磁场复习与巩固提高.doc

磁场复习与巩固（提高）一、目标与策略 明确学习目标及主要的学习方法是提高学习效率的首要条件，要做到心中有数！学习目标：l 熟悉几种常见磁场：例如条形磁体的磁场、蹄形磁体的磁场、直线电流、环形电流及通电螺线管的磁场、匀强磁场的磁场等，能够画出这些磁场的磁感线，由此弄清磁场强弱和方向的分布情况，这是认识磁现象，解决磁的相关问题的基础。l 理解磁场的基本性质以及磁感应强度的定义，弄安培力的大小和方向的决定因素，掌握安培力大小的计算公式F=BILsin，能够熟练地运用左手定则判断安培力的方向。l 理解洛伦兹力和安培力的关系，能够熟练地计算带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题。l 将磁场与静电场重力场进行对比和类比，找出它们的异同点，能够熟练地运用它们各自的特点去解决综合性问题。l 将牛顿运动定律、能的转化和守恒定律以及解决动力学问题的方法、技巧迁移到本章，顺利地解决：在安培力作用下的运动问题、带电粒子在洛伦兹力作用下的圆周运动和带电粒子或带电物体在复合场中的运动问题。l 理解电场、磁场的理论在现代科学技术中的运用，并能解决相关的一些简单的问题。重点难点：l 物体在安培力作用下的运动问题。l 带电粒子在洛伦兹力作用下的圆周运动和带电粒子或带电物体在复合场中的运动问题。学习策略：l 要注重基础知识的复习，理解和体会各知识点间的内在联系，建立知识结构，形成知识网络，逐步体会各知识点的地位、作用、分清主次，理解理论的实质，这是提高能力的基础。l 分析安培力和洛伦兹力作用下的物体的运动问题，做好受力分析和运动的情景分析是解决此类问题的关键。如有关安培力的力电综合题往往涉及到三维立体空间问题，如果我们变三维为二维便可变难为易，迅速解题。对带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的问题，画出运动轨迹后可通过几何关系寻找半径和圆心。二、学习与应用“凡事预则立，不预则废”。科学地预习才能使我们上课听讲更有目的性和针对性。我们要在预习的基础上，认真听讲，做到眼睛看、耳朵听、心里想、手上记。知识回顾复习构建知识结构和网络，能从整体上把握学习内容，找出各部分知识之间的关联，加深对它们内在联系的认识。相关内容请学习网校资源ID：#33909#400822磁感应强度，要求I、B，矢量，与F、I无关，是用比值定义的物理量磁通量，S是 于B方向上的投影面积，标量，有正负之分物理量磁感线：用来描述磁场的人为曲线，方向、疏密各代表不同的物理意义几种典型的磁场的磁感线分布：直线电源、环形电流、通电螺线管、匀强磁场形象描述描述产生： 电荷产生磁场磁现象的电本质。磁场对直线电流的作用：方向：定则磁场对通电线圈的作用，磁力矩直线电流间的相互作用：同向 ，反向 安培力磁场对运动电荷的作用F=qvB，此式只适用于v、B的情况v、B不垂直时，F=qvBsin，是 夹角方向：定则特点：洛伦兹力对带电粒子永远不做带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动，质谱仪、回旋加速器洛伦兹力相互作用磁场知识要点预习和课堂学习认真阅读、理解教材，尝试把下列知识要点内容补充完整，带着自己预习的疑惑认真听课学习。请在虚线部分填写预习内容，在实线部分填写课堂学习内容。课堂笔记或者其它补充填在右栏。详细内容请学习网校资源ID：#33910#400822要点一、几种常见磁场及磁感线的画法（一）几种常见磁场（请参看网校资源ID：#397352）（二）对磁感线的理解（1）磁感线的特点：磁感线上任一点的方向表示该点的磁场方向，即小磁针极受力方向或小磁针时北极指向。磁感线的表示磁场强弱，即磁感应强度大小。（2）直流电流、通电螺线管、环形电流的磁场方向可用定则判断。（3）磁感线虽然能用实验模拟其形状，但实际不存。在条形磁铁外部，磁感线由N极出发，进入到S极，内部由极回到极，形成闭合的曲线。（4）直线电流周围磁场离导线越近，磁场越；离导线越远，磁场越。要点二、磁感应强度和磁通量（一）对磁感应强度方向的理解（1）磁感应强度的方向即磁场的方向。磁场的方向是有规定的，即在磁场中某点的磁场方向规定为小磁针N极受力的方向，与S极受力的方向相反。（2）在磁场中不同位置，磁场往往具有不同的方向。（3）磁感应强度是矢量，遵循平行四边形定则。如果空间同时存在两个或两个以上的磁场时，某点的磁感应强度B是各磁感应强度的和。（二）对磁感应强度的意义和定义的理解（1）通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小既与导线的长度L成正比，又与导线中的电流I成正比，即与I和L的乘积IL成正比，用公式表示为F= 式中B是比例系数，它与导线的长度和电流的大小都没有关系。B正是我们寻找的表征磁场强弱的物理量磁感应强度。由此，在导线与磁场垂直的最简单情况下 磁感应强度B的单位由F、I和L的单位共同决定。（2）在定义式中，通电导线必须于磁场方向放置。