高二物理选修3 磁场 课件.ppt

磁场 选修 天然磁石吸引铁器 一 磁现象 磁现象 永磁体 2 磁体吸引铁质物体的性质 磁性 南极s 北极n 3 磁体中磁性最强的部分 磁极 一 磁现象 5 磁性定向 司南 罗盘 指南针 4 磁极间的作用 异名磁极相互吸引 同名磁极相互排斥 二 磁场 磁体产生磁场 f1 f2 磁体的周围存在磁场 磁场的最基本性质 对放入其中的磁极有力的作用 2 电流产生磁场 二 磁场 奥斯特电流磁效应 3 磁体对电流的作用 二 磁场 4 电流对电流的作用 二 磁场 磁场 磁体 磁体 电流 电流 产生 作用 磁体和电流通过磁场发生相互作用 二 磁场 5 磁的应用 1 利用磁极吸引铁质物体 门吸 皮包扣 磁性螺线刀 2 利用磁体对通电导线的作用 喇叭 电话 耳机 电动机 3 利用磁化现象记录信息 磁盘 磁卡 电流表 磁带 手机扣 二 磁场 人们规定 磁场中某点的磁感应强度方向 磁场方向 就是放在该点的小磁针静止时n极的指向 s n a 三 磁感应强度 1 磁感应强度的方向 b 三 磁感应强度 将一段很短的通电导线 电流i与导线长度l的乘积il叫电流元 垂直放入磁场中 通电导线将受到磁场的作用力 相当于电场中的检验电荷 2 磁感应强度的大小 三 磁感应强度 2 磁感应强度的大小 保持电流不变 改变通电导线长度 三 磁感应强度 2 磁感应强度的大小 保持导线长度不变 改变导线电流 三 磁感应强度 2 磁感应强度的大小 与电场中f q类比 三 磁感应强度 描述磁场的强弱 2 磁感应强度的大小 通电导线 电流i 与磁场垂直 3 磁感应强度的单位 特斯拉 符号是t 三 磁感应强度 2 磁感应强度的大小 1 关于磁感应强度 下列说法正确的是 a 由b f il可知 磁场中某处的磁感应强度大小随通电导线中电流i的减小而增大b 由b f il可知 磁场中某处的磁感应强度大小随通电导线长度l的增大而减小c 由b f il可知 磁场中某处的磁感应强度大小随通电导线所受的磁场力f的增大而增大d 磁场中某处b f il是定值 由磁场本身决定的 例与练 磁感应强度b是由磁场本身决定的 与电流元il及其磁场力f都无关 与电场强度e类比 2 垂直磁场方向放入匀强磁场的通电导线长l 1cm 电流强度i 10a 若它所受的磁场力f 0 05n 求 1 该磁场的磁感应强度b是多少 2 若导线中电流强度变为5a 导线所受到的磁场力多大 磁感应强度b又是多少 3 若导线平行磁场方向放置 导线所受到的磁场力多大 磁感应强度b又是多少 例与练 3 关于磁感应强度 下列说法正确的是 a 一小段通电导线放在b为零的位置 那么它受到的磁场力也一定为零b 通电导线所受的磁场力为零 该处的磁感应强度也一定为零c 放置在磁场中1m长的通电导线 通过1a的电流 受到的磁场力为1n 则该处的磁感应强度就是1td 磁场中某处的b的方向跟电流在该处受到磁场力f的方向相同 例与练 通电导线 电流i 与磁场平行时 磁场力为零 通电导线 电流i 与磁场垂直 b与f方向一定垂直 4 有一小段通电直导线 长为1cm 电流强度为5a 把它置于磁场中某点 受到的磁场力为0 1n 则该点的磁感应强度b a 一定等于2tb 一定小于2tc 大于等于2td 以上情况都有可能 例与练 通电导线 电流i 与磁场垂直时所受磁场力最大 磁感线是在磁场中画出的一条条有方向的曲线 曲线上每一点的切线方向表示该点的磁场 磁感应强度 方向 四 磁感线 1 磁感线的性质 a ba c bc d bd 与电场线类比 四 磁感线 在磁体外部 磁感线从n极指向s极 在磁体内部 磁感线从s极指向n极 磁感线一定是不相交的闭合曲线 1 磁感线的性质 磁感线密处磁场强 a c ba bc 磁感线疏处磁场弱 与电场线的区别 四 磁感线 2 几种常见的磁场的磁感线 四 磁感线 2 几种常见的磁场的磁感线 安培定则i 用右手握住直导线 伸直的大姆指指向电流方向 四指环绕方向 就是磁感线方向 四 磁感线 2 几种常见的磁场的磁感线 俯视图 正视图 四 磁感线 2 几种常见的磁场的磁感线 用右手握住导线 四指环绕方向与电流方向相同 伸直的大姆指的指向 就是环形电流中心轴线上的磁感线方向 安培定则ii 四 磁感线 2 几种常见的磁场的磁感线 安培定则ii 用右手握住螺线管 四指环绕方向与电流方向相同 伸直的大姆指的指向 