高中物理磁场专题

1、磁场1 知识点梳理考试要点基本概念一、磁场和磁感线（三合一）1、磁场的来源：磁铁和电流、变化的电场2、磁场的基本性质：对放入其中的磁铁和电流有力的作用3、磁场的方向（矢量）方向的规定：磁针北极的受力方向，磁针静止时N极指向。 地球磁场 通电直导线周围磁场 通电环行导线周围磁场4、磁感线：切线磁针北极磁场方向5、典型磁场磁铁磁场和电流磁场（安培定则（右手螺旋定则）6、磁感线特点： 客观不存在、 外部N极出发到S，内部S极到N极 闭合、不相交、 描述磁场的方向和强弱二磁通量（ 韦伯 Wb 标量）通过磁场中某一面积的磁感线的条数，称为磁通量，或磁通二磁通密度（磁感应强度B 特斯拉T 矢量） 大小：通

2、过垂直于磁感线方向的单位面积的磁感线的条数叫磁通密度。 1 T = 1 Wb / m2NS 方向：B的方向即为磁感线的切线方向 意义：1、描述磁场的方向和强弱 2、由场的本身性质决定三匀强磁场1、定义：B的大小和方向处处相同，磁感线平行、等距、同向2、来源：距离很近的异名磁极之间通电螺线管或条形磁铁的内部，边缘除外L四了解一些磁场的强弱 永磁铁10 3 T，电机和变压器的铁芯中0.81.4 T超导材料的电流产生的磁场1000T，地球表面附近31057105 T比较两个面的磁通的大小关系。如果将底面绕轴L旋转，则磁通量如何变化？ 磁场对电流的作用安培力一安培力的方向 （左手定则）伸开左手，使大拇

3、指与四指在同一个平面内，并跟四指垂直，让磁感线穿入手心，使四指指向电流的流向，这时大拇指的方向就是导线所受安培力的方向。（向里和向外的表示方法（类比射箭）力向外BIF规律：（1）左手定则 （2）FB ，FI，F垂直于B和I所决定的平面。但B、I不一定垂直不受力力向外安培力的大小与磁场的方向和电流的方向有关，两者夹角为900时，力最大，夹角为00时，力0。猜想由90度到0度力的大小是怎样变化的二安培力的大小：匀强磁场，当B I 时，F B I L 在匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时，电流所受的安培力等于磁感应将度B、电流I和导线的长度L三者的乘积 在非匀强磁场中，公式FBIL近似适用于很短

4、的一段通电导线三磁感应强度的另一种定义B B匀强磁场，当B I 时，练习有磁场就有安培力（）磁场强的地方安培力一定大（）磁感线越密的地方，安培力越大（）判断安培力的方向电流间的相互作用和等效长度一电流间的相互作用转向同向， 同时靠近转向同向， 同时靠近F同向吸引F同向排斥F总结：通电导线有转向电流同向的趋势二等效长度L 推导：水平方向：向左F1 sin BIL1 sin B I h 向右F2 sin BIL2 sin B I h 水平方向平衡竖直方向：左导 F1 cos BIL1 cos 右导 F2 cos BIL2 cos F B I LNSa db cL2L1向上看ab推广：等效长度为导线

5、两端连线的长度一 洛伦兹力的方向左手定则：四指指向正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向大拇指指向洛伦兹力的方向f B f v vFFvv力向里4、q、v、B三者有一个或三个“反向”，则f变向 若有两个“反向”则f反向不变（1）电荷静止，f0（2）vB，f0（3）vB，f 最大A B二洛伦兹力的大小已知：I B匀强、导线截面积s、电荷电量q、电荷定向移动速率v单位体积内电荷数n、导线长度L有： 三洛伦兹力不做功1、判断三种粒子电荷的正负2、三个完全相同的金属带电球，同一高度，同时下落（1）落地速度V1 V3 V2 （2）下落时间 t1 t2 t3 vFf = 2eBvEB四、带 电 粒 子 的

6、圆 周 运 动1、运动状态匀速圆周运动v 匀强B，忽略重力f v，洛伦兹力不做功，速率不变f q v B，充当向心力2轨道半径和周期半径周期 周期与速率无关，对于确定的磁场，周期取决于荷质比。五、电流表构造：蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地福向分布的（2）铝框上绕有线囵，铝框转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针六、安培分子电流假说 导体中的电流是由大量的自由电子的定向移动而形成的，而电流的周国又有磁场，所以电流的磁场应该是由于电荷的运动产生的那么，磁铁的磁场是否也是由电荷的运动产生的呢？ 安培提出在磁铁中分子、原于存在着一种环形电流一一分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体磁铁的分子电流的