因为磁场中某点通电导线受力的大小，除和磁场强弱有关以外，还和导线的方向有关。导线放入磁场中的方向不同，所受磁场力也不相同。通电导线受力为零的地方，磁感应强度B的大小为零。（3）磁感应强度B的大小只取决于磁场本身的性质，与F、IL关。（4）通电导线受力的方向不是磁场磁感应强度的方向。（5）磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L应很短很短，IL称作“电流元”，相当于静电场中的“点电荷”。（三）对磁通量的理解（1）磁通量的定义公式=BS中的B应是匀强磁场的磁感应强度，S是与磁场方向 的面积，因此可以理解为=BS。如果平面与磁场方向不垂直，应把面积S投影到与磁场垂直的方向上，求出投影面积S，代入到=BS中计算。如图所示通过面S的磁通量=BS= 。注意：应避免硬套公式=BSsin或=BScos。（2）磁通量的变化一般有下列三种情况：磁感应强度B不变，有效面积S变化，则=t0=。磁感应强度B变化，磁感线穿过的有效面积S不变，则=t-0=。磁感应强度B和回路面积S同时发生变化的情况，则=t0。（3）注意的问题平面S与磁场方向不垂直时，要把面积S投影到与磁场垂直的方向上，即求出有效面积。可以把磁通量理解为穿过面积S的磁感线的净条数，相反方向穿过面积S的磁感线可以互相抵消。当磁感应强度和回路面积同时发生变化时，=t0，而不能用=BS计算。要点三、安培力（一）对安培力方向的理解（1）安培力的方向总是垂直于方向和方向所决定的平面。在判断时首先确定磁场与电流所确定的平面，从而判断出安培力的方向在哪一条直线上，然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向。（2）当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流与磁场所决定的平面，所以仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心。（3）注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系，安培力的方向总是与磁场的方向，而电场力的方向与电场的方向。（二）对安培力大小的理解计算安培力大小时，要注意理解和灵活应用公式F=ILB和F=ILBsin。（1）公式F=ILB中L指的是“长度”。当B与I垂直时，F最大，F=ILB；当B与I平行时，F=0。弯曲导线的长效长度，等于连接两端点直线的长度（如图甲）；相应的电流沿L由始端流向末端。（2）若磁场和电流成角时，如图乙所示。将磁感应强度B正交分解成B=Bsin和B=Bcos，而对电流是没有作用的。F=BIL=BILsin，即F=BILsin。（3）安培力公式一般用于匀强磁场，或通电导线所处区域B的大小和方向相同。如果导线各部分所处位置B的大小、方向不相同，应将导体分成若干段，使每段导线所处的范围B的大小和方向近似相同，求出各段导线受的磁场力，然后再求合力。要点四、洛伦兹力（一）对洛伦兹力大小的理解洛伦兹力F= （1）只有相对于磁场 的电荷才可能受到洛伦兹力的作用，v理解为电荷相对于磁场运动的速度，相对于磁场静止的电荷 受洛伦兹力作用，这一点与电场有根本的不同。（2）当vB时，电荷虽然相对于磁场运动但不受洛伦兹力作用。（3）当vB时，F=最大。（4）F=qB（vsin）=qv（Bsin），（vsin）理解为速度垂直B的分量，（Bsin）可以理解为B垂直于v的分量。（二）对洛伦兹力方向的理解由定则判断洛伦兹力的方向，使用时注意到负电荷受力方向的判断四指指向负电荷运动的方向。（1）洛伦兹力的方向永远垂直于速度的方向，垂直于磁场的方向，垂直于 方向和方向所决定的平面，磁场的方向和速度的方向不一定垂直。（2）电荷相对于磁场不同的运动方向可能对应相同的洛伦兹力的方向。（三）洛伦兹力的特点洛伦兹力永远垂直于速度的方向，不改变速度的大小，只改变速度的。（1）洛伦兹力永远不做功，不改变带电粒子的动能。（2）洛伦兹力能够改变运动状态产生加速度。（3）洛伦兹力的大小和方向都随着速度的大小和方向而变化，这一点对分析电荷的运动情况非常重要。要点五、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动（不计重力）（一）力学方程：（二）轨迹半径和周期，。，T与v无关，与轨迹半径无关。（三）带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的时间：，为轨迹对应的 角。要点六、带电粒子在正交场中的运动实例（一）速度选择器： （二）霍尔效应：（三）电磁流量计：，（四）磁流体发电机：说明：以上几个实例之共性是：运动的电荷在洛伦兹力和电场力的作用下处于 状态，即。形区域内，沿径向射入的粒子，必沿 向射出。经典例题-自主学习认真分析、解答下列例题，尝试总结提升各类型题目的规律和技巧，然后完成举一反三。无星号题目要求同学们必须掌握，为基础题型，一个星号的题目综合性稍强。