磁场期末复习课件剖析.ppt

碧波中学高二物理期末复习 磁场 知识网络 磁场的产生 磁体周围产生磁场 电流周围产生磁场 安培分子电流假说 磁场的描述 定量描述 磁感应强度 形象描述 磁感线 几种典型磁场的磁感线分布 条形磁铁 蹄形磁铁 匀强磁场 均匀辐向磁场 直线电流 环形电流 通电螺线管 地磁场 磁场 电荷的运动 磁场对电流的作用 大小 B L F 0 B L F BIL 方向 左手定则 电流表的工作原理 磁场对运动电荷的作用 大小 v B F 0 v B F Bqv 方向 左手定则 带电粒子在匀强磁场中做圆周运动 轨道半径 运动周期 重要应用 质谱仪 回旋加速器 一 磁场及其磁场的描述专题 1 磁场的产生 磁体的周围存在磁场 与电场一样是一种特殊物质 电流 运动电荷 周围存在磁场 奥斯特实验 南北放置 导线通电后发生偏转 电荷运动产生磁场 一 磁场的描述 2 磁场的基本性质 对放入其中的磁体 电流 运动电荷 有力的作用 磁体对电流的作用 电流对电流的作用 3 磁体间相互作用的本质 总结 磁场的基本特性之一就是对处于其中的磁体 电流或运动电荷有力的作用 磁极与磁极之间 磁体与电流之间 电流与电流之间的作用力都是通过自己的磁场而作用于对方的 磁场的方向 规定在磁场中任一点 小磁针静止时N极指向 即N极的受力方向 就是该点的磁场方向 注意 不是电流的受力方向 磁场的方向小磁针静止时N极指向N极的受力方向磁感线某点的切线方向磁感应强度的方向 6 磁感线 用来形象地描述磁场中各点的磁场方向和强弱的假想曲线 磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向 即小磁针N极在该点的受力方向或静止时的指向 磁感线的疏密表示磁场的强弱 磁感线是封闭曲线 和静电场的电场线不同 几种磁场的磁感线 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的磁感线方向 对长直螺线管大拇指指螺线管内部的磁感线方向 通电直导线 判断方法 立体图 纵截面图 横截面图 环形电流 判断方法 立体图 纵截面图 横截面图 通电螺线管 判断方法 横截面图 纵截面图 地磁场 地磁场的 极在地球的南端 东经 度 南纬 度的南极洲威尔斯附近 极在地球的北端西经 度 东经 度的北美洲帕里群岛附近 水平分量从南到北 竖直分量北半球垂直地面向下 南半球垂直地面向上 赤道平面 距离地面高度相等的点 的大小和方向相同 7 磁感应强度 描述磁场的强弱与方向的物理量 定义 在磁场中垂直磁场方向的通电导线 受到的安培力跟电流和导线长度的乘积的比值 表达式 单位 特斯拉 T 矢量 方向为该点的磁场方向 即通过该点的磁感线的切线方向 电流磁场方向的判断 在地球赤道上空有一小磁针处于水平静止状态 突然发现小磁针N极向东偏转 由此可知 A 一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的N极靠近小磁针B 一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的S极靠近小磁针C 可能是小磁针正上方有电子流自南向北水平通过D 可能是小磁针正上方有电子流自北向南水平通过 C 一束电子流沿x轴正方向高速运动 如图所示 则电子流产生的磁场在z轴上的点P处的方向是 A 沿y轴正方向B 沿y轴负方向C 沿z轴正方向D 沿z轴负方向 A 下列说法中正确的是 A 磁感线可以表示磁场的方向和强弱B 磁感线从磁体的N极出发 终止于磁体的S极C 磁铁能产生磁场 电流也能产生磁场D 放入通电螺线管内的小磁针 根据异名磁极相吸的原则 小磁针的N极一定指向通电螺线管的S极 磁感线 AC 磁感应强度的定义 关于磁感应强度 下列说法中错误的是 A 由B F IL可知 B与F成正比 与IL成反比B 由B F