高中物理同步导学新人教版选修3-1第三章 磁场

第三章磁场一、磁现象和磁场【要点导学】1、本节学习有关磁场的基本知识，通过回顾磁学的发展历史和初中学过的磁学知识，应该掌握磁场的基本概念、磁感线及其物理意义、知道磁铁、电流和地球磁场的磁感线分布情况，并会用安培定则判定磁场方向2、基本磁学概念磁性的性质。磁极。磁场磁体周围空间存在_，它的基本性质是对放在其中的磁体或电流有_的作用，一切磁相互作用都是一种非直接接触的相互作用，必须通过_来实现。3、描述磁场分布的常用工具磁感线描述电场用电场线，描述流体用流线，描述磁场用磁感线。磁感线是指在磁场中引入的一系列曲线，其上每一点的_方向表示该点的磁场方向，也是小磁针静止时_的指向磁感线在磁铁外部由_极到_极，在磁铁内部由_极到_极，构成一闭合的曲线。磁感线越密处磁场越_，磁感线越疏处磁场越_4、确定电流产生磁场的方向安培定则安培定则又称为右手螺旋定则，是确定电流磁场的基本法则，不仅适用于通电直导线，同时也适用于通电圆环和通电螺线管对于通电直导线的磁场，使用时大拇指指向表示_方向，弯曲的四指方向表示_的方向；对于通电圆环或通电螺线管，弯曲的四指方向表示_方向，大拇指的指向表示螺线管内部的_方向5、几种常见的磁场的磁感线分布图直线电流的磁场如图311所示为直线电流的磁感线分布图，右手握住直导线，伸直的大拇指方向与一致，弯曲的四指方向就是通电直导线在周围空间产生的的方向通电直导线在周围产生的磁场是不均匀分布的，垂直于直导线方向，离直导线越远，磁场；反之越强环形电流的磁场如图312所示，右手弯曲的四指方向与方向一致，伸直的大拇指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向，大拇指指向磁的位置螺线管是由多个环形串联而成，所以通电螺线管与环形电流的磁场的确定的方法是相同的运动电荷的磁场电流是由电荷的定向移动形成的，电流的磁场实质是运动电荷产生的氢原子核外的电子由于受到库仑力的作用，绕氢原子核做匀速圆周运动，产生的电流相当于一个环形电流，由于在一个周期内电子通过环上任意一个截面一次，根据电流强度的定义，电流强度大小为IE/T圆周运动周期满足KE2/R2M2/T2R，判断该环形电流的磁场方向时，必须注意，弯曲的四指必须与负电荷运动的方向相反，即指向正电荷运动的方向。地球磁场地磁场的磁感线的分布与条形磁铁、通电螺线管的磁场相似如图313所示，与地理南极对应的是地磁北极，与地理北极对应的是地磁南极（不计磁偏角时）。一对条形磁铁组成的磁场分布（如图314）匀强磁场如果某个区域里磁感应强度大小_，且_相同，这个区域里的磁场叫做匀强磁场,匀强磁场的磁感线是一组平行且_的直线匀强磁场是一种理想化的模型，大的异名磁极之间的磁场、通电螺旋管内部（扣除边缘区域）的磁场可以近似看作匀强磁场处理，如图315所示6、关于磁偏角指南针并不指向地球的正南和正北公元11世纪，我国科学家通过长期的观察发现，指南针的指向并不是地球的正南和正北，而是略微偏离一点也就是说地的两极和地磁的两极并不重合，这个偏差，在现代科学技术中可以用磁偏角来描述如图316所示，地理南北极与地磁南北极并不重合，地磁的北极（N极）在南半球南纬70010/和东经150045/的地方，地磁的南极（S极）在北半球北纬70050/和西经960的地方通过磁针静止位置所作的竖直平面叫做地磁子午面，地磁子午面和地理子午面做夹的角度叫做磁偏角实际测量的结果指出，地球各处的磁偏角不同【范例精析】例1、做奥斯特实验时，把小磁针放在水平的通电直导线的下方，通电后发现小磁针不动，用手拨动一下小磁针，小磁针转动180O后静止不动，由此可知通电直导线放置情况是A东西向B南北向C正西南D正西北解析由于地球磁场的作用，小磁针静止时N极指向地球的北极，如果通电导线是南北方向放置的，则不论电流方向指向南还是指向北，小磁针静止时将偏离南北方向而指向东西方向，即磁针转动的角度接近900。如果通电导线是东西方向放置，通以由东向西的电流，则小磁针北极静止时仍然指向地理的北极；如果通以由西向东的电流，则小磁针静止时北极指向地理的南极。所以本题中的通电导线应东西方向放置，答案A是正确的。拓展磁针的偏转是由于受到磁场的作用，做奥斯特实验时的磁针既受到地球磁场的作用，又受到通电直导线的磁场力的作用，如果导线东西方向放置（电流也是在东西方向上），则有可能出小磁针不发生新的偏转，从而误认为电流不能产生磁场，为了有效地演示电流产生的磁场使小磁针偏转的效果，演示奥斯特实验时，要求导线南北方向放置。