高中物理磁场知识点总结+例题
(高中物理)知识全解24磁场的基本性质

高中物理知识全解 2.4 磁场的根本性质注意:左手生力,右手生电生磁。
根底知识:1、磁场:磁体或电流周围存在一种特殊物质,能够传递磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间的相互作用,这种特殊的物质叫磁场。
2、磁场的根本性质:对放入其中的磁极、电流或运动电荷产生力的作用。
3、磁场的产生I、永磁体周围存在磁场。
II、电流周围存在磁场—电流的磁效应注意:结合安培右手定那么及楞次定律判定磁场的方向。
4、磁场决定磁场强度的客观性,磁场强度是由磁场所决定的客观物理量。
【例题】由公式F sinB qυθ=洛可知,在磁场中的同一点〔〕磁场强度B与F洛成正比,与sinqυθ成反比。
无论带电粒子所带电量如何变化,F sinqυθ洛始终不变。
磁场中某点的磁场强度为零,那么带电粒子在该点所受的磁场力一定为零。
如果磁场中有静止的带电粒子,那么该带电粒子不受磁场力。
假设带电粒子在某点不受磁场力,那么说明该点磁场强度为零。
磁场中的运动电荷不一定受磁场力。
答案:BCDF5、磁现象I、磁性:物质具有吸引铁、钴、镍等物质的性质。
II、磁体:具有磁性的物体叫磁体。
【磁体可分为:永磁体〔即硬磁体〕和软磁体两大类】III、磁极:磁体的各局部磁性强弱不同,磁性最强的区域叫磁极。
任何磁铁都有两个磁极,一个叫南极(S极),一个叫北极(N极)。
IV、磁极间的相互作用:同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。
6、电流的磁效应I、电流对小磁针的作用。
奥斯特实验:奥斯特发现,电流能使磁针偏转,如以下列图所示。
II、磁体对通电导线的作用磁体对通电导线产生力的作用,使悬挂在蹄形磁铁两极间的通电导线发生移动。
如以下列图所示。
III、电流和电流间的相互作用相互平行且距离较近的两条导线,当导线中分别通以方向相同的电流时,两导线相互吸引;当导线中通以方向相反的电流时,两导线相互排斥,如以下列图所示。
总结:不仅磁铁能产生磁场,电流也能产生磁场,这个现象称为电流的磁效应。
高中物理竞赛讲义-磁场典型例题解析精选全文完整版
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可编辑修改精选全文完整版磁场典型例题解析一、磁场与安培力的计算【例题1】两根无限长的平行直导线a 、b 相距40cm ,通过电流的大小都是3.0A ,方向相反。
试求位于两根导线之间且在两导线所在平面内的、与a 导线相距10cm 的P 点的磁感强度。
【解说】这是一个关于毕萨定律的简单应用。
解题过程从略。
【答案】大小为×10−6T ,方向在图9-9中垂直纸面向外。
【例题2】半径为R ,通有电流I 的圆形线圈,放在磁感强度大小为B 、方向垂直线圈平面的匀强磁场中,求由于安培力而引起的线圈内张力。
【解说】本题有两种解法。
方法一:隔离一小段弧,对应圆心角θ ,则弧长L = θR 。
因为θ → 0(在图9-10中,为了说明问题,θ被夸大了),弧形导体可视为直导体,其受到的安培力F = BIL ,其两端受到的张力设为T ,则T 的合力ΣT = 2Tsin 2θ再根据平衡方程和极限xxsin lim0x →= 0 ,即可求解T 。
方法二:隔离线圈的一半,根据弯曲导体求安培力的定式和平衡方程即可求解…【答案】BIR 。
〖说明〗如果安培力不是背离圆心而是指向圆心,内张力的方向也随之反向,但大小不会变。
〖学员思考〗如果圆环的电流是由于环上的带正电物质顺时针旋转而成(磁场仍然是进去的),且已知单位长度的电量为λ、环的角速度ω、环的总质量为M ,其它条件不变,再求环的内张力。
〖提示〗此时环的张力由两部分引起:①安培力,②离心力。
前者的计算上面已经得出(此处I = ωπλ•π/2R 2 = ωλR ),T 1 = B ωλR 2 ;后者的计算必须..应用图9-10的思想,只是F 变成了离心力,方程 2T 2 sin 2θ =πθ2M ω2R ,即T 2 =πω2R M 2 。
〖答〗B ωλR 2 + πω2R M 2 。
【例题3】如图9-11所示,半径为R 的圆形线圈共N 匝,处在方向竖直的、磁感强度为B 的匀强磁场中,线圈可绕其水平直径(绝缘)轴OO ′转动。
高中物理第三章(磁场)复习要点及例题解答
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高中物理第三章(磁场)复习要点及例题解答第一部分:磁场的引入及描述一.磁场的引入:1.磁场:在磁极或通电导线周围所存在的一种特殊的物质.2.磁场的基本性质:磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用(对磁极一定有力的作用;对电流只是可能有力的作用,当电流和磁感线平行时不受磁场力作用)。
这一点跟电场的基本性质有不同二.磁场的描述1.磁感应强度:对放入磁场中电流元(IL)的作用力比上电流元的值.即:B=F/IL(定义式)注意:a.此公式的条件是匀强磁场中,且L很小,并且L⊥Bb.此公式为定义式,也就是说空间某点磁感应强度的大小与引入的电流元大小及电流元所受磁场力的大小无关,而仅有磁场本身决定.c.注意我们这里所说的电流元(I L)相当于静电场中的检验电电荷.2.磁感应强度是矢量,其方向就是小磁针N极所指的方向.单位是特斯拉,符号为T,1T=1N/(A∙m)=1kg/(A∙s2)3.磁通量:如果在磁感应强度为B的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面,其面积为S,则定义B与S的乘积为穿过这个面的磁通量,用Φ表示。
Φ是标量,但是有方向(进该面或出该面)。
单位为韦伯,符号为W b。
1W b=1T∙m2=1V∙s=1kg∙m2/(A∙s2)。
可以认为磁通量就是穿过某个面的磁感线条数。
在匀强磁场磁感线垂直于平面的情况下,B=Φ/S,所以磁感应强度又叫磁通密度。
在匀强磁场中,当B与S的夹角为α时,有Φ=BSsinα。
三.磁感线: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。
特点:1.磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向,也就是在该点小磁针静止时N极的指向。
2.磁感线的疏密表示磁场的强弱。
3.磁感线是封闭曲线(和静电场的电场线不同)。
4.在磁铁的外部磁场由N极指向S极,内部则相反.四.要熟记常见的几种磁场的磁感线1.两种磁铁2.通电直导线安培定则(上右图):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。
史上最全高中物理磁场知识点总结
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史上最全⾼中物理磁场知识点总结⼀、磁场磁体是通过磁场对铁钴镍类物质发⽣作⽤的,磁场和电场⼀样,是物质存在的另⼀种形式,是客观存在的。
⼩磁针的指南指北表明地球是⼀个⼤磁体。
磁体周围空间存在磁场;电流周围空间也存在磁场。
电流周围空间存在磁场,电流是⼤量运动电荷形成的,所以运动电荷周围空间也有磁场。
静⽌电荷周围空间没有磁场。
磁场存在于磁体、电流、运动电荷周围的空间。
磁场是物质存在的⼀种形式。
磁场对磁体、电流都有⼒的作⽤。