IL可知 一小段通电导体在某处不受磁场力 说明此处一定无磁场C 通电导线在磁场中受力越大 说明磁场越强D 磁感应强度的方向就是该处电流受力方向 ABCD 磁感应强度的矢量性 两根长直通电导线互相平行 电流方向相同 它们的截面处于一个等边三角形ABC的A和B处 如图所示 两通电导线在C处的磁场的磁感应强度的值都是B 则C处磁场的总磁感应强度是 A 2BB BC 0D B D 1 磁场对电流的作用力 安培力 方向 左手定则 磁场方向 判断下列通电导线的受力方向 二 安培力及判定安培力作用下物理运动方向专题 判断下列导线的电流方向或磁场方向或受力方向 大小 F BIL B I 如B I则F 0 如B与I成任意角则把L投影到与B垂直和平行的方向上 与B垂直的为有效 L为在磁场中的有效长度 F BILsin B与I的夹角 2 通电导线在安培力作用下运动的定性判断 如图所示 有一金属棒ab 质量为m 5g 电阻R 1 可以无摩擦地在两条平行导轨上滑行 导轨间距离为d 10cm 电阻不计 导轨平面与水平面的夹角 30 整个装置放在磁感应强度B 0 4T的匀强磁场中 磁场方向竖直向上 电源的电动势E 2V 内电阻r 0 1 试求变阻器取值是多少时 可使金属棒静止在导轨上 3 电流在安培力作用下的定量计算问题 如图 相距20cm的两根光滑平行铜导轨 导轨平面倾角为 370 上面放着质量为80g的金属杆ab 整个装置放在B 0 2T的匀强磁场中 1 若磁场方向竖直向下 要使金属杆静止在导轨上 必须通以多大的电流 2 若磁场方向垂直斜面向下 要使金属杆静止在导轨上 必须通以多大的电流 在磁感应强度B 0 08T 方向竖直向下的匀强磁场中 一根长l1 20cm 质量m 24g的金属横杆水平地悬挂在两根长均为24cm的轻细导线上 电路中通以图示的电流 电流强度保持在2 5A 横杆在悬线偏离竖直位置 30 处时由静止开始摆下 求横杆通过最低点的瞬时速度大小 第二课时磁场对运动电荷的作用 一 洛仑兹力 磁场对运动电荷的作用力 1 大小 F洛 Bqv 当B v时 电荷不受洛仑兹力 当B v时 电荷所受洛仑兹力最大 当B与v成 角时 F洛 Bqvsin 2 方向 用左手定则判断 注意 四指的方向为正电荷的运动方向 或负电荷运动的反方向 3 特点 洛仑兹力始终与电荷运动方向垂直 只改变速度的方向 而不改变速度的大小 所以洛仑兹力不做功 4 洛仑兹力与安培力的关系 洛仑兹力是安培力的微观表现 安培力是洛仑兹力的宏观体现 2 运动方向与磁场方向垂直 做匀速圆周运动 洛仑兹力提供向心力 轨道半径 二 带电粒子 不计重力 在匀强磁场中的运动 1 运动方向与磁场方向平行 做匀速直线运动 圆心 半径 运动时间的确定 圆心的确定 a 两个速度方向垂直线的交点 常用在有界磁场的入射与出射方向已知的情况下 O b 一个速度方向的垂直线和一条弦的中垂线的交点 O 半径的确定 应用几何知识来确定 运动时间 3 理解与巩固 两个粒子带电量相等 在同一匀强磁场中只受磁场力而做匀速圆周运动 则 A 若速率相等 则半径相等B 若速率相等 则周期相等C 若质量与速率乘积相等 则半径相等D 若动能相等 则周期相等 如图所示 在长直导线中有恒电流I通过 导线正下方电子初速度v 方向与电流I的方向相同 电子将 A 沿路径a运动 轨迹是圆B 沿路径a运动 轨迹半径越来越大C 沿路径a运动 轨迹半径越来越小D 沿路径b运动 轨迹半径越来越大 垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为d的条形区域内 磁感应强度为B 一个质量为m 电量为q的粒子以一定的速度垂直于磁场边界方向从a点垂直飞入磁场区 如图所示 当它飞离磁场区时 运动方向偏转 角 试求粒子的运动速度v以及在磁场中运动的时间t 4 带电粒子在有界磁场中运动问题分类解析 五 带电粒子在环状磁场中的运动 