2022年专题九：磁场知识点 .pdf

学习必备欢迎下载专题复习磁场知识要点1. 磁场（1）物质性：磁场是磁体或电流周围存在的一种特殊物质（2）方向 : 物理学中规定在磁场中任一点小磁针N 极的受力方向或小磁针静止时N 极所指的方向为该点的磁场方向。（3）性质：磁场对放入其中的磁极或电流有力的作用同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引（4）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2. 地磁场（1）定义：地球由于自身具有磁性而在其周围产生的磁场（2）特点：地磁场与条形磁铁的磁场相似，地场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近，如图所示地球表面的磁场的竖直分量在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点磁场强弱相同，且方向水平向北3磁感线（1）定义：是在磁场中画出的一组有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的磁场方向就是该点的切线方向（2）特点：磁感线的疏密表示磁场的强弱磁感线上某点的切线方向表示该点磁场的方向磁感线不相交、不相切、不中断，是闭合曲线在磁体外部，从N极指向 S极；在磁体内部，由S极指向 N极对磁体 (磁极 ) 的作用磁通量： = BS (BS)磁体的磁场条形磁铁蹄形磁铁地磁场电流的磁场直线电流环形电流通电螺旋管安 培 定 则判断方向磁 现 象 的电本质磁场的产生磁场基本性质：对处在磁场中的运动电荷( 电流 ) 有力的作用磁场描述磁感应强度定)(LBILFB方向：小磁针 N受力的方向磁感线各种常见磁场中的磁感线分布表示磁场强弱与方向的假想曲线，不相交、闭合曲线不闭合综合应用：带电粒子在复合场中的运动相互作用对电流的作用 ( 安培力 ) 大小： F = BIL(BL) 方向：左手定则应用：磁电式电流表对运动电荷的作用( 洛伦兹力 ) 大小： f = qvB( Bv)方向：左手定则应用：磁电式电流表名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载磁感线是为了形象描述磁场而假想的物理模型，在磁场中并不真实存在，不可认为有磁感线的地方才有磁场，没有磁感线的地方就没有磁场4磁感应强度（1）物理意义：描述磁场强弱和方向 的物理量（2）方向：该点的磁场方向。（3）大小： 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，受到的磁场力跟导线中的电流和导线的长度的乘积的比值，即B FIL. （4）单位：特斯拉，简称特(T),1 T 1 NA m. 5. 电场与磁场的的区别磁场电场产生磁体周围存在磁场通电导体中电流周围存在磁场电荷周围存在电场定义定义式：ILFB定义式：qFE意义B在数值上等于垂直于磁场方向上长lm，电流为1A 的通电导线所受磁场力的大小E在数值上等于电场对单位电荷作用力的大小方向规定在某点小磁针N极受力的 方向为该点的磁场方向规定正电荷受力的方向为电场方向6. 磁感线与电场线的异同磁感线电场线相似点引入目的形象描述场而引入的假想线，实际不存在疏密场的强弱切线方向场的方向相交不能相交 ( 电场中无电荷空间不相交) 不同点闭合曲线起始于正电荷，终止于负电荷7. 几种常见电流的磁场分布安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流以导线上任一点为圆心的多组同心圆，越往外越稀疏，磁场越弱。环形电流内部磁场比环外磁场强，磁感线越往外越稀疏名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载通电螺旋管内部磁场为匀强磁场，且比外部强，方向由S极指向 N极。外部类似条形磁铁，由N极指向 S极。8. 电场力与安培力的比较电场力安培力研究对象点电荷电流元受力特点正电荷受力方向与电场方向相同，沿电场线切线方向，负电荷相反安培力方向与磁场方向和电流方向都垂直判断方法结合电场线方向和电荷正、负判断用左手定则判断9 洛伦兹力（1）定义：运动电荷在磁场中所受到的力（ 2）洛伦兹力的方向判定：左手定则（3）大小： f qvBsin .