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文档简介

磁场第1页

一个工具:磁感线

两个作用:安培力F安=IlB(B⊥I

)洛仑兹力f洛=qvB(B⊥v

三个思绪:受力分析运动分析能量分析四个应用:速度选择器质谱仪盘旋加速器磁流体发电机五个细节:立体问题模块问题比较问题迁移问题选择问题第2页一、基本概念1.磁场产生磁极周围有磁场。电流周围有磁场(奥斯特)。安培提出分子电流假说(又叫磁性起源假说),认为磁极磁场和电流磁场都是由电荷运动产生。改变电场在周围空间产生磁场(麦克斯韦)。第3页2.磁场基本性质磁场对放入其中磁极和电流有磁场力作用(对磁极一定有力作用;对电流只是可能有力作用,当电流和磁感线平行时不受磁场力作用)。这一点应该跟电场基本性质相比较。3.磁感应强度条件:匀强磁场;或ΔL很小,且L⊥B

磁感应强度是矢量。单位是特斯拉,符号为T1T=1N/(A

m)=1kg/(A

s2)第4页4.磁感线用来形象地描述磁场中各点磁场方向和强弱曲线。磁感线上每一点切线方向就是该点磁场方向,也就是在该点小磁针静止时N极指向。磁感线疏密表示磁场强弱。磁感线是闭合曲线(和静电场电场线不一样)。几个磁场磁感线:第5页安培定则(右手螺旋定则):对直导线,四指指磁感线方向;对环行电流,大拇指指中心轴线上磁感线方向;对长直螺线管大拇指指螺线管内部磁感线方向。第6页5.磁通量能够认为磁通量就是穿过某个面磁感线条数。1Wb=1T

m2=1Vs=1kg

m2/(As2)假如在磁感应强度为B匀强磁场中有一个与磁场方向垂直平面,其面积为S,则定义B与S乘积为穿过这个面磁通量,用Φ表示。Φ是标量,不过有方向(进该面或出该面)。单位为韦伯,符号为Wb。在匀强磁场中,当B与S夹角为α时,有Φ=BS⊥

。第7页二、安培力(磁场对电流作用力)方向由左手定则确定条件:L

与B垂直(二者平行时不受安培力)第8页例1.如图所表示,能够自由移动竖直导线中通有向下电流,不计通电导线重力,仅在磁场力作用下,导线将怎样移动?INSPQB从左向右看,导线将顺时针转动,同时向右运动第9页例2.条形磁铁放在粗糙水平面上,正中正上方有一导线,通有图示方向电流后,磁铁对水平面压力将会______(增大、减小还是不变?)。水平面对磁铁摩擦力大小为______。NSIFF第10页课堂探究·考点突破D

第11页例4.如图所表示,光滑导轨与水平面成α角,导轨宽L。匀强磁场磁感应强度为B。金属杆长也为L,质量为m,水平放在导轨上。当回路总电流为I1时,金属杆恰好能静止。求:⑴B最少多大?这时B方向怎样?⑵若保持B大小不变而将B方向改为竖直向上,应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止?E30ºBARmgNFG’FminB方向垂直导轨平面向上第12页mgNFG’FminBFmgNFG’FminB画侧视图!第13页例5.如图所表示,质量为m铜棒搭在U形导线框右端,棒长和框宽均为L,磁感应强度为B匀强磁场方向竖直向下.电键闭合后,在磁场力作用下铜棒被平抛出去,下落h后落在水平面上,水平位移为s.求闭合电键后经过铜棒电荷量Q.Bhs第14页高考模拟·提能训练高考题组12模拟题组3465解析第15页BD高考模拟·提能训练高考题组12模拟题组3465解析第16页三、洛伦兹力方向用左手定则判断,四指必须指电流方向(不是速度方向),即正电荷定向移动方向;对负电荷,四指应指负电荷定向移动方向反方向。正电荷:v方向,负电荷:-v方向