一个质量为m电荷量为q的带电粒子从x轴上的P a 0 点以速度v 沿与x正方向成60 的方向射入第一象限内的匀强磁场中 并恰好垂直于y轴射出第一象限 求匀强磁场的磁感应强度B 射出点的坐标以及在磁场运动的时间 圆心为O 半径为r的圆形区域中有一个磁感强度为B 方向为垂直于纸面向里的匀强磁场 与区域边缘的最短距离为L的O 处有一竖直放置的荧屏MN 今有一质量为m的电子以速率v从左侧沿 方向垂直射入磁场 越出磁场后打在荧光屏上之P点 如图3所示 求O P的长度和电子通过磁场所用的时间 2 带电体在复合场中运动问题分析 组合场 电场与磁场没有同时出现在同一区域 质谱仪 回顾 带电粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动如图所示 带电粒子垂直射入匀强磁场中因洛仑兹力始终垂直于速度 所以当带电粒子垂直射入匀强磁场时 一定作匀速圆周运动 其向心力由洛仑兹力提供 从上式可推出 若带电粒于在磁场中 所通过的圆弧对应的圆心角为 弧度 则运动时间 即运动的时间与粒子的初速 半径无关 如图所示 1 物理方法 2 轨道半径 R mv qB 3 周期 T 2 m qB 1 物理方法 例1 如图所示 一束电子 电量为e 以速度v垂直射入磁感应强度为B 宽度为d的匀强磁场中 穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30o 则电子的质量是多少 穿透磁场的时间又是多少 1 物理方法 2 物理和几何方法 作出带电粒子在磁场中两个位置所受洛仑兹力 沿其方向延长线的交点确定圆心 从而确定其运动轨迹 2 轨道半径 R mv qB 3 周期 T 2 m qB 2 物理和几何方法 例2 如图所示 在y 0的区域内存在匀强磁场 磁场方向垂直于xy平面并指向纸面外 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xy平面内 与x轴正向的夹角为 若粒子射出磁场的位置与O点的距离为L 求该粒子的电量和质量之比q m 2 物理和几何方法 例2 如图所示 在y 0的区域内存在匀强磁场 磁场方向垂直于xy平面并指向纸面外 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xy平面内 与x轴正向的夹角为 若粒子射出磁场的位置与O点的距离为L 求该粒子的电量和质量之比q m 解 由几何知识 粒子的运动半径 r L 2sin 粒子的运动半径 r mv qB 由上两式可得粒子的荷质比 q m 2mvsin BL 作出粒子运动轨迹如图 设P点为出射点 1 物理方法 3 几何方法 2 物理和几何方法 作出带电粒子在磁场中两个位置所受洛仑兹力 沿其方向延长线的交点确定圆心 从而确定其运动轨迹 作出带电粒子在磁场中某个位置所受洛仑兹力 沿其方向的延长线与圆周上两点连线的中垂线的交点确定圆心 从而确定其运动轨迹 2 轨道半径 R mv qB 3 周期 T 2 m qB 例3 一带电质点 质量为m 电量为q 以平行于Ox轴的速度v从y轴上的a点射入图中第一象限所示的区域 为了使该质点能从x轴上的b点以垂直于Ox轴的速度v射出 可在适当的地方加一个垂直于Oxy平面 磁感应强度为B的匀强磁场 若此磁场仅分布在一个圆形区域内 试求这个圆形磁场区域的最小半径 重力忽略不计 3 几何方法 3 几何方法 解 连接MN 所求的最小磁场区域应以MN为直径的圆形区域 故所求磁场区域的最小半径为 过P点作角 aPb的角平分线 然后在角 aPb的平分线上取一点O 以O 为圆心 以R为半径作圆与aP和bP分别相切于M点和N点 粒子的运动迹为MN的一段圆弧 P 1 物理方法 3 几何方法 2 物理和几何方法 作出带电粒子在磁场中两个位置所受洛仑兹力 沿其方向延长线的交点确定圆心 