一、磁场知识的整理.doc

磁场知识的整理永磁体安培分子环流假说运动电荷、电流磁场磁感线磁感应强度对通电直导线的作用力安培力：大小 方向 左手定则对运动电荷的作用力洛仑兹力：大小 f=qB方向 左手定则通电直导线在复合场中的平衡和运动带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动带电粒子在复合场中的运动应用应用回旋加速器速度选择器质谱仪磁流体发电机电磁流量计一、 磁场的基本知识：1 磁场的描述（1）磁场的客观性：磁场是一种特殊的物质存在于磁极和电流周围。磁场的性质：磁场对放入其中的磁极和电流有力的作用磁场的方向：规定磁场中任意一点的小磁针静止时N极的指向（即小磁针N极的受力方向）（2）磁场的强弱 磁感应强度（矢量）大小：（比值定义式） B与F、I、L无关，只由磁场本身决定； 方向：就是磁场的方向（3）形象的表现 磁感线 不是真实存在的，是人们为了形象描述磁场而假象的； 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(1) 条形磁体和蹄形磁体的磁场：(2) 直线电流的磁场：(3)环形电流的磁场：（4）通电螺线管的磁场：（5）匀强磁场： 3 磁现象的电本质（1） 安培分子电流假说：物质微粒内部存在着环形分子电流。对各种磁现象的解释：分子电流取向杂乱无章是无磁性，分子电流取向大致相同时有磁性。（2） 磁现象的电本质：磁铁和电流的磁场都是由运动电荷而产生的。4 安培定则（1） 右手直导线定则右手握住通电直导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。（2） 右手螺线管定则用右手握住环形导线，让弯曲的四指所指的方向跟电流的环绕方向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是环形导线的中心轴线上磁感线的方向。5 稳恒磁场与静电场的比较：电场磁场产生由静止电荷产生由运动电荷产生特性对所有电荷都有作用力电场力仅对运动电荷（包括磁极、电流）有作用力磁场力描述电场强度 磁感应强度 方向正电荷在该点所受电场力的方向小磁针N极所受磁场力方向（与电流所受磁场力F方向垂直）图示电场线：非闭合曲线，起于正电荷而止于负电荷，沿电场线方向电势降落磁感线：闭合曲线，无起点终点，可用安培定是判断电流磁场中磁场的磁场的方向二、 磁场对电流的作用；磁场对运动电荷的作用：安培力洛仑兹力大小适用条件方向左手定则（F必垂直B、I所决定的平面左手定则判定（F必垂直v、B所决定的平面，若q带负电则四指指向v的反方向）应用举例电流天平磁电式电表质谱仪、加旋加速器、速度选择器、磁流体发电机电场力洛伦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伦兹力的作用大小与电荷运动速度无关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，能改变电荷动能不能对电荷做功、不能改变电荷的动能偏转轨迹静电偏转、轨迹为抛物线磁偏转、轨迹为圆弧三、 带电粒子在匀强磁场中的运动：1 运动分析：当带电粒子沿垂直磁场方向射入磁场，即时，带电粒子所受洛伦兹力，方向总与速度方向垂直。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：；半径公式： 周期公式：3 确定圆心、半径、运动时间的方法：圆周轨迹上任意两点的速度的方向垂线的交点或者一条速度的方向垂线和圆的某条弦的中垂线的交点，就是圆心；圆心确定下来后，根据平面几何知识去求解半径；先求出运动轨迹所对应的圆心角，然后根据就可求得运动时间。四、 带电粒子在复合场中的运动规律：1、带电粒子在复合场中运动的基本分析 （1）这里所说的复合场是指电场、磁场、重力场并存，或其中某两种场并存的场。带电粒子在这些复合场中运动时，必须同时考虑电场力、洛伦兹力和重力的作用或其中某两种力的作用，因此对粒子的运动形式的分析就显得极为重要。 （2）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。 （3）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。 （4）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。（如模型：匀强电场、重力场和匀强磁场复合时，要求粒子做匀速圆周运动，电场力与重力运动效果抵消，在洛仑兹力的作用下做匀速圆周运动） （5）当带电粒子所受的合外力的大小、方向均是不断变化的，则粒子将做变加速运动，这类问题一般只能用能量关系处理。