磁场知识点汇总

精品文档 1欢迎下载 磁场知识点汇总磁场知识点汇总 一 磁场磁场 磁场是一种客观物质 存在于磁体和运动电荷 或电流 周围 磁场 磁感应强度 的方向规定为磁场中小磁针 N 极的受力方向 磁感线的切线方 向 磁场的基本性质是对放入其中的磁体 运动电荷 或电流 有力的作用 二 磁感线磁感线 磁感线是徦想的 用来对磁场进行直观描述的曲线 它并不是客观存在的 磁感线是闭合曲线 极极磁体的内部 极极磁体的外部 NS SN 磁感线的疏密表示磁场的强弱 磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向 任何两条磁感线都不会相交 也不能相切 三 安培定则安培定则是用来确定电流方向与磁场方向关系的法则 弯曲的四指代表 环形电流或通电螺线管电流的方向 直线电流磁感线的环绕方向 四 安培分子电流假说安培分子电流假说揭示了磁现象的电本质 即磁体的磁场和电流的磁场一样 都是由 电荷的运动产生的 五 几种常见磁场几种常见磁场 直线电流的磁场 无磁极 非匀强 距导线越远处磁场越弱 通电螺线管的磁场 管外磁感线分布与条形磁铁类似 管内为匀强磁场 地磁场 与条形磁铁磁场类似 地磁场 N 极在地球南极附近 S 极在地球北极附近 地磁场 B 的水平分量总是从地球南极指向北极 而竖直分量南北相反 在南半球垂直 地面向上 在北半球垂直地面向下 在赤道平面上 距离地球表面相等的各点 磁感强度相等 且方向水平向北 六 磁感应强度磁感应强度 定义式 定义 B 时 B 为矢量 方向与磁场方向相 LI F B BI 同 并不是在该处电流的受力方向 运算时遵循矢量运算法则 七 磁通量磁通量 定义一 BS S 是与磁场方向垂直的面积 即 B 如果平面与磁场方向不 S 垂直 应把面积投影到与磁场垂直的方向上 求出投影面积 S 定义二 表示穿过某一面积磁感线条数 磁通量是标量 但有正 负 正 负号不代表方向 仅代表磁感线穿入或穿出 当一个面有两个方向的磁感线穿过时 磁通量的计算应算 纯收入 即 1 为正向磁感线条数 为反向磁感线条数 212 八 安培力大小安培力大小 精品文档 2欢迎下载 公式sin 为 B 与 I 夹角 BLIF BLIF 0 通电导线与磁场方向垂直时 安培力最大 BILF 通电导线平行于磁场方向时 安培力 0 F B 对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度 式中的 L 为导线垂直于磁场方向的有效长度 例如 半径为 r 的半圆形导线与磁场 B 垂直放置 导线的的等效长度为 2r 安培力 BIrF2 九 安培力的方向安培力的方向 方向由左手定则来判断 安培力总是垂直于磁感应强度 B 和电流 I 所决定的平面 但 B I 不一定要垂直 十 物体在安培力作用下运动方向的判定方法物体在安培力作用下运动方向的判定方法 电流元分析法 把整段电流等效分成很多电流元 先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方 向 从而判断出整段电流所受合力的方向 最后确定运动方向 注意一般取对称的电 流元分析 例题 例题 如图所示 两根垂直纸面 平行且固定放置的直导线 M 和 N 通有同向 等值电流 沿纸面与直导线 M N 等距放置的另一根可自由移动的通电导线 ab 则通电导线 ab 在安培力作用下运动的情况是 A 沿纸面逆时针转动B 沿纸面顺时针转动 C a 端转向纸外 b 端转向纸里 D a 端转向纸里 b 端转向纸外 等效分析法 环形电流可以等效为小磁针 或条形磁铁 条形磁铁也可等效成环形电流 通电螺 线管可等效为多个环形电流或条形磁铁 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方向相同的趋势 十一 洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小 当电荷速度方向与磁场方向垂直时 洛伦兹力的大小 qvBF 当时 即磁场对静止的电荷无作用力 磁场只对运动电荷有作用力 0 v0 F 这与电场对其中的静止电荷或运动电荷总有电场力的作用是不同的 当电荷运动方向与磁场方向相同或相反 即与平行时 vB0 F 当电荷运动方向与磁场方向夹角为 时 洛伦兹力的大小 sin qvBF 注意 以上公式中的 v 应理解为电荷相对于磁场的运动速度 会推导洛伦兹力的 公式 十二 洛伦兹力的方向洛伦兹力的方向 用左手定则来判断 让磁感线穿过手心 四指指向正电荷运动的方向 或负电荷运 动方向的反方向 大拇指指向就是洛伦兹力的方向 无论与是否垂直 洛伦兹力总是同时垂直于电荷运动方向与磁场方向 