2022年磁场基础知识总结.docx

精品_精品资料_第八章磁场【学问网络 】可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_永磁体安培分子电流假说运动电荷电流可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_磁场BF磁感线IL磁场对运动电荷的作用可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_磁场对电流的作用洛伦兹力： FqvB可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_安培力： FBIL方向：左手定就可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_方向：左手定就洛伦兹力不做功可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_qvBmrmv2 rm v r2T2 m带电粒子在复合场中的运动可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_BqBq【考点扫描】可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_考纲展现考点解读可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_考点内容要求磁场、磁感应强度、 磁感线通电直导线和通电线 圈四周磁场的方向安培力、安培力的方向匀强磁场中的安培力洛伦兹力、洛伦兹力 的方向洛伦兹力的公式带电粒子在匀强磁场 中的运动质谱仪和回旋加速器【必备学问及规律】一.磁现象的电本质纵观近几年高考, 涉及本章学问点的题目年年 都有,考查次数最多的是与洛伦兹力有关的带电 粒子在匀强磁场或复合 场中的运动, 其次是与安培力有关的通电导体在 磁场中的加速或平稳问 题.本章学问常与电场、 恒定电流以及电磁感应、 交变电流等章节学问广泛 联系综合考查, 是高考的热点.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_一切磁场起源于运动电荷 .一切磁现象是运动电荷四周磁场间的相互作用.二.磁场磁体、电流、运动电荷四周都存在着磁场.要基本性质：对处于磁场中的磁体、电流和运动电荷点会有磁场力的作用 .强磁体、电流和运动电荷间的作用力是通过磁场来传化递的.磁场的方向：在磁场某处,小磁针北极的受力方向可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_或小磁针静止时北极的指向好该处磁场的方向. 的的磁场的 N 极在的球的理南极邻近, S 极在的球的磁理北极邻近,磁感线分布如下列图：场和条形磁铁的磁场可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_相的磁场 B 的水平重量（似Bx ）总是从的球的理南极可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_,指向的球的理北极 （的球外部） .而竖直重量（ By ）,其特在南半球垂直的面对上,在北半球垂直的面对下.点在赤道平面上,距离的球表面高度相等的各点,磁感应强度度相等,且方向水平向北.三. 磁感线定在磁场中画一些有向曲线, 曲线上任一点的切线方义向表示该点的磁场方向 .要磁感受线是形象描述磁场的磁感应强度分布情点况的一组曲线,不是真实存在的曲线.强磁感受是闭合的,如通电螺线管,每条磁感线在化管外都是从 N 极发出再加到S 极,在管内从 S 极指向 N 极而闭合 .在管内磁感线是相互平行、等间可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_距的 .（留意与电场线的区分, 电场线不闭合, 它是从正电荷或无穷远发出终止于负电荷或无穷远.）任何两条磁感线都不相交.磁感受线上某一处切线方向表示该处磁感应强度的方向 .磁感线疏密程度表示磁感应强度的大小.磁感线密的的方磁感应强度大 .四.安培定就内容可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_对直线电流的安培定就对通电螺线管的安培定就要点强化：用右手握住导线, 让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一样,弯曲的四指所指的方向就是磁感线的围绕方向用右手握住螺线管, 让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一样, 大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_特点立体图截面图直 无 磁线 极、非电 匀 强流 距 导的 线 越磁 远 处场 磁 场越弱.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_通 与 条电 形 磁螺 铁 的线 磁 场管 相像, 的 管 内磁 为 匀场 强 磁场 且磁 场最强,管外为非匀强磁场环环形形电流电的两流侧是的N极磁和S场极且离圆环中必越远,磁场 越弱可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_五.磁感应强度在磁场中垂直于磁场方向的通电导线,所受的磁定义场力 F 跟电流强度 I 和导线长度 L 的乘积 IL 的比值叫做在该处的磁感应强度.用符号 B 表示.公式BF可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_单位IL特（ T）F可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ B 是矢量, 大小用点磁场方向 .FB表示, 方向即为该IL可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_要 点 B是定义式,不是打算式.B 的大小和IL可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_强化方向由磁场本身打算,与该处放不放通电导线无关.匀强磁场 .在某一区域里, 磁感应强度的大小和方向都相同, 这个区域就叫做匀强磁场.匀强磁场的磁感线是相互平行的直线.如通电螺线管内部磁场为匀强磁场, 两个正对磁极的中间部分也为匀强磁场 .六.安培力定义：磁场对电流的作用力.