磁场期末复习...ppt

磁场 一 磁场及其产生1 磁场是存在于磁体或电流周围的一种特殊物质 磁体和磁体之间 磁体和电流之间 电流和电流之间的相互作用力靠磁场传递 磁场的基本性质是 对放入其中的磁体或电流产生力的作用 2 磁场的产生 电流或磁体都可以产生磁场 3 磁场的方向 放在磁场中某一点的小磁针北极受力的方向 即小磁针静止时北极所指的方向就是这一点的磁场方向 4 磁现象的电本质 磁体 电流和运动电荷的磁场都产生于电荷的运动 并通过磁场而相互作用 二 磁感线 1 在磁场中画一系列曲线 使曲线上任一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致 这些曲线即为磁感线 2 特点 1 磁感线上任一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致 2 磁感线是为了描述磁场而引入的 实际并不存在 3 磁感线在磁体 或通电螺线管 外部由N极指向S极 在磁体 或通电螺线管 内部由S极指向N极 组成一条封闭的曲线 4 磁感线的疏密程度可以表示磁场的强弱 5 任何两条磁感线不相交 也不相切 3 几种典型磁场的磁感线 1 条形磁铁与U形磁铁 如图54 1所示 2 直线电流的磁场 无磁极 非匀强 距导线越远处磁场越弱 如图54 2所示 图54 2 图54 1 3 通电螺线管的磁场 两端分别是N极和S极 管内一般为匀强磁场 磁感线的方向由S极指向N极 管外为非匀强磁场 磁感线的方向由N极指向S极 如图54 3所示 4 地磁场 如图54 4所示 的主要特点 图54 4 图54 3 地磁场的北极在地理南极附近 地磁场的南极在地理北极附近 在地表以上空间 地磁场的水平分量总是从地理南极指向地理北极 而竖直分量则南北相反 在南半球垂直地面向上 在北半球垂直地面向下 三 安培定则1 直线电流的磁场磁感线是一族以导线为轴心的同心圆 若以右手握住导线 让伸直的大拇指指向电流的方向 则弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向 离导线越远 磁场越弱 2 通电螺线管的磁场与条形磁铁的磁场类似 右手握住螺线管 让弯曲的四 指指向电流的方向 则伸直的大拇指所指的方向为螺线管中心轴线上的磁场方向 通电螺线管内部可以看成匀强磁场 3 环形电流的磁场可视为单匝螺线管 方法与螺线管相同 四 磁感应强度1 意义 是描述磁场强弱的物理量 是描述磁场力的性质的物理量 它由磁场本身决定 2 大小 其中F为与磁场垂直的一小段通电直导线受到的安培力 L为该段导线的长度 I为该段导线中的电流 3 方向 磁感应强度为矢量 方向与该点的磁场方向相同 1 由磁感应强度的定义式B 可知 下列说法正确的是 A 磁感应强度B与磁场力F成正比 与电流元IL成反比B 同一段通电导线垂直于磁场放在不同磁场中 所受的磁场力F与磁感应强度B成正比C 公式B 只适用于匀强磁场D 只要满足L很短 I很小的条件 B 对任何磁场都适用E 可用来量度磁感应强度的大小 但B是由磁场本身因素决定的 与I L F无关 2 在磁场中某一点 已经测出一段0 5cm长的导线中通入0 01A电流时 受到的安培力为5 0 10 6N 则下列说法正确的是 A 该点磁感应强度大小一定是0 1TB 该点磁感应强度大小一定不小于0 1TC 该点磁感应强度大小一定不大于0 1TD 该点磁感应强度的方向即为导线所受磁场力的方向 3 在正方形的四个顶点处分别放有电流方向垂直纸面向里或向外的通电直导线 如图所示 通电电流强度大小分别为I1 I2 I3 I4 I1 I3 I2 I4 0 已知距导线相同距离处的磁感应强度B与电流I成正比 则正方形中心O处的磁感应强度可用图中的四条有向线段中的哪一条来表示 A B1B B2C B3D B4 D 4 单位 特斯拉 T 1 五 安培力1 安培力的大小 1 当通电直导线与磁场垂直时 F BIL 2 当通电直导线与磁场平行时 F 0 2 安培力的方向可以用左手定则判定左手定则 伸开左手 使大拇指与其余四指垂直 