与⽤检验电荷检验电场存在⼀样,可以⽤⼩磁针来检验磁场的存在。
如图所⽰为证明通电导线周围有磁场存在——奥斯特实验,以及磁场对电流有⼒的作⽤实验。
1.地磁场地球本⾝是⼀个磁体,附近存在的磁场叫地磁场,地磁的南极在地球北极附近,地磁的北极在地球的南极附近。
2.地磁体周围的磁场分布与条形磁铁周围的磁场分布情况相似。
3.指南针放在地球周围的指南针静⽌时能够指南北,就是受到了地磁场作⽤的结果。
4.磁偏⾓地球的地理两极与地磁两极并不重合,磁针并⾮准确地指南或指北,其间有⼀个交⾓,叫地磁偏⾓,简称磁偏⾓。
说明:①地球上不同点的磁偏⾓的数值是不同的。
②磁偏⾓随地球磁极缓慢移动⽽缓慢变化。
③地磁轴和地球⾃转轴的夹⾓约为11°。
⼆、磁场的⽅向在电场中,电场⽅向是⼈们规定的,同理,⼈们也规定了磁场的⽅向。
规定:在磁场中的任意⼀点⼩磁针北极受⼒的⽅向就是那⼀点的磁场⽅向。
确定磁场⽅向的⽅法是:将⼀不受外⼒的⼩磁针放⼊磁场中需测定的位置,当⼩磁针在该位置静⽌时,⼩磁针N极的指向即为该点的磁场⽅向。
磁体磁场:可以利⽤同名磁极相斥,异名磁极相吸的⽅法来判定磁场⽅向。
电流磁场:利⽤安培定则(也叫右⼿螺旋定则)判定磁场⽅向。
三、磁感线在磁场中画出有⽅向的曲线表⽰磁感线。
磁感线特点:(1)磁感线上每⼀点切线⽅向跟该点磁场⽅向相同。
(2)磁感线的疏密反映磁场的强弱,磁感线越密的地⽅表⽰磁场越强,磁感线越疏的地⽅表⽰磁场越弱。
高二物理《磁场》重要知识点整理(有答案)
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物理重要知识点整理——磁场一.基本概念:1.磁场:磁场是存在于磁体、电流和运动电荷周围的一种物质。
磁场的方向:规定磁场中任意一点小磁针N 极受力的方向(或者小磁针静止时N 极的指向)就是那一点的磁场方向。
2.磁感线:磁感线不是真实存在的,是人为画上去的。
曲线的疏密能代表磁场的强弱,磁感线越密的地方磁场越强,磁感线从N 极进来,S 极进去,磁感线都是闭合曲线且磁感线不相交。
.几种典型磁场的磁感线(1)条形磁铁 (2)通电直导线a.安培定则:用右手握住导线,让伸直的大拇指所指的方向跟电流方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。
b.其磁感线是内密外疏的同心圆。
(3)环形电流磁场a.安培定则:让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致,伸直的大拇指的方向就是环形导线中心轴线的磁感线方向。
b.所有磁感线都通过内部,内密外疏(4)通电螺线管a.安培定则: 让右手弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致,伸直的大拇指的方向就是螺线管内部磁场的磁感线方向。
b. 通电螺线管的磁场相当于条形磁铁的磁场。
例1下列说法正确的是( )A .通过某平面的磁感线条数为零,则此平面处的磁感应强度一定为零B .空间各点磁感应强度的方向就是该点磁场方向C .两平行放置的异名磁极间的磁场为匀强磁场D .磁感应强度为零,则通过该处的某面积的磁感线条数不一定为零【解析】 磁感应强度反映磁场的强弱和方向,它的方向就是该处磁场的方向,故B 正确.通过某平面的磁感线条数为零,可能是因为平面与磁感线平行,而磁感应强度可能不为零,故A 错误.只有近距离的两异名磁极间才是匀强磁场,故C 错误.若某处磁感应强度为零,说明该处无磁场,通过该处的某面积的磁感线条数一定为零,故D 错.【答案】 B3.磁通量:磁感应强度B 与面积S 的乘积,叫做穿过这个面的磁通量。
物理意义:表示穿过一个面的磁感线条数。
定义:BS =Φ θco sBS =Φ(θ为B 与S 间的夹角) 例1关于磁通量,下列说法正确的是( )A .磁通量不仅有大小而且有方向,是矢量B .在匀强磁场中,a 线圈面积比b 线圈面积大,则穿过a 线圈的磁通量一定比穿过b 线圈的大C .磁通量大,磁感应强度不一定大D .把某线圈放在磁场中的M 、N 两点,若放在M 处的磁通量比在N 处的大,则M 处的磁感应强度一定比N 处大【解析】 磁通量是标量,大小与B 、S 及放置角度均有关,只有C 项说法完全正确.【答案】 C二.安培力:阻碍物体的相对运动。
高中物理(磁场)理解拓展辅导讲义与典型例题答案解析
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1.磁感应强度B 磁感应强度可以采用如下三种定义方式: (1) B 的方向垂直于正电荷所受最大磁力的方向与电荷运动方向组成的平面,并满足右旋关系,即B v q F ⨯=.当v 垂直于B 时,电荷所受磁力最大(m F ),B 的大小等于单位试探电荷以单位速率运动时所受的最大磁力,即qv F B m /=,如图12-1所示.(2)B 的方向垂直于电流元所受最大磁力的方向与电流元方向组成的平面,并满足右旋关系,即B l Id F d ⨯=.当l d 垂直于B 时,电流元的受磁力最大,B 的大小等于单位电流元所受的最大磁力,即Idl F B m /=,如图12-2所示.(3)B 的方向垂直于线圈所受最大力矩的方向与磁矩方向所组成的平面,并满足右旋关系,即B m M ⨯=,当m 垂直于B 时,线圈所受力矩最大(m M ),B 的大小等于单位磁矩所受的最大力矩,即m M B m /=,如图12-3所示.理解与拓展:⑴ 磁感应强度B 是反映磁场(对运动电荷或电流有作用力)性质的基本量,它的重要性相当于电场中的E .它是一个矢量,一般是空间和时间的函数,磁场中某一点的B ,只依赖于磁场本身在该点的特性.⑵ 上述三种B 的定义都是等效的,方向都与小磁针N 极受力方向相同,大小也是一样的,因为有I d l qv =,l d F M m m '=,l Idld IS m '==,所以m M I d l F qv F B m m m ///===.相应的三个定义式B v q F m ⨯=,B l Id F m ⨯=和B m M m ⨯=也是可以互相推导的.2.磁场中的高斯定理 在磁场中通过任意封闭曲面的磁通量恒为零,即 0=∙=Φ⎰S d B SmF m Bv(a )q 图12-1F mB Id l(b ) 图12-2M Bm(c ) 图12-3理解与拓展:⑴ 同静电场中引入电场线一样,磁场中可以引入磁感应线(B 线),并规定它在某点的切线方向表示该处B 的方向,垂直穿过某点附近单位面积磁感应线的条数为B 的大小.⑵ 高斯定理反映了磁场的无源性.即磁感应线是连续的,在任何地方都不可断,磁场是无源场.假若B 线在某点中断,就一定能作出包围该点但B 通量不为零的闭合面.这是高斯定理所不允许的,场线中断的地方是场源,B 线不中断,说明磁场是无源场,它的本质是认为没有磁荷.⑶ 高斯定理的适用范围:它是由毕奥-萨伐尔定律导出的,它的适用条件也应当是稳恒电流的磁场,进一步的研究指出,高斯定理可以推广到任意非稳恒电流激发的磁场,但这时毕奥-萨伐尔定律不再成立.⑷ 通过某一有限面S 的磁通量可表示为 ⎰⎰=∙=ΦSSm dS B S d B θcos3.毕奥-萨伐尔定律如图12-4所示,电流元l Id 在距它为r的场点P 处产生的磁感应强度B d 为304r rl Id B d⨯=πμ毕奥-萨伐尔定律仅对线电流元的空间适用,即电流通过的横截面的线度远小于其到待求场点的距离,所以不存在0→r 时∞→B d 的困惑。
高中物理电磁学磁场典型例题

