选修3-1第三章《磁场》复习提纲.doc

第一节：磁现象和磁场一、磁现象最初发现的磁体是被称为“天然磁石”的矿物,其中含有主要成分为Fe3O4,能吸引其他物体。永久磁体：天然磁石和人造磁铁磁性：能够吸引铁质物体的性质磁极：磁体上磁性最强的部分叫磁极。磁极间的相互作用：同名磁极相斥，异名磁极相吸磁化：变无磁性物体为有磁性物体叫磁化,退磁：变有磁性物体为无磁性物体叫退磁二、电流的磁效应1820年4月发现了电流的磁效应.奥斯特实验结论：通电导线周围存在磁场,即电流可以产生磁场磁场与电流之间的相互作用：磁体对通电导体有力的作用电流的磁效应：电流能在周围空间产生磁场.电流与电流之间力的作用：同向电流相互吸引；反向电流相互排斥。三、磁场：磁体周围空间存在的一种特殊物质.磁场的基本性质：磁场对放入其中的磁体或通电导体会产生磁力作用。（磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的）电场和磁场都是一种物质四、地球的磁场地球是一个巨大的磁体；地球周围空间存在的磁场叫地磁场。磁偏角：地磁的北极在地理的南极附近,地磁的南极在地理的北极附近,但两者并不完全重合,它们之间的夹角称为磁偏角。磁偏角的数值在地球上不同地方是不同的。宇宙中的许多天体都有磁场第二节：磁感应强度磁场有强弱之分。一、磁感应强度的方向为什么不用“磁场强度”描述磁场的强弱？磁感应强度来描述磁场的强弱。磁感应强度的方向：小磁针静止时N极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向。磁场中某点磁感应强度的方向表示该点的磁场的方向，磁场方向也就是小磁针N极受力的方向但电流受力的方向不代表磁感应强度和磁场方向二、磁感应强度的大小电流元：很短的一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL叫做电流元。通电导线受到磁场力与哪些因素有关？导线长度、电流大小、磁场的不同、放置的位置（导线与磁场方向平行、垂直及任意夹角受力情况不同)结论：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：F=IL (条件：BI时)注：(1) I为通电导线的电流大小；(2) 统一用国际单位；(3) 适用于匀强磁场中的通电直导线；(4) 适用于非匀强磁场中的很短的通电导线。讨论：(1) BI时，F=BIL；(2) BI时，F=0；(3) B与I夹角为时，F = B I Lsin（为I与B的夹角）是表征磁场强度的物理量磁感应强度。F为牛顿N；为安培；为米。（磁感应强度）的单位是：牛顿/安米、特斯拉，简称特，符号。在磁场中垂直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的比值叫磁感应强度。注意：磁感应强度反映磁场本身的特性，其值决定于磁场其值与放入的检验电流的电流强度、导线长度、摆放方向、检验电流是否受到磁场力及检验电流是否存在等均无关系 【题】1、关于磁感应强度的概念，以下说法中正确的有 ()A电流元IL在磁场中受力为F，则磁感应强度B一定等于B电流元IL在磁场中受力为F，则磁感应强度可能大于或等于C磁场中电流元受力大的地方，磁感应强度一定大D磁场中某点磁感应强度的方向，与电流元在此点的受力方向相同2、如图所示，匀强磁场中有一通以方向如图的稳定电流的矩形线abcd，可绕其中心轴 转动，则在转动过程中（ ）A. ab和cd两边始终无磁场力作用来源:学_科_网Z_X_X_KB. ab和cd两边所受磁场力大小和方向在转动过程中不断变化C. 线圈在磁场力作用下转动过程中合力始终不为零D. ab、cd两边受到和磁场力的大小和方向在转动过程中始终保持不变第三节：几种常见的磁场一、磁感线磁感线：磁感线是在磁场中画出一些有方向的曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致。利用磁感线可以形象地描述磁场。磁体的两极附近，磁场较强，磁感线较密。外部从N到S，内部从S到N形成闭合曲线二、几种常见的磁场 直线电流的磁场方向判定：安培定则右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感应线环绕的方向。右手螺旋定则。环形电流的磁场判定：另一种形式的安培定则表示让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向.通电螺线管的磁场的磁感线: 通电螺线管的磁场就是环形电流磁场的叠加.所以环形电流的安培定则也可以用来判定通电螺线管的磁场,这时,拇指所指的方向是螺线管内部的磁场的方向 磁感线的特点: (1)磁感线是假想的，不是真实的; (2)磁感线是闭合曲线。在磁体的外部磁感线由N极发出，回到S极。