就是螺线管中心轴线上的磁感线方向 或螺线管的n极 四 磁感线 2 几种常见的磁场的磁感线 正视图 四 磁感线 2 几种常见的磁场的磁感线 例与练 5 关于磁感线 下列说法中正确的是 a 磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向b 磁感线一定从磁体的n极出发 到s极终止c 任何磁场的磁感线都是闭合曲线 磁感线在空间不能相交d 磁感线密处磁场强 磁感线疏处磁场弱 例与练 6 确定下图中小磁针静止时的n极 7 已知磁场方向 标出下列各图导线中电流方向 例与练 i i 8 如右图所示 一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针上方时磁针的n极向纸内偏转 这束带电粒子束可能是 a 向右飞行的正离子b 向左飞行的正离子c 向右飞行的负离子d 向左飞行的负离子 例与练 9 如图所示 螺线管圈通电以后 放在螺线管左侧的小磁针的s极指向螺线管 则电源的正极在 端 例与练 s n 右 n s 五 匀强磁场 如果磁场中各点强弱 方向处处相同 这个磁场就叫匀强磁场 匀强磁场的磁感线是方向相同 互相平行且间距相等的直线 b 1 磁感应强度b与垂直磁场方向的面积s的乘积叫做穿过这个面的磁通量 bs s与b垂直 s与b平行 0 六 磁通量 s与b不平行也不垂直 bs 2 磁通量表示穿过某一面积的磁感线条数多少 六 磁通量 3 磁通量的单位 韦伯 1wb 1t m2 wb 七 磁现象的电本质 八 安培力 1 安培力的方向 八 安培力 伸开左手 使大拇指跟其余的四指垂直共面 1 安培力的方向 左手定则 把左手放入磁场 让磁感线穿过掌心 以磁感线为轴 旋转左手 让四指指向电流方向 伸直的大拇指的指向就是安培力方向 八 安培力 10 已知磁场方向和电流方向 试确定图中电流所受安培力的方向 例与练 垂直纸面向外 垂直纸面向外 f f 11 已知磁场方向和安培力方向 试确定图中电流的方向 例与练 i i i 12 在赤道上空 水平放置一根通以由西向东电流的直导线 此导线受到地磁场的安培力方向为 a 竖直向上b 竖直向下c 由南向北d 由西向东 例与练 f垂直纸面向外 i b 即f竖直向上 俯视图 13 质量为m的通电细杆ab置于倾角为 的平行导轨上 导轨宽度为d 杆ab与导轨间的摩擦因数为 有电流时ab恰好在导轨上静止 如图所示是沿ba方向观察时的四个平面图 标出了四种不同的匀强磁场方向 其中杆与导轨间摩擦力可能为零的是 例与练 14 如图所示 一条形磁铁放在水平桌面上在其左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线 当导线通以如图所示方向电流时 a 磁铁对桌面的压力减小 且受到向左的摩擦力b 磁铁对桌面的压力减小 且受到向右的摩擦力c 磁铁对桌面的压力增大 且受到向左的摩擦力d 磁铁对桌面的压力增大 且受到向右的摩擦力 例与练 15 如图所示 条形磁铁与悬挂的线圈平面垂直 线圈中通有逆时针方向电流 从左侧看 在条形磁铁s极向线圈靠近时 线圈将如何运动 例与练 s n 如果磁铁与线圈平面平行呢 环形电流相当于小磁针 思考题 如图所示 条形磁铁与悬挂的线圈平面平行 线圈中通有逆时针方向电流 从左侧看 在条形磁铁s极向线圈靠近时 线圈将如何运动 例与练 16 综合安培定则和左手定则 判断同向平行电流和两反向平行电流之间的互相作用力的方向 例与练 b与导线垂直 2 安培力的大小 b与导线平行 b与导线不平行 也不垂直 八 安培力 17 垂直磁场方向放入匀强磁场的通电导线长l 1cm 电流强度i 10a 磁感应强度b 0 2t 求 导线所受的安培力f大小 例与练 18 在同一个水平面内的相距0 2m的两平行导轨 一根质量为0 6kg的金属棒放在导轨上 整个装置处在竖直方向的匀强磁场中 磁感应强度b 1 0t 当金属棒中的电流为2a时 棒恰好做匀速运动 当金属棒中的电流增加到8a时 金属棒获得的加速度为多大 例与练 例与练 19 电磁炮是一种理想的兵器 它的主要原理如图所示 1982年 澳大利亚国立大学制成了能把2 2g的弹体 包括金属杆ef的质量 加速到10km s的电磁炮 常规炮弹的速度约为2km s 若轨道宽2m 长为100m 通以恒定电流10a 