并且都跟手掌在一个平面内 把手放入磁场中 让磁感线穿过手心 并使伸开的四指指向电流的方向 那么大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向 3 注意事项 1 安培力的方向总是垂直于B I所决定的平面 即一 4 如图所示 一重为G1的通电圆环置于水平桌面 环中电流方向为顺时针方向 从上往下看 在环的正上方用轻绳悬挂一条形磁铁 磁铁的中心轴线通过圆环中心 磁铁的上端为N极 下端为S极 磁铁自身重为G2 则下列关于圆环对桌面压力F 磁铁对轻绳拉力F 的大小正确的是 A F G1 F G2B F G1 F G2C F G1 F G2D F G1 F G2 D 5 一个可自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置 且两个线圈的圆心重合 当两线圈中通以如图所示的电流时 则从左向右看 线圈L1将 A 不动B 顺时针转动C 逆时针转动D 向纸外平动 C 6 一根长直导线穿过通有恒定电流的金属圆环的中心且垂直于环的平面 导线和环中电流方向如下图所示 金属环受到的磁场力为 A 沿圆环的半径向外B 沿圆环的半径向内C 水平向左D 等于零 D 7 如图所示 在平面M内放有一半径为r的半圆形导线 导线中所通的电流为I1 在半圆线圈圆心O处垂直平面M放一长直导线 导线中通以向上的电流I2 已知长直导线在半圆形导线处产生的磁感应强度为B 则半圆形导线所受的安培力的大小是 A 2BI1rB 2BI1rC BI1rD 0 D 8 如图所示 一个闭合线圈套在条形磁铁靠近N极的一端 当线圈内通以图示方向的电流I时 下列说法中正确的是 线圈圆面将有被拉大的倾向 线圈圆面将有被压小的倾向 线圈将向S极一端平移 线圈将向N极一端平移A B C D B 9 如图所示 直角坐标系Oxyz处于匀强磁场中 有一条长0 6m的直导线沿Ox方向通有大图小为9A的电流 受到的安培力沿Oz方向 大小为2 7N 则该磁场可能的方向和磁感应强度B的最小值为 A 平行于xOy平面 B 0 5TB 平行于xOy平面 B 1 0TC 平行于yOz平面 B 0 5TD 平行于xOz平面 B 1 0T AC 10 在xOy平面中有一通电直导线ab与Ox Oy轴相交 导线中的电流方向如图所示 该区域有匀强磁场 通电直导线所受磁场力的方向与Oz轴的正方向相同 该磁场的磁感应强度的方向可能是 A 沿x轴负方向B 沿y轴负方向C 沿z轴正方向D 沿z轴负方向 解析 当电流方向与磁场方向不垂直时 可以将磁感应强度进行分解 分解为与电流方向垂直的分量和与电流方向平行的分量 根据左手定则 手心应与磁感应强度垂直电流方向的分量垂直 当磁感应强度的方向为x轴负方向或y轴负方向时 都有与电流垂直的分量 根据左手定则判定 受力方向都沿z轴正方向 如图乙所示 11 图示的装置中 劲度系数较小的金属轻弹簧下端恰好浸到水银面 电源电动势足够大 当闭合开关S后 弹簧将 A 保持静止B 收缩C 变长D 不断上下振动 解析 在开关闭合的瞬间 有电流流过弹簧 弹簧可以看成由很多匝环形电流组成 每一匝环形电流相当于一个小的条形磁铁 由右手螺旋定则可以判断出各匝相互吸引 弹簧收缩后脱离水银 弹簧中无电流 各匝不再相互吸引 弹簧恢复原长 又与水银接触 接触 通电 再又重复上述过程 故弹簧不断上下振动 12 如图甲所示 条形磁铁放在水平桌面上 在其左上方固定一根长直导线 导线与磁铁垂直 给导线通以垂直纸面向里的电流 用FN表示磁铁对桌面的压力 f表示桌面对磁铁的摩擦力 则导线通电后与通电前相比 A FN减小 f 0B FN减小 f 0 方向向左C FN增大 f 0D FN增大 f 0 方向向左 解析 画出条形磁铁周围的磁感线 由左手定则可知长直导线的受力方向为左上方向 由牛顿第三定律可知条形磁铁的受力方向为右下方向 如图乙所示 故选项D 13 如图甲所示 用粗细均匀的电阻丝折成平面三角形框架置于光滑水平面上 三边的长度分别为3L 4L和5L 长度为L的电阻丝的电阻为r 框架与一电动势为E 内阻不计的电源相连接 