在磁体的内部磁感线则由S极指向N极; (3)磁感线不能相交或相切; (4)磁感线的疏密表示磁场的强弱; (5)磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场的方向.三、安培分子电流假说安培分子电流假说：在原子、分子等物质微粒的内部,存在着一种电流-分子电流.分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于两个磁极安培的假说解释的现象：安培分子电流假说意义: 成功的解释了磁化现象和磁体消磁现象; 安培分子电流假说揭示了电和磁的本质联系; 安培的分子电流假说揭示了磁性的起源，认识到磁体的磁场和电流的磁场一样，都是由运动的电荷产生的.四、匀强磁场：强弱、方向处处相同的磁场。磁感线分布特点：匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的平行直线常见的匀强磁场：相隔很近的两个异名磁极之间的磁场；通电螺线管内部的磁场；相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场。 I 五、磁通量磁通量：BS在磁感应强度为B的匀强磁场当中，有一个与磁场方向垂直的平面S，B和S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量。 单位：韦伯符号：Wb 1Wb=1Tm2 磁通量BS公式的理解：（1）B是匀强磁场或可视为匀强磁场的磁感应强度；（2）公式只适用于SB，若S与B不垂直，则S为垂直与磁场方向的投影面积；（3）是标量，但有方向，若取某方向穿入平面的磁通量为正，则反方向穿入该平面的磁通量为负；（4）磁通量的意义可以用磁感线形象的说明；（5）过一个平面若有方向相反的两个磁通量，这时的合磁通为相反方向磁通量的代数和(即相反方向磁通抵消以后剩余的磁通量才是合磁通)。【习题】1、如图所示，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，则穿过两环的磁通量a和b大小关系为( )A.均向上，ab B.均向下，abC.均向上，ab D.均向下，无法比较2、如图所示,一矩形线框,从.abcd位置移动到abcd位置的过程中,关于穿过线框的磁通量情况下列叙述正确的是(线框平行于纸面移动)( ) A.一直增加 B.一直减少 C.先增加后减少D.先增加,再减少直到零,然后再增加,然后再减少3、铁环上绕有绝缘的通电导线,电流方向如图所示.则有铁环中心O处的磁场方向为( ) A向下 B向上 C垂直纸面向里 D垂直纸面向外 4、安培分子电流假说可用来解释（ ）A、运动电荷受磁场力作用的原因 B、两通电导体有相互作用的原因C、永久磁铁具有磁性的原因 D、软铁棒被磁化的现象5、关于磁通量，下列说法中正确的是（ ）A、穿过某个平面的磁通量为零，该处磁感应强度一定为零B、穿过任何一个平面的磁通量越大，该处磁感应强度一定越大C、匝数为n的线圈放在磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈面积为S，且与磁感线垂直，则穿过该线圈的磁通量为BS D、穿过垂直于磁感应强度方向的某个平面的磁感线的数目等于穿过该面的磁通量第四节：通电导线在磁场中受到的力安培力：磁场对电流的作用力称为磁场力（安培力）。把通电导线在磁场中受的力称为安培力一、安培力的方向判定通电导线在磁场中受力方向的定则：左手定则：伸开左手，使拇指与四指在同一平面内并跟四指垂直，让磁感线垂直穿入手心，四指指向电流的向，这时拇指所指的就是通电导体所受安培力的向。 注:安培力的方向总与导线垂直,与磁感应强度垂直。两根平行通电导线间的相互作用：电流同向相互吸引，电流异向相互排斥。二、安培力的大小当电流与磁场方向垂直时:F=ILB (BL)当电流与磁场方向夹角时: F = ILBsin(为B与L的夹角)三、磁电式电流表-依据的物理学原理安培力与电流的关系1、电流表是测定电流强弱和方向的电学仪器2、实验时经常使用的电流表是磁电式仪表，其构造是：在一个磁性很强的蹄形永久磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以绕轴转动的铝框，上面绕有线圈它的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针线圈的两端分别接在这两个螺旋弹簧上如图3、蹄形磁铁的铁芯间的磁场是均匀地分布的，不管通电线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行如图磁电式仪表的优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流；缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。