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_公式： FBIL sin可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_要公式中为电流 I 与磁感应强度 B 的夹角 .点可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_0 , B / I , F0 .强化FBIL, BI,2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_应用公式 FBIL时要留意：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ B 与 I 垂直. L 是有效长度. B 并非肯定为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_匀强磁场,但它应当是 L 所在处的磁感应强度 .如图甲所示, 折线 abc 中通入电流 I ,ab=bc=L,折线所在平面与匀强磁场磁感应强度 B 垂直.abc 受安培力等效于 ac（通有 a c 的电流 I ）所受的安培力 , 即 FBI2 L ,方向同样由等效电流ac 判定为在纸面内垂直于ac 斜向上.同理推知如图 乙 所 示 , 半 圆 形 通 电 导 线受 安 培 力FBI2R.如图丙所示,闭合的通电导线框受安培力 F=0.安培力的方向可以用左手定就来判定：伸开左 手,使拇指跟其余四个手指垂直,并且都跟手掌在一个平面内,让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流的方向,那么,拇指所指的方向就是通电导体在磁场中所受的安培力的方向.安培力的方向总垂直于磁感线和通电导线所构成的平面,即既与磁感应强度方向垂直,又与电流方向垂直,而磁场与电流不肯定垂直.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_磁场对通电线圈的作用.匀 强 磁 场 对 通 电 线 圈 的 合 力 矩 为MnBIS cos.N 为匝数,为线圈平面与磁感应强度B 的夹角,S 为线圈面积,由以上公式可知磁场对线圈的磁力矩与线圈的的外形无关,与转轴的选取无关.磁电式电表 .电流表的构造主要包括：蹄形磁铁、圆柱形铁芯、线圈、螺旋弹簧和指针 .蹄形磁铁和铁芯间的磁场是匀称的辐射分布的,如下列图,这样不管通电导线处 于什 么角度,它的平面均 与磁 感线平行,从而保证 受到 的磁力 矩不 随转动 角度 的变化而变化 .始终有： MnBIS（n 为线圈的匝数） ,当线圈转到某一角度, 磁力矩与弹簧产生的阻力矩M 相等量,线圈就停止转动,此时指针（指针随线圈一起转 动） 就 停 在 某处 , 指 向 一 确 定的 读 数, 即MI.由于 M与转动的角度成正比,所nBS以电流越大,偏转角就越大,与 I 电流成正比, 故其刻度是匀称的.七洛伦兹力定磁场对运动电荷的作用力.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_义公FqvB sin式要为 v 与 B 的夹角.0 , v/B ,F=0., 点2强FqvB .化洛伦兹力的方向用左手定就判定：伸开左手,使拇指跟其指垂直,并且都跟手掌在一个平面内,让磁感线从掌心进入指指向正电荷运动的方向（或负电荷运动的反方向）,这时拇方向就是运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力的方向.洛伦兹力只能转变运动电荷速度的方向,洛伦兹力不对电荷洛伦兹力与安培力的关系.洛伦兹力是单个运动电荷所受的磁场力.安培力是导体中全部的自由电荷受到的洛伦兹力的宏观表现.洛伦兹力总不做功 ,而安培力却可以做功 .八带电粒子在磁场中的运动如 v/ B,带电粒子以速度v 做匀速直线运动（此情形下洛伦力 F=0）.如 vB , 带电粒子在垂直磁感线的平面内以入射速度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_v 做匀速圆周运动 .向心力由洛伦兹力供应：qvBv2m.轨道半径公式：R可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Rmv .Bq可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_周期： T2 R2 m1Bq.频率： f.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_角速度：vqB2qB.TmT2 m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_带电粒子在匀强电场中的运动.在讨论带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律时,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_须“一找圆心, 二找半径mv2 mR,三找周期 TBqqB可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_或时间” .圆心的确定一般有以下四种情形： 已知粒子的运动轨迹上两点的速度方向,作这两速度的垂C线,交点即为圆心.B可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ 已知粒子入射点、 入射方向及运动轨迹 上的一条弦, 作速度方向的垂线及弦的 垂直平行线, 交点即为圆心. 已知粒子运动轨迹A vO图 12可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_上的两条弦,作出两弦垂直平分线,交点即为圆心. 已知粒子在磁场中的入射点、 入射方向和出射方向 （不肯定在磁场中） ,延长（或反向延长）两速度方向所在直线使之成一夹角,作出这一夹角的角平分线,角平分线上到直线距离等于半径的点即为圆心.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_半径的确定和运算：利用平面几何关系,求出该圆的半 径（或圆心角） ,并留意以下两个几何特点：一上粒子速度的偏向角（）等于回旋角（）,并等于 AB 弦与切线的夹 角（ 弦 切角） 的 2 倍 （ 如图 12 所 示 ）, 即2t .二是相对的弦切角（）,与相领的弦切角（）互补,即180 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_粒子在磁场中运动时间的确定：tTT 2360可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（为角度）或 ts v ,式中为偏向角, T 为周期, s为轨迹的弧长, v 为线速度 .