电流的磁场PPT课件

71.电流的磁场72.磁感应强度.磁感线.地磁场73.磁性材料。分子电流假说74.磁场对通电直导线的作用.安培力.左手定则.75.磁电式电表原理76.磁场对运动电荷的作用.洛伦兹力.带电粒子在匀强磁场中的运动.77.质谱仪，回旋加速器,1.安培力的计算限于直导线跟B平行或垂直两种情况.2.洛仑兹力的计算限于v跟B平行或垂直两种情况,高考考点及要求,磁场的复习建议,1.磁场,一、基本概念和规律,(1)永磁体和电流都能在空间激发出磁场,(2)磁现象的电本质,(3)磁极与磁极、磁体与电流、电流与电流之间的相互作用是通过磁场发生的。,(4)磁场的方向,2.磁感应强度,定义式：,单位：特斯拉（T）,注意：,B的方向与F的方向不同，两者是垂直关系。,定义式中的IL为检验电流元，它是一小段通电导体。,B是由磁场本身的性质决定的，与F、IL无关。（如长直通电导线周围的磁场为B=kI/r，其中I为场源电流）。,B是矢量，其方向就是磁场的方向。,匀强磁场：在某个区域内磁感应强度大小和方向处处相同，则这个区域的磁场叫做的匀强磁场。在两个异名磁极之间（边缘除外），长直通电螺线管内部（两端除外）可视为匀强磁场。,4.磁通量,在磁场中，穿过某一面积的磁感线条数，称为穿过这一面积的磁通量。单位：Wb。,B,S,S,在匀强磁场中：=BScos,3.磁感线,几种常见磁场磁感线的分布,直线电流的磁场：,环形电流的磁场：,通电螺线管的磁场：,地磁场,例题1有两条长直导线互相平行，通以大小相等、方向相反的电流。在与两导线距离相等的空间各点的磁感应强度为（）A.都等于零B.不等于零，方向与导线平行C.不等于零，方向垂直于两导线所决定的平面D.不等于零，方向由一根导线指向另一根导线,B,C,若通以大小相等、方向相同的电流，又如何呢？,说明：在几个场电流产生的磁场中，某一点的合磁感应强度B同样等于每个场电流单独存在时产生的磁场在该点的磁感应强度B1、B2、B3的矢量和。在几个场电流产生的磁场中，经常利用磁感应强度的叠加来定性判定某一点合磁感应强度的方向，或者用来定性分析磁场中合磁感应强度分布的情况。,例题2在竖直向上的匀强磁场中，有一面积S=200cm2的导线框，线框平面与水平面成37角，若匀强磁场的磁感应强度随时间变化的关系为B=（2-0.5t）T，求：（1）t=1s时穿过线框平面的磁通量；（2）由t=1s至t=5s的时间内，穿过线框平面的磁通量的改变量。,1=B1S=2.410-2Wb。,=2-1=-3.210-2Wb，磁通量减少。,说明：当所给定的面积与磁场方向不垂直时，必须用所给定的面积在垂直磁场方向上的投影面积来计算磁通量。当穿过所给定面积的磁场由一个方向变化相反方向时，要把其中一个磁场方向规定为正方向，相应的磁通量为正值；相反方向的磁场则为负方向，相应的磁通量为负值。需要指出的是；磁通量是标量，但有正、负之分。当磁场区域小于线圈所围面积时，应该,例题3如图所示，两个同心放置的共面圆环A、B，套在条形磁铁的中部，比较穿过它们的磁通量的大小。,讨论：将环A在条形磁铁的中部沿轴线向右平移，穿过它的磁通量如何变化？,安培力的大小：F=BIL。,5.磁场对电流的作用力-安培力,磁感应强度为B与电流I夹角为时：,方向：由左手定则判定,安培力F=BIl=BIlsin,例题1如图，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同方向相反的电流，a受到的磁场力大小为F1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为F2，则此时b受到的磁场力大小变为多少？