08年内蒙古地区物理学科二轮复习课件12.ppt

第十一讲磁场 静磁场的激发 磁场的性质及描述磁场对电流的作用 安培力磁场对运动电荷的作用 洛仑兹力磁场知识在生产和实践中的应用 磁场 磁场的概念 磁场是存在于磁体和电流的周围一种物质磁体与磁体 磁体与电流 电流与电流之间的相互作用都是通过磁场为中介来实现的 磁场的方向 在磁场中的任一点 小磁针北极受力的方向 亦即小磁针静止时北极所指的方向 就是那一点的磁场的方向 奥斯特实验 安培分子电流假说 在原子 分子等物质微粒的内部 存在着一种环形电流 分子电流 分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体 它的两侧相当于两个磁极 所有的磁现象都可以归结为运动电荷 电流 之间通过磁场而发生的相互作用 磁性材料 物质在外磁场的作用下表现出不同的特性 其中有一些物质很容易磁化 在磁场的作用下 能使外磁场大大增强 我们把这类物质称为强磁性物质 即我们通常所说的磁性材料 磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料 软磁性材料磁化后容易去磁 适用于需要反复磁化的场合 如天线磁棒 录音机的磁头 变压器的铁心等 硬磁性材料不容易去磁 适合制成永久磁铁 常见磁场的磁感线 常见磁场的磁感线 常见磁场的磁感线 常见磁场的磁感线 地磁场 磁感应强度 把垂直于磁场方向的通电直导线所受的安培力f跟电流i和导线长度l的乘积il的叫做磁感应强度 磁感应强度是一个矢量 磁场中某点磁场的方向即磁感应强度的方向 例1 关于磁场和磁感线的描述 下列说法中正确的是 a 磁极之间的相互作用是通过磁场发生的 磁场和电场一样 也是一种客观存在的特殊物质b 磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向 它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致c 磁感线总是从磁铁的n极出发 到s极终止的d 磁感线可以用细铁屑来显示 因而是真实存在的 例2 某同学做奥斯特实验时 把小磁针放在水平的通电直导线的下方 当通电后发现小磁针不动 稍微用手拔动一下小磁针 小磁针转动180 后静止不动 由此可知通电直导线的电流方向是a 自东向西b 自南向北c 自西向东d 自北向南 例3 安培的分子电流假说 是用来解释a 通电导线产生磁场的原因b 磁铁产生磁场的原因c 通电导线受磁场力作用的原因d 运动电荷受磁场力作用的原因 例4 1998年6月 美国 发现 号航天飞机携带到太空的阿尔法磁谱仪 是当代最先进的粒子物理传感仪 目的是去太空寻找反物质 其核心部分由是中国科学家制造的永磁铁 下列关于该永久磁铁的说法正确的是 a 该永磁铁的磁性是由磁体内部电荷的运动产生的b 该永磁铁的磁性是在磁体中通电流产生的c 该永磁铁的制造材料属软磁性材料 容易去磁 但剩磁强d 该永磁铁的制造材料属软磁性材料 容易使它产生强磁性 但剩磁弱 二 磁场对电流的作用 安培力 f bil安培力作用下电流运动的定性判断安培力作用下物体平衡和运动 例1 如图所示 蹄形磁铁用悬线悬于o点 在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线 当导线中通以由左向右的电流时 蹄形磁铁的运动情况将是a 静止不动b 向纸外平动c n极向纸外 s极向纸内转动d n极向纸内 s极向纸内转动 例2 如图所示 在条形磁铁的s极附近悬挂一个线圈 磁铁水平放置 其轴线与线圈共面并通过线圈的圆心 当线圈中电流沿图示方向流动时 将会出现a 线圈向磁铁平移b 线圈远离磁铁平移c 从上往下看线圈顺时针转动 同时靠近磁铁d 从上往下看细圈逆时针转动 同时靠近磁铁 例3 如图两条长直导线ab和cd相互垂直 彼此相隔一很小距离 通以图所示方向的电流 其中ab固定 cd可以其中心为轴自由转动或平动 则cd的运动情况是a 顺时针方向转动 同时靠近导线abb 顺时针方向转动 同时离开导线abc 逆时针方向转动 同时靠近导线abd 逆时针方向转动 同时离开导线ab 例4 如图所示 mn pq为水平放置的金属导轨 直导线ab与导轨垂直放置 导轨间距l 10cm 其电阻为rab 0 4w 导轨所在区域处在匀强磁场中 磁场方向竖直向下 磁感应强度b 0 2t 电池电动势e 1 5v 内电阻r 0 18w 电阻r 1 6w 开关s接通后ab仍静止不动 求ab所受的摩擦力的大小和方向 r 摩擦力大小为0 48n 方向水平向左 例5 如图所示 两根平行放置的光滑导轨 间距l 与水平夹角为 导轨间接有电动势为e 内阻为r的电源 现将一根质量为m 电阻为r的金属棒ab与导轨垂直放置 同时加上方向垂直于导线匀强磁场 使ab杆在导轨上保持静止 若导轨电阻不计 求 1 所加匀强磁场的方向允许的范围 2 可使ab杆静止的匀强磁场的最小磁感应强度b