第八章 磁场知识梳理.doc

高三物理第八章 磁场（一）人教实验版选修3-1【本讲教育信息】一. 教学内容：选修3-1第八章 磁场（一）二. 高考考纲及分析 高考考纲磁场、磁感应强度、磁感线（I）通电直导线和通电线圈周围磁场的方向（I） 安培力、安培力的方向（I）匀强磁场中的安培力（）洛伦兹力、洛伦兹力的方向（I）洛伦兹力的公式（）带电粒子在匀强磁场中的运动（）质谱仪和回旋加速器（I）考纲分析1. 从考纲上看，磁场部分属于要求的有磁场对通电导线的作用、磁场对运动电荷的作用和带电粒子在匀强磁场中的运动，这些也是磁场知识在高考考查中的重点。2. 从受力角度讲，通电导线受到的安培力和带电粒子受到的洛伦兹力是磁场中最常见的两种力。而两种力的本质是完全相同的，只不过一个是宏观的磁场力，一个是微观的磁场力。3. 从高考考查的运动形式来看，对于通电导体，可以结合受力平衡知识考查通电导线在磁场中的受力平衡，也可以结合电磁感应知识考查通电导线在磁场中受安培力后的运动。对于带电粒子，带电粒子受到洛伦兹力在边界磁场中做圆周运动，和带电粒子在复合场中的运动形式是常见的考查形式。4. 从与新的科学技术的联系来看，在进行磁场知识考查的时候，可以通过一种实验仪器来作为考查的载体，例如质谱仪、回旋加速器等利用磁场知识制造的实验器材。三. 知识网络四. 知识要点第一单元 磁场对电流的作用力1. 磁场（1）磁场的存在：磁场是一种特殊的物质存在于磁极和电流周围。（2）磁场的特点：磁场对放入磁场中的磁极和电流有力的作用。（3）磁场的方向：规定磁场中任意 一点的小磁针静止时N极的指向（小磁针N极受力方向）。（4）磁感应强度（描述磁场强弱的物理量），定义式注意： 磁感应强度B与F、I、L无关，只由磁场本身决定。 式中的I必须垂直于该处的磁场。 磁感应强度是一个矢量，B的方向就是该处的磁场方向（不是F的方向）。2. 磁感线（1）磁感线的特点。 不是真实存在的，是人们为了形象描述磁场而假想的。 是闭合曲线，磁体的外部是从N极到S极，内部是从S极到N极。 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。（2）几种常见的磁感线在掌握各类磁场的分布时，要牢记地磁场、条形磁铁、蹄形磁铁等永磁体的磁场分布以及直线电流、环形电流和通电螺线管周围空间的磁场分布，要能熟练地用磁感线正确表示，以图示方法画出磁感线的分布情况（包括正确的方向和大致的疏密程度），还要能根据解题的需要选择不同的图示（如立体图、纵剖面图或横断面图等）。 条形磁铁和蹄形磁铁的磁场在磁体的外部，磁感线从N极射出进入S极，在内部也有相应条数的磁感线（图中未画出）与外部磁感线衔接并组成闭合曲线。 直线电流的磁场直线电流的磁感线是在垂直于导线平面上的以导线上某点为圆心的同心圆（如图），其分布呈现“中心密边缘疏”的特征，从不同角度观察，如图。 环形电流的磁场如图中甲、乙、丙从不同角度观察，环形电流的磁感线是一组穿过环所在平面的曲线，在环形导线所在平面处，各条磁感线都与环形导线所在的平面垂直。 通电螺线管的磁感线与条形磁铁相似，一端相当于北极N，另一端相当于南极S。由于在螺线管内部磁感线从S指向N，因此不能用“同名磁极相斥，异名磁极相吸”来判断在管内部的小磁针的指向，小磁针在通电螺线管周围空间的指向，不论是在管内或管外，应根据磁感线的方向加以判断，如图。 匀强磁场在磁场的某些区域内，若磁感线为同向、等间距的平行的直线，则这个区域的磁场叫匀强磁场。条形磁铁N和S两磁极端面相互平行，距离较近时，磁极间的磁场是匀强磁场，如图所示.通有稳恒电流的长直螺线管内的中央区域的磁场也是匀强磁场，如图乙所示。3. 