7、取向大致相同时，对外显磁性；磁铁的分子电流取向杂乱无章时，对外不显磁性。近代的原子结构理论证实了分子电流的存在根据物质的微观结构理论，微粒原子由原子核和核外电子组成，原子核带正电，核外电子带负电，电子在库仑力的作用下，绕核高速旋转，形成分子电流可见，磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的三种场力的特点1、重力的特点：其大小为mg，方向竖直向下；做功与路径无关，与带电粒子的质量及起、讫点的高度差有关2、电场力的特点：大小为qE，方向与E的方向及电荷的种类有关；做功与路径无关，与带电粒子的带电量及起、终点的电势差有关3、洛伦兹力的特点：大小与带电粒子的速度、磁感应强度、带电量及速度与磁感应强度间

8、的夹角有关，方向垂直于B和V决定的平面；无论带电粒子在磁场中做什么运动，洛伦兹力都不做功一 、速度选择器的原理U加速电场带电粒子束V偏转电场E偏转磁场BqS2S11、原理图VfF2、带电粒子的受力特点：电场力F与洛仑兹力f方向相反3、带电粒子匀速通过速度选择器的条件：带电粒子匀速通过速度选择器是指粒子从S1水平射入，沿直线匀速通过叠加场区，并从S2水平射出。从力的角度看，电场力F与洛仑兹力f平衡，即 推出 二质谱仪分离同位素测定荷质比的仪器经速度选择器的各种带电粒子，射入偏转磁场（B），不同电性，不同荷质比的粒子就会沉积在不同的地方由qE=qvB， s=2R，联立，得不同粒子的荷质比即与沉积处

9、离出口的距离s成反比三、磁流体发电机磁流体发电高速的等离子流射入平行板中间的匀强磁场区域，在洛仑兹力作用下使正、负电荷分别聚集在A、B两板，于是在板间形成电场当板间电场对电荷的作用力等于电荷所受的洛仑兹力时，两板间形成一定的电势差合上电键S后，就能对负载供电由 qvB=qE 和 U=Ed，得两板间的电势差（电源电动势）为=U=vBd即决定于两板间距，板间磁感强度和入射离子的速度四、电磁流量计dba导电液体如图所示为电磁流量计的示意图，直径为d的非磁性材料制成的圆形导管内，有可以导电的液体流动，磁感应强度为B的匀强磁场垂直液体流动方向而穿过一段圆形管道。若测得管壁内a、b两点的电势差为U，试求管

10、中液体的流量Q为多少m3/s解； 得 五、霍尔效应hdBIAA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的B的关系为：式中的比例系数K称为霍尔系数。霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场。横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力。当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。六、测定电子的比荷阴极阴极CABDEF在实验中，汤

11、姆生采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、E平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑。若在D、E间加上方向向下、场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、E电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场（图中未画出）荧光斑恰好回到荧光屏中心。接着再去掉电场，电子向下偏转，偏转角为。七、回旋加速器（1）有关物理学史知识和回旋加速器的基本结构和原理1932年美国物理学家应用了带电粒子在磁场中运动的特点发明了回旋加速器，其原理如图所示。A0处带正电的粒子源发出带正电的粒子以速度v0垂直进入匀强磁场，在磁场中匀速转动半个周期，到

12、达A1时，在A1 A1/处造成向上的电场，粒子被加速，速率由v0增加到v1，然后粒子以v1在磁场中匀速转动半个周期，到达A2/时，在A2/ A2处造成向下的电场，粒子又一次被加速，速率由v1增加到v2，如此继续下去，每当粒子经过A A/的交界面时都是它被加速，从而速度不断地增加。带电粒子在磁场中作匀速圆周运动的周期为，为达到不断加速的目的，只要在A A/上加上周期也为T的交变电压就可以了。即T电=实际应用中，回旋加速是用两个D形金属盒做外壳，两个D形金属盒分别充当交流电源的两极，同时金属盒对带电粒子可起到静电屏蔽作用，金属盒可以屏蔽外界电场，盒内电场很弱，这样才能保证粒子在盒内只受磁场力作用而