整个系统处于方向垂直于框架平面 磁感应强度为B的匀强磁场 则甲框架受到的安培力的合力为 A 0B 方向b dC 方向d bD 方向b d 解析 由题意知 通过ac边的电流为 由a b c的电流故框架的受力情况如图乙所示 则 方向b d 方向b c 方向b a由平行四边形定则知 Fab Fbc的合力与Fac同向 大小为 如图丙所示 故框架受到的安培力的合力为 方向b d 答案 D 乙 丙 质量为m的金属导体棒置于倾角为 的导轨上 棒与导轨间的动摩擦因数为 当导体棒通以垂直纸面向里的电流时 恰能在导轨上静止 如图所示的四个图中 标出了四种可能的匀强磁场方向 其中棒与导轨间的摩擦力可能为零的是 11 图示为等臂电流天平 可以用来测量匀强磁场的磁感应强度 它的右臂挂着匝数n 9的矩形线圈 线圈的水平边长为l 处于匀强磁场内 磁感应强度的大小为B 方向与线圈平面垂直 当线圈中通过电流I时 调节砝码使两臂达到平衡 然后使电流反向 大小不变 这时需要在左盘中增加质量为m的砝码 才能使两臂再次达到新的平衡 1 导出用已知量和可测量量n m l I表达B的计算式 2 当l 10 0cm I 0 10A m 7 2g时 磁感应强度B是多大 取重力加速度g 10m s2 甲 解析 1 设电流方向未改变时 等臂天平的左盘内砝码的质量为m1 右盘内砝码的质量为m2 由平衡条件有 m1g m2g nBIl电流方向改变之后有 m1 m g m2g nBIl联立两式可得 2 将n 9 l 10cm I 0 1A m 7 2g代入中得 B 0 4T 答案 1 2 0 4T 12 如图甲所示 电源的电动势E 2V 内阻r 0 5 两竖直导轨间的距离L 0 2m 竖直导轨的电阻可以忽略不计 金属棒的质量m 0 1kg 电阻R 0 5 它与导轨间的动摩擦因数 0 4 在纸外一侧垂直靠在两导轨上 为使金属棒不下滑 施一与纸面成30 夹角 与导线垂直且斜向纸里的磁场 则磁感应强度的大小应满足什么条件 设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 取g 10m s2 甲 解析 对金属棒进行受力分析 乙设磁感应强度为B1时 金属棒恰好不下滑 此时它的受力情况如图乙所示 有 Fcos30 FNFsin30 f mgf FNF B1IL丙解得 B1 3 0T设磁感应强度为B2时 金属棒恰好不上滑 此时它的受力情况如图丙所示 同理有 B2ILsin30 B2ILcos30 mg解得 B2 16 3T 乙 丙 故磁感应强度B的大小应满足 3 0T B 16 3T 答案 3 0T B 16 3T 带电粒子在磁场中运动 1 定义 磁场对运动电荷的作用力安培力是洛伦兹力的宏观表现2 方向 左手定则F VF B3 大小 F洛 qVBsin V BF洛 qVBV BF洛 04 特点 洛伦兹力只改变力的方向 洛伦兹力对运动电荷不做功 洛伦兹力 如图所示的是磁感应强度B 正电荷速度v和磁场对电荷的作用力F三者方向的相互关系图 其中B垂直于F与v决定的平面 B F v两两垂直 其中正确的是 D 带电粒子在复合场中的运动 带电粒子在有界磁场中的运动 两个具体问题 1 圆心的确定 1 已知两个速度方向 可找到两条半径 其交点是圆心 2 已知入射方向和出射点的位置 通过入射点作入射方向的垂线 连接入射点和出射点 作中垂线 交点是圆心 2 运动时间的确定 2 1 如图直线MN上方有磁感应强度为B的匀强磁场 正 负电子同时从同一点O以与MN成30 角的同样速度v射入磁场 电子质量为m 电荷为e 它们从磁场中射出时相距多远 射出的时间差是多少 M N B O v 答案为射出点相距 时间差为 关键是找圆心 找半径和用对称 3 电视机的显像管中 电子束的偏转是用磁偏转技术实现的 电子束经过电压为U的加速电场后 进入一圆形匀强磁场区 如图所示 磁场方向垂直于圆面 磁场区的中心为O 半径为r 当不加磁场时 电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点 