例2、如图317所示，在全自动洗衣机中，排水阀由程序控制器控制其动作的当洗衣机进行排水和脱水工序时电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁心2动作，牵引排水阀的活塞，排除污水牵引电磁铁结构如图所示以下正确的是A若A,B初输入交变电流，铁心2不能吸入线圈中B若A,B初输入交变电流，铁心2能吸入线圈中C若某时刻输入控制电流时，A为正，B为负,则铁心2的B为S极D若某时刻输入控制电流时，A为正，B为负,则铁心2的B为N极解析只要电磁铁通电就具有磁性，就可能吸合铁心，因此答案B是正确的；根据初中学过的右手螺旋定则可知，若输入控制电流时，A为正，B为负,则铁心2的右端B为N极，答案D是正确的。拓展电磁铁是磁性的一种应用，常用的电磁铁大多做成形，目的是让它两个磁极可以同时吸引物体巨大的电磁铁里可以通以强大的电流，从而产生强大的磁场，充当电磁起重机的提手，吸引起很重的铁块例3、已知电流磁场的磁感应线方向或N、S极方向，请在图318上标出电流方向。解析根据安培定则，各图中的电流方向如图319所示。拓展应用安培定则时，对于通电直导线的磁场，大母指指向表示电流的方向，弯曲的四指方向表示磁感线的环绕方向；对于通电圆环或通电螺线管，弯曲的四指方向表示电流方向，大拇指的指向表示螺线管内部的磁感线方向例4、如图3110所示的电路中，当开关S断开时，螺线管中的小磁针的N极指向如图所示，当开关S闭合后，试确定小磁针的N极指向。解析由于小磁针放在通电螺线管的内部，就涉及螺线管的内部磁场方向问题根据安培定则，螺线管的内部磁感线方向是向左的，所以小磁针静止时，北极应指向左端拓展部分同学用安培定则确定了通电螺线管左端为北极后，就肯定地回答小磁针静止时，北极应指向右端，这是没有区分内磁场和外磁场的结果，是受了习惯思维的影响由于磁感线是闭合的，在内部磁场中，磁感线由南极经过内部空间回到北极例5、电视机显象管的偏转线圈示意图3111，此时电流方向如图所示。试画出线圈中心的磁场方向。答案竖直向下【能力训练】1首先发现电流产生磁场的科学家是C（A）牛顿（B）阿基米德（C）奥斯特（D）伏特2如图3112所示,一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针的上方时,磁针的S极向纸内偏转,这一带电粒子束可能是BCA向右飞行的正离子束B向左飞行的正离子束C向右飞行的负离子束D向左飞行的负离子束3关于磁感线的概念和性质，以下说法中正确的是AA磁感线上各点的切线方向就是小磁针静止时北极的指向B磁场中任意两条磁感线有可能相交C铁屑在磁场中的分布所形成的曲线就是实际存在的磁感线D磁感线总是从磁体的N极发出终止于磁体的S极4在图3111中，已知下列各图中的电流方向，请画出相应的磁感线。5不接触的磁体间的相互作用力，是通过而发生的，发现电流磁效应的实验是由物理学家完成的。磁场，奥斯特6如图3112所示，可以自由转动的小磁针静止不动时，靠近螺线管的是小磁针的_极。若将小磁针放到螺线管内部，小磁针指向与图示位置时的指向相_（填“同”或“反”）。N、同7如图3113所示通电螺线管，试标出它的N、S极并在A螺线管内部一点，B，C，D四点上各画一小磁针，标出当它们平衡时，N极的指向。8如图3114所示，一个电子做逆时针方向的圆周运动。请标出圆心处产生的磁场方向及小磁针南极的转动方向。9地球是一个大磁体（1）试在图3115画出地球磁场的磁感线大致分布图，不考虑磁偏角（即认为磁轴和地轴重合）（2）19世纪20年代，以塞贝克（数学家）为代表的科学家已认识到温度差会引起电流，安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差，从而提出如下假设地球磁场是由地球的环形电流引起的，则该假设中的电流方向是（注磁子午线是地球磁场N极与S极在地球表面的连线）B（A）由西向东垂直磁午线（B）由东向西垂直磁子午线（C）由南向北沿磁子午线（D）由赤道向两极沿磁子午线方向10很多矿藏资源都是共生的，也就是说好几种矿物质混合的一起，它们具有不同的磁性。利用这个特点，人们开发了磁选机，将混在一起的不同磁性的矿物质分开，实现了磁性选矿，如图3116为磁选机图，试简述其工作原理。