运动电荷在磁场中受到磁场力叫洛伦兹力,它是安培力微观表现。IBF安F条件:v与B垂直(v与B平行时不受洛仑兹力)第17页例6.电视机显象管偏转线圈示意图如右,即时电流方向如图所表示。该时刻由里向外射出电子流将向哪个方向偏转?i向左偏F第18页例7.磁流体发电机原理如图。相距为d极板A、B间有高速等离子体喷射,两极板间有如图方向匀强磁场。该发电机哪个极板为正极?两板间最大电压为多少?vB为正极板即磁流体发电机电动势第19页例8.半导体靠自由电子和空穴(可等效为带+e电量粒子)导电,分为p型和n型两种。p型半导体中空穴为多数载流子;n型半导体中自由电子为多数载流子。用以下试验能够判定一块半导体材料是p型还是n型:将材料放在匀强磁场中,通以图示方向电流I,用电压表比较上下两个表面电势高低,若上极板电势高,就是p型半导体;若下极板电势高,就是n型半导体。试分析原因。BIyxzvF第20页zBIyxFvn型:注意:电流方向相同时,正、负离子在同一个磁场中所受洛伦兹力方向相同,偏转方向相同。第21页四、带电粒子在磁场中运动带电粒子在匀强磁场中仅受洛伦兹力时做匀速圆周运动时,洛伦兹力充当向心力:进而可知其半径公式和周期公式:第22页(一).带电粒子在单边界磁场中运动①粒子入射角和出射角相等②假如与磁场边界成夹角θ进入,则运动轨迹所正确弦长L=2RsinθOBA.rrPθMNBO2θθ第23页(二).带电粒子在平行直线边界磁场中运动①速度较小时,作半圆运动后从原边界飞出;②速度增加为某临界值时,粒子作部分圆周运动其轨迹与另一边界相切;③速度较大时粒子作部分圆周运动后从另一边界飞出.SBPQ圆心在磁场原边界上第24页SPQ①速度较小时,作圆周运动经过射入点;②速度增加为某临界值时,粒子作圆周运动其轨迹与另一边界相切;③速度较大时粒子作部分圆周运动后从另一边界飞出圆心在过入射点跟边界垂直直线上(二).带电粒子在平行直线边界磁场中运动第25页SQQ圆心在过入射点跟跟速度方向垂直直线上.①速度较小时,作圆周运动经过射入点;②速度增加为某临界值时,粒子作圆周运动其轨迹与另一边界相切;③速度较大时粒子作部分圆周运动后从另一边界飞出(二).带电粒子在平行直线边界磁场中运动第26页例9.图中MN表示真空室中垂直于纸面平板,它一侧有匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁感应强度大小为B。一带电粒子从平板上狭缝O处以垂直于平板初速v射入磁场区域,最终抵达平板上P点。已知B、v以及P到O距离l,不计重力,求此粒子电荷e与质量m之比。MNOPlBv第27页例10.如图直线MN上方有磁感应强度为B匀强磁场。正、负电子同时从同一点O以与MN成30°角一样速度v射入磁场(电子质量为m,电荷为e),它们出射点相距多远?出射时间差是多少?MNvBO画好示意图,找圆心、找半径和用对称。第28页LB

yROθθvv磁偏转⑴穿过矩形磁场区。要先画好辅助线(半径、速度及延长线)偏转角sinθ=L/R侧移由R

2=L2+(R-y)2经历时间注意:这里出射速度反向延长线与初速度延长线交点不再是宽度线段中点,区分于抛物线。第29页⑵穿过圆形磁场区

。画好辅助线(半径、速度、轨迹圆圆心、连心线)

vrArvAvROθθ偏角:

经历时间:

注意:由对称性,出射线反向延长必过磁场圆圆心第30页五、带电粒子在复合场中运动1.速度选择器正交匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。++++++------qEqvBv若v>E/B,则向上偏转,偏转过程速率减小;若v<E/B,则向下偏转,偏转过程速率增大。带电粒子必须以唯一确定速度(v=E/B

、方向向右)才能沿直线匀速经过速度选择器。不然将发生偏转。第31页例11.某带电粒子从图中速度选择器左端由中点O以垂直于电场和磁场速度v0向右射去,从右端中心a下方b点以速度v1射出;若增大磁感应强度B,该粒子将打到a点上方c点,且有ac=ab,则该粒子带______电;第二次射出时速度为_______。cabv0qEqvB第32页例12.如图所表示,一个带电粒子两次以一样垂直于场线初速度v0分别穿越匀强电场区和匀强磁场区,场区宽度均为L偏转角度均为α,求E∶BLEαv0BLαv0在磁场中偏转:

在电场中偏转:能够证实:当偏转角相同时侧移必定不一样(电场中侧移较大);当侧移相同时,偏转角必定不一样(磁场中偏转角较大)第33页2.带电微粒在重力、电场力、磁场力共同作用下运动(电场、磁场均为匀强场)例13.一个带电微粒在图示正交匀强电场和匀强磁场中在竖直面内做匀速圆周运动。则该带电微粒必定带_____,旋转方向为_____。若已知圆半径为r,电场强度为E磁感应强度为B,则线速度为_____。BE负电,带电微粒在三个场共同作用下做匀速圆周运动。必定是电场力和重力平衡,而洛伦兹力充当向心力!逆时针,v=qBr/m=gBr/E第34页例14.质量为m带电量为q小球套在竖直放置绝缘杆上,球与杆间动摩擦因数为μ。匀强电场和匀强磁场方向如图所表示,电场强度为E,磁感应强度为B。小球由静止释放后沿杆下滑。设杆足够长,电场和磁场也足够大,求运动过程中小球最大加速度和最大速度。EBqEqvBmgfN最大加速度为g,此时有:qvB=qE,N=0,f=0当摩擦力和重力大小相等时,小球速度到达最大第35页问题:若将磁场反向,其余条件不变。最大加速度和最大速度又各是多少?何时出现?开始加速度最大为摩擦力等于重力时速度最大,为EBqEqvBmgfN第36页六、质谱仪加速器1.质谱仪。能够用来测定带电粒子荷质比。也能够在已知电量情况下测定粒子质量。

