2015-2016学年高中物理第三章磁场解读

一、磁现象磁场知识点一：磁场、磁场的方向所有与磁现象有关的相互作用，都是通过磁场发生的，可与电荷间的相互作用相类比．1．定义：磁体或电流周围存在着一种特殊物质，能够传递磁体与磁体之间、磁体和电流之间、电流和电流之间的相互作用，这种特殊的物质叫磁场．第一页第二页，共39页。2．磁场的基本性质：对放入其中的磁极或电流产生力的作用．3．磁场的产生：(1)永磁体周围存在磁场．(2)电流周围存在磁场——电流的磁效应．4．磁场的方向．在磁场中的任一点，小磁针北极受力的方向规定为该点的磁场方向．5．电流之间的相互作用：同向电流互相吸引；反向电流互相排斥．第二页第三页，共39页。知识点二：磁感线1．定义：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向一致，这样的曲线就叫做磁感线．2．几种常见磁体的磁场．第三页第四页，共39页。3．对磁感线的认识与理解．(1)磁感线是为了形象地研究磁场而人为假想的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线．(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱．磁感线较密的地方磁场较强，磁感线较疏的地方磁场较弱．(3)磁感线不能相交，也不能相切．(4)没有画磁感线的地方，并不表示那里就没有磁场存在．通过磁场中的任意一点总能而且只能画出一条磁感线．(5)磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线．第四页第五页，共39页。知识点三：安培定律1．电流与其周围的磁场方向：遵守右手螺旋定则即安培定则．2．电流之间的相互作用：同向电流互相吸引；反向电流互相排斥．3．几种常见磁场的区别.第五页第六页，共39页。第六页第七页，共39页。知识点四：安培分子电流假说1．安培分子电流假说的内容．安培认为，在原子、分子等物质微粒的内部存在着一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，分子的两侧相当于两个磁极(见右图)．2．安培假说对有关磁现象的解释．(1)磁化：在外磁场的作用下，各个分子电流的取向变得一致，对外显示出磁性．(2)退磁：在高温和强烈的撞击的情况下，各个分子电流的取向变得杂乱无章，分子电流的磁场相互抵消，对外显示出磁性．(3)磁现象的电本质——磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的．第七页第八页，共39页。知识点五：地磁场1．指南针的应用证明地磁场的存在．2．地磁体：地球是一个大磁体，地球磁体的N极(北极)位于地理南极附近，地球磁体的S极(南极)位于地理北极附近，但地磁极与地理极并不重合．3．地磁场：地球由于本身具有磁性而在周围形成的磁场叫地磁场，地磁场很弱．4．磁偏角：小磁针的指向与正南北方向之间的夹角叫磁偏角．第八页第九页，共39页。5．虽然地磁两极与地理两极并不重合，但它们的位置相对来说差别不是很大．因此，一般我们认为：(1)地理南极正上方磁场方向竖直向上，地理北极正上方磁场方向竖直向下．(2)在赤道正上方，地磁场方向水平向北．(3)在南半球，地磁场方向指向北上方；在北半球，地磁场方向指向北下方．第九页第十页，共39页。知识点一安培力的方向1．安培力：磁场对电流的作用力．2．决定安培力方向因素：电流方向和磁感应强度方向．(用左手定则判断)3．左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指所指方向就是通电导线在磁场中所受的安培力的方向．二、磁场对电流的作用力---安培力第十页第十一页，共39页。

(1)安培力方向的特点：F⊥B，F⊥I，即F垂直B、I决定的平面．(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直电流与磁场所决定的平面，所以仍可以用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心．第十一页第十二页，共39页。知识点二安培力大小第十二页第十三页，共39页。注意：磁感应强度反映磁场本身的特征，其值决定于磁场．其值与放入的检验电流的电流大小、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．2．安培力大小计算．(1)当B、I、L两两垂直时，F＝BIL.(2)若B与I(L)夹角为θ，则F＝BILsinθ.当通电导线与磁场垂直时，导线所受安培力最大，Fmax＝BIL，当通电导线与磁场平行时，导线所受的安培力最小，Fmin＝0.第十三页第十四页，共39页。

(3)弯曲导线的有效长度L，等于两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿L由始端流向末端[如图(1)所示]；任意形状的闭合线圈，其有效长度L＝0，所以通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和一定为零[如图(2)所示]．第十四页第十五页，共39页。知识点一磁感应强度

