第三章 磁场(修改后).doc

第三章 磁场3.1磁现象和磁场【知识摘要】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3-1-1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3-1-2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I=e/T 圆周运动周期满足ke2/r2=m(2/T)2r，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。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。【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。 例2、如图3-1-3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不能吸入线圈中图3-1-3(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。 例3、已知电流磁场的磁感应线方向或N、S极方向，请在图3-1-4上标出电流方向。 图3-1-4图3-1-5解析： 根据安培定则，各图中的电流方向如图3-1-5所示。 例4、 如图3-1-6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，北极应指向左端图3-1-6 图3-1-7 图3-1-8【能力训练】1首先发现电流产生磁场的科学家是( )（A）牛顿 （B）阿基米德 （C）奥斯特 （D）伏特 2如图3-1-8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( )(A)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( )(A)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3-1-9中，已知下列各图中的电流方向，请画出相应的磁感线。图3-1-95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，奥斯特图3-1-10 图3-1-11 图3-1-12图3-1-13 图3-1-146如图3-1-10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”）。7如图3-1-11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3-1-12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3-1-13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）( )（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3-1-14为磁选机图，试简述其工作原理。3.2磁感应强度【知识摘要】1.电场强度是通过将一检验电荷放在电场中分析电荷所受的 与检验电荷 的比值来定义的，其定义式为E。规定 受的电场力方向为电场方向。2磁场的方向。规定在磁场中的任意一点小磁针 受力的方向亦即小磁针 时北极所指的方向，就是那一点的磁场方向图3-2-03磁场对电流的作用力通常称为 。如图3-2-0，三块相同的蹄形磁铁，并列放在桌上，直导线所在处的磁场认为是均匀的，则决定安培力大小的因素与导线在磁场中的放置方向有关与电流的 有关与通电导线在磁场中的 有关4磁场强弱磁感应强度在磁场中 于磁场方向的通电导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫 。公式B 在国际单位制中，磁感应强度的单位是 ，简称特，国际符号是T。1T1磁感应强度是 ，把某点的磁场方向定义为该点的磁感应强度的方向。磁感应强度B是表示磁场 和方向的物理量 【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F=BILsin，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例2、 试比较电场强度的定义E=F/q和磁感应强度的定义B=F/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。 例3、磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线，它的电流强度是2.5 A，导线长1 cm，它受到的安培力为510-2 N，则这个位置的磁感应强度是多大？接上题，如果把通电导线中的电流强度增大到5 A时，这一点的磁感应强度应是多大？如果通电导线在磁场中某处不受磁场力，是否肯定这里没有磁场.解析：本题考查的是磁感应强度的定义，应知磁感应强度的定义式中的电流是垂直于磁场方向的电流， 有定义式直接求得 B2T。磁感应强度B是由磁场和空间位置(点)决定的，和导线的长度L、电流I的大小无关，所以该点的磁感应强度是2 T。如果通电导线在磁场中某处不受磁场力，则可能有两种可能：该处没有磁场；该处有磁场，只不过通电导线与磁场方向平行。【能力训练】 1关于磁感强度下列说法中正确的是（ ） （A）由B=F/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B=F/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) 1kg/As2 (B) 1kgm/As2 （C）1kgm2/s2 (D) 1kgm2/As23关于磁感应强度，下列说法正确的是：（ ）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1T 4一根导线长02m，通以3A的电流，在磁场中某处受到的最大的磁场力是610-2N，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_T5在赤道上，地球磁场磁感应强度的大小是0.510-4T，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_。