安培力（1）安培力大小（其中为B与I之间的夹角） 若磁场和电流垂直时：F =BIL； 若磁场和电流平行时：F =0。（2）安培力的方向左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直（或倾斜）穿入手心，伸开四指指向电流方向，拇指所指的方向即为导线所受安培力的方向说明：电流所受的安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，所以安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所确立的平面。第二单元 磁场对运动电荷的作用力1. 洛伦兹力的大小当=90时，此时，电荷受到的洛伦兹力最大；当=0或180时，f =0，即电荷在磁场中平行于磁场方向运动时，电荷不受洛伦兹力作用；当v=0时，f =0，说明磁场只对运动的电荷产生力的作用。2. 洛伦兹力的方向左手定则：伸开左手，使大姆指跟其余四个手指垂直，且处于同一平面内，让磁感线穿入手心，四指指向为正电荷的运动方向（或负电荷运动的反方向），大拇指所指的方向是正电荷（负电荷）所受的洛伦兹力的方向。说明：（1）洛伦兹力的方向既与电荷的运动方向垂直，又与磁场方向垂直，所以洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷的速度方向和磁场方向所确定的平面。（2）洛伦兹力方向总垂直于电荷运动方向，当电荷运动方向发生变化时，洛伦兹力的方向随之变化。（3）由于洛伦兹力方向总与电荷运动方向垂直，所以洛伦兹力对电荷不做功。3. 带电粒子在匀强磁场中的运动（1）运动分析：如图所示，若带电粒子沿垂直磁场方向射入磁场，即=90时，带电粒子所受洛伦兹力，方向总与速度v方向垂直.洛伦兹力提供向心力，使带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。（2）其特征方程为：f洛=F向（3）四个基本公式：向心力公式：半径公式：周期和频率公式：动能公式：注意：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期T，只和粒子的比荷（q/m）有关，与粒子的速度v、半径R的大小无关；也就是说比荷（q/m）相同的带电粒子，在同样的匀强磁场中，T、f和相同。五. 重难点解析1. 关于安培定则的理解关于电流磁场方向的判定，要求能正确掌握安培定则的两种用法，自直线电流的磁场过渡到环形电流的磁场，再到通电螺线管的磁场，由简到繁，领会安培定则两种用法的一致性.例如对环形电流，我们可以看作由很多小的直线电流组成，让伸直的大拇指指向电流方向，则弯曲的四指所指为磁感线环绕方向，结果同让弯曲的四指指向电流方向，伸直的大拇指指向为中心轴线上的磁感线方向一致，这说明安培定则（1）和安培定则（2）是一致的。在正确判定通电螺线管内部磁场方向的基础上，依据螺线管内部与外部的磁感线衔接形成一些闭合曲线并且环绕方向一致，明确其N、S极的相对位置，理解内部“磁感线是由S极指向N极的” 。2. 由安培力公式推导洛伦兹力公式如图所示，直导线长L，电流为I，导体中运动电荷数为n，截面积为S，电荷的电量为q，运动速度为v，则安培力所以洛伦兹力因为（N为单位体积内的电荷数）所以，式中，故。3. 带电粒子在匀强磁场中的运动的解题思路及方法（1）圆心的确定：因为洛伦兹力F指向圆心，根据Fv，画出粒子运动轨迹中任意两点（一般是射入和射出磁场的两点）的F的方向，沿两个洛伦兹力F画出延长线，两延长线的交点即为圆心，或利用圆心位置必定在圆中一根弦的中垂线上，作出圆心位置。（2）半径的确定和计算：利用平面几何关系，求出该圆的可能半径（或圆心角）。并注意以下两个重