(每日一练)高中物理电磁学磁场典型例题单选题1、关于磁感线的描述,下列哪些是正确的()A.磁感线从磁体的N极出发到磁体的S极终止B.自由转动的小磁针放在通电螺线管内部,其N极指向螺线管的南极C.磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向D.通电直导线的磁感线分布是以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组等间距同心圆答案:C解析:A.磁感线在磁铁的外部,由N到S,在内部,由S到N,形成闭合曲线,故A错误;B.螺线管内部磁感线由S极指向N极,小磁针N极所指的方向即为磁场的方向,故小磁针放在通电螺线管内部,其N极指向螺线管的N极即北极,故B错误;C.磁感线的疏密表示磁场的强弱,磁感线切线的方向表示磁场的方向,故C正确;D.通电直导线的磁场距离通电直导线越远则磁场越弱,故以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆越往外越稀疏,不是等间距,故D错误。
故选C。
2、如图所示,在MNQP中有一垂直纸面向里匀强磁场,质量和电荷量都相等的带电粒子a、b、c以不同的速率从O点沿垂直于PQ的方向射入磁场,图中实线是它们的轨迹。
已知O是PQ的中点,不计粒子重力,下列说法中正确的是()A.粒子a带负电,粒子b、c带正电B.粒子c在磁场中运动的时间最长C.粒子a在磁场中运动的周期最小D.射入磁场时粒子a的速率最小答案:B解析:A.根据左手定则可知α粒子带正电,b、c粒子带负电,故A错误;BC.根据Bvq=m4π2r T2T=2πr v可知T=2πm Bq即各粒子的周期一样,粒子c的轨迹对应的圆心角最大,所以粒子c在磁场中运动的时间最长,故B正确,C 错误;D.由洛伦兹力提供向心力Bvq=mv2 r可知v=Bqr m可知b的速率最大,c的速率最小,故D错误。
故选B。
3、如图所示,边长为L的正六边形abcd e f区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B,正六边形中心O处有一粒子源,可在纸面内向各个方向发射不同速率带正电的粒子,已知粒子质量均为m、电荷量均为q,不计粒子重力和粒子间的相互作用,下列说法正确的是()A.可能有粒子从ab边中点处垂直ab边射出B.从a点垂直af离开正六边形区域的粒子在磁场中的运动时间为πm6qBC.垂直cf向上发射的粒子要想离开正六边形区域,速率至少为(2√3−3)qBLmD.要想离开正六边形区域,粒子的速率至少为√3qBL2m答案:C解析:A.若粒子从ab边中点处垂直ab边射出,则圆心一定在在ab边上,设与ab边交点为g,则圆心在Og的中垂线上,而中垂线与ab边平行,不可能相交,故A错误;B.同理做aO垂线出射速度垂线交于f点,即f为圆心,则对于圆心角为60°,所以粒子在磁场中的运动时间为t=1 6 T且T=2πm qB解得t=πm 3qB故B错误;C.垂直cf向上发射的粒子刚好与能离开磁场时,轨迹与边af相切,则由几何关系得L=r+r sin60°由qvB=mv 2r得r=mv qB联立解得v=(2√3−3)qBLm故C正确;D.因为O点距六边形的最近距离为d=Lcos30°=√3 2L即此时对应刚好离开磁场的最小直径,所以最小半径为r=d 2又r=mv qB所以最小速度为v min=√3qBL 4m故D错误。
高考物理电磁学知识点之磁场知识点总复习附答案解析
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高考物理电磁学知识点之磁场知识点总复习附答案解析一、选择题1.如图所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动,当线圈平面转到与磁场方向平行时()A.线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流B.线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势C.线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同,都是a→b→c→dD.线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力2.2019年我国研制出了世界上最大的紧凑型强流质子回旋加速器,该回旋加速器是我国目前自主研制的能量最高的质子回旋加速器。
如图所示为回旋加速器原理示意图,现将两个相同的回旋加速器置于相同的匀强磁场中,接入高频电源。
分别加速氘核和氦核,下列说法正确的是()A.它们在磁场中运动的周期相同B.它们的最大速度不相等C.两次所接高频电源的频率不相同D.仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能3.为了降低潜艇噪音可用电磁推进器替代螺旋桨。
如图为直线通道推进器示意图。
推进器前后表面导电,上下表面绝缘,规格为:a×b×c=0.5m×0.4m×0.3m。
空间内存在由超导励磁线圈产生的匀强磁场,其磁感应强度B=10.0T,方向竖直向下,若在推进器前后方向通以电流I=1.0×103A,方向如图。
则下列判断正确的是()A.推进器对潜艇提供向左的驱动力,大小为4.0×103NB.推进器对潜艇提供向右的驱动力,大小为5.0×103NC.超导励磁线圈中的电流方向为PQNMP方向D .通过改变流过超导励磁线圈或推进器的电流方向可以实现倒行功能4.如图所示,边长为L 的等边三角形导线框用绝缘细线悬挂于天花板,导线框中通一逆时针方向的电流,图中虚线过ab 边中点和ac 边中点,在虚线的下方有一垂直于导线框向里的匀强磁场,此时导线框通电处于静止状态,细线的拉力为F 1;保持其他条件不变,现虚线下方的磁场消失,虚线上方有相同的磁场同时电流强度变为原来一半,此时细线的拉力为F 2 。
高中物理 磁场及其描述 (提纲、例题、练习、解析)
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磁场及其描述【学习目标】1.了解磁现象,理解电流的磁效应及其伟大意义。
2.通过磁的相互作用现象,知道磁场的存在和磁场的基本性质。
3.了解地磁场的分布以及地磁场对地球生命及人类活动的意义。
4.理解磁感线的意义,能够熟练地运用安培定则确定电流的磁场方向。
5.理解磁场的方向;理解磁感应强度的定义、磁通量的定义和计算方法;理解匀强磁场的特点以及在匀强磁场中磁通量的计算。
【要点梳理】【专题课程:磁场及其描述第1节磁现象】要点一、磁现象要点诠释:1.磁性、磁体物质具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。
具有磁性的物体叫磁体。
2.磁极磁体的各部分磁性强弱不同,磁性最强的区域叫磁极。
任何磁体都有两个磁极,一个叫南极(又称S 极),另一个叫北极(又称N极)。
3.磁极间的相互作用同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。
4.磁化、磁性材料变无磁性物体为有磁性物体叫磁化,变有磁性物体为无磁性物体叫退磁。
磁性材料可分为软磁性材料和硬磁性材料。
磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料,不容易去磁的物质叫硬磁性材料。
一般来讲软磁性材料剩磁较小,硬磁性材料剩磁较大。