6如图3-2-1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？7.电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图3-2-2，1982年澳大利亚国立大学制成了能把2.2g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） 8、匀强磁场中放入一通电导线，长10cm，电流为5A，所受安培力为0.5N，则磁感应强度大小可能为（ ）A1T B0.01T C0.25T D2T 9、（1）匀强磁场中长2cm的通电导线垂直磁场方向，当通过导线的电流为2A时，它受到的磁场力大小为410-3N，问：该处的磁感应强度B是多大？（2）若上题中，电流不变，导线长度减小到1cm，则它受磁场力F和该处的磁感应强度B各是多少？若导线长不变，电流增大为5A，则它受磁场力F和该处的磁感应强度B各是多少？10在磁场中某一点,有一根长1cm的通电导线,导线中的电流为5A,这根导线与磁场方向垂直时,所受的安培力为510-2N,求磁感应强度的大小；这根导线与磁场方向平行时,所受的安培力。11在同一水平面内的两导轨互相平行，相距2m，置于磁感应强度大小为1.2T，方向竖直向上的匀强磁场中，一质量为3.6kg的铜棒垂直放在导轨上，当棒中的电流为5A时，棒沿导轨做匀速直线运动，则当棒中的电流为8A时，棒的加速度大小为多少ms2.3.3几种常见的磁场【知识摘要】.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3-3-1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3-3-2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，=BsinS=BSsin。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，=BS= BSsin。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3-3-3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：1.7 B、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() A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( )A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3-3-4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( ) (A)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3-3-5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：( ) AabCa=b D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3-3-6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( )A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3-3-7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() (A)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B=0.48T的匀强磁场中,有一个长为L1=0.20m,宽为L2=0.10 m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？8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3-3-8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3-3-9所示，匀强磁场的磁感强度B=20T，方向沿z轴正方向，且ab=40cm，bc=30cm，ae=50cm，求通过面积S1(abcd)、S2(befc)、S3(aefd)的磁通量1、2、3分别是 、 、 3.4 磁场对通电导线的作用力【知识摘要】1磁场对 的作用力通常称为安培力。2 磁场方向的通电直导线，受到的安培力的大小的跟通电导线在磁场中的长度有关，导线长作用力 ；导线短，作用力 。用公式表示为 。3如果磁场方向与电流方向夹角为时，安培力的大小 ，方向仍可用 定则判定。4左手定则：让磁感线垂直穿入 ，四指指向 方向，拇指所指 的方向。 5 在磁电式电流表中，蹄形磁铁和铁心间的磁场是的。【范例精析】例1 如图1所示，把一重力不计可自由运动的通电直导线AB水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，当通以图示方向的电流时，导线的运动情况是（从上往下看） （ ）图1A. 顺时针方向转动，同时下降 B. 顺时针方向转动，同时上升C. 逆时针方向转动，同时下降 D. 逆时针方向转动，同时上升解答：两个磁极对电流的安培力方向不同，把电流分为两部分，左半部分受力方向向外，右半部分受力向里。从上往下看，通电导线将沿着逆时针方向转动。当导线转到垂直于纸面的方向时，电流受力向下，导线将向下运动。所以C选项正确。 例2如图2所示，长L、质量为m的金属杆ab，被两根竖直的金属丝静止吊起，金属杆ab处在方向垂直纸面向里的匀强磁场中。当金属杆中通有方向ab的电流I时，每根金属丝的拉力大小为T。当金属杆通有方向ba的电流I时，每根金属丝的拉力大小为2T。求磁场的磁感应强度B的大小。图2解答：导体ab受重力、磁场力弹簧的的拉力而平衡。当ab中的电流方向由a到b时，磁场力向上。 2T+BIL=mg 当ab中的电流由b到a时，磁场力向下。 4T=BIL+mg 解方程组得例3两个同样的导线环同轴平行悬挂，相隔一小段距离，当同时给两导线环通以同向电流时，两导线环将（ ）A 吸引 B 排斥 C 保持静止D 边吸引边转动 解答：两个线圈内的电流产生的磁场方向相同，互相吸引。也可以由一个电流受另一个的磁场力判断得相同的结论。【能力训练】CBD第1题1. 