则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为多大 磁场力的最大功率为多大 不计轨道摩擦 20 如图所示 一根质量为40g 长为0 5m的细铜棒mn用两等长的细线水平地悬吊在磁感应强度为0 2t的匀强磁场中 磁场方向垂直于纸面水平向里 1 细线的张力为零 棒中的电流什么方向 大小是多少 2 如果电流大小不变 将磁场方向变化竖直向上 则细线的张力是多大 细线与竖直方向的夹角是多大 例与练 析与解 mg f mg t f i 21 如图所示 跟水平面成370角且连接电源的光滑金属框架宽为20cm 一根重为g的金属棒ab水平放在金属框架 磁感应强度b 0 6t 方向竖直向上 当通过金属棒的电流为5a时 它刚好处于静止状态 求金属棒的重力和金属框架对棒的支持力大小 例与练 g n f 22 在倾角为 的光滑斜面上 置一通有电流为i 长为l 质量为m的导体棒 如图所示 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的最小值和方向 2 欲使棒静止在斜面上且对斜面无压力 外加匀强磁场的磁感应强度b的大小和方向 例与练 九 磁电式电流表 23 关于磁电式电流表内的磁铁和铁心间的磁场 下列说法中错误的是 a 磁感应强度大小处处相等 方向不同b 磁感应强度方向处处相同 大小不等c 线圈转动的角度不同 它的平面与磁感线的夹角也不同d 线圈转动的角度不同 所处位置的磁感应强度大小也不同 例与练 24 关于磁电式电流表内的磁铁和铁心间的矩形线圈与该磁场的关系 下列说法中正确的是 a 通电线圈旋转的角度不同 它所在位置的磁感应强度大小也不同b 不管通电线圈转到什么位置 它所在位置的磁感应强度大小都相等c 通电线圈旋转的角度不同 它的平面与磁感线的夹角也不同d 不管通电线圈转到什么位置 它的平面都与磁感线相平行 例与练 25 电流表中通以相同的电流时 指针的偏转角越大 表示电流表的灵敏度越高 下列关于电流表的灵敏度的说法中正确的是 a 增加电流表中的线圈匝数 可以提高电流表的灵敏度b 增加电流表中永久磁铁的磁性 可以提高电流表的灵敏度c 电流表中通的电流越大 电流灵敏度越高d 电流表中通的电流越小 电流表的灵敏度越高 例与练 十 洛伦兹力 1 洛伦兹力 磁场对运动电荷的作用力 2 洛伦兹力与安培力 安培力是洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力是安培力的微观本质 十 洛伦兹力 3 洛伦兹力的方向 可以把运动电荷看作电流 伸开左手 使大拇指跟其余的四指垂直共面 左手定则 把左手放入磁场 让磁感线穿过掌心 以磁感线为轴 旋转左手 让四指指向正电荷运动方向 则大拇指的指向就是洛伦兹力方向 负电荷洛伦兹力方向与正电荷洛伦兹力方向相反 洛伦兹力对带电粒子始终不做功 十 洛伦兹力 26 下列关于磁场对运动电荷的洛仑兹力的说法中正确的是 a 电荷在磁场中一定受到洛仑兹力b 运动电荷在磁场中一定受到洛仑兹力c 安培力是洛伦兹力的宏观表现d 洛仑兹力对运动电荷一定不做功 例与练 电荷的运动方向与磁场方向不平行 洛仑兹力与电荷的运动方向垂直 27 下列各图中已经画出磁场方向和电荷的运动方向 请指出洛仑兹力的方向 例与练 f垂直纸面向外 f f 28 下列各图中已经画出磁场方向和洛仑兹力的方向 请画出电荷的运动方向 例与练 v v垂直纸面向里 29 下列各图中已经画出磁场方向 电荷的运动方向和洛仑兹力的方向 请指出电荷的电性 例与练 30 下图中已经知道电荷的运动方向和洛仑兹力的方向 请指出磁铁的极性 例与练 n s b 31 如图所示 在一根电流方向向右的通电直电线的正下方有一个电子射线管与导线平行放置 则管内的电子射线将 a 向上偏b 向下偏c 向纸内偏d 向纸外偏 例与练 f 思考题 电视机显象管的偏转线圈示意图如右 电子流由里向外射出时将向哪里偏转 例与练 4 洛伦兹力的大小 v与b垂直时洛伦兹力f最大 v与b垂直 b与导线平行 十 洛伦兹力 32 两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一个匀强磁场 两粒子质量之比为1 4 电量之比为1 2 则两带电粒子受到洛仑兹力之比为 a 