不同成分矿物质的不同磁性以及磁性强弱的差别，用磁铁吸引这些物质，那么它们所受到的吸引力就有所区别，就可以将他们分开来。二、磁感应强度【要点导学】1、本节通过研究磁场对通电导线的作用力来定义磁感应强度。本节中用控制变量的方法来研究磁场对通电导线的作用力，这是物理学研究的常用方法。通过学习应正确理解磁感应强度B的定义、单位、矢量性和决定因素。会用公式FBIL解答有关问题2、磁感应强度将一小段通电直导线垂直磁场放置时，其受到的磁场力F与电流强度I成_、与导线的长度L成_，其中F/IL是与通电导线长度和电流强度都_的物理量，它反映了该处磁场的_，定义F/IL为该处的_其单位为_，方向为该点的磁感线的_,也是小磁针在该处静止时N极的_。【范例精析】例1、一小段通电直导线放在空间某个区域中不受到安培作用，能否说导线所在的区域的磁感应强度为零解析根据安培力的计算公式FBILSIN，导致安培力等于零的可能有两种（1）该处的磁感应强度为零；（2）导线与磁感线平行（00或1800），因此不能肯定该处的磁感应强度一定为零拓展在电场中某点电荷不受电场力，可以肯定该点的电场强度等于零；磁场力比电场力复杂，通电导线与磁感线平行时是不受到安培力的，真是由于这一缘故，我们不能从安培力为零来推证磁感应强度也一定为零例2、试比较电场强度的定义EF/Q和磁感应强度的定义BF/IL有什么相似之处。解析电场强度和磁感应强度都是按照比值法来定义的，它们都体现了比值与试探电荷（或一小段通电直导线）无关的本质，比值的大小和方向完全有电场或磁场本身决定。拓展物理学中用比值法来定义的物理量很多，例如物质的密度、物质的比热容、电容器的电容、导体的电阻等等，凡是用比值来定义的物理量遵循同样的规律，比值与分子、分母所代表的物理量的具体大小无关，因此不能单纯从数学角度来理解这些物理概念，如不能理解为电场强度E与试探电荷受到的电场力F成正比，与试探电荷的电量成反比。【能力训练】1关于磁感强度下列说法中正确的是（D）（A）由BF/IL知，磁场中某点的磁感强度的大小与IL的乘积成反比，与F成正比（B）无论I的方向如何都可由BF/IL求磁感强度的大小（C）磁场中某处磁感强度方向与通电导线在该处的安培力的方向相同（D）磁场中某点的磁感强度大小是由磁场本身因素决定的，而与有无检验电流无关2磁感应强度单位是特斯拉，1特斯拉相当于（A）A1KG/AS2B1KGM/AS2（C）1KGM2/S2D1KGM2/AS23关于磁感应强度，下列说法正确的是（C）A磁感应强度只是描述磁场的强弱的物理量B通电导线所受磁场力为零，该处磁感应强度一定为零C通电导线所受磁场力为零，该处磁感应强度不一定为零D放置在磁场中LM的导线，通过LA的电流，受到的力为1N时，该处磁感应强度就是1T4一根导线长02M，通以3A的电流，在磁场中某处受到的最大的磁场力是6102N，则该处的磁感应强度B的大小是_T如果该导线的长度和电流都减小一半，则该处的B的大小是_T1101，11015在赤道上，地球磁场磁感应强度的大小是05104T，则沿东西方向、长为20M，通有由西向东30A电流的水平导线，受地磁场作用力的大小为_。3102N6如图321所示，在一个盛稀硫酸的大容器中浮着一个软木塞，在木塞中插入一片锌片和铜片，它们的上部用一个小的铜线圈连起来，问在地磁场的作用下线圈将停在什么方向南北方向提示锌片和铜片插入稀硫酸中，相当于一个电池（化学中的原电池），对线圈通电，线圈相当于一个地磁场中用下一个小磁针7电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图322，1982年澳大利亚国立大学制成了能把22G的弹体（包括金属杆EF的质量）加速到10KM/S的电磁炮（常规炮弹速度约为2KM/S），若轨道宽2M，长100M，通过的电流为10A，则轨道间所加磁场的磁感应强度为_T,磁场力的最大功率P_W（轨道摩擦不计）55T11107W三、几种常见的磁场【要点导学】1、磁场的叠加磁感强度是矢量，空间某点的磁场的叠加遵循平行四边形法则。2、安培分子电流假说安培的分子电流假说是用来解释磁铁为什么能产生磁场的，在这个假说中安培认为原子和分子等物质微粒内部，存在一种_（也叫做分子电流），每一个_产生的磁场使物体微粒成为一个_，如图331所示，利用这一假说可以很好地解释磁化现象、温度对磁性的影响。