一根通有电流的直铜棒用软导线挂在如图所示的匀强磁场中,此时悬线的张力大于零而小于铜棒的重力.使悬线中张力为零,可采用的方法有 ( ) A适当增大电流,方向不变B适当减小电流,方向反向C电流大小、方向不变D使原电流反向，并适当减弱磁场第2题2. 一段通电的直导线平行于匀强磁场放入磁场中，如图所示导线上电流由左向右流过当导线以左端点为轴在竖直平面内转过90的过程中，导线所受的安培力 （ ） A大小不变，方向也不变B大小由零渐增大，方向随时改变C大小由零渐增大，方向不变D大小由最大渐减小到零，方向不变3.如图所示，有一根直导线上通以恒定电流I，方向垂直指向纸内，且和匀强磁场B垂直，则在图中圆周上，磁感应强度数值最大的点是 ( )A.a点 B.b点 C.c点 D.d点第3题4.关于通电导线在磁场中所受的安培力，下列说法正确的是 ( )A.安培力的方向就是该处的磁场方向 B.安培力的方向一定垂直于磁感线和通电导线所在的平面C.若通电导线所受的安培力为零.则该处的磁感应强度为零D.对给定的通电导线在磁场中某处各种取向中，以导线垂直于磁场时所受的安培力最大5.一根用导线绕制的螺线管，水平放置，在通电的瞬间，可能发生的情况是 ( )A.伸长 B.缩短 C.弯曲 D.转动第6题6.如图所示，在倾角为的光滑斜面上，垂直纸面水平放置一根长为L，质量为m的通电直导线，电流方向垂直纸面向里，欲使导线静止于斜面上，则外加磁场的磁感应强度的大小和方向可以是 （ ）A.B=mgtan/IL，方向垂直斜面向下B.B=mgtanIL，方向竖直向下C.B=mgIL，方向水平向左D.B=mgcos/IL，方向水平向右7如图所示，长直导线通电为I1，通过通以电流I2环的中心且垂直环平面，当通以图示方向的电流I1、I2时，环所受安培力 （ ）A.沿半径方向向里 B.沿半径方向向外 C.等于零 D.水平向左 E.水平向右第8题第7题8.条形磁铁放在水平面上，在它的上方偏右处有一根固定的垂直纸面的直导线，如图所示，当直导线中通以图示方向的电流时，磁铁仍保持静止.下列结论正确的是 （ ） B.磁铁对水平面的压力增大C.磁铁对水平面施加向左的静摩擦力 D.磁铁所受的合外力增加9如图所示，边长为a的正方形线框通以恒定电流I，在匀强磁场中以OO为轴按图示位置转动，则（设无外力作用） （ ）A电流的方向是逆时针方向B图示位置，线框所受磁力矩为BIa2C当线框转过90角时，所受磁力矩为MBIa2D线框必定匀速转动第9题第10题10.两个相同的轻质铝环能在一个光滑的绝缘圆柱体上自由移动，设大小不同的电流按如图所示的方向通入两铝环，则两环的运动情况是 （ ）A.都绕圆柱体转动B.彼此相向运动，且具有大小相等的加速度C.彼此相向运动，电流大的加速度大D.彼此背向运动，电流大的加速度大3.5磁场对运动电荷的作用【知识摘要】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F=qvB，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3-5-1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例2、 如图3-5-2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例3、如图3-5-3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 mgcos=Bqv得小球此时的速度为 v=mgcos/Bq由于小球沿斜面方向做匀加速运动，加速度为a=gsin由匀加速运动的位移公式 v2=2ax得x=m2gcos2/(2B2q2sin)【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( )（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3-5-4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）( ) 3电子射入只存在磁场的空间区域后( ) （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3-5-5所示，绝缘劈两斜面光滑且足够长，它们的倾角分别为、（），处在垂直纸面向里的匀强磁场中，将质量相等、带等量异种电荷的小球A和B，同时从两斜面的顶端静止释放，不考虑两电荷之间的库仑力，则( ) （A）在斜面上两球作匀加速运动，且aAaB（B）在斜面上两都作变加速运动（C）两球沿斜面运动的最大位移xAtB5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_N6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_7如图3-5-6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E=6104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v=2105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) 8如图3-5-7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m=210-6kg，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？9在图3-5-8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( )（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3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动 【知识摘要】一、带电粒子在匀强磁场中的运动1洛伦兹力不改变带电粒子速度的_，或者说，洛伦兹力对带电粒子不_2沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做_洛伦兹力方向总与速度方向垂直，正好起到了_的作用公式：_m .(1)半径：r_.(2)周期：T_.