2 1b 1 1c 1 2d 1 4 例与练 33 当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管 若不计重力 则 a 带电粒子速度大小改变 b 带电粒子速度方向改变 c 带电粒子速度大小不变 d 带电粒子速度方向不变 例与练 b 34 如图所示 运动电荷电量为q 2 10 8c 电性图中标明 正电荷 运动速度v 4 103m s 匀强磁场磁感应强度为b 0 5t 求电荷受到的洛伦兹力的大小和方向 例与练 f 35 有一匀强磁场 磁感应强度大小为1 2t 方向由南水平向北 现有一个质子沿竖直向下的方向进入磁场 磁场作用在质子上的力为9 6 10 14n 求质子射入时速度为多大 质子刚进入磁场时向哪个方向偏转 例与练 v b 向东 俯视图 f 36 图中oa是一光滑 绝缘斜面 倾角 37 一质量m 0 02kg的带电体从斜面上的某点由静止开始下滑 如果物体的带电量q 10 2c 垂直纸面向里的匀强磁场b 4 0t 试求 物体在斜面上运动的最大速率及其沿斜面下滑的最大距离 g取10m s2 斜面足够长 例与练 析与解 mg n 物体合力不为零 沿斜面向下加速 析与解 mg n f 物体合力不为零 沿斜面向下加速 析与解 mg f 物体合力不为零 沿斜面向下加速 当n 0 即f mgcos370时 v最大 十一 带电粒子在匀强磁场中的运动 1 条件 b 磁场b是匀强磁场 初速度v与磁场垂直 不考虑粒子重力 匀速圆周运动 2 运动性质 十一 带电粒子在匀强磁场中的运动 3 轨道半径公式 b 十一 带电粒子在匀强磁场中的运动 4 周期公式 b t与速率v和轨道半径r都无关 十一 带电粒子在匀强磁场中的运动 37 两个比荷相同 初速度大小不同的带电粒子 垂直进入同一匀强磁场后 不计重力 下列说法中正确的是 a 它们运动的半径相同b 它们运动的周期相同c 初速度大的粒子运动的半径大d 初速度大的粒子运动的周期大 例与练 38 有三种粒子 分别是质子 氚核 和 粒子 束 如果它们以相同的速度沿垂直于磁场方向射入匀强磁场 磁场方向垂直纸面向里 在下图中 哪个图正确地表示出这三束粒子的运动轨迹 例与练 39 如图所示 ab是一弯管 其中心线是半径为r的一段圆弧 将它置于一给定的匀强磁场中 磁场方向垂直于圆弧所在平面 并且指向纸外 有一束粒子对准a端射入弯管 粒子有不同的质量 不同的速度 但都是一价正离子 a 只有速度大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管b 只有质量大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管c 只有动能大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管d 只有质量与速度乘积大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管 例与练 40 一个带电粒子 沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场 粒子的一段径迹如图所示 径迹上的每一小段可近似看成圆弧 由于带电粒子使沿途的空气电离 粒子的能量逐渐减小 带电量不变 从图中可以确定 a 粒子从a到b 带正电b 粒子从b到a 带正电c 粒子从a到b 带负电d 粒子从b到a 带负电 例与练 粒子从b到a 由左手定则 粒子带正电 41 垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为d的条形区域内 磁感应强度为b 一个质量为m 电量为q的粒子以一定的速度垂直于磁场边界方向从 点垂直飞入磁场区 如图所示 当它飞离磁场区时 运动方向偏转 角 试求粒子的运动速度v以及在磁场中运动的时间t 例与练 o r d 42 如图所示 直线mn是匀强磁场b的左边界 磁场方向垂直纸面向里 质量为m 电量为e的电子以垂直mn和b的速度v从a点进入匀强磁场 p点是电子运动轨道上的一点 ap连线与初速度方向的夹角为300 求ap之间的距离和电子从a点运动到p点的时间 例与练 o 43 如图所示 在x轴上方有磁感应强度为b的匀强磁场 磁场方向垂直纸面向里 