带电粒子质量m,电荷量q,由电压U加速后垂直进入磁感应强度为B匀强磁场,设轨道半径为r,有:

第37页带电粒子质量m,电荷量q,以速度v穿过速度选择器(电场强度E,磁感应强度B1),垂直进入磁感应强度为B2匀强磁场。设轨道半径为r,则有:第38页3.盘旋加速器2.直线加速器第39页一个工具:磁感线两个作用:安培力F安=IlB(B⊥I)洛仑兹力f洛=qvB(B⊥v

)三个思绪:受力分析运动分析能量动量四个应用:速度选择器质谱仪盘旋加速器磁流体发电机五个细节:立体问题模块问题比较问题迁移问题选择问题^_^81037第40页例:如图所表示,能够自由移动竖直导线中通有向左电流,不计通电导线重力,仅在固定蹄形磁铁磁场力作用下,导线将怎样移动?从上向下看,导线将逆时针转动,同时向下运动NSI^_^第41页1.核电站反应堆是靠熔化钠来传递核燃料棒产生热量.为了防止核泄漏,惯用“电磁泵”来抽送这些高温金属液体.下列图表示这种泵结构,N、S为磁铁两极,c为放在磁场中耐热导管,熔融钠从其中流过,钠液流动方向如图中速度v所表示.要使钠液加速,加在导管中钠液电流方向应为:

A.由上而下(a→c)B.由下而上(c→a)

C.逆着v方向(b→a)D.顺着v方向(a→b)^_^第42页2.如图所表示,有一重力为G带电小球,从两竖直带等量异种电荷平行板电容器上方高h处自由落下,两板间还有匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里.则小球在经过板间过程中:A.一定做曲线运动B.可能做匀速直线运动C.可能做变加速直线运动D.机械能可能不变^_^第43页3.如图甲所表示,一个质量为m、电荷量为+q带电粒子,不计重力.在a点以某一初速度水平向左射入磁场区域I,沿曲线abcd运动,ab、bc、cd都是半径为R圆弧.粒子在每段圆弧上运动时间都为t.要求由纸面垂直向外磁感应强度为正,则磁场区域I,II,

III三部分磁感应强度B随x改变关系可能是乙图中:

^_^第44页4.一根轻易形变弹性导线,两端固定.导线中通有电流,方向如图中箭头所表示.当没有磁场时,导线呈直线状态;当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外匀强磁场时,描述导线状态四个图示中正确是:^_^第45页5.如图所表示四种情况,通电导体均置于匀强磁场中,其中通电导线受安培力是:^_^II第46页6.地球大气层外部有一层复杂电离层,既分布有地磁场,也分布有电场,假设某时刻在该空间中有一小区域存在如图所表示电场和磁场;电场方向在纸面内斜向左下方,磁场方向垂直纸面向里.此时一带电宇宙粒子,恰以速度v垂直于电场和磁场射入该区域,不计重力作用,则在该区域中,相关该带电粒子运动情况可能是:A.仍作直线运动B.马上向左下方偏转C.马上向右上方偏转D.可能做匀速圆周运动^_^第47页7.北半球某处,地磁场水平分量B1=0.8×10-4T,竖直分量B2=0.5×10-4T,海水向北流动.海洋工作者测量海水流速时,将两极板插入此处海水中,保持两极板正对且垂线沿东西方向,两极板相距d=20m,如图所表示.与两极板相连电压表(可看作理想电压表)示数为U=0.2mV,则:

A.西极板电势高,东极板电势低B.西极板电势低,东极板电势高C.海水流速大小为0.125m/s

D.海水流速大小为0.2m/s^_^第48页8.带电粒子以速度v沿CB方向点射入一横截面为正方形区域,C、B均为该正方形两边中点,不计粒子重力.当区域内有平行纸面竖直方向匀强电场E时,粒子从A点飞出,所用时间为t1,当区域内有垂直纸面向里匀强磁场B时,粒子也从A点飞出,所用时间为t2,则以下说法正确是:

A.t1<t2

B.t1>t2

C.D.^_^第49页9.真空中存在竖直向上匀强电场和水平方向匀强磁场,一质量为m,带电量为物体以速度在竖直平面内做半径为R匀速圆周运动,假设t=0时刻物体在轨迹最低点且重力势能为零,电势能也为零,那么,以下说法正确是:A.物体带正电且逆时针转动B.物体运动过程中,机械能守恒,且机械能为C.物体运动过程中,重力势能随时间改变关系为D.物体运动过程中,电势能随时间改变关系为^_^第50页10.某塑料球成型机工作时,能够喷出速度v0=10m/s塑料小球,已知喷出每个小球质量m

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