为了让电子束射到屏幕边缘P 需要加磁场 使电子束偏转一已知角度 此时磁场的磁感应强度B应为多少 电视机的显像管中 电子束的偏转是用磁偏转技术实现的 电子束经过电压为U的加速电场后 进入一圆形匀强磁场区 如图所示 磁场方向垂直于圆面 磁场区的中心为O 半径为r 当不加磁场时 电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点 为了让电子束射到屏幕边缘P 需要加磁场 使电子束偏转一已知角度 此时磁场的磁感应强度B应为多少 4 如图 两个共轴的圆筒形金属电极 外电极接地 其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝 和 外筒的外半径为 在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场 磁感强度的大小为 在两极间加上电压 使两圆筒之间的区域内有沿向外的电场 一质量为 带电量为 的粒子 从紧靠内筒且正对狭缝 的 点出发 初速为零 如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点 则两电极之间的电压 应是多少 不计重力 整个装置在真空中 带电体在复合场中的运动 1 有一个带电量为 q 重为G的小球 从两竖直的带电平行板上方h处自由落下 两极板间匀强磁场的磁感应强度为B 方向如图所示 则带电小球通过有电场和磁场的空间时 A 一定做曲线运动B 不可能做曲线运动C 有可能做匀速运动D 沿初速度v0方向的直线运动 A 2 在同时存在匀强电场和匀强磁场的空间中取正交坐标系Oxyz z轴正方向竖直向上 如图所示 已知电场方向沿z轴正方向 场强大小为E 磁场方向沿y轴正方向 磁感应强度大小为B 重力加速度为g 问 一质量为m 带电量为 q的从原点出发的质点能在坐标轴 x y z 上以速度v做匀速运动 若能 m q E B V及g应满足怎样的关系 若不能 说明理由 质点在x轴方向上做匀速运动qvB qE mg或qE mg qvB 质点在y轴方向上做匀速运动 qE mg 质点不可能在z轴方向上做匀速运动 3 质量为m 带电量为q的小物块 从倾角为 的光滑绝缘斜面上由静止下滑 整个斜面置于方向水平向里的匀强磁场中 磁感应强度为B 如图所示 若带电小物块下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零 下面说法中正确的是 A 小物块一定带有正电荷B 小物块在斜面上运动时做匀加速直线运动C 小物块在斜面上运动时做加速度增大 而速度也增大的变加速直线运动D 小物块在斜面上下滑过程中 当小球对斜面压力为零时的速率为 BD ABC 5 三个质量相同的质点a b c 带有等量的正电荷 它们从静止开始 同时从相同的高度落下 下落过程中a b c分别进入如图所地的匀强电场 匀强磁场和真空区域中 设它们都将落到同一水平地面上 不计空气阻力 则下列说法中正确的是 A 落地时a的动能最大B 落地时a b的动能一样大C b的落地时间最短D b的落地时间最长 AD 4 空间存在竖直向下的匀强电场 如图所示 已知一离子在电场力和洛伦兹力的作用下 从静止开始自A点沿曲线ACB运动 到达B点时速度为零 C点是运动最低点 忽略重力 下列说法正确的是A 离子必带正电荷B A和B点位于同一高度C 离子在C点速度最大D 离子在B点时 将沿原曲线返回A点 ABC 6 如图所示 空间有一垂直于纸面向外的磁感应强度为0 5T的匀强磁场 一质量为0 2kg且足够长的绝缘塑料板静止在光滑水平面上 在塑料板左端无初速度放置一质量为0 1kg 带电荷量为 0 2C的滑块 滑块与绝缘塑料板之间的动摩擦因数为0 5 滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力 现对塑料板施加方向水平向左 大小为0 6N的恒力F g取10m s2 则 A 塑料板和滑块一直做加速度为2m s2的匀加速运动B 滑块开始做匀加速运动 然后做加速度减小的加速运动 