更多拔高题型和分析请到网校学习网校资源ID：#33917#400822类型一：磁场对电流的作用安培力方向的判断例1、如图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面。当线圈内通以如图所示方向的逆时针方向电流时，线圈如何运动？【思路点拨】环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁；条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管。总结升华： 变式练习【变式】 如图所示，两个完全相同的线圈套在同一水平光滑绝缘圆柱上，但能自由移动，若两线圈内通以大小不等的同向电流，则它们的运动情况是：（ ）A都绕圆柱转动B以不等的加速度相向运动C以相等的加速度相向运动D以相等的加速度相背运动总结升华： 类型二：在安培力作用下的物体的平衡例2、相距为20 cm的平行金属导轨倾斜放置，如图所示，导轨所在平面与水平面的夹角为=37，现在导轨上放一质量为330 g的金属棒ab，它与导轨间的动摩擦因数=0.50，整个装置处于磁感应强度B=2 T的竖直向上的匀强磁场中，导轨所接电源电动势为15 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值可按要求进行调节，其他部分电阻不计，g取10 m / s2，为保持金属棒ab处于静止状态（设最大静摩擦力Ff与支持力FN满足Ff=FN），求：（1）ab中通入的最大电流为多少？（2）ab中通入的最小电流为多少？【思路点拨】把立体图画成易于分析的平面图（侧视图），确定导线所在处磁场方向，根据左手定则确定安培力的方向；结合通电导体、受力分析、运动情况等，根据题目要求，列出方程，解决问题。总结升华： 举一反三【变式】如图所示，有一电阻阻值不计、质量为m的金属棒ab可在两条轨道上滑动，轨道宽为L，轨道平面与水平面间的夹角为，置于垂直轨道平面向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B金属棒与轨道间的最大静摩擦力为重力的k倍，回路中电源电动势为E，内阻不计，轨道电阻也不计问：调动变阻器滑片在什么阻值范围内，金属棒恰能静止在轨道上？ 类型三：带电粒子在磁场中偏转例3、如图所示，在真空中半径的圆形区域内，有磁感应强度B=0.2 T，方向如图的匀强磁场，一批带正电的粒子以初速度，从磁场边界上直径ab的一端a向着各个方向射入磁场，且初速度方向与磁场方向都垂直，该粒子的荷质比，不计粒子重力求：（1）粒子在磁场中运动的最长时间；（2）若射入磁场的速度改为，其他条件不变，试用斜线画出该批粒子在磁场中可能出现的区域（）【思路点拨】灵活运用数学知识（几何、三角关系等）找出两圆的圆心、半径、弦长、圆心角间的规律关系以及有关各种可能运动圆间的内在联系。 总结升华： 举一反三【变式】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a、b、c和d，外筒的外半径为r0，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B，在两极间加上电压，使两圆筒之间的区域内有沿半径向外的电场，一质量为m、带电量为+q的粒子，从紧靠内筒且正对狭缝a的S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S，则两电极之间的电压U应是多少？（不计重力，整个装置在直空中）类型四：带电粒子在复合场中的运动及应用例4、在如图所示的直角坐标系中，坐标原点O处固定有正点电荷，另有平行于y轴的匀强磁场一个质量为m、带电荷量+q的微粒，恰能以y轴上O（0，a，0）点为圆心做匀速圆周运动，其轨迹平面与xOz平面平行，角速度为，旋转方向如图中箭头所示，试求匀强磁场的磁感应强度大小和方向 总结升华： 举一反三【变式1】电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空的部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c流量计的两端与输送流体的管道相连（图中虚线）图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料，现给流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面，当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值，已知流体的电阻率，不计电流表的内阻，则可求得流量为（ ）A B C总结升华： 【变式2】如图所示，一根粗糙的长竖直绝缘杆，套有一个质量为m，带正电q的小球，匀强电场E与匀磁磁场B互相垂直，E和B都与杆垂直，当小球由静止开始下落后（ )A小球加速度不断减小，最后为零B小球加速