a f mgsin f bil 例6 如图所示 将通电导线圆环平行于纸面的缓慢地竖直向下放入水平方向垂直纸面向里的匀强磁场中 则在通电圆环从刚进入到完全进入磁场的过程中 所受的安培力大小a 逐渐变大b 先变大后变小c 逐渐变小d 先变小后变大 a dl f bi l f1 bi lsin f bid 例7 如图所示 距地面高为h处水平放置的光滑导轨上一端放一导体棒 导轨与电源相连 置于竖直向下的匀强磁场中 已知导轨宽为l 磁感应强度为b 导体棒的质量为m 若开关k闭合所后 导体棒离开导轨作平抛运动 水平射程为s 则通过导体棒的电量多大 磁场对运动电荷的作用 洛仑兹力带电粒子的圆周运动带电粒子在电磁场中的运动宏观带电体在复合场中的运动 洛伦兹力 洛仑兹力 f qub洛伦兹力的方向 左手定则洛伦兹力的特点 始终与电荷的运动方向垂直 洛伦兹力对运动电荷不作 带电粒子在匀磁场中的运动 2 带电粒子作螺旋运动 d 1 带电粒子的匀速圆周运动 宇宙射线和地磁场 带电粒子在电磁场中的运动 先后分别在匀强电场 匀强磁场中运动在电场和磁场的复合场中运动 宏观带电体在复合场中的运动 例1 如图所示 一只阴极射线管 左侧不断有电子射出 若在管的正下方放一通电直导线ab时 发现射线的径迹向下偏 则a 导线中的电流从a流向bb 导线中的电流从b流向ac 若要使电子束的径迹向上偏 可以通过改变ab中的电流方向来实现d 电子束的径迹与ab中的电流方向无关 例2 如图所示 一质量为m 带电量为 q的小物块 从倾角为 的绝缘光滑斜面上由静止开始滑下 斜面处于磁感应强度为b的匀强磁场中 磁场方向垂直纸面向外 求物块能在斜面上滑行的速度范围和最大距离 f mgcos f qub 例3 有一束带电粒子流 其中包含有 粒子 质子和氘核 它们具有相同的动能 这束带电粒子流沿垂直于磁场方向射入磁场区以后 分成了两束粒子流 和 如图所示 则该磁场的方向为 粒子流 由 组成 粒子流 是由 组成 垂直纸面向外 氘核 粒子和质子 例4 如图所示 真空中狭长形的区域内分布有磁感应强度为b的匀强磁场 方向垂直纸面向内 区域的宽度为d cd ef为区域的边界 现有一束电子 质量为m 电量为e 以速率u从cd侧垂直于磁场与cd成 角射入 为使电子能从另一侧ef射出 则电子的速率u应满足的条件是 d u q e f c d p o q 例5 电量为q 质量为m的带正电粒子在xoy平面上沿着y a的直线以速度u经y轴上的p点运动到xoy平面上的第一象限内 要求在第一象限内设置磁感应强度为b的一个圆形区域 使带电粒子发生偏转 最后经x轴上的m点 xm 2a 射出 且偏转角 60 如图所示 试求能达到此目的的最小圆形磁场区域的半径 q 例6 如图所示 金属圆筒的横截面半径r 筒内分布有匀强磁场 磁场方向垂直纸面 磁感强度为b 磁场下面有一加速电场 一个质量为m 重力不计 电量为q的带电粒子 在电场作用下 沿图示轨迹由静止开始从m点运动经过金属圆筒的小孔p到n点 在磁场中 带电粒子的速度方向偏转了 60 求加速电场两极板间的电压 例7 如图所示 x轴上方有一磁感应强度为b 方向垂直于纸面向里的匀强磁场 x轴下方有电场强度为e 方向竖直向下的匀强电场 现有一质量为m 电量为q的粒子从y轴上某一点由静止开始释放 若重力忽略不计 为使它能达x轴上位置为x l的点q 求 1 粒子带何种电荷 2 释放点的位置 3 从释放点到达q经历的时间 n 1 n 2 例7 如图所示 x轴上方有一磁感应强度为b 方向垂直于纸面向里的匀强磁场 x轴下方有电场强度为e 方向竖直向下的匀强电场 现有一质量为m 电量为q的粒子从y轴上某一点由静止开始释放 若重力忽略不计 为使它能达x轴上位置为x l的点q 求 1 粒子带何种电荷 2 释放点的位置 3 从释放点到达q经历的时间 n 1 n 2 例8 如图所示 在真空环境中 长为l的平行金属板 金属板间分布有竖直向下的匀强磁场 一群相同的带正电的离子组成的离子束 以初速度u0垂直飞进平行板中 飞出电场后离子向下侧移的距离为d 现在在两板间再加一垂直于电场方向的匀强磁场 使离子束向上偏转 且向上侧移的距离也为d 求正离子从上侧飞出时的速度大小 例9 如图所示 一质量为m 带电量为q的带电滑块 以某一速度沿水平放置的绝缘板进入匀强磁场和匀强电场的空间 匀强磁场方向垂直纸面向外 匀强电场 未画出 沿水平方向 滑块与板间的滑动摩擦系数为 滑块从a到c做匀速运动 到达c点时与一绝缘挡板相碰 滑块的动能减少为原来的1 4 碰后从c点返回时 电场消失 滑块又恰好做匀速运动 已知滑块从c到a所需的时间为t ac长为l 求 滑块所带的电荷性质 磁感应强度大小 原电场强度大小 克服摩擦力做的功 c 例9 如图所示 一质量为m 带电量为q的带电滑块 以某一速度沿水平放置的绝缘板进入匀强磁场和匀强电场的空间 匀强磁场方向垂直纸面向外 匀强电场 未画出 沿水平方向 滑块与板间的滑动摩擦系