最后做匀速直线运动C 最终塑料板做加速度为2m s2的匀加速运动 滑块做速度为10m s的匀速运动D 最终塑料板做加速度为3m s2的匀加速运动 滑块做速度为10m s的匀速运动 BD 解析 滑块随塑料板向左运动时 受到竖直向上的洛伦兹力 和塑料板之间的正压力逐渐减小 开始时 塑料板和滑块加速度相同 由F M m a得 a 2m s2 对滑块有 mg qvB ma 当v 6m s时 滑块恰好相对于塑料板有相对滑动 开始做加速度减小的加速运动 当mg qvB 即v 10m s时滑块对塑料板的压力为零FN 0 塑料板所受的合力为0 6N 则a 3m s2 B D正确 答案 BD 7 如图所示为一个质量为m 带电量为 q的圆环 可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动 细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中 现给圆环向右初速度v0 在以后的运动过程中 圆环克服摩擦力所做的功可能为 A 0B C D 无法确定 ABC 8 如图所示 带电平行板中匀强电场竖直向上 匀强磁场方向垂直纸面向里 某带电小球从光滑绝缘轨道上的a点自由滑下 经过轨道端点P进入板间后恰好沿水平方向做直线运动 现使小球从稍低些的b点开始自由滑下 在经P点进入板间的运动过程中不可能的是 A 其动能将会增大B 其电势能将会增大C 小球所受的洛仑兹力将会增大D 小球所受的电场力将会增大 D 8 如图所示 甲是一个带正电的小物块 乙是一个不带电的绝缘物块 甲 乙叠放在一起静置于粗糙的水平地板上 地板上方空间有水平方向的匀强磁场 现用水平恒力拉乙物块 使甲 乙无相对滑动地一起水平向左加速运动 在加速运动阶段 A 乙物块与地之间的摩擦力不断增大B 甲 乙两物块间的摩擦力不断增大C 甲 乙两物块间的摩擦力大小不变 D 甲 乙两物块间的摩擦力不断减小 AD 9 如图甲所示 一带电粒子以水平初速度先后进入方向垂直的匀强电场和匀强磁场区域 已知电场方向竖直向宽度相同且紧邻在一起 在带电粒子穿过电场和磁场的过程中 其所受重力忽略不计 电场和磁场对粒子所做的总功为 若把电场和磁场正交重叠 如图乙所示 粒子仍以初速度穿过重叠场区 在带电粒子穿过电场和磁场的过程中 电场和磁场对粒子所做的总功为 比较和 有 一定是W1 W2 一定是W1 W2 一定是W1W2 也可能是W1 W2 A 10 如图所示 粗糙的足够长的竖直木杆上套有一个带电的小球 整个装置处在由水平匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场组成的足够大的复合场中 小球由静止开始下滑 在整个运动过程中小球的v t图象 其中错误的是 ABD 解析以小球带正电为例分析 开始阶段 小球速度较小 所受洛伦兹力小于电场力 则杆对小球的弹力与电场力反向 如下图 1 随着小球速度的增大 洛伦兹力逐渐增大 弹力减小 则杆对球的摩擦力也减小 小球下滑的加速度增大 做加速度逐渐增大的加速运动 当速度增大到洛伦兹力与电场力等大时 弹力 摩擦力等于零 小球的加速度达到最大 继续加速 则洛伦兹力大于电场力 杆对 球的弹力反向 如图 2 与电场力方向相同 随着速度继续增大 洛伦兹力增大 弹力 摩擦力增大 小球下滑的加速度减小 做加速度减小的加速运动 当摩擦力与重力平衡时 加速度为零 速度达到最大 以后小球匀速下滑 所以正确的速度图象为C项 A B D错误 答案ABD 11 将一半径为R的半圆形光滑绝缘滑轨 固定在垂直向里的匀强磁场B中 一带电量 q 质量m的小球在A点无初速释放 沿滑轨运动 求小球第一次经过最低点时对滑轨的压力 12 如图 匀强电场的场强E 4V m 方向水平向左 匀强磁场的磁感强度B 2T 方向垂直纸面向里 一个质量m 1g带正电的小物块A从M点沿绝缘粗糙的竖直壁无初速下滑 当它滑行0 8m到N点时就离开壁做曲线运动 当A运动到P点时 恰好处于平衡状态 此时速度方向与水平方向成450角 设P与N的高度差为H 1 6m 试求 1