正 负电子同时从x轴原点o以与x轴成30 角的相同速度v射入磁场 电子质量为m 电量为e 它们从磁场中射出时x轴的坐标分别为多少 两个电子在磁场中运动的时间分别是多少 两个电子射出磁场时速度方向有什么关系 例与练 析与解 o1 o2 v1 v2 44 如图所示 在y轴左方匀强磁场的磁感应强度为b 在y轴右方匀强磁场的磁感应强度为b 3 方向都垂直纸面向里 质量为m 电量为q的带正电粒子从坐标原点o以指向x轴正向的速度v进入磁场 求带电粒子运动的周期和一个周期后带电粒子的位置坐标 例与练 45 图中的s是能在纸面内的360 方向发射电子的电子源 所发射出的电子速率均相同 mn是一块足够大的竖直挡板 与电子源s的距离为os l 挡板的左侧分布着方向垂直于纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为b 设电子的质量为m 带电量为e 求 1 要使电子源发射的电子能达到档板 则发射的电子速率至少要多大 2 若电子源发射的电子速率为ebl m 挡板被电子击中的范围有多大 要求在图中画出能击中挡板的距o点上下最远的电子运动轨迹 例与练 析与解 析与解 析与解 析与解 析与解 析与解 析与解 46 一个质量为m 电量为q的带电粒子 以沿半径指向圆心的速度v射进一个半径为r的圆形匀强磁场中 磁场方向与圆形边界垂直 带电粒子离开磁场时速度偏向角为600 不考虑带电粒子的重力 求 带电粒子在磁场中运动的轨道半径带电粒子在磁场中运动时间匀强磁场的磁感应强度大小 例与练 析与解 o1 47 初速为零的离子经过电势差为u的电场加速后 从离子枪t中水平射出 经过一段路程后进入水平放置的两平行金属板mn和pq之间 离子所经空间存在一磁感强度为b的匀强磁场 如图所示 不考虑重力作用 离子荷质比q m q m分别是离子的电量与质量 在什么范围内 离子才能打在金属板上 例与练 条件 正交的匀强电场和匀强磁场 初速度v与电磁场垂直 不考虑粒子重力运动性质 匀速直线运动 十二 带电粒子在复合场中的运动 1 速度选择器 与粒子的电量和电性无关 1 速度选择器 十二 带电粒子在复合场中的运动 48 一个带正电的微粒 重力不计 穿过图中匀强电场和匀强磁场区域时 恰能沿直线运动 则欲使电荷向下偏转时可采用的办法是 a 增大电荷电量b 增大磁感强度c 增大电场强度d 增大入射速度 例与练 qe qvb 电荷向下偏转 qe qvb 49 如图所示 从离子源发射的正离子经加速电压u加速后进入相互垂直的匀强电场e 方向竖直向上 和匀强磁场b 方向垂直于纸面向外 中 发现离子向上偏转 要使此离子沿直线穿过电场 可以 a 增大电场强度e 减小磁感强度bb 减小加速电压u 增大电场强度ec 适当地加大加速电压ud 适当地减小电场强度e 例与练 qvb qe 离子向上偏转说明 qe qvb 要使离子沿直线穿过电场 减小qe或增加qvb 50 如图 质量为m 电量为q的带电小球 恰好能在电容器内的竖直平面内作匀速圆周运动 运动的半径为r 磁场的方向垂直纸面向里 磁感强度为b 电容器两板间距离为d 则 a 该小球一定带负电b 该小球一定沿顺时针方向作匀速圆周运动c 电源的电动势为 mgd qd 粒子绕行的线速度大小v bqr m 例与练 mg qe qe mg qvb qvb mv2 r v qbr m 负电荷 顺时针方向绕行 如图所示 由燃烧室o燃烧电离成的正 负离子 等离子体 以高速喷入偏转磁场b中 在洛伦兹力作用下 正 负离子分别向上 下极板偏转 积累 从而在板间形成一个向下的电场 两板间形成一定的电势差 当qvb qe qu d时 电势差稳定u dvb 2 磁流体发电机 这就相当于一个电压为u dvb的电源 十二 带电粒子在复合场中的运动 如图所示 从离子源放出的离子初速可忽略 经电压为u的加速电场加速后 垂直射入一个有界的磁场 磁感强度为b 然后做匀速圆周运动 落在记录它的照相底片m上 若测出出入口的距离 直径 为d 则可求得离子的比荷 3 质谱仪 十二 带电粒子在复合场中的运动 51 如图所示 一质量为m 电荷量为q的粒子从容器a下方小孔s1飘入电势差为u的加速电场 然后让粒子从小孔s3垂直进入磁感应强度为b的磁场中 最后打到底片d上 1 粒子在电场区域 s1 s2间 做什么运动 2 在s2