安培分子电流假说指出，磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的_产生的3、磁通量在匀强磁场中，如果有一个与磁感应强度B垂直的平面，其面积为S，定义_为穿过这个平面的磁通量，单位是，简称，符号为。如果平面与磁感应强度方向不垂直，如何计算穿过它的磁通量呢一种方法是考虑到磁感应强度是矢量，可以分解为平行于平面的分量和垂直于平面的分量，如图332所示，由于平行于平面的分量并不穿过平面，所以磁通量数值上等于垂直于平面的分量与面积的乘积，BSINSBSSIN。另一种方法是磁感应强度不分解，将平面的面积做投影，磁通量数值上等于磁感应强度与投影面积的乘积，BSBSSIN。不管用哪种方法来计算磁通量的值，必须保证BS中的磁感应强度与平面垂直。4、磁通密度穿过单位面积的磁通量称为磁通密度，根据这一定义，磁通密度与磁感应强度数值上是等价的，即B_。磁感线越密处（磁通密度越大），磁场的磁感应强度越大，磁感线越稀疏处，（磁通密度越小），磁场的磁感应强度越小。【范例精析】例1、在纸面上有一个等边三角形ABC，在B、C顶点处都通有相同电流的两根长直导线，导线垂直于纸面放置，电流方向如图333所示，每根通电导线在三角形的A点产生的磁感应强度大小为B，则三角形A点的磁感应强度大小为方向为若C点处的电流方向反向，则A点处的磁感应强度大小为，方向为答案17B、水平向右，B、竖直向下例2、一根软铁棒被磁化是因为A软铁棒中产生了分子电流B软铁棒中分子电流取向杂乱无章C软铁棒中分子电流消失了D软铁棒中分子电流取向变得大致相同解析磁化结果是使材料中分子电流的取向大致相同，这是分子电流假说对于磁化现象的解释，所以本题的正确选项是D拓展分子电流起源于原子核外的电子绕原子核运动而形成的环电流，因而任何材料中都存在分子电流，没有外加磁场时，由于热运动的缘故，分子电流取向是杂乱无章的，有了外加磁场，分子电流取向变得大致一致，从而使软铁产生了磁性【能力训练】1利用安培分子电流假说可以解释下列哪些现象ADA永久磁铁的磁场B直线电流的磁场C环形电流的磁场D软铁被磁化产生磁性2磁铁在高温下或者受到敲击时会失去磁性，根据安培的分子电流假说，其原因是CA分子电流消失B分子电流的取向变得大致相同C分子电流的取向变得杂乱D分子电流的强度减弱3图334是铁棒甲与铁棒乙内部各分子电流取向的示意图，甲棒内部各分子电流取向是杂乱无章的，乙棒内部各分子电流取向大致相同，则下面说法正确的是CA两棒均显磁性B两棒均不显磁性C甲棒不显磁性，乙棒显磁性D甲棒显磁性，乙棒不显磁性4如图335所示，两个同心放置的共面金属圆环A和B，一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直，用穿过两环的磁通量A和B大小关系为BAABCABD无法比较5一平面线圈用细杆悬于P点，开始时细杆处于水平位置，释放后让它在如图336所示的匀强磁场中运动已知线圈平面始终与纸面垂直，当线圈第一次通过位置B和位置C的过程中，下列对磁通量变化判断正确的是CA一直变大B一直变小C先变大后变小D先变小后变大6如图337所示,两根平行的直导线,通以大小相等、方向相反的电流，下列说法中正确的是CA两根导线之间不存在磁场B两根导线之外不存在磁场C两根导线之间存在磁场,方向垂直纸面向里D两根导线之间存在磁场,方向垂直纸面向外7在B048T的匀强磁场中,有一个长为L1020M,宽为L2010M的矩形线圈,求下列情形通过线圈的磁通量1线圈平面与磁感方向平行；2线圈平面与磁感方向垂直；3线圈平面与磁感方向成60O角；4若题（3）中线圈的匝数为100匝,结果又如何0，96103WB48103WB，48103WB8在一个平面内有6根彼此绝缘的通电直导线，电流方向如图338所示，各导线的电流大小相等，、4个区域的面积相等，则垂直纸面指向纸内磁通量最大的区域是_，垂直纸面指向纸外磁通量最大的区域是_，9如图339所示，匀强磁场的磁感强度B20T，方向沿Z轴正方向，且AB40CM，BC30CM，AE50CM，求通过面积S1ABCD、S2BEFC、S3AEFD的磁通量1、2、3分别是、0，018WB，018WB四、磁场对通电导线的作用力【要点导学】1、本节通过控制变量的方法探究安培力的方向，得出左手定则，通过磁感应强度的定义得出安培力的计算公式，进而拓展到磁场对通电线圈的作用效果，使大家认识磁电式电流表的工作原理。