软磁性材料可应用于需被反复磁化的场合,例如振片磁头、计算机记忆元件、电磁铁等;硬磁性材料可应用于制作永久磁铁。
要点二、电流的磁效应要点诠释:1.电流对小磁针的作用1820年,丹麦物理学家奥斯特发现,导线通电后,其下方与导线平行的小磁针发生偏转,如图所示。
说明:在做奥斯特实验时,为排除地球磁场的影响,小磁针应南北放置,通电导线也应南北放置。
2.磁铁对通电导线的作用如图所示,磁铁会对通电导线产生力的作用,使导体棒偏转。
3.电流和电流间的相互作用如图所示,有互相平行而且距离较近的两条导线,当导线中分别通以方向相同和方向相反的电流时,观察到发生的现象是:同向电流相吸,异向电流相斥。
【专题课程:磁场及其描述第2节:磁场】要点三、磁场要点诠释:1.定义磁体或电流周围存在一种特殊物质,能够传递磁体与磁体、磁体与电流之间、电流与电流之间的相互作用,这种特殊的物质叫磁场。
高中物理磁场知识点总结+例题
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磁场一、基本概念1.磁场的产生⑴磁极周围有磁场。
⑵电流周围有磁场(奥斯特)。
安培提出分子电流假说(又叫磁性起源假说),认为磁极的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产生的。
⑶变化的电场在周围空间产生磁场(麦克斯韦)。
2.磁场的基本性质磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用(对磁极一定有力的作用;对电流可能有力的作用,当电流和磁感线平行时不受磁场力作用)。
3.磁感应强度ILF B(条件是L ⊥B ;在匀强磁场中或ΔL 很小。
)磁感应强度是矢量。
单位是特斯拉,符号为T ,1T=1N/(A ∙m)=1kg/(A ∙s 2)4.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曲线。
磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向,也就是在该点小磁针N 极受磁场力的方向。
磁感线的疏密表示磁场的强弱。
⑵磁感线是封闭曲线(和静电场的电场线不同)。
⑶要熟记常见的几种磁场的磁感线:地磁场的特点:两极的磁感线垂直于地面;赤道上方的磁感线平行于地面;除两极外,磁感线的水平分量总是指向北方;南半球的磁感线的竖直分量向上,北半球的磁感线的竖直分量向下。
⑷电流的磁场方向由安培定则(右手螺旋定则)确定: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。
二、安培力 (磁场对电流的作用力)1.安培力方向的判定 ⑴用左手定则。
⑵用“同向电流相吸,反向电流相斥”(适用于两电流互相平行时)。
⑶可以把条形磁铁等效为长直通电螺线管(不要把长直通电螺线管等效为条形磁铁)。
例1.条形磁铁放在粗糙水平面上,其中点的正上方有一导线,在导线中通有图示方向的电流后,磁铁对水平面的压力将会______(增条形磁铁蹄形磁铁通电环行导线周围磁场通电长直螺线管内部磁场通电直导线周围磁场大、减小还是不变?)。
水平面对磁铁的摩擦力大小为______。
解:本题有多种分析方法。
⑴画出通电导线中电流的磁场中通过两极的那条磁感线(如图中下方的虚线所示),可看出两极受的磁场力的合力竖直向上。
【单元练】高中物理必修3第九章【静电磁场及其应用】知识点总结(1)

一、选择题1.A 、B 两小球分别带9Q 和-3Q 的电荷、固定在光滑的水平面上,如图所示。
现有一电荷量为Q 的带电小球C ,要使小球C 处于静止状态,下面关于小球C 所放位置和电性说法正确的:( )A .小球A 的左侧,小球带可以负电,也可以带正电B .小球B 的右侧,小球带可以负电,也可以带正电C .小球A 和B 之间,靠小球B 近,小球一定带正电D .小球A 和B 之间,靠小球B 近,小球带可以负电,也可以带正电B 解析:B要使C 球受力平衡,根据2Qq F kr = 可知,C 球应距A 球远,距B 球近;但在A 、B 中间位置两球形成的电场方向相同,故无论C 球带正电还是负电都无法平衡;所以C 球应在小球B 的右侧,设A 、B 相距r ,C 球距B 球为L ,则只要满足2239()Qq QqL kk r L =+ 便可平衡,C 小球可以带负电,也可以带正电。
故B 正确ACD 错误。
故选B 。
2.遵义市科技馆有一个法拉第笼(FaradayCage ),它是一个由金属制成的球形状笼子,其笼体与大地连通。
当高压电源通过限流电阻将10万伏直流高压输送给放电杆,放电杆尖端距笼体10厘米时,出现放电火花。
周日15:00限时体验时,体验者进入笼体后关闭笼门,操作员接通电源,用放电杆进行放电演示。
关于法拉第笼下列说法正确的是( )A .法拉第笼上的感应电荷均匀分布在笼体外表面上B .同一带电粒子在法拉第笼外的电势能大于在法拉第笼内部的电势能C .法拉第笼上的感应电荷在笼内产生的电场强度为零D .法拉第笼内部任意两点间的电势差为零D 解析:DA .感应电荷在笼体外的分布是不均匀的,靠近放电杆与远离放电杆处的电荷多,中间位置处的电荷少。
A 错误;B .不知道带电粒子的电性,所以不能判断同一个带电粒子在法拉第笼外的电势能与在法拉第笼内部的电势能的大小关系。
B 错误;C .达到静电平衡状态的导体,内部电场强度处处为零,即感应电荷的附加电场与引起电磁感应的电荷的电场的合场强为0,所以感应电荷在笼内产生的电场强度不能为零。
高二物理磁场经典例题

高二物理磁场经典例题1.一个导线在均匀磁场中受力,磁场方向垂直于导线方向。
如果磁场强度增加,则导线上的安培力的变化情况如何?答案:导线上的安培力将增大。
2.在电流为I的长直导线附近,距离导线d处的磁感应强度为B。
如果将导线的电流加倍,则距离导线d处的磁感应强度如何变化?答案:距离导线d处的磁感应强度也将加倍。
3.一个半径为r的圆形线圈通以电流I,位于均匀磁场中。
求线圈上任意一点的磁感应强度。
答案:线圈上任意一点的磁感应强度为B=μ₀*I/(2*r),其中μ₀为真空中的磁导率。
4.两根平行长直导线,电流分别为I₁和I₂,它们的间距为d。
求两导线之间的相互作用力。
答案:两导线之间的相互作用力为F=μ₀*I₁*I₂/(2*π*d),其中μ₀为真空中的磁导率。
5.一根长直导线通以电流I,与之平行的一段长度为L的导线距离它为d。
求这一段导线受到的安培力。
答案:这一段导线受到的安培力为F=μ₀*I²*L/(2*π*d),其中μ₀为真空中的磁导率。
6.一个充满铜棒的长直螺线管通以电流I,螺线管的半径为R,匝数为N。
求铜棒两端的电势差。
答案:铜棒两端的电势差为ΔV=B*L*v,其中B为磁感应强度,L为铜棒的长度,v 为铜棒在磁场中的速度。
7.一个充满铜棒的长直螺线管通以电流I,螺线管的半径为R,匝数为N。
求铜棒受到的洛伦兹力。
答案:铜棒受到的洛伦兹力为F=B*I*L,其中B为磁感应强度,L为铜棒的长度。
8.一台电动机的转子中有N个线圈,每个线圈的面积为A,总电阻为R。
转子在磁场中以角速度ω旋转。
求电动机输出的电功率。
答案:电动机输出的电功率为P=N*B²*A*ω²*R,其中B为磁感应强度。
9.一个半径为r的螺线管通以电流I,磁场方向与螺线管轴线平行。
求螺线管内部的磁感应强度。
答案:螺线管内部的磁感应强度为B=μ₀*I*N/L,其中μ₀为真空中的磁导率,N为螺线管的匝数,L为螺线管的长度。
高中物理选修3-1磁场知识点及习题49654精编版