从而确定其运动轨迹 作出带电粒子在磁场中某个位置所受洛仑兹力 沿其方向的延长线与圆周上两点连线的中垂线的交点确定圆心 从而确定其运动轨迹 圆周上任意两点连线的中垂线过圆心 圆周上两条切线夹角的平分线过圆心 过切点作切线的垂线过圆心 2 轨道半径 R mv qB 3 周期 T 2 m qB 1 物理方法 3 几何方法 2 物理和几何方法 作出带电粒子在磁场中两个位置所受洛仑兹力 沿其方向延长线的交点确定圆心 从而确定其运动轨迹 作出带电粒子在磁场中某个位置所受洛仑兹力 沿其方向的延长线与圆周上两点连线的中垂线的交点确定圆心 从而确定其运动轨迹 圆周上任意两点连线的中垂线过圆心 圆周上两条切线夹角的平分线过圆心 过切点作切线的垂线过圆心 2 轨道半径 R mv qB 3 周期 T 2 m qB 三 带电体在复合场中的运动 1 带电粒子在电场 磁场 重力场中的运动 简称带电粒子在复合场中的运动 一般具有较复杂的运动图景 这类问题本质上是一个力学问题 应顺应力学问题的研究思路和运用力学的基本规律 分析带电粒子在电场 磁场中运动 主要是两条线索 力和运动的关系 根据带电粒子所受的力 运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解 功能关系 根据场力及其它外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系 从而可确定带电粒子的运动情况 这条线索不但适用于均匀场 也适用于非均匀场 因此要熟悉各种力做功的特点 带电体在复合场中受力情况复杂运动情况多变 往往出现临界问题 应以题中 最大 最高 至少 等词语为突破口 挖掘隐含条件 根据临界条件列出辅助方程 再与其它方程联立求解 带电粒子在电场磁场中的运动 带电粒子在电场中的运动 直线运动 如用电场加速或减速粒子 带电粒子在磁场中的运动 直线运动 当带电粒子的速度与磁场平行时 带电粒子在复合场中的运动 直线运动 垂直运动方向的力必定平衡 偏转 类似平抛运动 一般分解成两个分运动求解 圆周运动 以点电荷为圆心运动或受装置约束运动 圆周运动 当带电粒子的速度与磁场垂直时 圆周运动 重力与电场力一定平衡 由洛伦兹力提供向心力 一般的曲线运动 1 质谱仪可以用来测定带电粒子的荷质比 也可以在已知电量的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的匀强磁场 设轨道半径为r 有 组合场 电场与磁场没有同时出现在同一区域 回旋加速器 工作原理 电场加速 磁场约束偏转 加速条件 高频电源的周期与带电粒子在 形盒中运动的周期相同 例 如图所示 空间分布着如图所示的匀强电场E 宽度为L 和匀强磁场B 两部分磁场区域的磁感应强度大小相等 方向相反 一带电粒子电量为q 质量为m 不计重力 从A点由静止释放 经电场加速后进入磁场穿过中间磁场进入右边磁场后能按某一路径而返回A点 重复前述过程 求中间磁场的宽度d和粒子的运动周期 解 设粒子在电场中加速后速度为v 所需时间为t1 由动能定理及动量定理可得 由几何知识 中间磁场的宽度为 粒子在中间磁场运动时间 故粒子运动周期为 T 2t1 t2 t3 t2 T 3 2 m 3qB t3 5T 6 5 m 3qB 作出粒子运动轨迹如图 粒子在右边磁场中运动时间 M N 1 速度选择器如图所示 在平行板电容器间加有正交的匀强电场和匀强磁场 运动电荷垂直于电场及磁场射入 沿直线运动的电荷受到的电场力和洛仑兹力满足 qBv qE故速率v E B的粒子 即使电性不同 荷质比不同 也可沿直线穿出右侧小孔 叠加场 电场 磁场或重力场同时出现在同一区域 速度选择器 任何一个存在正交电场的磁场的空间都可看作速度选择器 速度选择器只选择速度而不选择粒子的种类 只要v E B 粒子就能沿直线匀速通过选择器 而与粒子的电性 电荷量 质量