通过本节的学习，应会用公式FBIL解答有关问题、知道左手定则的内容，并会用它解答有关问题，知道磁电式电流表的工作原理。2、安培力的方向（左手定则）当磁场与电流垂直时，安培力、磁场、电流构成如图341的三维直角坐标系当磁场方向与电流方向不垂直时，安培力、磁场的垂直分量、电流构成如图所示的三维直角坐标系尽管磁场与电流方向可以不垂直，但安培力肯总是直于电流方向、同时也垂直于磁场方向，即垂直于_方向和_方向所构成的平面3、安培力的大小在匀强磁场中，通电导线受到的安培力的计算公式为_非匀强磁场可以看成是很多个大小、方向不同的匀强磁场的组合，通电导线在非匀强磁场中受到的安培力，是每一小段受到的安培力的合力4、磁电式电流表在磁电式电流表中，极靴和铁质圆柱之间构成一个特殊的磁场分布，磁场方向沿着_，电流通过电流表的矩形线圈时，线圈的两条边线始终与磁感应强度方向垂直，受到大恒定的安培力，安培力将促使线圈绕轴转动，同时螺旋弹簧被收紧，将产生一个_的转动效果，当两种转动效果抵消时，指针会指在一个相应的位置，从而指示出电流值。电流表的灵敏度很高，是指通过很小的电流时，指针就可以偏转较大的角度。在使用电流表时，允许通过的电流一般都很小，使用时应该特别注意。【范例精析】例1、试用电流的磁场及磁场对电流的作用力的原理，证明通有同向电流的导线相互吸引，通有异向电流的导线相互推斥力解析如图342所示，研究A对B的磁场力（1）根据安培定则画出电流A在导线B处产生的磁场分布图；（2）根据左手定则可知通电导线B受到的磁场力是向左的；（3）根据牛顿第三定律，可知通电导线A受到的磁场力是向左的，即通有同向电流的平行导线相互吸引同理可得通有异向电流的平行导线是相互推斥的拓展两根平行的通电导线之间有力的作用，这是实验所证明的结论，通电导线之间的作用力是通过磁场相互作用的有些同学在研究两根导线之间的相互作用力时，同时画出两根导线在空间产生的磁场是没有必要的，也是思路不清的表现，两根导线之间的作用是通过各自的磁场对另一方作用的，不是两个磁场的相互作用。例2、如图343所示，质量为M的导体棒AB静止在水平导轨上，导轨宽度为L，已知电源的电动势为E，内阻为R，导体棒的电阻为R，其余接触电阻不计，磁场方向垂直导体棒斜向上与水平面的夹角为，磁感应强度为B，求轨道对导体棒的支持力和摩擦力解析涉及安培力时的物体的平衡问题，通过对通电棒的受力分析，根据共点力平衡方程求解棒的受力分析图如图344所示由闭合电路欧姆定律IE/RR由安培力公式FBIL由共点力平衡条件FSINFNFCOSMG整理得FEBLSIN/RRNMGEBLCOS/ER拓展本题是有关安培力的典型问题，必须作好受力分析图，原题给出的是立体图是很难进行受力分析，应画出投影图，养成良好的受力习惯是能力培养过程中的一个重要环节【能力训练】1关于安培力的说法中正确的是（C）A通电导线在磁场中一定受安培力的作用B安培力的大小与磁感应强度成正比，与电流成正比，而与其他量无关C安培力的方向总是垂直于磁场和通电导线所构成的平面D安培力的方向不一定垂直于通电直导线2下图所示的四种情况，通电导体均置于匀强磁场中，其中通电导线不受安培力的是（C）3如图345所示，一根质量为M的金属棒AC用软线悬挂在磁感强度为B的匀强磁场中，通入AC方向的电流时，悬线张力不为零，欲使悬线张力为零，可以采用的办法是（AD）A、不改变电流和磁场方向，适当增大电流B、只改变电流方向，并适当减小电流C、不改变磁场和电流方向，适当减小磁感强度D、同时改变磁场方向，并适当增大磁感强度4一根长直导线穿过载流金属环中心且垂直与金属环的平面，导线和环中的电流方向如图346所示，那么金属环受的力（A）A等于零B沿着环半径向外C向左D向右5如上左3图所示，一位于XY平面内的矩形通电线圈只能绕OX轴转动，线圈的四个边分别与X、Y轴平行，线圈中电流方向如图，当空间加上如下所述的哪种磁场时，线圈会转动起来（B）A方向沿X轴的恒定磁场B方向沿Y轴的恒定磁场C方向沿Z轴的恒定磁场D方向沿Z轴的变化磁场6如图347所示的天平可用来测定磁感应强度B天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽为L，