,b受到的磁场力大小F2,例题2如图所示，两根相互垂直的异面通电直导线ab和cd，ab固定不动cd可自由移动，则cd的运动情况是()A逆时针转动，同时远离abB逆时针转动，同时靠近abC顺时针转动，同时远离abD顺时针转动，同时靠近ab,B,例题3两根平行的通电线圈，其上电流方向如图所示，则I1、I2将如何运动？,空间结构，恰当的平面图。,例题4一矩形通电线框abcd，可绕其中心轴OO转动，它处在与OO垂直的匀强磁场中，如图。在磁场作用下线框开始转动，最后静止在平衡位置，则平衡后（）,A.线框四边都不受磁场的作用力B.线框四边受到指向线框外部的磁场作用力，但合力为零C.线框四边受到指向线框内部的磁场作用力，但合力为零D.线框的一对边受到指向线框外部的磁场作用力，另一对边受到指向线框内部的磁场作用力，但合力为零,例题5在倾角为30的光滑斜面上垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒，一匀强磁场垂直于斜面向下，如图。当导体棒内通有垂直于纸面向里的电流I时，导体棒恰好静止在斜面上，则磁感应强度B=?,讨论：若斜面不光滑，动摩擦因数为，则磁感应强度B的范围是什么？,讨论：若斜面光滑，斜面周围空间的磁场方向在什么范围能够使金属棒平衡？,6.磁场对运动电荷的作用力-洛伦兹力,(1)洛伦兹力的大小,f=qvB,说明：,洛伦兹力与安培力存在着内在联系。,洛伦兹力的方向可由左手定则判断。,运用左手定则判定运动的负电荷在磁场中受到洛仑兹力的方向时，需注意四指要指向负电荷运动速度的反方向。注意霍尔效应的问题中不能等效！,(2)洛伦兹力的方向,洛伦兹力的大小f=qvBsin与电荷的运动状态有关。,由于洛仑兹力的方向总是垂直于运动电荷的速度方向，所以洛仑兹力对运动电荷不做功。,无论运动电荷的速度方向与磁场方向是否垂直，所受洛仑兹力的方向总是既垂直于磁场方向又垂直于运动电荷的速度方向，或者说总是垂直于磁场方向与运动电荷的速度方向所决定的平面。,（一）带电粒子在匀强磁场中的运动,二、几个值得注意的问题,1.若带电粒子的运动方向与磁场方向平行,2.若带电粒子的运动方向与磁场方向垂直,由于vB，fv，且f=C，f充当向心力，使粒子做垂直于磁场方向的圆运动。,轨道的半径和周期,半径,周期,*3、若带电粒子的运动方向与磁场方向成角,v/不受磁场影响，使粒子沿磁场方向匀速运动；v在磁场的作用下，使粒子做垂直于磁场方向的圆运动；两种运动的合成是一个轴线沿磁场方向的螺旋线运动。,例题1氘核、氚核、氦核都垂直磁场方向射入同一足够大的匀强磁场，求以下几种情况下，它们轨道半径之比及周期之比是多少？（l）以相同速率射入磁场；（2）以相同动量射入磁场；（3）以相同动能射入磁场。,RD:RT:R=2:3:2,RD:RT:R=2:2:1,TD:TT:T=2:3:2,RD:RT:R=:1,例题2如图所示，一带负电的粒子若以速度v0垂直于x轴由原点o射入x轴上面的匀强磁场中，速度方向磁场方向垂直，粒子从x轴上的点x1处射出。如果粒子速度大小不变，方向与原入射方向向右偏转角射入，则粒子从x轴上的点x2处射出。已知x1x2=d，磁感应强度B，则该粒子的荷质比为。,v0,B,x2,x,o,x1,*,例题4如图所示，矩形匀强磁场区域的长为L，宽为L/2。磁感应强度为B，质量为m，电荷量为e的电子沿着矩形磁场的上方边界射入磁场，欲使该电子由下方边界穿出磁场，求：,（1）电子速率v的取值范围？（2）电子在磁场中运动时间t应满足什么条件？,L,L/2,v,O,（1）带电粒子在有界的匀强磁场中垂直于磁场方向运动，其运动轨迹只是圆的一部分。解决这类问题过程中，如何确定轨迹的圆心、画出粒子运动的轨迹、利用几何关系求出半径和偏转角，往往成为解决问题的关键。,小结,（2）带电粒子在有界的匀强磁场垂直于磁场方向运动，其运动轨迹只是圆的一部分，不是抛物线；粒子的运动是匀速圆周运动，不是类平抛运动。