留意圆周运动中有关对称规律.如从同始终线边界射入的粒子,再从这一边界射出时, 速度与边界的夹角相等.在圆形磁场区域内,沿径向射入的粒子,必沿径向射出 .九带电粒子在复合场中的运动.1. 速度挑选器构造如下列图,当带正电粒可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_子从左侧平 行于极 板射入时,带电粒子同时受到电场 F可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_力 FqEv和 洛 伦 兹 力F可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_FqvB 作用,当两者等可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_大反向时, 粒子不偏转, 而是沿直线匀速运动, qEqvB ,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_所以 vE B ,即只要粒子以vE B 的速度沿垂直于磁可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_场和电场的方向射入正交的电场、磁场中就不发生偏转.要任何一个存在正交电场和磁场的空间都可看做速度点挑选器 .强速度挑选器只挑选速度大小而不挑选粒子的种类.即化只要 vE B ,粒子就能沿直线匀速通过挑选器,而与粒子的电量、质量无关 . （不计重力）对某一确定的速度挑选器,有确定的入口和出口,在图示速度挑选器中,入口在左端,出口在右端,如带电粒子从右端射入时,由于洛伦兹力和电场力同向,粒子必发生偏转 .2. 质谱仪质谱仪主要用于分 析同位素,测定其质量 比荷和含 量比 . 图示是一种常用质 谱仪,由电离室 A、加速电场 U、偏转磁场 B、照相底片 D可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_要同位素比荷和质量的测定：设质量为m,带电量为点q 的粒子,淡定器 A 下方的 S1 飘入电势差为 U 的加速电场, 粒子在电场中得到的动能等于电场力对它所做强12可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_化的功 qUmv .粒子以速率 v 进入偏转磁场B2v 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_中做匀速圆周运动, 运动半径为 r ：qvBm由r以 上 两 式 可 以 得 到 粒 子 的 轨 道 半 径 为由上式可以看出,假如容器A 中含有电荷量相同而质量有微小差别的粒子,它们进入磁场后将沿着不同的半径做圆周运动,打到照相底片的不同的方,在底片上形成如干条谱线状的细线,叫做质谱线每一条谱线对应着肯定的质量,利用质谱仪 对某种元素进行测量,可以精确的测出各种同位素的原子量.同位素种数和含量比的确定：由于不同比荷的同位素离子打在底片上位置不同,所以依据底片上谱线的条数和强弱,就可确定同位素的种类和含量的多少.3. 电磁流量计电磁流量计原理可说明为：如下列图,一圆形导管直径为d,用非磁性材料制成, 其中有可以导电的液体向左流淌 导电液体中的自由电荷（正负离子）在洛伦兹力作用下纵向偏转, a,b 间显现电势差当自由电荷所受电场力和洛伦兹力 平稳时, a、b 间的电势差就保持稳固由 Bqv=Eq=Uq/d ,可得 v=U/Bd. 流量 Q=Sv=Ud/4B可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_4. 霍尔效应1、构成：通以电流的导体或半导体,磁场方向垂直于电流.2、原理：如图,当导体或半导体中的电流方向向右,磁场 B 垂直纸面对里.如载流子带正电,就向右运动,受到洛伦兹力 F 向上,使得导体上表面积存正电荷,下表面积存等量的负电荷,导体内形成向下的匀强电场 E.当 qE=qvB 时,定向 运 动的 载流子 所 受合 力为零.这时载流子将 做 匀速 直线运动, 同时上下两表面停止电荷的连续积存,从而在上下两表面形成稳固的电势差 U,此时 U=Ed .如载流子带负电, 就运动方向向左,洛伦兹力仍向上,在上表面积存负电荷,下表面积存正电荷,电场方向向上. 5.回旋加速器回旋加速器利用带电粒子在电场中可加速,在磁场中做匀速圆周运动的特点,使带电粒子能在较小的空间范畴内多次受到电场的加速要结D 形金属扁盒、中心邻近粒子源A 0、 点构电磁铁供应的磁场 B、高频电源 U强工电场加速： qUEk化作原v 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_理 磁 场 约 束 偏 转 ：qvBm,r可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_rmvv .qB加速条件：高频电源的周期与带电粒子在2 m形盒中运动周期相同 T电T回qB6. 磁流体发电机如图是磁流体发电机原理图,其原理是：等 离 子 气 体 喷 入 磁场,正、负离子在洛 伦兹力作用下发生上 下偏转而聚焦到 A 、B 板上,产生电势差, 设 A 、B 平行金属板的面积为 S,相距 L , 等离子体的电阻率为,喷入气体速度为v,板间磁场的磁感应强度为B, 板外电阻为 R,当等离子气体匀速通过A 、B 板间时, A、B 板上集合的电荷最多,板间电势差最大,即为电源电可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_动势,此时离子受力平稳：E场qBqv ,即 E场LBv ,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_电动势 EBLv ,电源内阻r,所以 R中电流S可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_IEBLvBLvS可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_RrRLRSLS可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_【易错点及典例分析】题型一 安培力例 1、如图,一段导线 abcd 位于磁感应强度大小为B 的匀强磁场中,且与磁场方向（垂直于纸面对里）垂直.线段ab、bc 和 cd 的长度均为 L ,且0abcbcd135 .