高三物理静悟导读提纲 （七）磁场 新人教版

1、静悟导读提纲：（七）磁场【考试说明】磁场磁场、磁感应强度、磁感线通电直导线和通电线圈周围磁场的方向安培力、安培力的方向匀强磁场中的安培力洛仑兹力、洛仑兹力的方向洛仑兹力公式带电粒子在匀强磁场中的运动质谱仪和回旋加速器安培力的计算只限于电流与磁感应强度垂直的情形洛仑兹力的计算只限于速度与磁场方向垂直的情形【知识网络】【考试说明解读】一、磁场1磁场的方向：（1）磁感线在该点的切线方向;（2）规定在磁场中任意一点小磁针北极的受力方向（小磁针静止时N极的指向）为该点处磁场方向。（3）对磁体：外部(NS)，内部(SN)组成闭合曲线；这点与静电场电场线(不成闭合曲线)不同。（4）电流产生的磁场方向用安培左

2、手定则判断2地磁场的磁感线分布特点：要明确三个问题：(磁极位置? 赤道处磁场特点?南北半球磁场方向?)（1）地球是一个巨大的磁体、地磁的N极在地理的南极附近，地磁的S极在地理的北极附近；（2）地磁场的分布和条形磁体磁场分布近似；（3）在地球赤道平面上，地磁场方向都是由北向南且方向水平（平行于地面）；3磁感应强度（1）定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L之乘积IL的比值叫做磁感应强度，定义式为。（条件是匀强磁场，或非匀强磁场中L很小，并且LB ）磁感应强度是矢量，其方向就是磁场方向。单位是特斯拉，符号为T，1T=1N/(Am)=1kg/(As2)（2）对定

3、义式的理解：定义式中反映的F、B、I方向关系为：BI，FB，FI，则F垂直于B和I所构成的平面。定义式可以用来量度磁场中某处磁感应强度，不决定该处磁场的强弱，磁场中某处磁感应强度的大小由磁场自身性质来决定。磁感应强度是矢量，其矢量方向是小磁针在该处的北极受力方向，与安培力方向是垂直的。如果空间某处磁场是由几个磁场共同激发的，则该点处合磁场（实际磁场）是几个分磁场的矢量和；某处合磁场可以依据问题求解的需要分解为两个分磁场；磁场的分解与合成必须遵循矢量运算法则。【例1】有一小段通电导线，长为1cm，电流强度为5A，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为0.1 N，则该点的磁感应强度B一定是AB=2 T

4、BB2 T CB2 TD以上情况都有可能【例1】C【例2】两根长直通电导线互相平行，电流方向相同，它们的截面处于等边ABC的A和B处，如图所示.两通电导线在C处产生磁场的磁感应强度大小都是B0，则C处磁场的总磁感应强度大小是A0BB0CD2B0【例2】C二、安培力与洛伦兹力（一）安培力1安培力的大小：（1）安培力的计算公式：FBIL，条件为磁场B与直导体L垂直。（2）导体与磁场垂直时，安培力最大；当导体与磁场平行时，导体与磁场平行，安培力为零。（3）FBIL要求L上各点处磁感应强度相等，故该公式一般只适用于匀强磁场。2安培力的方向：（1）安培力方向用左手定则判定：伸开左手，使大拇指和其余四指垂

5、直，并且都跟手掌在同一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么大拇指所指的方向就是通电导体在磁场中的受力方向。（2）F、B、I三者间方向关系：已知B、I的方向（B、I不平行时），可用左手定则确定F的唯一方向：FB，FI，则F垂直于B和I所构成的平面，但已知F和B的方向，不能唯一确定I的方向。由于I可在图中平面内与B成任意不为零的夹角。同理，已知F和I的方向也不能唯一确定B的方向。【例3】如右图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中间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里的电流，用FN表示磁铁对桌面的压力，用F表示桌面对磁铁的摩擦力

6、，电线中通电后（与通电前相比较）（ ）A.FN减小，F=0 B.FN减小，F0 C.FN增大，F=0 D.FN增大，F0【例3】C【例4】如图所示，一长L的直导线通以大小为I的电流，放在垂直于导线的磁感应强度为B的匀强磁场中，则导线所受安培力大小为ABLIsinBBLIcos CBLI/sinDBLI【例4】D（二）洛伦兹力1洛仑兹力的大小。（1）洛仑兹力计算式为FqvB，条件为磁场B与带电粒子运动的速度v垂直。（2）当vB，F0；当vB，F最大。2洛仑兹力的方向。（1）洛仑兹力的方向用左手定则判定：伸开左手，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入掌

7、心，四指指向正电荷的运动方向，那么，大拇指所指的方向就是正电荷所受洛仑兹力的方向；如果运动电荷为负电荷，则四指指向负电荷运动的反方向。（2）F、v、B三者方向间的关系。已知v、B的方向，可以由左手定则确定F的唯一方向：Fv、FB、则F垂直于v和B所构成的平面；但已知F和B的方向，不能唯一确定v的方向，由于v可以在v和B所确定的平面内与B成不为零的任意夹角，同理已知F和v的方向，也不能唯一确定B的方向。3洛仑兹力的特性（1）安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。（2）无论电荷的速度方向与磁场方向间的关系如何，洛仑兹力的方向永远与电荷的速度方向垂直，因此洛仑兹力只改变运动电荷的速度方向，不对