【说明】由于磁场对电流的作用力跟电流成正比，因而安培力的力矩也跟电流成正比，而螺旋形弹簧的扭矩与指针转过的角度成正比，所以磁电式电表的表盘刻度是均匀的。【练习】两条导线互相垂直，但相隔一小段距离，其中ab固定，cd可以自由活动，当通以如图所示电流后，cd导线将（）A.顺时针方向转动，同时靠近ab B.逆时针方向转动，同时离开abC.顺时针方向转动，同时离开ab D.逆时针方向转动，同时靠近ab2、判断导线A受到安培力的方向？电流同时改变时安培力方向？【安培定则、左手定则；，“同向相吸，反向排斥”】3、如图，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流强度为I，磁感应强度为B，求各导线所受到的安培力解析：本题考查对安培力计算公式的正确理解，FBILsinBIL，B为磁场在垂直导线电流方向的分量即为有效磁场或者FBIL，其中L为垂直于磁场方向的有效长度 A图中FABILcos，此时不能死记公式，而写成sin.可理解公式本质是有效长度或有效磁场，要正确分解； B图中，不论导线怎么放，也会在纸平面内，因此BI，故FBBIL； C图是两根导线组成的折线abc，整体受力实质上是两部分直导线分别受力的矢量和，其有效长度为ac(即从ac的电流)故FCBIL； D图是从ab的半圆形电流，分析圆弧上对称的每一小段电流，受力抵消合并后，其有效长度为ab，FD2BIR； 在E图中，用导线将abc接通形成闭合线圈，各导线受力的矢量和为零，故合力为零所以，闭合的通电线圈受安培力为零FE0.4、如图所示导体框中电流为I，导体框垂直于磁场放置，磁场磁感应强度为B，AB与CD相距为d，则在图甲、乙两种情况下，导体棒MN和MON受到的安培力为多少？(图乙中MN连线垂直于框架AB、CD)解析：在图甲中由于棒MN垂直于磁场，故所受安培力为：F1BId/sin在乙图中MON的等效长度为MN连线，由题意可知等效长度为d.故所受安培力为：F2BId.5、要想提高磁电式电流表的灵敏度，可采用的办法有 ()A增加线圈匝数 B增加永久性磁铁的磁感应强度C增加线圈面积 D减小转轴处摩擦解析：蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的磁场放在其中的通电线圈不管转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，线框两边所受的力始终跟线框面垂直所以线框所受磁力矩在各位置时均为MNISB.当N、S、B一定时，线框所受力矩与通入的电流强度成正比线框转动时，通过转轴收紧两根螺旋弹簧这样，线圈在通电时除了受到磁力矩外，还受到弹簧的反抗力矩，当两种力矩平衡时，线圈停在一定的位置上电流越大，磁力矩越大，与它平衡的反抗力矩也应越大，于是线圈转角也越大磁力矩M1NISB，反抗力矩M2k，当M1M2时，线圈停于某一位置，此时线圈偏转角度I.可见，转角与k、N、B、S、I有关可见，电流表灵敏度将随着线圈匝数N、线圈面积S及磁感应强度B的增大而提高，随着螺旋弹簧扭转系数k(即转过1所需外力矩的大小)的增大而降低另外，减小摩擦也有利于灵敏度的提高，故选项A、B、C、D都正确答案：ABCD 点评：解决该题的关键是，正确理解“灵敏度”的意义，在相同条件下，指针偏转的角度越大，则可以认为电流表反应越灵敏6、一只电压表读数偏小，为纠正这一偏差，可以采取的措施是（ ）A、减少表头线圈的匝数 B、增大表内的串联电阻C、增强表头的永久磁铁的磁性 D、转紧表内的螺旋弹簧7、如图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受到的磁场力大小变为F2，则此时b受到的磁场力大小变为（ ）A、F2 B、F1-F2 C、F1+F2 D、2F1-F2第五节：磁场对运动电荷的作用一、洛伦兹力1、定义：磁场对运动电荷的作用力。2、洛伦兹力和安培力的关系：通电导线在磁场中受到的安培力，实际上是在导线中定向运动的电荷所受到的洛伦兹力的宏观表现（大量粒子所受的力）3、洛伦兹力的大小：FqvBsin(为电荷运动方向与磁感应强度方向的夹角)F =qVB （适应于FV）通式：f=qVBSin (B、V不垂直，夹角为）=0和1800时，F =0-最小；=900时 F =qVB-最大；0 F qVB4、洛伦兹力的方向：(用左手定则判)伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反5、结论：带电粒子垂直进入磁场中时，粒子在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动，此洛伦兹力不做功。