13、做匀速圆周运动。（2）带电粒子在D形金属盒内运动的轨道半径是不等距分布的设粒子的质量为m，电荷量为q，两D形金属盒间的加速电压为U，匀强磁场的磁感应强度为B，粒子第一次进入D形金属盒，被电场加速1次，以后每次进入D形金属盒都要被电场加速2次。粒子第n次进入D形金属盒时，已经被加速（2n-1）次。由动能定理得（2n1）qU=Mvn2。 第n次进入D形金属盒后，由牛顿第二定律得qvnB=m 由两式得n=同理可得第n+1次进入D形金属盒时的轨道半径rn+1=所以带电粒子在D形金属盒内任意两个相邻的圆形轨道半径之比为，可见带电粒子在D形金属盒内运动时，轨道是不等距分布的，越靠近D形金属盒的边缘，相邻两

14、轨道的间距越小。（3）带电粒子在回旋加速器内运动，决定其最终能量的因素由于D形金属盒的大小一定，所以不管粒子的大小及带电量如何，粒子最终从加速器内设出时应具有相同的旋转半径。由qvnB=m和 m vn=得Ek n=可见，粒子获得的能量与回旋加速器的直径有关，直径越大，粒子获得的能量就越大。2 典型例题【例1】根据安培假说的物理思想：磁场来源于运动电荷如果用这种思想解释地球磁场的形成，根据地球上空并无相对地球定向移动的电荷的事实那么由此推断，地球总体上应该是：（ ）A.带负电; B.带正电;C.不带电; D.不能确定【例2】如图所示，正四棱柱abed一abcd的中心轴线00处有一无限长的载流直导

15、线，对该电流的磁场，下列说法中正确的是（ ）A.同一条侧棱上各点的磁感应强度都相等B.四条侧棱上的磁感应强度都相同C.在直线ab上，从a到b，磁感应强度是先增大后减小BabcdD.棱柱内任一点的磁感应强度比棱柱侧面上所有点都大【例3】如图所示，一根通电直导线放在磁感应强度B=1T的匀强磁场中，在以导线为圆心，半径为r的圆周上有a,b,c,d四个点，若a点的实际磁感应强度为0，则下列说法中正确的是（ ）A.直导线中电流方向是垂直纸面向里的B.C点的实际磁感应强度也为0C. d点实际磁感应强度为，方向斜向下，与B夹角为450D.以上均不正确【例4】如图所示，A为通电线圈，电流方向如图所示，B、C为

16、与A在同一平面内的两同心圆，B、C分别为通过两圆面的磁通量的大小，下述判断中正确的是（ ） A穿过两圆面的磁通方向是垂直纸面向外 B穿过两圆面的磁通方向是垂直纸面向里 CBC DBC【例5】如图所示为利用电磁作用输送非导电液体装置的示意图，一边长为L、截面为正方形的塑料管道水平放置，其右端面上有一截面积为A的小喷口，喷口离地的高度为h.管道中有一绝缘活塞，在活塞的中部和上部分别嵌有两根金属棒a、b，其中棒b的两端与一电压表相连。整个装置放在竖直向上的匀强磁场中，当棒a中通有垂直纸面向里的恒定电流I时，活塞向右匀速推动液体从喷口水平射出，液体落地点离喷口的水平距离为s.若液体的密度为，不计所有阻

17、力，求：(1)活塞移动的速度；(2)该装置的功率；(3)磁感应强度B的大小；(4)若在实际使用中发现电压表的读数变小，试分析其可能的原因【例6】在两块平行金属板A、B中，B板的正中央有一粒子源，可向各个方向射出速率不同的粒子，如图所示若在A、B板中加上UABU0的电压后，A板就没有粒子射到，U0是粒子不能到达A板的最小电压若撤去A、B间的电压，为了使粒子不射到A板，而在A、B之间加上匀强磁场，则匀强磁场的磁感强度B必须符合什么条件（已知粒子的荷质比mq=2l108kg/C，A、B间的距离d10cm，电压U0=42104V）？专题训练NS1如图所示，在光滑水平面上一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接

18、起来，此时磁铁对水平面的压力为N1，现在磁铁左上方位置固定一导体棒，当导体棒中通以垂直纸面向里的电流后，磁铁对水平面的压力为N2 ，则以下说法正确的是（ ）A弹簧长度将变长 B弹簧长度将变短CN1N2 DN1N22电子作近核运动的时候，产生了垂直于相对运动方向的磁场。如下图所示，为某种用来束缚原子的磁场的磁感线分布情况，以O点（图中白点）为坐标原点，沿z轴正方向磁感应强度大小的变化最有可能为 （ ）3如图所示，一个半径为R的导电圆环与一个轴向对称的发散磁场处处正交，环上各点的磁感应强度B大小相等，方向均与环面轴线方向成角（环面轴线为竖直方向）。若导线环上载有如图所示的恒定电流I，则下列说法正确

