中的电荷，不管其运动与否，均受到电场力的作用；而磁场仅仅对运动着的、且速度与磁场方向不平行的电荷有洛伦兹力的作用2.电场力的大小FEq，与电荷的运动的速度无关；而洛伦兹力的大小f=Bqvsin,与电荷运动的速度大小和方向均有关3.电场力的方向与电场的方向或相同、或相反；而洛伦兹力的方向始终既和磁场垂直，又和速度方向垂直4.电场力既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向，而洛伦兹力只能改变电荷运动的速度方向.不能改变速度大小5.电场力可以对电荷做功，能改变电荷的动能；洛伦兹力不能对电荷做功，不能改变电荷的动能6.匀强电场中在电场力的作用下,运动电荷的偏转轨迹为抛物线;匀强磁场中在洛伦兹力的作用下,垂直于磁场方向运动的电荷的偏转轨迹为圆弧四、对于重力的考虑 重力考虑与否分三种情况（1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等一般不做特殊交待就可以不计其重力，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等不做特殊交待时就应当考虑其重力（2)在题目中有明确交待的是否要考虑重力的，这种情况比较正规，也比较简单（3)对未知名的带电粒子其重力是否忽略又没有明确时，可采用假设法判断，假设重力计或者不计，结合题给条件得出的结论若与题意相符则假设正确，否则假设错误五、复合场中的特殊物理模型1粒子速度选择器 如图所示，粒子经加速电场后得到一定的速度v0，进入正交的电场和磁场，受到的电场力与洛伦兹力方向相反，若使粒子沿直线从右边