vB 洛伦兹力的特点洛伦兹力的特点 洛伦兹力的方向总与粒子运动的方向垂直 洛伦兹力只改变速度的方向 不改变速度 的大小 故洛伦兹力永不做功 精品文档 3欢迎下载 B1d U O B 2 E 十三 十三 安培力和洛伦兹力的关系安培力和洛伦兹力的关系 安培力是洛伦兹力的宏观表现 洛伦兹力是安培力的微观实质 方向都由左手定则判 断 洛伦兹力不做功 安培力可以做功 十四 洛伦兹力作用下的运动洛伦兹力作用下的运动 当带电粒子垂直进入磁场时 洛伦兹力不做功 粒子做匀速圆周运动 由牛顿第二定 律可得 所以 粒子运动的周期 r mv qvB 2 qB mv r qB m v r T 22 例题 例题 如图 MN 是匀强磁场中的一块薄金属板 带电粒子 不计重力 在匀强磁 场中运动并穿过金属板 虚线表示其运动轨迹 由图知 A 粒子带负电B 粒子运动方向是 abcde C 粒子运动方向是 edcbaD 粒子在上半周所用时 间比下半周所用时间长 十五 带电粒子在相互垂直的电场和磁场中的运动带电粒子在相互垂直的电场和磁场中的运动 速度选择器 作用 可以把具有某一特定速度的粒子选择出来 粒子受力特点 同时受相反方向的电场力和磁场力作 用 粒子匀速通过速度选择器的条件 电场力和洛伦兹力 平衡 即速度大小只有满足的粒子 qvBqE B E v 才能沿直线匀速通过 速度选择器对正 负电荷均适用 带电粒子能否匀速 通过电 磁场与粒子所带电荷量 电性 粒子的质量无关 仅取决于粒子的速度 不是速率 若或 粒子都将偏离直线运动 B E v B E v 粒子若从右侧射入 则不可能匀速通过电磁场 这说明速 度选择器不仅对速度大小有选择 而且对速度方向也有选择 磁流体发电机 作用 可以把等离子体的内能直接转化为电能 原理 高速的等离子体 即高温下电离的气体 含有大量带正电和负电的微粒 而 从整体来说呈中性 喷射入磁场 在洛伦兹力作用下分别聚集在 A 板和 B 板 于是在 板间形成电场 当板间电场对电荷的作用力等于电荷所受洛伦兹力 两板间形成一定 的电势差 合上开关 K 后 就能对负载供电 磁流体发电机的电动势 推导 当外电路断开时 电源电动势等于路 BdvE 端电压 BdvUE qEqvB EdU 源 带电粒子在有界匀强磁场中的运动带电粒子在有界匀强磁场中的运动 v A B v R K MN a b c d e B A C 精品文档 4欢迎下载 三个问题 圆心的确定 圆心一定在与速度方向垂直的直线上 根据入射点和出射点的速度方 向做出垂线 交点即为圆心 半径的计算 一般是利用几何知识解直角三角形 带电粒子在有界磁场中运动时间的确定 利用圆心角和弦切角的关系或四边形内角 和等于 360 度或速度的偏向角 带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向 之间的夹角 等于圆弧轨道所对的圆心角 再由公式求运动时间 Tt 2 十六 质谱仪质谱仪 质谱仪主要用于分析同位素 测定其质量 荷质比 下图为一种常见的质谱仪 由粒子 源 加速电场 U 速度选择器 E B1 和偏转磁场 B2 组成 若测得粒子在回旋中的轨 道直径为 d 求粒子的荷质比 dBB E m q 21 2 例题 例题 如图 15 6 所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示 意图 速度选择器 也称滤速器 中场强E的方向竖直向下 磁 感应强度B1的方向垂直纸面向里 分离器中磁感应强度B2的方向 垂直纸面向外 在S处有甲 乙 丙 丁四个一价正离子垂直于 E和B1入射到速度选择器中 若 丁丙乙甲 mmmm 在不计重力的情况下 则分别打在P1 P2 P3 P4四点的离子 丁丙乙甲 vvvv 分别是 A 甲乙丙丁 B 甲丁乙丙 C 丙丁乙甲 D 甲乙丁丙 十七 回旋加速器回旋加速器 工作原理 磁场的作用 带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入磁场后 并在洛伦兹力作用下做 匀速圆周运动 其周期和速率 半径均无关 带电粒子每次进入 D 形盒 qB m T 2 都运动相等的时间 半个周期 后平行电场方向进入电场中加速 交流电压 为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速 使之能量不断提高 要在狭 缝处加一个周期与带电粒子在 D 形盒中运动周期相同的交变电压 带电粒子的最终能量 当带电粒子的速度最大时 其运动半径也最大 由 得 若 D 形盒 qB mv r m qBr v 的半径为 R 则带电粒子的最终动能 m RBq Em 2 222 注意