轨迹平面与磁场垂直、速度大小不变、速度方向时刻改变、受力大小不变、受力方向时刻改变、带电粒子运动轨迹形状是圆。【特别提醒】洛伦兹力的方向总是垂直于B和v决定的平面，即FB、 FV。但B与V不一定垂直；因为洛伦兹力方向总是与速度方向垂直，所以洛伦兹力一个重要特点就是对带电粒子不做功，它只会改变速度的方向而不会改变速度的大小6、电荷的匀强磁场中的三种运动形式如运动电荷在匀强磁场中除洛仑兹力外其他力均忽略不计（或均被平衡）(1)当B时，所受洛仑兹力为零，做匀速直线运动；(2)当B时，所受洛仑兹力提供向心力，做匀速圆周运动；qvB=mv2/RR=mv/qB T=2R/v=2m/qB在同一磁场中，不同的速度的运动粒子，其周期与速度无关，只与其荷质比有关(3)当与B夹一般角度时，由于可以将正交分解为和（分别平行于和垂直于）B，因此电荷一方向以的速度在平行于B的方向上做匀速直线运动，另一方向以的速度在垂直于B的平面内做匀速圆周运动。-等距螺旋 【解题思路】（1）明确是哪类粒子的运动；（2）三对应：B垂直过手心-四指指电流方向（正电荷的运动方向，负电荷的运动反方向）-大拇指指洛伦兹力。7、洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力电场力作用对象仅在运动电荷的速度方向与B不平行时，运动电荷才受到洛伦兹力带电粒子只要处在电场中，一定受到电场力大小、方向FqvBsin，方向与B垂直，与v垂直，用左手定则判断FqE，F的方向与E同向或反向特点洛伦兹力永不做功电场力可做正(或负)功【特别提醒】电荷在电场中不受电场力的位置，电场强度一定为零；运动电荷不受洛伦兹力的位置，磁感应强度不一定为零。【题】1、如图，匀强磁场B、电场E有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域，则（ ) A.若电子从右向左飞入，电子也能沿直线运动 B.若电子从右向左飞入，电子将向上偏转 C.若电子从右向左飞入，电子将向下偏转 D.若电子从左向右飞入，电子也能沿直线运动2、一带电量为q，质量为m，速度为v的带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，其半径r和周期T为多大？向心力；洛伦兹力F= ；所以，解得因为，所以3、图所示为一速度选择器，内有一磁感应强度为B，方向垂直纸面向外的匀强磁场，一束粒子流以速度v水平射入，为使粒子流经磁场时不偏转（不计重力），则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，关于这处电场场强大小和方向的说法中，正确的是（ ）A、大小为B/v，粒子带正电时，方向向上B、大小为B/v，粒子带负电时，方向向上 C、大小为Bv，方向向下，与粒子带何种电荷无关D、大小为Bv，方向向上，与粒子带何种电荷无关4、设匀强磁场方向沿z轴正向，带负电的运动粒子在磁场中受洛仑兹力f作用的方向沿y轴正向，如图所示，则该带负电的粒子速度方向为（ ）来A、一定沿x轴正向 B、一定沿x轴负向C、可能在xOz平面内 D、可能在xOy平面内5、如图所示，一带电为-q的小球，质量为m，以初速度v0竖直向上射入水平方向的匀强磁场中，磁感应强度为B。当小球在竖直方向运动h高度时，球在b点上所受的磁场力多大？【qB】第六节：带电粒子在匀强磁场中的运动质子：带正电荷,每个质子带一个单位正电荷,决定元素的种类,核电荷数及相对质子质量.粒子：粒子是氦核,它是由2个质子和2个中子结合在一起从核中发射出来的,质量数为4,带2个正电荷。一、带电粒子在匀强磁场中的运动1、带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态？ （重力不计） 匀速直线运动2、带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态？ （重力不计） 匀速圆周运动（1）半径特征：（2）周期特征： （周期T与运动速度及运动半径无关）（3）带电粒子做圆周运动的分析方法a几个有关的角及其关系：粒子速度的偏向角等于圆心角，并等于AB弦与切线的夹角（弦切角）的倍即=2b确定圆心：已知入射方向和出射方向, 与速度垂直的半径交点就是圆弧轨道的圆心。已知入射方向和出射点的位置时，半径与弦中垂线的交点就是圆弧轨道的圆心。 c确定半径： 一般利用几何知识，常用解三角形的方法。d确定运动时间：利用圆心角与弦切角的关系，或者是四边形内角和等于计算出圆心角的大小，由公式可求出运动时间。 3、粒子运动方向与磁场有一夹角（大于0度小于90度）轨迹为螺线二、实际应用 1、质谱仪：精密测量带电粒子质量和分析同位素（测荷质比）的仪器。发明者：阿斯顿（汤姆生的学生）加速电场：使带电粒子加速. v=偏转磁场区：使带电粒子轨迹发生偏转，并被拍照。偏转半径 r=mv