19、的是（ ）A导电圆环所受安培力方向竖直向下 B导电圆环所受安培力方向竖直向上C导电圆环所受安培力的大小为2BIR D导电圆环所受安培力的大小为2BIRsin4电视显像管上的图像是电子束打在荧光屏的荧光点上产生的。为了获得清晰的图像电子束应该准确地打在相应的荧光点上。电子束飞行过程中受到地磁场的作用，会发生我们所不希望的偏转。关于从电子枪射出后自西向东飞向荧光屏的过程中电子由于受到地磁场的作用的运动情况（重力不计）正确的是（ ）A电子受到一个与速度方向垂直的恒力 B电子在竖直平面内做匀变速曲线运动C电子向荧光屏运动的过程中速率不发生改变D电子在竖直平面内的运动轨迹是圆周5如图所示，有一个正方形的

20、匀强磁场区域abcd，e是ad的中点，f是cd的中点，如果在a点沿对角线方向以速度v射入一带负电的带电粒子，恰好从e点射出，则（ ）A如果粒子的速度增大为原来的二倍，将从d点射出B如果粒子的速度增大为原来的三倍，将从f点射出C如果粒子的速度不变，磁场的磁感应强度变为原来的二倍，也将从d点射出D只改变粒子的速度使其分别从e、d、f点射出时，从f点射出所用时间最短6正方形区域ABCD中有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个粒子（不计重力）以一定速度从AB边的中点M沿既垂直于AB边又垂直于磁场的方向射入磁场，正好从AD边的中点N射出。若将磁感应强度B变为原来的2倍，其他条件不变，则这个粒子射出磁场的位置是

21、（ ）A.A点 B.ND之间的某一点 C.CD之间的某一点 D.BC之间的某一点7如图所示，两平行、正对金属板水平放置，使上面金属板带上一定量正电荷，下面金属板带上等量的负电荷，再在它们之间加上垂直纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子以初速度v0沿垂直于电场和磁场的方向从两金属板左端中央射入后向上偏转若带电粒子所受重力可忽略不计，仍按上述方式将带电粒子射入两板间，为使其向下偏转，下列措施中一定不可行的是()A仅增大带电粒子射入时的速度 B仅增大两金属板所带的电荷量C仅减小粒子所带电荷量 D仅改变粒子的电性8回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两

22、盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示。设D形盒半径为R。若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f。则下列说法正确的是A质子被加速后的最大速度不可能超过2fRB质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关C只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值D不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速粒子9如图甲所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在

23、电场中的加速时间，则下列判断中正确的是( )A在Ekt图中应有t4t3t3t2=t2t1 B高频电源的变化周期应该等于tntn-1C粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大D要想粒子获得的最大动能越大，则要求D形盒的面积也越大10如右图所示，带有正电荷的A粒子和B粒子同时以同样大小的速度从宽度为d的有界匀强磁场的边界上的O点分别以30和60（与边界的交角）射入磁场，又恰好不从另一边界飞出，则下列说法中正确的是 （ ）AA、B两粒子在磁场中做圆周运动的半径之比是BA、B两粒子在磁场中做圆周运动的半径之比是CA、B两粒子的之比是DA、B两粒子的之比是11.如图所示，在同时存在匀强电场和匀强磁场的空间

24、中取正交坐标系Oxyz，一质量为m，电荷量为q的带正电粒子从原点O以速度v沿x轴正方向出发，下列说法错误的是()A若电场、磁场分别沿z轴正方向和x轴正方向，粒子只能做曲线运动B若电场、磁场均沿z轴正方向，粒子有可能做匀速圆周运动C若电场、磁场分别沿z轴负方向和y轴负方向，粒子有可能做匀速直线运动D若电场、磁场分别沿y轴负方向和z轴正方向，粒子有可能做平抛运动12如右图所示，距水平地面高度为3h处有一竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B，从距地面4h高处的A点以初速度v0水平抛出一带电小球（可视作质点），带电小球电量为q，质量为m，若q、m、h、B满足关系式，则小球落点与抛出点A的水平位移S是