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面当线圈中通有电流I方向如图时，在天平左、右两边加上质量各为M、M的砝码，天平平衡当电流反向大小不变时，右边再加上质量为M的砝码后，天平重新平衡由此可知（B）A、B方向垂直纸面向里，大小为MMG/NILB、B的方向垂直纸面向里，大小为MG/2NILC、B的方向垂直纸面向外，大小为MMG/NILD、B的方向垂直纸面向外，大小为MG/2NIL7如图348所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的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外的电流，则（A）A、磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用B、磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用C、磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用D、磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用8在磁感应强度B03T的匀强磁场中，放置一根长10CM的直导线，导线中通过I2A的电流求以下情况，导线所受的安培力1导线和磁场方向垂直；2导线和磁场方向的夹角为30；3导线和磁场方向平行0060N0030N09在两个倾角均为的光滑斜面上，放有一个相同的金属棒，分别通以电流I1和I2，磁场的磁感应强度大小相同，方向如图349中A、B所示，两金属棒均处于平衡状态，则两种情况下的电流强度的比值I1I2为多少COS10如图3410所示，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受到磁场力大小变为F2，则此时B受到的磁场力大小变为（A）A、F2B、F1F2C、F1F2D、2F1F211如图3411所示，长为L的导线AB放在相互平行的金属导轨上，导轨宽度为D，通过的电流为I，垂直于纸面的匀强磁场的磁感应强度为B，则AB所受的磁场力的大小为（C）ABILBBIDCOSCBID/SINDBIDSIN12应用通电导线在磁场中受力的原理，可以制成灵敏的电流天平。用电流天平可以测出通电导线在匀强磁场中受力大小，从而求出磁感应强度。整个装置如图3412甲所示，它的横臂（图3412乙）能绕通过点和的轴自由转动。轴的左右两侧臂长相等。在轴的一侧，沿着横臂的边沿固定一条U形绝缘导线，这样在天平的一端就有了一段短直线CD，它的长度是L。天平的另一端可以悬砝码或金属丝等轻小物体。调整天平使它平衡，把有U形导线的一端放入待测的磁场中，如图3413所示，然后给U形导线通电，如果磁场方向和U形导线中的电流方向如图所示，CD段导线就受到一个向下的安培力，天平因而倾斜，在天平的另一端加上适当的砝码，使天平恢复平衡，设待测的磁感应强度是B，U形导线中通过的电流强度为I，砝码的质量为M，试求出待测的磁感应强度。MG/IL五、磁场对运动电荷的作用【要点导学】1、本节学习磁场对运动电荷的作用力（洛伦兹力），通过本节的学习，应知道洛伦兹力是安培力的微观表现，会推导公式FQVB，并会用此公式解答有关问题，会用左手定则解答有关带电粒子在磁场中受力方向的问题，知道电视机显象管的工作原理。2、洛伦兹力的方向和确定安培力的方向一样，确定洛伦兹力的方向也可以用左手定则由于电流方向规定为_定向移动的方向，所以用左手定则判断洛伦兹力方向时，四指应该指向_运动的方向磁场可以和电荷的运动速度方向不垂直，但洛伦兹力一定既垂直于电荷的速度方向，又垂直于磁感应强度方向，即垂直于速度方向和磁感应强度方向所构成的_。3、计算洛伦兹力的公式如果电流方向与磁场方向不垂直，设磁场与电流方向的夹角等于，洛伦兹力公式为_，它表示电荷的运动方向与磁场方向在一条直线上，电荷将_磁场的作用力；当电荷的运动方向与磁场方向垂直时，电荷受到的磁场力最大等于_。4洛伦兹力与电场力的对比电荷在电场中就会受到电场力，其大小等于_，和电荷是否运动_磁场对静止的电荷_作用力，对运动的电荷也_有作用力，只有对运动方向与磁感应强度方向_的电荷才有作用力电场力移动电荷时，必然伴随着_做功，涉及到_与其它形式的能的转化洛伦兹力移动电荷时，对电荷_做功5、电视机显象管的工作原理电视机显象管中的电子偏转是利用了_。