二、质谱仪和回旋加速器1质谱仪(1)原理图：如图所示 (2)加速带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得：_mv2(3)偏转 带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力： _(4)由两式可以求出粒子的半径r、_、_等其中由r 可知电荷量相同时，半径将随_变化(5)质谱仪的应用：可以测定带电粒子的质量和分析_2回旋加速器(1)构造图：如图所示回旋加速器的核心部件是两个_ (2)周期：粒子每经过一次加速，其轨道半径就大一些，粒子绕圆周运动的周期_(3)最大动能：由qvB和Ekmv2得Ek_，当rR时，有最大动能Ekm(R为D形盒的半径)，即粒子在回旋加速器中获得的最大动能与q、m、B、R有关，与加速电压无关 【范例精析】例1：如图所示，匀强磁场的方向垂直纸面向里，匀强电场的方向竖直向下，有一正离子恰能以速率v沿直线从左向右水平飞越此区域下列说法正确的是() A若一电子以速率v从右向左飞入，则该电子也沿直线运动B若一电子以速率v从右向左飞入，则该电子将向上偏转C若一电子以速率v从右向左飞入，则该电子将向下偏转D若一电子以速率v从左向右飞入，则该电子也沿直线运动解答：BD若电子从右向左飞入，电场力向上，洛伦兹力也向上，所以电子上偏，选项B正确；若电子从左向右飞入，电场力向上，洛伦兹力向下由题意，对正电荷有qEBqv，会发现q被约去，说明等号的成立与q无关，包括q的大小和正负，所以一旦满足了EBv，对任意不计重力的带电粒子都有电场力大小等于洛伦兹力大小，显然对于电子两者也相等，所以电子从左向右飞入时，将做匀速直线运动例2 ：如图所示，在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，有一倾角为、足够长的光滑绝缘斜面磁感应强度为B，方向垂直纸面向外，电场方向竖直向上有一质量为m、带电荷量为q的小球静止在斜面顶端，这时小球对斜面的正压力恰好为零若迅速把电场方向反转为竖直向下，小球能在斜面上连续滑行多远？所用时间是多少？ 解析 ：重力和电场力是恒力，洛伦兹力是变力，随速度的增大而增大，注意临界条件的确定电场反转前：mgqE电场反转后，小球先沿斜面向下做匀加速直线运动，到对斜面压力减为零时开始离开斜面，此时有：qvB(mgqE)cos 小球在斜面上滑行距离为：xvtat2.a2gsin .联立式得x，所用时间为t【能力训练】1如图所示，在平行带电金属板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，质子、氘核、氚核沿平行于金属板方向，以相同动能射入两极板间，其中氘核沿直线运动，未发生偏转，质子和氚核发生偏转后射出，则：偏向正极板的是质子；偏向正极板的是氚核；射出时动能最大的是质子；射出时动能最大的是氚核以上说法正确的是()A B C D2在图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，穿过此区域时未发生偏转，设重力可以忽略不计，则在此区域中的E和B的方向可能是() AE和B都沿水平方向，并与电子运动的方向相同BE和B都沿水平方向，并与电子运动的方向相反CE竖直向上，B垂直纸面向外DE竖直向上，B垂直纸面向里3一个带正电的微粒(重力不计)穿过如图所示的匀强磁场和匀强电场区域时，恰能沿直线运动，则欲使电荷向下偏转时应采用的办法是()A增大电荷质量B增大电荷电荷量C减小入射速度D增大磁感应强度4、如图所示，两块长度均为5d的金属板，相距d平行放置下板接地，两板间有垂直纸面向里的匀强磁场一束宽为d的电子束从两板左侧垂直磁场方向射入两板间设电子的质量为m，电荷量为e，入射速度为v0.要使电子不会从两板间射出，求匀强磁场的磁感应强度B满足的条件5、如图所示，在y0的区域存在匀强磁场，磁场方向垂直xOy平面并指向纸外，磁感应强度为B.一带正电的粒子以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xOy平面内，与x轴正方向的夹角为.若粒子射出磁场的位置与O点的距离为l，求该粒子的比荷.第三章 磁场 章末总结 一、“磁偏转”与“电偏转”的区别所谓“电偏转”与“磁偏转”是分别利用电场和磁场对运动电荷施加作用，从而控制其运动方向，但电场和磁场对电荷的作用特点不同，因此这两种偏转有明显的差别.磁偏转电偏转受力特征及运动规律若vB，则洛伦兹力FBqvB，使粒子做匀速圆周运动，v的方向变化，又导致FB的方向变化，其运动规律可由r和T进行描述电场力FEqE为恒力，粒子做匀变速曲线运动类平抛运动，其运动规律可由vxv0，xv0t，vyt，yt2进行描述偏转情况粒子的运动方向能够偏转的角度不受限制，Bttt，且相等时间内偏转的角度相等粒子运动方向所能偏转的角度E，且相等时间内偏转的角度不同动能的变化由于FB始终不做功，所以其动能保持不变由于FE与粒子速度的夹角越来越小，所以其动能不断增大，并且增大得越来越快例1 如图1所示，在空间存在一个变化的匀强电场和另一个变化的匀强磁场从t1 s开始，在A点每隔2 s有一个相同的带电粒子(重力不计)沿AB方向(垂直于BC)以速度v0射出，恰好能击中C点ABBCl，且粒子在点A、C间的运动时间小于1 s电场的方向水平向右，场强变化规律如图2甲所示；磁感应强度变化规律如图乙所示，方向垂直于纸面求：图2图1 (1)磁场方向；(2)E0和B0的比值；(3)t1 s射出的粒子和t3 s射出的粒子由A点运动到C点所经历的时间t1和t2之比解析 (1)由题图可知，电场与磁场是交替存在的，即同一时刻不可能同时既有电场，又有磁场根据题意，对于同一粒子，从点A到点C，它只受电场力或磁场力中的一种粒子能在电场力作用下从点A运动到点C，说明受向右的电场力，又因场强方向也向右，故粒子带正电因为粒子能在磁场力作用下由点A运动到点C，说明它受到向右的磁场力，又因其带正电，根据左手定则可判断出磁场方向垂直于纸面向外(2)粒子只在磁场中运动时，它在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动因为ABBCl，则运动半径Rl.由牛顿第二定律知：qv0B0，则B0.粒子只在电场中运动时，它做类平抛运动，从点A到点B方向上，有lv0t.从点B到点C方向上，有a，lat2.解得E0，则.(3)t1 s射出的粒子仅受到电场力作用，则粒子由A点运动到C点所经历的时间t1，因E0，则t1.t3 s射出的粒子仅受到磁场力作用，则粒子由A点运动到C点所经历的时间t2 T，因为T，所以t2.故t1t22.变式训练1 图3所示，在y0的空间中存在匀强电场，场强沿y轴负方向；在y0的空间中，存在匀强磁场，磁场方向垂直xOy平面向外一电荷量为q、质量为m的带正电的运动粒子