2、电场力和洛仑兹力的比较 （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仑兹力的作用。 （2）电场力的大小F=Eq，与电荷的运动的速度无关；而洛仑兹力的大小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；而洛仑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，而洛仑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；洛仑兹力不能对电荷做功，不能改变电荷的功能。 （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；匀强磁场中在洛仑兹力的作用下，垂直于磁场方向运动的电荷的偏转轨迹为圆弧。 3、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）是直接看不出是否要考虑重力，但在进行受力分析与运动分析时，要由分析结果，先进行定性确定再是否要考虑重力。 4、复合场中的特殊物理模型 （除加速器外，其它各种模型的目的和作用虽然不同，但是原理基本一致，即电场力与洛仑兹力平衡）（1）速度选择器 ：如图所示，匀强磁场与匀强电场正交（相互垂直）。设一个带正电的粒子（不计重力）从左侧平行于极板射入时，带电粒子同时受到电场力和洛仑兹力的作用，当两者等大反向时，粒子不发生偏转而是沿直线匀速运动，则：可见， 速度选择器只选择速度，与粒子的电性、电量、质量无关。（2）质谱仪：如图所示MN板的左方是带电粒子速度选择器，选择器内有正交的匀强磁场和匀强电场，一束有不同速率的正离子水平地由小孔进入场区。 速度选择部分：路径不发生偏转的离子的条件是 ，能通过速度选择器的带电粒子必是速度为该值的粒子，与它带多少电和电性、质量均无关。质谱仪部分：经过速度选择器后的相同速率的不同离子在右侧的偏转磁场中做匀速圆周运动，由可知，不同比荷的离子轨道半径不同。 P位置为照相底片记录粒子的位置，由此可以用来测定带电粒子的比荷和分析同位素。 （）加速器：回旋加速器的主要特征。 带电粒子在两D形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期，与带电粒子的速度无关； 将带电粒子在两盒狭缝之间的运动首尾连起来是一个初速为 0的匀加速直线运动； 带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，所有经过半径之比为（这可由学生自己证明），对于同一回旋加速器，其粒子回旋的最大半径是相同的，解题时务必引起注意。 注意：这种加速器称之为经典回旋加速器，按照狭义相对论的知识，在粒子的能量很高的时候，它的运动速度接近光速，这时粒子的质量将随着速率的增加而显著增大，粒子在磁场中回旋一周的时间将要发生明显变化。交变电场的频率不再跟粒子运动的频率一致，所以这种经典回旋加速器加速带电粒子的最高能量是受到限制的，进一步提高粒子的速率就不可能了。直线加速器（又称多级加速器）的主要特征。 如图所示，直线加速器是使粒子在一条直线装置上被加速。 注意：直线加速器虽然建造耗资巨大，却可以避免经典回旋加速器的弊端，可以将带电粒子的速率进一步提高。（）磁流体发电机：磁流体发电机的原理：等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛仑兹力的作用下发生上下偏转而聚集到AB板上，产生电势差，设A、B平行金属板的面积为S，相距为L，等离子体的电阻率为，喷入气体速度为，板间磁场的磁感应强度为B，板外电阻为R，当等离子气体匀速通过A、B板间时，A、B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即电源电动势，此时粒子受力平衡，即电场力与洛仑兹力平衡：（）电磁流量计:电磁流量计原理可解释为：如图，一个圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动，导电流体中的自由电荷（正负离子）在洛仑兹力作用下横向偏转，a、b间出现电势差，当自由电荷所受电场力和洛仑兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，由 ，可得，流量（）霍尔效应：如图，厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和