8、运动电荷作功，也不改变运动电荷的速率和动能。所以运动电荷垂直磁感线进入匀强磁场仅受洛仑磁力作用时，一定作匀速圆周运动。（3）洛仑兹力是一个与运动状态有关的力，这与重力、电场力有较大的区别，在匀强电场中，电荷所受的电场力是一个恒力，但在匀强磁场中，若运动电荷的速度大小或方向发生改变，洛仑兹力是一个变力。【例5】每时每刻都有大量宇宙射线向地球射来，地磁场可以改变射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义。假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它将 A向东偏转 B向南偏转 C向西偏转 D向北偏转【例5】ABnabcdm【例6

9、】如图所示，边长为d的正方形区域abcd中充满匀强磁场，磁场大小为B，方向垂直纸面向里。一个氢核（质量为m，电量为e）从ad边的中点m沿着既垂直于ad边又垂直于磁场的方向，以一定速度射入磁场，正好从ab边的中点n射出磁场，则氢核射入磁场时的速度是。现将磁场的磁感应强度变为原来的2倍，其他条件不变，则这个氢核经时间从磁场射出。【例6】三、带电粒子在匀强磁场中的运动1、在不计带电粒子（如电子、质子、a粒子等基本粒子）的重力的条件下，带电粒子在匀强磁场的运动：（1）若带电粒子的速度方向与磁场方向平行时，粒子不受洛仑兹力作用而作匀速直线运动。（2）若粒子的速度方向与磁场方向垂直，则带电粒子在垂直于磁感

10、线的平面内以入射速度v作匀速圆周运动，其运动所需的向心力全部由洛仑兹力提供。2、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的几个基本公式向心力公式：，轨道半径公式：，周期公式： ，频率公式：，角速度公式：，动能公式：3、带电粒子的轨道圆心（O）、速度偏向角（）是指末速度与初速度之间的夹角、回旋角（a）一段圆弧所对应的圆心角叫回旋角、和弦切角（q）圆弧的弦与过弦的端点处的切线之间的夹角叫弦切角。在分析和解答带电粒子作匀速圆周运动的问题时，除了应熟悉上述基本规律之外，还必须掌握确定轨道圆心的基本方法和计算、a和q 的定量关系。如图所示，在洛仑兹力作用下，一个作匀速圆周运动的粒子，不论沿顺时针方向还是逆时针

11、方向，从A点运动到B点，均具有三个重要特点。（1）轨道圆心（O）总是位于A、B两点洛仑兹力（f）的交点上或AB弦的中垂线（OO）与任一个f的交点上。（2）粒子的速度偏向角（），等于回旋角（a），并等于AB弦与切线的夹角弦切角（q）的2倍，即 = a = 2q = w t。（3）相对的弦切角（q）相等，与相邻的弦切角（q ）互补，即q + q = 180【例7】如图所示，所以O为圆心，R为半径的圆形区域内，有一个水平方向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外；竖直平行放置的极板A、K相距为d，AK之间的电压可以调节，S1、S2为A、K极板上的两个小孔，且S1、S2和O三点在垂直于极板

12、的同一直线上，OS2=R；质量为m、电量为q的正离子从S1进入电场后，自S2射出并进入磁场区域，不计重力和离子进入电场时的初速度，问：（1）为使正离子射出磁场时的速度的方向与进入时重直，A、K之间的电压应为多大？（2）粒子在磁场中的运动时间多长？【例7】（1）U=，（2）四、带电粒子在复合场中的运动装置原理图规律速度选择器若粒子做匀速直线运动磁流体发电机等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电，两极电压为U时稳定。霍尔效应电磁流量计 质谱仪电子经U加速，从A孔入射经偏转打到P点，比荷回旋加速器D形盒内分别接频率为的高频交流电源两极，带电粒子在窄缝间电场加速，在D形盒内偏转【例8】如图所

13、示，PQ是空间位置固定的两个电荷量相等的异种电荷，它们的连线中点为O，MN是中垂线，两电荷连线与中垂线在纸平面内，在垂直纸面方向有一磁场，中垂线上一不计重力的带正电粒子以初速度v0保持沿中垂线运动，则 A磁场的方向垂直纸面向外B带电粒子做匀速直线运动，所受洛仑兹力的大小不变C带电粒子做匀速直线运动，所受洛仑兹力的大小改变D带电粒子做变速直线运动，所受洛仑兹力的大小改变【例8】C【例9】如图所示，厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U=k，式中的比例系数k称为霍尔系数霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板一侧，在导体板的两侧将出现匀强电场，电子将受到静电力作用当静电力与洛伦兹力平衡时，两侧之间就会形成稳定的电势差设电流I是由电子的定