产生偏转电场的线圈称为_。6、动量是矢量，大小为质量与速率的乘积，方向为速度方向。【范例精析】例1、一个长螺线管中通有恒定直流电，把一个带电粒子（不计粒子重力）沿着管轴线射入管中，粒子在管中做什么运动解析通电螺管内部的磁场是沿管轴线的，如图351所示，即带电粒子的速度方向与磁感线在同一直线上（速度与磁感应强度方向之间的夹角等于00或1800），所以粒子将不受洛伦兹力，又不计粒子的重力，所以粒子将匀速直线穿过磁场区域拓展磁场对静止的电荷无相互作用力，对运动的电荷也不一定有作用力，只有当电荷的运动方向与磁感应强度方向不在一直线上时才有洛伦兹力作用如果螺线管中通交变电流，电子如何运动例2、如图352所示，一阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线的径迹向弯曲，则（）A导线中的电流从A到BB导线中的电流从B到AC若要使电子束的径迹向上弯曲，可以改变AB中的电流方向来实现D电子束的径迹与AB中的电流方向无关解析电子在通电直导线产生的磁场中运动，无论直导线中的电流方向如何，电子的运动速度都是和磁感应强度的方向是垂直的根据左手定则，由于是负电荷，四指应指向左方，根据电子的偏转方向可以确定磁感应强度的方向为垂直纸面向里根据安培定则，导线中的电流方向为B到A如果导线中的电流方向相反，则其产生磁场方向也相反，会影响到电子的偏转方向，所以本题的正确选项是BC拓展本题运动电荷带负电，所以四指应指向其运动速度方向的反方向磁感应强度方向、粒子的速度方向中任意一个反向，都会导致洛伦兹力反向，如果两个都反向，则洛伦兹力方向保持不变例3、如图353所示，质量为M，带电量为Q的小球，在倾角为的光滑斜面上由静止开始下滑，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向外，若带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力恰好为零，问（1）小球带电性质如何（2）此时小球下滑的速度和位移分别是多大解析（1）小球沿斜面下滑，要对斜面的压力为零，说明其受到的洛伦兹力应垂直斜面向上，根据左右定则，四指应与小球运动方向一致，所以小球带正电（2）当小球对斜面压力为零时，有MGCOSBQV得小球此时的速度为VMGCOS/BQ由于小球沿斜面方向做匀加速运动，加速度为AGSIN由匀加速运动的位移公式V22AX得XM2GCOS2/2B2Q2SIN拓展小球在运动过程中只有重力做功，机械能是守恒的，随着速度的增加，洛伦兹力随之增大，是一个变力，但是小球在斜面方向上的合力是恒力，所以小球做匀加速运动，故本题可以用匀变速运动来处理；当速度达到一定值时，小球对斜面的压力为零，以后小球将离开斜面在空中运动，所以本题的位移是小球在斜面运动的最大位移【能力训练】1关于带电粒子所受洛伦兹力F、磁感应强度B和粒子速度V三者方向之间的关系，下列说法正确的是B（A）F、B、V三者必定均相互垂直（B）F必定垂直于B、V，但B不一定垂直V（C）B必定垂直于F、V，但F不一定垂直于V（D）V必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B2如图354所示是磁场B、负电荷速度V和磁场对运动电荷作用力F三者方向的相互关系图，其中正确的是（B、F和V两两垂直）ABC3电子射入只存在磁场的空间区域后AB（A）动能不可能变化（B）动量一定变化（C）能作匀速直线运动（D）一定作匀变速直线运动4如图355所示，绝缘劈两斜面光滑且足够长，它们的倾角分别为、（TB5电子以4106MS的速率垂直射入磁感应强度05T的匀强磁场中，受到的磁场力为_N如果电子射入磁场时速度V与B的方向间的夹角是180，则电子受的磁场力为_N321013，06氢核和氘核以相同的动量垂直射入同一匀强磁场中，它们所受洛仑兹力大小之比为_217如图356所示，虚线框内空间中同时存在着匀强电场和匀强磁场，匀强电场的电力线竖直向上，电场强度E6104伏/米，匀强磁场的磁力线未在图中画出一带正电的粒子按图示方向垂直进入虚线框空间中，速度V2105米/秒如要求带电粒子在虚线框空间做匀速运动，磁场中磁感线的方向如何磁感应强度大小多