流经导线的电流为I,方向如图中箭头所示. 导线段 abcd 所受到的磁场的作用力的合力（）A. 方向沿纸面对上,大小为21ILBB. 方向沿纸面对上,大小为21ILBC. 方向沿纸面对下,大小为21ILBD. 方向沿纸面对下,大小为21ILB答案 A解析：此题考查安培力的大小与方向的判定.该导线可以可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_用 a 和 d 之间的直导线长为 21 L来等效代替, 依据可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_F BIl,可知大小为 21BIL,方向依据左手定可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_就. A 正确.题型二 带电粒子在磁场中的运动、洛伦兹力例 2、带电粒子进入云室会使云室中的气体电离,从而显示其运动轨迹.图是在有匀强磁场云室中观看到的粒子的轨迹, a 和 b 是轨迹上的两点,匀强磁场B 垂直纸面对里.该粒子在运动时,其质量和电量不变,而动能逐步削减,以下说法正确选项A粒子先经过 a 点,再经过 b 点B粒子先经过 b 点,再经过 a 点C粒子带负电D粒子带正电可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_答案 Ar【解析】由mvqB 可知,粒子的动能越小,圆周运动的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_半径越小,结合粒子运动轨迹可知,粒子选经过a 点,再经过 b 点,选项 A 正确.依据左手定就可以判定粒子带负电,选项 C 正确.题型三 带电粒子在复合场中的运动例 3、如图甲所示,建立Oxy 坐标系,两平行极板P、Q 垂直于 y 轴且关于 x 轴对称, 极板长度和板间距均为l,第一四象限有磁场,方向垂直于Oxy 平面对里.位于极板左侧的粒子源沿 x 轴间右连接发射质量为m、电量为 +q、速可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_度相同、重力不计的带电粒子在 03t 时间内两板间加上如图乙所示的电压（不考虑极边缘的影响） .已知 t=0 时刻进入两板间的带电粒子恰好在 t 0 时,刻经极板边缘射入磁场.上述 m、q、l、l0、B 为已知量.（不考虑粒子间相互影响及返回板间的情形）v0图甲图乙（1） 求电压 U 的大小.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（2） 求1t02时进入两板间的带电粒子在磁场中做圆周运可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_动的半径.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（3） 何时把两板间的带电粒子在磁场中的运动时间最短？求此最短时间.解析 ：（ 1） t0 时刻进入两极板的带电粒子在电场中做可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_匀变速曲线运动,t 0 时刻刚好从极板边缘射出,在y 轴负可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_方向偏移的距离为1 lEU 02 ,就有l可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_Eqma 01 l1 at 222联立以上三式, 解得两极板间偏转电压为ml 2qtU 020.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_0（2） 1 t 时刻进入两极板的带电粒子,前21 t 时间在电02可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_场中偏转,后1 时间两极板没有电场,带电粒子做匀速t0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_v0直线运动.带电粒子沿x 轴方向的分速度为l t0带电粒子离开电场时沿y 轴负方向的分速度大小为1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_vyat0 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_22可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_带电粒子离开电场时的速度大小为vvxvy 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_设带电粒子离开电场进入磁场做匀速圆周运动的半径为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_R,就有Bvqm v 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2R联立式解得R5ml .2qBt0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_（3）2t0 时刻进入两极板的带电粒子在磁场中运动时间最短. 带电粒 子离开 磁场时沿y 轴 正方 向的 分速 度为'vyat0 ,设带电粒子离开电场时速度方向与y 轴正方可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_向的夹角为,就tanv0 ,联立式解得vy可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_,带电粒子在磁场运动的轨迹图如下列图,圆弧4可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_所对的圆心角为2 ,所求最短时间为2tmin1 T ,4可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_带电粒子在磁场中运动的周期为T2 m,联立以上可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_两式解得tminBqm .2Bq可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_考点：带电粒子在匀强电场、匀强磁场中的运动.可编辑资料 - - - 欢迎下载