25、 （ ）A. B CD13如图所示为测定带电粒子比荷（）的装置，粒子以一定的初速度进入并沿直线通过速度选择器，速度选择器内有相互正交的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度和电场强度 速度选分别为B和E。然后粒子通过平板S上的狭缝P，进入另一匀强磁场，最终打在能记录粒子位置的胶片AlA2上。下列表述正确的是（ ）A速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里B能通过狭缝P的带电粒子的速率等于C粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小D粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越大14如图11-4-13所示：将一束等离子体喷射入磁场，在场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压如果射入的

26、等离子体速度均为v，两金属板的板长为L，板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，电离气体充满两板间的空间当发电机稳定发电时，电流表示数为I，那么板间电离气体的电阻率为 ( )A BC D15.如图14所示，一个质量为m、带电量为q的小球，以初速度v0自h高度处水平抛出。不计空气阻力。重力加速度为g.（1）若在空间竖直方向加一个匀强电场，发现小球水平抛出后做匀速直线运动，求该匀强电场的场强E的大小；（2） 若在空间再加一个垂直纸面向外的匀强磁场，小球水平抛出后恰沿圆弧轨迹运动，落地点P到抛出点的距离为，求该磁场磁感应强度B的大小.16.如图12

27、所示，PR是一块长为L=4 m的绝缘平板固定在水平地面上，整个空间有一个平行于PR的匀强电场E，在板的右半部分有一个垂直于纸面向外的匀强磁场B，一个质量为m=01 kg，带电量为q=05 C的物体，从板的P端由静止开始在电场力和摩擦力的作用下向右做匀加速运动，进入磁场后恰能做匀速运动。当物体碰到板R端的挡板后被弹回，若在碰撞瞬间撤去电场，物体返回时在磁场中仍做匀速运动，离开磁场后做匀减速运动停在C点，PC=L/4，物体与平板间的动摩擦因数为=04，取g=10m/s2 ，求：（1）判断物体带电性质，正电荷还是负电荷？（2）物体与挡板碰撞前后的速度v1和v2（3）磁感应强度B的大小图12（4）电场

28、强度E的大小和方向2 课后训练1如图10所示,空间分布着有理想边界的匀强电场和匀强磁场,左侧匀强电场的场强大小为E、方向水平向右，其宽度为L；中间区域匀强磁场的磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外；右侧匀强磁场的磁感应强度大小也为B、方向垂直纸面向里。一个带正电的粒子（质量m,电量q,不计重力）从电场左边缘a点由静止开始运动，穿过中间磁场区域进入右侧磁场区域后，又回到了a点，然后重复上述运动过程。（图中虚线为电场与磁场、相反方向磁场间的分界面，并不表示有什么障碍物）。（1）中间磁场区域的宽度d为多大；（2）带电粒子在两个磁场区域中的运动时间之比；（3）带电粒子从a点开始运动到第一次回到a点时所

29、用的时间t.2.空间存在着以x=0平面为分界面的两个匀强磁场，左右两边磁场的磁感应强度分别为B1和B2，且B1:B2=4:3，方向如图所示。现在原点O处一静止的中性原子，突然分裂成两个带电粒子a和b，已知a带正电荷，分裂时初速度方向为沿x轴正方向，若a粒子在第四次经过y轴时，恰好与b粒子第一次相遇。求：（1）a粒子在磁场B1中作圆周运动的半径与b粒子在磁场B2中圆周运动的半径之比。（2）a粒子和b粒子的质量之比。1.解析:因在地球的内部地磁场从地球北极指向地球的南极，根据右手螺旋定则可判断出地球表现环形电流的方向应从东到西，而地球是从西向东自转，所以只有地球表面带负电荷才能形成上述电流，故选A.2.解析:因通电直导线的磁场分布规律是B1/r，故A,C正确，D错误四条侧棱上的磁感应强度大小相等，但不同侧棱上的点的磁感应强度方向不同，故B错误3.解析:题中的磁场是由直导线电流的磁场和匀强磁场共同形成的，磁场中任一点的磁感应强度应为两磁场分别产生的磁感应强度的矢量和a处磁感应强度为0，说明直线电流在该处产生的磁感应强度大小与匀强磁场B的大小相等、方向相反，可得直导线中电流方向应是垂直纸面向里在圆周上任一点，由直导线产生的磁感应强度大小均为B1T，方向沿圆周切线方向，可