大带电粒子所受重力忽略不计垂直低面向外、03特8如图357所示，在竖直平面内有一个正交的匀强电场和匀强磁场磁感应强度为1T，电场强度为173NC一个带正电的微粒，Q2106C，质量M2106KG，在这正交的电场和磁场内恰好做匀速直线运动，则带电粒子运动的速度大小多大方向如何20M/S，与电场强度成60斜向上9在图358中虚线所围的区域内，存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场，已知从左方水平射入的电子，穿过这个区域时未发生偏转，设重力可以忽略不计，则在这区域中的E和B的方向可能是ABC（A）E和B都沿水平方向，并与电子运动的方向相同（B）E和B都沿水平方向，并与电子运动的方向相反（C）E竖直向上，B垂直纸面向外（D）竖直向上，B垂直纸面向里六、带电粒子在匀强磁场中的运动【要点导学】1、本节学习带电粒子垂直进入匀强磁场时的运动规律，应学会推导带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式、周期公式，并会用它们解答有关问题。质谱仪是带电粒子在匀强磁场中的圆周运动的应用实例，它可以用来测定粒子的比荷。课本介绍了回旋加速器，通过学习应了解回它的基本构造和加速原理，知道加速器的基本用途。2、带电粒子以垂直于磁场的速度进入磁场时，根据左定则粒子所受的洛伦兹力既垂直于_方向、又垂直于_方向，即洛伦兹力垂直于速度方向、磁感应强度方向所构成的平面，没有任何力驱使粒子离开洛伦兹力和速度构成的平面又因为洛伦兹力对带电粒子不做功，根据动能定理，粒子的动能不变，即速度大小不变，洛伦兹力仅在不断改变粒子的速度_，粒子做半径公式为_,周期为_的匀速圆周运动。3、粒子的_之比叫做比荷，比荷是带电粒子的一种基本属性，质谱仪是测定带电粒子比荷的重要仪器，利用质谱仪可以精确测定某种元素的原子量，区分同位素4、回旋加速器原理（1）由于_原因，D形金属扁盒内没有电场，粒子在D形金属扁盒内运动时不能获得加速，仅在磁场力作用下做_运动，周期为_（2）两个D形金属扁盒缝隙中存在交变的电场，只要保证粒子每次进入电场时，都是加速电场，粒子就能获得加速粒子在磁场中转过半圈的时间为圆周运动的半周期，这就要求交流电经过这段时间就要改变方向一次，尽管粒子的速度越来越大，但粒子的运动周期与速度_，不计粒子通过缝隙所需要的时间，只要满足交流电的周期与粒子作圆周运动的周期_，粒子就能不断地获得加速D形金属扁盒的半径为R，根据BQVMV2/R，粒子飞出加速器时的动能为EKMV2/2B2R2Q2/2M，它与加速电压U无关。【范例精析】例1、有一圆形边界的匀强磁场区域，一束质子流以不同的速率，由圆周上的同一点，沿半径方向射入磁场，质子在磁场中（）路程长的运动时间长B速率小的运动时间短C偏转角度大的运动时间长D运动的时间有可能无限长解析质子在圆形磁场中走过一段圆弧后离开圆形磁场区域，如图361所示，由几何关系可知ABO四点共圆，TANR/RBQR/MV，质子在磁场中运动的时间为T2T/2T/,由于周期不变，所以在磁场中的运动时间与成正比当质子的速度较小时，对应的较大，即运动时间较长；粒子偏转角度大时对应的运动时间也长，由于质子最终将离开圆形磁场，所以在磁场中运动的时间不可能无限长，本题的正确选项是C拓展粒子在圆形磁场中的运动时间到底由什么因素决定应养成配图分析的习惯、推导粒子在磁场中运动时间的决定因素，在这个基础上再对各个选项作出判断。例2、粒子和氘核垂直于磁感线方向进入同一匀强磁场中，它们作匀速圆周运动的半径相同，其原因可能是它们（）A进入磁场的初速度相同B进入磁场的初动能相同C入磁场的初动量相同D进入磁场前均由静止起经同一电场加速解析根据BQVMV2/R得半径公式为RMV/BQP/QB2MEK1/2/QB，如果V相同，则RM/Q，粒子和氘核的荷质比是相同的，所以R相同，答案A是正确的；如果初动能相同，则RM1/2/Q，由于粒子和氘核的Q2/M不相同，所以R不相同，答案B是错误的；如果初动量相同，则RQ，由于粒子和氘核的电量不相同，所以R不相同，答案C是错误的；当进入磁场前均由静止起经同一电场加速时，R2MEK1/2/QB2MU/Q1/2/BM/Q1/2，显然R相同本题的正确选项是AD拓展本题涉及的知识有动能、动量、粒子的比荷、带电粒子在电场中的加速等，涉及的运算技能主