一、 磁场 知识要点 1.磁场的产生 ⑴磁极周围有磁场。
⑵电流周围有磁场(奥斯特)。
安培提出分子电流假说(又叫磁性起源假说),认为磁极的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产生的。
(不等于说所有磁场都是由运动电荷产生的。
)⑶变化的电场在周围空间产生磁场(麦克斯韦)。
2.磁场的基本性质磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用(对磁极一定有力的作用;对电流只是可能有力的作用,当电流和磁感线平行时不受磁场力作用)。
这一点应该跟电场的基本性质相比较。
3.磁感应强度 ILFB(条件是匀强磁场中,或ΔL 很小,并且L ⊥B )。
磁感应强度是矢量。
单位是特斯拉,符号为T ,1T=1N/(A ∙m)=1kg/(A ∙s 2) 4.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曲线。
磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向,也就是在该点小磁针静止时N 极的指向。
磁感线的疏密表示磁场的强弱。
⑵磁感线是封闭曲线(和静电场的电场线不同)。
⑶要熟记常见的几种磁场的磁感线: ⑷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。
5.磁通量如果在磁感应强度为B 的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面,其面积为S ,则定义B 与S 的乘积为穿过这个面的磁通量,用Φ表示。
Φ是标量,但是有方向(进该面或出该面)。
单位为韦伯,符号为W b 。
1W b =1T ∙m 2=1V ∙s=1kg ∙m 2/(A ∙s 2)。
可以认为磁通量就是穿过某个面的磁感线条数。
在匀强磁场磁感线垂直于平面的情况下,B =Φ/S ,所以磁感应强度又叫磁通密度。
在匀强磁场中,当B 与S 的夹角为α时,有Φ=BS sin α。
二、安培力(磁场对电流的作用力)知识要点1.安培力方向的判定 ⑴用左手定则。
⑵用“同性相斥,异性相吸”(只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部时)。
高考物理电磁学知识点之磁场知识点总复习附解析(4)

高考物理电磁学知识点之磁场知识点总复习附解析(4)一、选择题1.如图所示,空间某区域存在匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向上(与纸面平行),磁场方向垂直于纸面向里,三个带正电的微粒a 、b 、c 电荷量相等,质量分别为m a 、m b 、m c ,已知在该区域内,a 在纸面内做匀速圆周运动,b 在纸面内向右做匀速直线运动,c 在纸面内向左做匀速直线运动,下列选项正确的是( )A .m a >m b >m cB .m b >m a >m cC .m c >m a >m bD .m c >m b >m a2.如图所示,边长为L 的等边三角形导线框用绝缘细线悬挂于天花板,导线框中通一逆时针方向的电流,图中虚线过ab 边中点和ac 边中点,在虚线的下方有一垂直于导线框向里的匀强磁场,此时导线框通电处于静止状态,细线的拉力为F 1;保持其他条件不变,现虚线下方的磁场消失,虚线上方有相同的磁场同时电流强度变为原来一半,此时细线的拉力为F 2 。
已知重力加速度为g ,则导线框的质量为A .2123F F g +B .212 3F F g -C .21F F g -D .21 F F g+ 3.如图所示,虚线为两磁场的边界,左侧磁场垂直纸面向里,右侧磁场垂直纸面向外,磁感应强度大小均为B 。
一边长为L 、电阻为R 的单匝正方形导体线圈abcd ,水平向右运动到图示位置时,速度大小为v ,则( )A .ab 边受到的安培力向左,cd 边受到的安培力向右B .ab 边受到的安培力向右,cd 边受到的安培力向左C .线圈受到的安培力的大小为222B L v RD.线圈受到的安培力的大小为22 4B L vR4.笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件.当显示屏开启时磁体远离霍尔元件,电脑正常工作:当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件,屏幕熄灭,电脑进入休眠状态.如图所示,一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件,元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子,通入方向向右的电流时,电子的定向移动速度为υ.当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中,于是元件的前、后表面间出现电压U,以此控制屏幕的熄灭.则元件的()A.前表面的电势比后表面的低B.前、后表面间的电压U与υ无关C.前、后表面间的电压U与c成正比D.自由电子受到的洛伦兹力大小为eU a5.如图所示,在半径为R的圆形区域内,有匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直于圆平面(未画出)。
高中物理基础知识及例题(学案) 磁感应强度

第二节磁感应强度[学习目标] 1.理解磁感应强度的概念,知道磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量.会利用磁感应强度定义式计算其大小.2.知道什么是匀强磁场,知道匀强磁场磁感线的特点.3.理解磁通量的概念,会计算磁通量的大小.一、磁感应强度的方向磁感应强度的方向就是磁场方向,也就是小磁针____极受力的方向,即小磁针静止时______极所指的方向.二、磁感应强度的大小1.定义:当通电导线与磁场________时,通电导线所受磁场的作用力F与电流I和导线长度L的________之比,称为磁感应强度.2.定义式:B=________.3.单位:________,简称______,符号是______,1 T=1 N/(A·m).三、匀强磁场1.磁感应强度大小、方向处处______的磁场.2.磁感线特点:匀强磁场的磁感线是间隔______的平行直线.四、磁通量1.定义:匀强磁场中______________和与磁场方向______的平面面积S的乘积.即Φ=BS. 2.单位:国际单位是______,简称韦,符号是______.3.引申:B=__________,表示磁感应强度的大小等于穿过垂直磁场方向的单位面积的磁通量.1.判断下列说法的正误.(1)磁感应强度是矢量,磁感应强度的方向就是磁场的方向.()(2)磁感应强度的方向与小磁针在任何情况下N极受力的方向都相同.()(3)通电导线在磁场中受到的磁场力为零,则说明该处的磁感应强度为零.()(4)磁感应强度的大小与电流成反比,与其受到的磁场力成正比.()(5)穿过某一面积的磁通量为零,该处磁感应强度一定为零.()2.在匀强磁场中,一导线垂直于磁场方向放置,导线长度为0.1 m,导线中电流为5 A,若导线受到的磁场力大小为0.28 N,则磁感应强度大小为________T.一、磁感应强度导学探究在利用如图所示装置进行“探究影响通电导线受力的因素”的实验时,我们更换磁性强弱不同的磁体,按实验步骤完成以下实验探究:保持I与L不变,按磁性从弱到强改换磁体,观察悬线摆动的角度变化,发现磁体磁性越强,悬线摆动的角度越大,表示通电导线受的力越__________________,力F与IL的比值越________________,即B越________________,这表示B能反映磁场的______________.知识深化1.磁感应强度的定义式B=EIL也适用于非匀强磁场,这时L应很短,IL称为“电流元”,相当于静电场中的“试探电荷”.2.磁感应强度是反映磁场强弱的物理量,它是用比值定义法定义的物理量,由磁场自身决定,与是否引入电流元、引入的电流元是否受力及受力大小无关.3.磁感应强度的方向可以有以下几种表述方式:(1)小磁针静止时N极所指的方向,即N极受力的方向.(2)小磁针静止时S极所指的反方向,即S极受力的反方向.(3)磁感应强度的方向就是该点的磁场方向.[深度思考]磁感应强度的定义式B=FIL是否在任何时候都成立,而与导线放置方式无关?例1关于磁感应强度,下列说法中正确的是()A.由B=FIL可知,B与F成正比、与IL成反比B.通电导线放在磁场中的某点,那点就有磁感应强度,如果将通电导线拿走,那点的磁感应强度就为零C.通电导线所受磁场力不为零的地方一定存在磁场,通电导线不受磁场力的地方一定不存在磁场D.磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定,其大小和方向是唯一确定的,与是否放入通电导线无关1.在定义式B=FIL中,通电导线必须垂直于磁场方向放置.因为磁场中某点通电导线受力的大小,除和磁场强弱有关以外,还和导线的方向有关,导线放入磁场中的方向不同,所受磁场力一般不相同.2.B的大小与F、I、L无关:通电导线受力为零的地方,磁感应强度B的大小不一定为零,可能是由于电流方向与B的方向在一条直线上.例2磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线,通过它的电流是2.5 A,导线长1 cm,它受到的磁场力为5.0×10-2 N.求:(1)这个位置的磁感应强度大小;(2)当把通电导线中的电流增大到5 A时,这一位置的磁感应强度大小;二、磁通量导学探究如图所示,一矩形线框从abcd位置移动到a′b′c′d′位置的过程中(线框平行于纸面移动,线框与导线相互绝缘),中间是一条电流向上的通电导线,请思考:(1)导线左边的磁场方向向哪?右边呢?(2)在移动过程中,当线框的一半恰好通过导线时,穿过线框的磁感线条数有何特点?知识深化1.磁通量的计算(1)公式:Φ=BS.适用条件:①匀强磁场;②磁感线与平面垂直.(2)若磁感线与平面不垂直,则Φ=BS cos θ.其中S cos θ为面积S在垂直于磁感线方向上的投影面积S1,如图所示.2.磁通量的正、负(1)磁通量是标量,但有正、负,当磁感线从某一面穿入时,磁通量为正值,则磁感线从此面穿出时磁通量为负值.(2)若磁感线沿相反方向穿过同一平面,且正向磁通量为Φ1,反向磁通量为Φ2,则穿过该平面的磁通量Φ=Φ1-Φ2.3.磁通量的变化量(1)当B不变,有效面积S变化时,ΔΦ=B·ΔS.(B、S相互垂直时)(2)当B变化,S不变时,ΔΦ=ΔB·S.(B、S相互垂直时)(3)B和S同时变化,ΔΦ=Φ2-Φ1.4.磁通量可用穿过某一平面的磁感线条数表示.若有磁感线沿相反方向穿过同一平面,则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和).例3如图所示,线圈平面与水平方向夹角θ=60°,磁感线竖直向下,线圈平面面积S=0.4 m2,匀强磁场磁感应强度B=0.6 T,则:(1)穿过线圈的磁通量Φ为多少?把线圈以cd为轴顺时针转过120°角,则通过线圈磁通量的变化量为多少?(2)若θ=90°,穿过线圈的磁通量为多少?当θ为多大时,穿过线圈的磁通量最大?针对训练如图所示,正方形线圈abcd位于纸面内,边长为L,匝数为N,过ab中点和cd 中点的连线OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上,匀强磁场的磁感应强度为B,穿过线圈的磁通量为Φ,若线圈绕OO′轴转过60°的过程中,磁通量的变化量为ΔΦ,则Φ和ΔΦ的大小分别为()A.BL 22,BL 24B.NBL 22,NBL 24C .BL 2,BL 22D .NBL 2,NBL 22三、磁感应强度矢量的叠加磁感应强度是矢量,当空间存在几个磁体(或电流)时,每一点的磁场等于各个磁体(或电流)在该点产生磁场的矢量和.磁感应强度叠加时遵循平行四边形定则.例4 (2022·广州市高二期末)如图所示,M 、N 和P 是以MN 为直径的半圆弧上的三点,O 为半圆弧的圆心,∠MOP =60°,在M 、N 处各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有大小相等的恒定电流,方向如图所示,这时O 点的磁感应强度大小为B 1.若将N 处长直导线移至P 处,则O 点的磁感应强度大小为B 2,那么B 2与B 1之比为( )A.3∶1B.3∶2 C .1∶1D .1∶2磁场叠加问题的解决思路1.应用安培定则判断各电流在某点分别产生的磁感应强度的方向(过该点磁感线的切线方向,即与点和导线的连线垂直).2.根据平行四边形定则,利用合成法或正交分解法进行合成,求得合磁感应强度. 例5 (2022·茂名市高二期末)如图所示,一根通电直导线垂直放在磁感应强度大小为B =1 T 的匀强磁场中,以导线为中心,R 为半径的圆周上有a 、b 、c 、d 四个点,已知c 点的实际磁感应强度为0,则下列说法正确的是( )A .直导线中电流方向垂直纸面向里B .a 点的磁感应强度为 2 T ,方向向右C .b 点的磁感应强度为 2 T ,方向斜向下,与原匀强磁场方向成45°角D .d 点的磁感应强度为0第二节 磁感应强度探究重点 提升素养 一、 导学探究 大 大 大 强弱[深度思考] 不是.定义式B =F IL 在导线与磁场垂直时才成立,不垂直时,B =FIL 不成立.例1 D [磁感应强度B =FIL 只是定义式,而不是决定式,磁感应强度B 是由磁场本身决定的,与有无通电导线放入其中无关,故A 、B 错误,D 正确;当通电导线平行于磁场方向放置时,通电导线所受到的磁场力为零,而此处的B ≠0,故C 错误.] 例2 (1)2 T (2)2 T解析 (1)由磁感应强度的定义式得 B =FIL = 5.0×10-22.5×1×10-2T =2 T.(2)磁感应强度B 是由磁场本身决定的,和导线的长度L 、电流I 的大小无关,所以该位置的磁感应强度大小还是2 T. 二、 导学探究(1)导线左边的磁场方向垂直纸面向外,右边的磁场方向垂直纸面向里.(2)当线框的一半恰好通过导线时,穿过线框垂直纸面向外的磁感线条数与垂直纸面向里的磁感线条数相同. 例3 (1)0.12 Wb 0.36 Wb (2)0 0 解析 (1)线圈在垂直磁场方向上的投影面积 S ⊥=S cos 60°=0.4×12m 2=0.2 m 2穿过线圈的磁通量Φ1=BS ⊥=0.6×0.2 Wb =0.12 Wb.线圈以cd 为轴顺时针方向转过120°角后变为与磁场垂直,但由于此时磁感线从线圈平面穿入的方向与原来相反,故此时通过线圈的磁通量Φ2=-BS =-0.6×0.4 Wb =-0.24 Wb. 故磁通量的变化量ΔΦ=|Φ2-Φ1|=|-0.24-0.12| Wb =0.36 Wb.(2)当θ=90°时,线圈在垂直磁场方向上的投影面积S ⊥′=0,据Φ=BS ⊥知,此时穿过线圈的磁通量为零.当θ=0时,线圈平面与磁场垂直,此时S ⊥″=S ,穿过线圈的磁通量最大. 针对训练 A [在题图所示位置,穿过线圈的磁通量Φ=BS =BL 22,当线圈绕OO ′轴转过60°时,穿过线圈的磁通量为Φ1=BS cos 60°=BL 24,则此过程中磁通量的变化量大小为ΔΦ=|Φ1-Φ|=|BL 24-BL 22|=BL 24,则Φ和ΔΦ的大小分别为BL 22、BL 24,选项A 正确.]例4 D [根据右手定则可知,导线在M 和N 处时,每根导线在O 点产生的磁感应强度为B 12,方向竖直向下;根据右手定则可知,将N 处长直导线移至P 处时,N 在O 点的场强斜向左上方,与竖直方向的角度为60°,M 在O 点的场强竖直向下,则O 点合磁感应强度大小为 B 2=2×B 12×cos 120°2=B 12,则B 2与B 1之比为1∶2.故选D.]例5 C [由c 点磁感应强度为0可得,电流在c 点产生的磁场的磁感应强度大小B ′=B =1 T ,方向水平向左,由安培定则可知导线中电流方向垂直纸面向外,电流在a 、b 、d 各点产生的磁场方向分别为向右、向下、向上,且磁感应强度大小均为1 T ,故对于a 点,B a =2 T ,对于b 点,B b = 2 T ,方向斜向右下方,与匀强磁场方向成45°角,对于d 点,B d = 2 T ,方向斜向右上方,与匀强磁场方向成45°角,故C 正确,A 、B 、D 错误.]。
(完整版)高中物理电磁感应经典例题总结

1. 如图,金属棒ab 置于水平放置的 U 形光滑导轨上,在ef 右侧存在有界匀强磁 场B ,磁场方向垂直导轨平面向下, 在ef 左侧的无磁场区域 cdef 内有一半径很小的金属圆环L ,圆环与导轨在同一平面内。
当金属棒ab 在水平恒力F 作用下从磁场左边界ef 处由静止开始向右运动后,圆环 L 有 _______________ (填收缩、扩 张)趋势,圆环内产生的感应电流 __________________ (填变大、变小、不变) 答案:收缩,变小解析:由于金属棒ab 在恒力F 的作用下向右运动,则 abcd 回路中产生逆时针方向的感应电流,则在圆环处产 生垂直于只面向外的磁场,随着金属棒向右加速运动,圆环的磁通量将增大,依据楞次定律可知,圆环将有收 缩的趋势以阻碍圆环的磁通量将增大; 又由于金属棒向右运动的加速度减小, 单位时间内磁通量的变化率减小,所以在圆环中产生的感应电流不断减小。
2.如图所示,固定位置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d ,其右端接有阻值为 R 的电阻,整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中。
一质量为 m (质量分布均匀)的导体杆 ab 垂直于导轨放 置,且与两导轨保持良好接触,杆与导轨之间的动摩擦因数为u 。
现杆在水平向左、垂直于杆的恒力 F 作用下从静止开始沿导轨运动距离 L 时,速度恰好达到最大(运动过程中杆始终与导轨保持垂直) 。
设杆接入电路的电阻为r ,导轨电阻不计,重力加速度大小为g 。
则此过程aF 1C.恒力F 做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量 D •恒力F 做的功与安倍力做的功之和大于杆动能的变化量q-BdL ,B 对;在棒从开始到达到最大速度的过程中由动能定理有:R r R r R r W FW f W 安E K ,其中W f mg ,W 安 Q ,恒力F 做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量与回路产生的焦耳热之和, C 错;恒力F 做的功与安倍力做的功之和等于于杆动能的变化量与克服摩擦力 做的功之和,D 对。
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磁场一、基本概念1.磁场的产生⑴磁极周围有磁场。
⑵电流周围有磁场(奥斯特)。
安培提出分子电流假说(又叫磁性起源假说),认为磁极的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产生的。
⑶变化的电场在周围空间产生磁场(麦克斯韦)。
2.磁场的基本性质磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用(对磁极一定有力的作用;对电流可能有力的作用,当电流和磁感线平行时不受磁场力作用)。
3.磁感应强度ILFB(条件是L ⊥B ;在匀强磁场中或ΔL 很小。
) 磁感应强度是矢量。
单位是特斯拉,符号为T ,1T=1N/(A m)=1kg/(A s 2) 4.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曲线。
磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向,也就是在该点小磁针N 极受磁场力的方向。
磁感线的疏密表示磁场的强弱。
⑵磁感线是封闭曲线(和静电场的电场线不同)。
⑶要熟记常见的几种磁场的磁感线:地磁场的特点:两极的磁感线垂直于地面;赤道上方的磁感线平行于地面;除两极外,磁感线的水平分量总是指向北方;南半球的磁感线的竖直分量向上,北半球的磁感线的竖直分量向下。
+ NS地球磁场条形磁铁蹄形磁铁通电环行导线周围磁场通电长直螺线管内部磁场通电直导线周围磁场⑷电流的磁场方向由安培定则(右手螺旋定则)确定: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。
二、安培力 (磁场对电流的作用力)1.安培力方向的判定 ⑴用左手定则。
⑵用“同向电流相吸,反向电流相斥”(适用于两电流互相平行时)。
⑶可以把条形磁铁等效为长直通电螺线管(不要把长直通电螺线管等效为条形磁铁)。
例1.条形磁铁放在粗糙水平面上,其中点的正上方有一导线,在导线中通有图示方向的电流后,磁铁对水平面的压力将会______(增大、减小还是不变)。
水平面对磁铁的摩擦力大小为______。
解:本题有多种分析方法。
⑴画出通电导线中电流的磁场中通过两极的那条磁感线(如图中下方的虚线所示),可看出两极受的磁场力的合力竖直向上。
磁铁对水平面的压力减小,但不受摩擦力。
⑵画出条形磁铁的磁感线中通过通电导线的那一条(如图中上方的虚线所示),可看出导线受到的安培力竖直向下,因此条形磁铁受的反作用力竖直向上。
⑶把条形磁铁等效为通电螺线管,上方的电流是向里的,与通电导线中的电流是同向电流,所以互相吸引。
例2.电视机显象管的偏转线圈示意图如右,即时电流方向如图所示。
该时刻由里向外射出的电子流将向哪个方向偏转解:画出偏转线圈内侧的电流,是左半线圈靠电子流的一侧为向里,右半线圈靠电子流的一侧为向外。
电子流的等效电流方向是向里的,根据“同向电流互相吸引,反向电流互相排斥”,可判定电子流向左偏转。
F 22.安培力大小的计算F =BLI sin α(α为B 、L 间的夹角)高中要求会计算α=0(不受安培力)和α=90º两种情况。
例3.如图所示,光滑导轨与水平面成α角,导轨宽L 。
金属杆长也为L ,质量为m ,水平放在导轨上。
匀强磁场磁感应强度为B ,方向与金属杆垂直。
当回路总电流为I 时,金属杆正好能静止。
求:B 至少多大这时B 的方向如何解:画出截面图如右。
导轨的重力G 和安培力F 的合力与弹力平衡,因此重力和安培力的合力方向必须垂直于导轨平面向下。
由三角形定则可知,只有当安培力方向沿导轨平面向上时需要的安培力F=BIL 才最小,B 也最小。
根据左手定则,这时B 应垂直于导轨平面向上,大小满足:BIL =mg sin α,B =mg sin α/IL 。
解这类题时必须画出截面图,才能使所要研究的各力画在同一平面上,从而弄清各力的大小和方向间的关系。
例4.如图所示,质量为m 的铜棒搭在U 形导线框右端,棒长和框宽均为L ,磁感应强度为B 的匀强磁场方向竖直向下。
电键闭合后,在磁场力作用下铜棒被平抛出去,下落h 后落在水平面上,水平位移为s 。
求闭合电键后通过铜棒的电荷量Q 。
解:闭合电键后的极短时间内,铜棒受安培力向右的冲量F Δt =mv 0而被平抛出去,其中F =BIL ,而瞬时电流和时间的乘积等于电荷量Q =I Δt ,由平抛规律可算铜棒离开导线框时的初速度h g st s v 20==,最终可得hgBL ms Q 2=。
本题得出的一个重要方法是:利用安培力的冲量可以求电量:Ft =BIL t=BL Q 。
即使通电过程电流不恒定,这个结论仍然是正确的。
练习1. 如图所示,可以自由移动的竖直导线中通有向下的电流,不计通电导线的重力,仅在磁场力作用下,导线将如何移动解:先画出导线所在处的磁感线,上下两部分导线所受安培力的方向相反,使导线从左向右看顺时针转动;同时又受到竖直向上的磁场的作用而向右移动(不要说成先转90°后平移)。
分析的αα hs BαBGFS NI关键是画出相关的磁感线。
三、洛伦兹力1.洛伦兹力的大小运动电荷在磁场中受到的磁场力叫洛伦兹力,它可以看做是安培力的微观表现。
计算公式的推导:如图所示,整个导线受到的磁场力(安培力)为F 安=BIL ;其中I=nesv ;设导线中共有N 个自由电子N=nsL ;每个电子受的磁场力为f ,则F 安=Nf 。
由以上四式得f=qvB 。
条件是v 与B 垂直。
(v 与B 平行时洛伦兹力为零。
)2.洛伦兹力的方向在用左手定则时,四指必须指电流方向(不是速度方向),即正电荷定向移动的方向;对负电荷,四指应指负电荷定向移动方向的反方向。
例5.磁流体发电机原理图如右。
等离子体高速从两板间由左向右喷射,两极板间有如图方向的匀强磁场。
该发电机哪个极板为正极两板间最大电压为多少解:由左手定则,正、负离子受的洛伦兹力分别向上、向下。
所以上极板为正。
正、负极板间将产生电场。
当刚进入的正负离子受的洛伦兹力与电场力等值反向时,达到最大电压:qvB q dU =⋅,U=Bdv 。
当外电路断开时,这就是电动势E 。
当外电路接通时,极板上的电荷量减小,板间场强减小,洛伦兹力将大于电场力,进入的正负离子将继续发生偏转。
这时电动势仍是E=Bdv ,但路端电压将小于Bdv 。
本题的重要结论有:⑴正负离子速度方向相同时,在同一磁场中受洛伦兹力方向相反; ⑵在v 恒定的条件下,无论外电路是否接通,电动势Bdv 保持不变; ⑶带电粒子在磁场中偏转聚集在极板上后,将新产生的电场。
例6.半导体靠自由电子(带负电)和空穴(相当于带正电的粒子)导电,分为p 型和n 型两种。
p 型半导体中空穴为多数载流子;n 型半导体中自由电子为多数载流子。
用实验可以判定半导体材料的类型:如图将材料放在匀强磁场中,通以向右的电流I ,比较上下两个表面的电势高低,若上极板电势高,就是p 型半导体;若下极板电势高,就是n 型半导体。
试分析原理。
解:分别判定空穴和自由电子所受的洛伦兹力的方向,由于四指指电流方向,都向右,所以洛伦兹力方向都向上,它们都将向上偏转。
p 型半导体中空穴多,上极板的电势高;n 型半导体中自由电子多,上极板电势低。
因此可以判定半导体材料的类型。
本题的重要结论有:电流方向相同时,正、负离子在同一个磁场中的所受的洛伦兹力方向相同,偏转方向也相同。
3.洛伦兹力的应用带电粒子在匀强磁场中仅受洛伦兹力而做匀速圆周运动时,洛伦兹力充当向心力,因此有:r mv qvB 2=,由此可以推导出该圆周运动的半径公式和周期公式:Bqm T Bq mv r π2,==。
例7.如图直线MN 上方有磁感应强度为B 的匀强磁场。
正、负电子同时从同一点O 以与MN 成30º角的同样速度v 射入磁场(电子质量为m ,电荷为e ),它们从磁场中射出时相距多远射出的时间差是多少(不考虑正、负电子间的相互作用)解:正负电子的半径和周期是相同的。
只是偏转方向相反。
先确定圆心,画出半径,由对称性知:射入、射出点和圆心恰好组成正三角形。
所以两个射出点相距2r ,由图还看出经历时间相差2T /3。
由r mv evB 2=得轨道半径r 和周期T 分别为Bem T Be mv r π2,==,因此两个射出点相距Bemv s 2=,时间差为Bqmt 34π=∆解题关键是画好示意图,特别注意找圆心、找半径和用对称。
4.带电粒子在匀强磁场中的偏转⑴穿过矩形磁场区。
要画好辅助线(半径、速度及延长线)。
穿越过程的偏O ´转角由sin θ=L /R 求出。
侧移由R 2=L 2-(R-y )2解出。
经历时间由Bqm t θ=得出。
注意:这里射出速度的反向延长线与初速度延长线的交点不是宽度线段的中点,这点与带电粒子在匀强电场中的偏转结论不同!⑵穿过圆形磁场区。
画好辅助线(半径、速度、轨迹圆的圆心、连心线)。
偏角可由Rr=2tan θ求出。
经历时间由Bqm t θ=得出。
注意:由对称性,正对圆心射入的例子必然背离圆心射出。
例8.一个质量为m 电荷量为q 的带电粒子从x 轴上的P (a ,0)点以速度v ,沿与x 正方向成60º的方向射入第一象限内的匀强磁场中,并恰好垂直于y 轴射出第一象限。
求匀强磁场的磁感应强度B 和射出点S 的坐标。
解:射出点对应的半径在y 轴上,因此其圆心一定在y 轴上,从几何关系知半径是o 30cos a r =,由r mv qvB 2=得qB mv r =,因此aqmv B 23=。
射出点S 到原点O 的距离是,坐标为(0,a 3)。
四、带电粒子在混合场中的运动1.空间同时存在正交的匀强电场和匀强磁场正交的匀强磁场和匀强电场组成“速度选择器”。
带电粒子(不计重力)必须以唯一确定的速度(包括大小、方向)才能匀速(或者说沿直线)通过速度选择器。
否则将发生偏转。
这个速度的大小可以由洛伦兹力和电场力的平衡得出:qvB=Eq ,BEv =。
在本图中,速度方向必须向右。
⑴这个结论与带电粒子的电性、电量都无关。
⑵若入射速度小于该速度,电场力将大于洛伦兹力,粒子向电场力方向偏转,穿越混合场过程电场力做正功,动能增大,洛伦兹力也增大,粒子的轨迹是一条复杂曲线;若入射速度大于该速度,粒子将向洛伦兹力方向偏转,穿越混合场过程电场力将做负功,动能减小,洛伦兹力也减小,轨迹也是一条复杂曲线。
xP例9.某带电粒子从图中速度选择器左端由中点O 以垂直于电场和磁场的速度v 0向右射去,从右端中心a 下方的b 点以速度v 1射出;若增大磁感应强度B ,该粒子将打到a 点上方的c 点,且有ac =ab ,则该粒子带______电;第二次射出时的速度为_______。
解:B 增大后向上偏,说明洛伦兹力向上,所以为带正电。
由于洛伦兹力总不做功,所以两次都是只有电场力做功,第一次为正功,第二次为负功,但功的绝对值相同,因此212022********,21212121v v v mv mv mv mv -=∴-=- 2.带电粒子分别通过匀强电场和匀强磁场例10.如图所示,一个带电粒子两次以同样的垂直于场线的初速度v 0分别穿越匀强电场区和匀强磁场区, 场区的宽度均为L ,偏转角均为α,求E ∶B解:分别利用带电粒子的偏角公式。