，为磁场方向与电荷的运动方向的夹角10 粒子在磁场中的运动(vB)(1) 向心力由洛伦兹力提供：qvB mv2r（2）轨道半径： r mvqB.(3) 周期： T 2 rv2 mqB11 洛伦兹力与电场力的比较洛伦兹力电场力力的概念磁场对在其中的“运动”电荷的作用力电场对放人其中的电荷的作用力产生条件磁场中静止电荷、沿磁场方向平行运动的电荷不受洛伦兹力电场中的电荷无论静止还是沿任何方向运动都要受到电场力方向“横向力”方向由电荷正负、磁场方向以及电荷运动方向决定，方向之间关系遵循左手定则洛伦兹力方向一定垂直于磁场方向以及电荷运动方向“纵向力”方向由电荷正负、电场方向决定正电荷受力方向与电场方向一致，负电荷受力方向与电场方向相反大小f = qvB sin(是 v 与 B 夹角 ) F = Eq 做功情况一定不做功可能做正功，可能做负功，也可能不做功12 洛伦兹力与安培力的比较名称项目安培力洛伦兹力作用对象通电导体运动电荷力的大小I 和 B 垂直时最大： F安BIL I 和 B 平行时最小： F安0 v 和 B 垂直时最大： f洛qvBv 和 B 平行时最小： f洛0 力的方向左手定则： F安与 I 垂直，与B 垂直 .F安总垂直于I 和 B 决定的平面左手定则： f洛与 v 垂直，与 B 垂直 f洛总垂直于v和 B 决定的平面作用效果改变导体棒的运动状态；对导体棒做功，实现电能和其他形式能的相互转化只改变速度方向，不改变速度大小；洛伦兹力永远不对运动电荷做功本质联系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名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载13、对带粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的研究方法(1)粒子圆轨 的圆心的确定若已知粒子在圆周运动中的两个具体位置及通过某一位置时的速度方向，可如图1 所示确定粒子圆轨迹的圆心。（OPv，ON 为 PM 的中垂线）若已知做圆周运动的粒子通过某两个具体位置的速度方向，可如图2 所示确定粒子圆轨迹的圆心。若已知圆周运动的粒子通过某一具体位置的速度方向及圆轨迹半径R ，可如图3 所示确定型粒子圆轨迹的圆心。（取 OP = R）(2)粒子圆轨半径的确定可直接运用公式qBmvR来确定。画出几何图形， 利用半径 R 与题中已知长度的几何关系来确定。在利用几何关系时，要注意一个重要的几何特点：粒子速度的偏向角( )等于对应轨迹所张的圆心角( )，并等于弦切角 ( )的 2 倍，如图4 所示。（3）粒子圆周运动周期的确定可直接运用公式qBmT2来确定。利用周期T 与题中已知时间t的关系来确定。若粒子在时间t内通过的圆弧所对应的圆心角为，则有：)2(3600TtTt或(4). 圆周运动中有关对称的规律从磁场的直边界射入的粒子，若再从此边界射出，则速度方向与边界的夹角相等，如图5 所示。在圆形磁场区域内，沿径向射入的粒子必须沿径向射出，如图6 所示。14、带电粒子在磁场中运动的多解问题当一群带电粒子或同一粒子在不同的位置、不同方向进入磁场粒子的运动轨迹不同，造成粒子轨迹的不确定。这类问题意在考查综合应用知识解决、分析问题的能力和应用数学知识处理物理问题的能力。在新课标中， 运用数学知识处理物理问题的能力的要求：根据物理过程列出参量关系，再 结合数学模型， 进行必要的推导和求解，并根据数学结果得出物理上的结论；必要时还要运用几何图形、函数图像进行表达、分析。属于较高能力的考查。处理这类问题的方法是先从多轨迹问题找出最简单的、具有代表性的轨迹转化为常见问题，再应用数学知识求解分析。洛伦兹力多解问题带电粒子电性不确定形成多解受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电荷，也可能带负电荷，在相同的初速度下，正负粒子在磁场中运动轨迹不同，形成双解磁场方向不确定形成多解有些题目只告诉了磁感应强度大小，而未具体指出磁感应强度方向此时必须要考虑磁感应强度方向不确定而形成双解临界状态不惟一形成多解带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时，由于粒子运动轨迹是圆弧状，因此， 它可能穿过去，也可能转过180从入射界面这边反向飞出，于是形成多解图 1 图 2 图 3 图 5 图 6 图 4 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载15、复合场及分类复合场是指重力场、电场、 磁场并存的场，在中学中常有四种组合形式：电场与磁场的复合场； 磁场与重力场的复合场；电场与重力场的复合场；电场、 磁场与重力场的复合场复合场中带电粒子所受三种场力的特征洛伦兹力的大小跟速度方向与磁场方向的夹角有关当带电粒子的速度方向与磁场方向平行时，f洛0；当带电粒子的速度方向与磁场方向垂直时，f洛qvB当洛伦兹力的方向垂直于速度 v 和磁感应强度B 所决定的平面时，无论带电粒子做什么运动，洛伦兹力都不做功电场力的大小为qE，方向与电场强度E 的方向及带电粒子所带电荷的性质有关.