磁感应强度是反映磁场力的性质的物理量，是采用比值的方法来定义的，该公式是定义式而不是决定式，磁场中各处的B值是唯一确定的，与放入该点的检验电流的大小、方向等无关．实验表明：磁场力方向是与磁场方向垂直的．三、磁感应强度磁通量第十五页第十六页，共39页。第十六页第十七页，共39页。解析：根据磁感应强度的定义，通电导线应为“在磁场中垂直于磁场方向的通电导线”，只有在这个方向导线所受磁场力才最大，本题选项A未注明导线放置的方向，所以是错误的，若通电导线放置方向与电流平行时，也不受磁场力作用，所以选项B也是错误的，在磁场场源稳定的情况下，磁场内各点的磁感应强度(含大小和方向)都是唯一确定的，与放入该点的检验电流的大小、方向等无关，选项C正确，根据左手定则，磁场力方向与磁感应强度的方向垂直，选项D错误．答案：C第十七页第十八页，共39页。1．定义：磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面的磁通量．2．定义式：Φ＝BS.注意：公式Φ＝BS中的B应是匀强磁场的磁感应强度，S是与磁场方向垂直的面积，因此可以理解为Φ＝BS⊥.如果平面与磁场方向不垂直，应把面积S投影到与磁场垂直的方向上，求出投影面积S⊥，代入到Φ＝BS⊥中计算，应避免硬套公式Φ＝BSsinθ或Φ＝BScosθ.知识点二磁通量第十八页第十九页，共39页。3．单位．在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦．符号：Wb，1Wb＝1T·m2.4．磁通密度：由Φ＝BS得B＝，B叫做磁通密度．单位：Wb/m2，单位关系：1T＝1Wb/m2＝1N/(A·m)．注意：(1)磁通量是标量，但有正、负；当磁感线从某一平面穿入时，若规定Φ为正值，则磁感线从另一面穿入时，Φ为负值．(2)磁通量是表示穿过某平面的磁感线的条数的多少，在今后的应用中往往会根据穿过平面的净磁感线条数的多少来定性判断穿过该面的Φ的大小．第十九页第二十页，共39页。1．洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力称为洛伦兹力．2．洛伦兹力的大小：f=qvBsinθ,θ为速度方向与磁场方向的夹角。3．洛伦兹力的方向：由左手定则确定——伸出左手，拇指和四指垂直且在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向正电荷运动的方向(或负电荷运动的反方向)，则大拇指指示的就是运动电荷受力的方向．4．决定洛伦兹力方向的因素有三个，电荷的电性(正、负)、速度方向、磁感应强度的方向．判断负电荷在磁场中运动受到的洛伦兹力的方向时，四指要指向负电荷的相反方向，也就是电流的方向．四、磁场对运动电荷的作用力-----洛伦兹力知识点一洛伦兹力第二十页第二十一页，共39页。知识点二带电离子在磁场中的运动第二十一页第二十二页，共39页。第二十二页第二十三页，共39页。第二部分专题知识分析第二十三页第二十四页，共39页。专题一安培力的分析与计算问题

1.分析在安培力作用下通电导体运动情况的一般步骤．①画出通电导线所在处的磁感线方向及分布情况．②用左手定则确定各段通电导线所受安培力．③据初速度方向结合牛顿定律确定导体运动情况．2．注意事项：(1)通电导线在磁场中受到的安培力的大小与导线放置的角度有关，导线的长度应取导线垂直于磁场方向的长度即有效长度．(2)安培力的方向总垂直于B和L所决定的平面．因此在将立体图转化为平面图时应正确画出各力的方向．第二十四页第二十五页，共39页。例1如图所示，在与水平方向成60°角的光滑金属导轨间连一电源，在相距1m的平行导轨上放一重为3N的金属棒ab，棒上通过3A的电流，磁场方向竖直向上，这时棒恰好静止．求：(1)匀强磁场的磁感应强度大小．(2)ab棒对导轨的压力大小．(3)若要使B取值最小，其方向应如何调整？并求出最小值．第二十五页第二十六页，共39页。解：(1)棒静止时，其受力如图所示．则有：F＝Gtan60°，即BIL＝Gtan60°，B＝1.73T.(2)ab棒对导轨的压力N′与N大小相等，Ncos600＝G，所以N′＝N＝6N.(3)若要使B取值最小，即安培力F最小，显然当F平行于斜面向上时，F有最小值，此时B应垂直斜面向上，且有：F＝Gsin60°.所以BminIL＝Gsin60°，Bmin=0.86T.第二十六页第二十七页，共39页。专题二磁场对运动电荷的作用1．带电粒子在无界匀强磁场中的运动：完整的圆周运动．2．带电粒子在有界匀强磁场中的运动：部分圆周运动(偏转)．解题一般思路和步骤：①利用辅助线确定圆心．②利用几何关系确定和计算轨道半径．③利用有关公式列方程求解．第二十七页第二十八页，共39页。例题2：(2013·广东高考)(多选)两个初速度大小相同的同种离子a和b，从O点沿垂直磁场方向进入匀强磁场，最后打到屏P上．不计重力，下列说法正确的有()A．a、b均带正电B．a在磁场中飞行的时间比b的短C．a在磁场中飞行的路程比b的短D．a在P上的落点与O点的距离比b的近AD第二十八页第二十九页，共39页。专题三带电粒子在复合场中的运动1．复合场：电场、磁场、重力场共存，或其中两场共存2．组合场：电场和磁场各位于一定的区域内，并不重叠或在同一区域，电场、磁场交替出现．3．三种场的比较：4.复合场中粒子重力是否考虑的三种情况.（1）对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等一般考虑其重力.（2）在题目中有明确说明是否要考虑重力的，这种情况按题目要求处理比较正规，也比较简单.（3）不能直接判断是否要考虑重力的，在受力分析与运动分析时，要结合运动状态确定是否要考虑重力.第二十九页第三十页，共39页。5.具体应用(1)速度选择器.①平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫速度选择器②带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是：qvB＝qE即v＝E/B第三十页第三十一页，共39页。（2）磁流体发电机.①磁流体发电机是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能.②根据左手定则，如下图可知B是发电机的正极.③磁流体发电机两极间的距离为L，等离子体的速度为v，磁场的磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U＝BLv.第三十一页第三十二页，共39页。（3）电磁流量计.工作原理：如图所示，圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷（正、负离子），在洛伦兹力的作用下横向偏转，a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，即qvB＝qE＝qu/d，所以v＝U/(Bd)，因此液体流量：即Q＝Sv＝лdU/4B.第三十二页第三十三页，共39页。(4)质谱仪①构造：如图由离子源、加速电场、偏转电场和照相底片等构成．第三十三页第三十四页，共39页。第三十四页第三十五页，共39页。(5)回旋加速器原理与应用①构造：如图所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源．处于匀强磁场中．第三十五页第三十六页，共39页。第三十六页第三十七页，共39页。例题3：.如下图，在平面直角坐标系xOy内，第Ⅰ象限