,几何关系不需要证明，注意强调表述几何关系的方法：由几何关系可知,(二)带电粒子在电场和磁场中的运动,1带电粒子在电场和磁场中运动形式的判定：,带电粒子在电场和磁场共存区域内的运动形式由粒子的受力情况和初速度情况共同决定。,2研究带电粒子在电场和磁场内运动的方法,（1）运用牛顿运动定律研究带电粒子在电场和磁场内的运动。,（2）运用动能定理研究带电粒子在电场和磁场内的运动。,例题1质量不同带电量相同的三个带正电的粒子a、b、c，它们以相同的动量从图上的S1孔竖直向下射入电磁场中。若a向左偏，b做直线运动，c向右偏。请比较,（1）ma、mb、mc的大小关系。（2）a、b、c三个粒子进入场区后，它们的动能如何变化？（3）a、b、c三个粒子进入场区后，它们的速度如何变化？,例题2如图所示为电磁流量计的示意图。其截面是边长为L的正方形的非磁性管，管内有导电液体流动。在垂直液体流动的方向加一指向纸内的匀强磁场，磁感强度为B。测得两电极a、b间的电势差为U，求管内液体的流量。（每秒钟通过管道液体的体积）,例题3磁流体发电机的原理是将等离子体（高温下产生的等量的正、负离子的气体）以某一速度v0射入磁场中，正负离子向不同的极板偏转，从而使两极板带上等量异号电荷。当两板间电压达到某一值时，电荷不再偏转。此电压值即等于此磁流体发电机的电动势。设喷射等离子体的速度为v0，匀强磁场为B，a、b板间距离为d，求该发电机的电动势。,E=Bdv。,例题4如图所示是质谱仪的示意图。已知速度选择器中的磁场B1=0.40T，电场E=1.00105N/C；偏转分离器中的匀强磁场B2=0.50T。现有带一个基元电荷电量的两种铜离子，在感光底片上得到两个感光点A1、A2，,测得SA1=0.658m，SA2=0.679m。求两种铜离子的质量数。（已知e=1.6010-19C，mp=1.6710-27kg）,例题5质量为m，电量为q的正离子，在回旋加速器中运动的轨迹如图中虚线所示。加速器的最大半径为R。请回答：（1）加速器的加速电场存在于哪个区域？（两D形盒的窄缝中）,（2）离子在D形盒内做什么运动？其轨迹是什么曲线？（做匀速圆周运动，其轨迹是由半径不同的半圆组合而成）,（3）离子在半径不同的圆周上速率多大？角速度多大？（v=Bqr/m,=Bq/m）(4)离子在半径不同的圆周上运动周期相同吗？周期多大？（相同，周期T=2m/qB）(5)所加的交变加速电场的频率多大？（f=qB/2m）(6)离子在D形盒边缘射出时的动能多大？（EK=B2q2R2/2m）注意：连续加速各圆周的半径差如何变化,(三)带电质点在电场和磁场中的运动,1带电质点在电场和磁场中运动形式的判定：,带电质点在电场和磁场共存区域内的运动形式由粒子的受力情况和初速度情况共同决定。,2研究带电质点在电场和磁场内运动的方法,（1）运用牛顿运动定律研究带电质点在电场和磁场内的运动。,（2）运用动能定理研究带电质点在电场和磁场内的运动。,例题1一质量为m的带电液滴，在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中运动。若电场为E方向竖直向下，磁场为B方向垂直进入纸内。此液滴在垂直于磁场方向的平面内做匀速圆周运动，半径为R。（不计浮力和阻力）求：,（1）液滴受几个力？方向如何？（2）液滴运动速度多大？绕行方向如何？（3）液滴做圆运动的周期。,例题2如图所示，在匀强电场和匀强磁场共存在区域里，电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里，有一电荷量为-q1的微粒沿半径为r1的圆周在竖直平面内做匀速圆周运动，与另一静止在该圆周上电荷量-q2的微粒相碰后，合在一起沿半径为r2的圆周在竖直平面内做匀速圆周运动，求r1:r2=?,例题3如图所示，水平向右的匀强电场（场强为E）和垂直向里的匀强磁场（磁感应强度为B）并存在区