磁场专题三带电粒子在复合场中的运动

磁场专题三带电粒子在复合场中的运动2005年12月2日1第一页，共四十六页，编辑于2023年，星期一２００8年考纲要求1电流的磁场.Ⅰ2磁感应强度、磁感线Ⅰ3安培力安培力的方向Ⅰ4匀强磁场中的安培力.Ⅱ5洛仑兹力洛仑兹力的方向Ⅰ6洛仑兹力的公式.带电粒子在匀强磁场中的运动Ⅱ7质谱仪.回旋加速器Ⅰ只要求掌握直导线跟B平行或垂直两种情况下的安培力只要求掌握v跟B平行或垂直两种情况下的洛仑磁力说明：第二页，共四十六页，编辑于2023年，星期一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第三页，共四十六页，编辑于2023年，星期一磁场对电流的作用大小B∥L，F=0B⊥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=0v⊥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……第四页，共四十六页，编辑于2023年，星期一一．磁场及其磁场的描述专题1、磁场的产生⑴磁体的周围存在磁场（与电场一样是一种特殊物质）⑵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流产生磁场电荷运动产生磁场一、磁场的描述变化的电场在周围空间产生磁场（麦克斯韦）。第五页，共四十六页，编辑于2023年，星期一2、磁场的基本性质对放入其中的磁体、电流（运动电荷）有力的作用同名磁极相互排斥异名磁极相互吸引⑴⑵磁体对电流的作用⑶电流对电流的作用第六页，共四十六页，编辑于2023年，星期一3、磁体间相互作用的本质磁场磁体磁体磁体或电流磁体或电流磁场第七页，共四十六页，编辑于2023年，星期一4、磁现象的电本质安培分子电流假说：在原子、分子等物质微粒内部存在一种环形电流——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。解释磁化、消磁现象不显磁性显磁性磁化消磁总结：一切磁现象都是由电荷的运动产生的第八页，共四十六页，编辑于2023年，星期一总结：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。５、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五个方向的统一：第九页，共四十六页，编辑于2023年，星期一6、磁感线⑴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

⑵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⑶磁感线的疏密表示磁场的强弱⑷磁感线是封闭曲线（和静电场的电场线不同）

第十页，共四十六页，编辑于2023年，星期一几种磁场的磁感线：第十一页，共四十六页，编辑于2023年，星期一安培定则（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。第十二页，共四十六页，编辑于2023年，星期一③通电直导线判断方法：立体图纵截面图横截面图④环形电流判断方法：立体图纵截面图横截面图第十三页，共四十六页，编辑于2023年，星期一⑤通电螺线管判断方法电流安培定则（二）立体图横截面图纵截面图⑥地磁场１．地磁场的Ｎ极在地球的南端（东经１３９．９度，南纬６６．６度的南极洲威尔斯附近；Ｓ极在地球的北端西经１００．５度，东经７５．５度的北美洲帕里群岛附近；２．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；３．赤道平面，距离地面高度相等的点Ｂ的大小和方向相同．第十四页，共四十六页，编辑于2023年，星期一7、磁感应强度描述磁场的强弱与方向的物理量⑴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。⑵表达式：单位：特斯拉（T）⑶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第十五页，共四十六页，编辑于2023年，星期一⑴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

第十六页，共四十六页，编辑于2023年，星期一★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

第十七页，共四十六页，编辑于2023年，星期一★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

⑵磁感线第十八页，共四十六页，编辑于2023年，星期一⑶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=可知，B与F成正比，与IL成反比B．由B=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

第十九页，共四十六页，编辑于2023年，星期一⑷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．2B B．BC．0 D．B

第二十页，共四十六页，编辑于2023年，星期一1、磁场对电流的作用力安培力⑴方向：左手定则磁场方向判断下列通电导线的受力方向电流方向电流方向安培力方向二．安培力及判定安培力作用下物理运动方向专题第二十一页，共四十六页，编辑于2023年，星期一判断下列导线的电流方向或磁场方向或受力方向⑵大小F=BILB⊥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=BILsinθB与I的夹角第二十二页，共四十六页，编辑于2023年，星期一2、通电导线在安培力作用下运动的定性判断第二十三页，共四十六页，编辑于2023年，星期一3、电流在安培力作用下的定量计算问题★一圆形线圈，半径为r，通以电流强度为I的电流，放在光滑水平面上，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向竖直向下，如图所示（俯视图），则线圈截面上张力大小为：（）

A．2BIrB．0.5BIr

C．BIrD．不能求解★如图，相距20cm的两根光滑平行铜导轨，导轨平面倾角为θ=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。第二十四页，共四十六页，编辑于2023年，星期一★如图所示，有一金属棒ab，质量为m=5g，电阻R=1Ω，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θ=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=0.1Ω，试求变阻器取值是多少时，可使金属棒静止在导轨上。★如图所示，两根平行光滑轨道水平放置，相互间隔d=0.1m，质量为m=3g的金属棒置于轨道一端.匀强磁场B=0.1T，方向竖直向下，轨道平面距地面高度h=0.8m，当接通开关S时，金属棒由于受磁场力作用而被水平抛出，落地点水平距离s=2m，求接通S瞬间，通过金属棒的电量.Bhs第二十五页，共四十六页，编辑于2023年，星期一★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θ=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。★(02上海)磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度，其值为B2/2μ，式中B是磁感强度，μ是磁导率，在空气中μ为一已知常数。为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B，一学生用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离Δl，并测出拉力F，如图所示。因为F所作的功等于间隙中磁场的能量，所以由此可得磁感强度B与F、A之间的关系为B＝

。第二十六页，共四十六页，编辑于2023年，星期一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θ角时，F洛=Bqvsinθ2、方向：用左手定则判断F洛+v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第二十七页，共四十六页，编辑于2023年，星期一2、运动方向与磁场方向垂直，做匀速圆周运动⑴洛仑兹力提供向心力⑵轨道半径：⑶周期：与v、r无关二、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⑷圆心、半径、运动时间的确定①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）VO第二十八页，共四十六页，编辑于2023年，星期一b、一个速度方向的垂直线和一条弦的中垂线的交点O②半径的确定应用几何知识来确定！③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.若动量大小相等，则半径相等

D.若动能相等，则周期相等第二十九页，共四十六页，编辑于2023年，星期一★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v０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θ角．试求粒子的运动速度v以及在磁场中运动的时间t．第三十页，共四十六页，编辑于2023年，星期一4、带电粒子在有界磁场中运动问题分类解析OBSVθP图1一、带电粒子在半无界磁场中的运动MNO,LAO图3P二、带电粒子在圆形磁场中的运动BABdVV300O图5三、带电粒子在长足够大的长方形磁场中的运动llr1OV+qV图6四、带电粒子在正方形磁场中的运动五、带电粒子在环状磁场中的运动名师1号P298第17题第三十一页，共四十六页，编辑于2023年，星期一★第三十二页，共四十六页，编辑于2023年，星期一第三十三页，共四十六页，编辑于2023年，星期一★第三十四页，共四十六页，编辑于2023年，星期一★第三十五页，共四十六页，编辑于2023年，星期一三、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：⑴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。⑵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。第三十六页，共四十六页，编辑于2023年，星期一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第三十七页，共四十六页，编辑于2023年，星期一2、带电体在复合场中运动问题分析⑴组合场（电场与磁场没有同时出现在同一区域）★试质谱仪名师1号P293第13题第三十八页，共四十六页，编辑于2023年，星期一第三十九页，共四十六页，编辑于2023年，星期一★第四十页，共四十六页，编辑于2023年，星期一回旋加速器名师1号P284第