电场力做功与路径无关，其数值除与带电粒子的电荷量有关外,还与其始末位置的电势差有关重力的大小为mg，方向竖直向下重力做功与路径无关，其数值除与带电粒子的质量有关外，还与其始末位置的高度差有关注意：微观粒子(如电子、质子、离子)一般都不计重力；对带电小球、液滴、金属块等实际的物体没有特殊交代时，应当考虑其重力；对未知名的、 题中又未明确交代的带电粒子， 是否考虑其重力，则应根据题给的物理过程及隐含条件具体分析后作出符合实际的决定16、重力场、电场、磁场的比较力的特点功和能的特点重力场大小G mg方向竖直向下重力做功和路径无关重力做功改变物体的重力势能，重力做正功，重力势能减小静电场大小：F qE方向：正电荷受力方向和电场强度方向相同，负电荷受力方向和电场强度方向相反电场力做功和路径无关电场力做功改变系统的电势能，电场力做正功，电势能减少磁场洛伦兹力：F qvB 方向：左手定则洛伦兹力不做功，不改变粒子的动能17、 电偏转和磁偏转的比较垂直进入匀强电场 ( 不计重力 ) 垂直进入匀强磁场( 不计重力 ) 受力情况及特点恒力F qE做匀变速运动洛伦兹力F qvB，大小不变、方向始终与v垂直，洛伦兹力不做功运动规律类平抛运动匀速圆周运动偏转程度偏转角 arctanxyvv2单位时间内偏转角度恒定动能变化动能增加动能不变处理方法运动的合成与分解，类平抛运动的规律结合圆的几何关系及半径、周期公式名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载18、带电粒子在复合场中运动的处理方法 19 、 复合场与“ STS ”电磁场在科学技术中的应用，主要有两类： 一类是利用电磁场的变化将其他信号转化为电信号，进而达到转化信息或自动控制的目的；另一类是利用电磁场对电荷或电流的作用，来控制其运动，使其平衡、加速、偏转或转动，以达到预定的目的常见的有电磁流量计、霍尔效应、磁流体发电机、磁电式仪表、质谱仪、速度选择器等其中速度选择器、电磁流量计、磁流体发电机及霍尔效应都是应用了电场力与洛伦兹力平衡。1. 速度选择器如图 3 所示，带电粒子垂直射入正交的匀强电场和匀强磁场的复合场空间，所受到的电场力和洛伦兹力的方向相反、大小相等， 即qE qvB，所以v EB . 凡是符合上述情况的粒子都能顺利通过场区从O2孔射出，凡是不符合上述情况的粒子均不能从O2孔射出2. 磁流体发电机如图 4 所示，等离子体喷入磁场区域，磁场区域中有两块金属板A和B，正负离子在洛伦兹力的作用下发生上下偏转而聚集到A、B板产生电势差，最大电势差可达Bdv(B为磁感应强度，d为两板间距，v为粒子的喷射速度)3. 霍尔效应传感器如图 5 所示，厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于侧面、磁感应强度为B的匀强磁场中， 当电流流过导体板时，在导体板上下侧面间产生电势差(U kIBd，k为霍尔系数 ) 4. 电磁流量计如图 6 所示，电磁流量计是用来测定导电液体在导管中流动时流量的仪器，导管用非磁性材料制成，设导管直径为d ，垂直磁场方向放在磁感应强度为B的匀强磁场中，管壁上相对两点a、b间的电势差测出为U，则流量Q vS UBdd24dU4B复合场分析带电粒子的受力与运动分析灵活运用力学规律首先要弄清是一个怎样的复合场，是磁场与电场的复合，还是磁场与重力场的复合，还是磁场、电场、重力场的复合所受合力为零时，做匀速直线运动根据平衡条件列方程求解。所受重力与电场力等值反向，洛伦兹力提供向心力，带电粒子做匀速圆周运动应用牛顿第二定律和平衡条件列方程求解。所受合力是变力，带电粒子做非匀速曲线运动应用动能定理或能量守恒定律列方程求解。图 6 图 5 图 4 图 3 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -