高中物理磁场知识点总结.doc

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一、磁场及其描述
磁现象::物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性。
: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,无论怎么分
割,磁极总是成对出现,不存在磁单极。
:同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。
:使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫做磁化。
电流的磁效应(电生磁):通电导体的周围有磁场,它能使放在导体周围的小磁针发生偏转,且磁场的方向跟
电流的方向有关,这种现象叫做电流的磁效应。
奥思特实验:导线通电后,其下方与导线平行的小磁针会发生偏转。
奥思特实验的意义:第一个揭示了电与磁之间是有联系的。
磁场
(1)磁场:磁体、电流和运动电荷周围存在的一种物质,
磁场的基本性质:对放入其中的磁体有力的作用。磁体对磁体的作用,磁铁对通电导线的作用以及电流和
电流之间的相互作用都是通过磁场来实现的,所有磁现象都起源于电荷运动。
磁场的方向:规定在磁场中任一点小磁针北极受力的方向,亦即小磁针静止时的北极所指的方向;
磁场方向也和磁感应强度方向、磁感线在该处的切线方向一致。
磁感线
(1)磁感线:为了形象的研究磁场而引入的一束假想曲线,并不客观存在,但有实验基础。
(2)磁感线特点:
①磁感线的疏密程度能定性的反映磁场的强弱分布。
②磁感线上任一点的切线方向反映该点的磁场方向。
ƒ磁感线是不相交的闭合曲线。磁铁外部的磁感线,都从磁铁N极出来,进入S极,在内部,由S极到
N极,磁感线是闭合曲线;磁感线不相交.
几种常见的磁场的磁感线
①直线电流的磁场:同心圆、非匀强、距导线越远处磁场越弱.
②通电螺线管的磁场:两端分别是N极和S极,管内可看作匀强磁场,管外是非匀强磁场.
③环形电流的磁场:两侧是N极和S极,离圆环中心越远,磁场越弱.
④匀强磁场:磁感应强度大小处处相等、、方向相同的平行直线.
(1)条形磁铁磁感线:见图8-1-1,外部从N极出发,进入S极;中间位置与磁感线切线与条形磁铁平行。
蹄形磁铁磁感线:见图8-1-2,外部从N极出发,进入S极。
(2)直线电流的磁感线:见图8-1-3,磁感线是一簇以导线为轴心的同心圆,其方向由安培定则来判定,右手握住通电导线,伸直的大拇指指向电流的方向,弯曲的四指所指的方向就是磁感线方向,离通电导线越远的地方,磁场越弱。
(3)通电螺旋管的磁感线:见图8-1-4,与条形磁铁相似,有N、S极,方向可由安培定则判定,即用右手握住螺旋管,让弯曲的四指指电流的方向,伸直的大拇指的方向就是螺旋管的N极(即螺旋管的中心轴线的磁感线方向)。
(4)环形电流的磁感线:可以视为单匝螺旋管,判定方法与螺旋管相同;也可以视为通电直导线的情况。
(5)地磁场的磁感线:地磁场的N极在地球南极附近,S极在地球北极附近,磁感线分布如图8-1-6所示。
(6)匀强磁场的磁感线:磁感应强度大小和方向处处相同的磁场,匀强磁场的磁感线是分布均匀的、方向相同的平行线。如图8-1-7所示。
:
(1)磁感应强度是用来表示磁场强弱和方向的物理量,反映磁场的特有性质,是某一磁场的固有属性。在磁场中垂直于磁场方向的通电导线,受到的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值,叫做通电导线所在处的磁感应强度,用符号B表示,即,磁感应强度的单位为特斯拉。国际符号T。1T=1N/(A·m).
(2)磁感应强度B是矢量。磁场中某点的磁感应强度方向是该点的磁场方向,即通过该点的磁感线的切线方向;磁感应强度的大小由磁场本身决定,与放入磁场中的电流无关。理解:磁场中某位置的磁感应强度的大小及方向是客观存在的,与放入的电流强度I的大小、导线的长短L的大小无关,与电流受到的力也无关,即使不放入载流导体,它的磁感应强度也照样存在,因此不能说B与F成正比,或B与IL成反比.
注意:磁场方向、磁感应强度方向、小磁针静止时北极指向以及磁感线切线方向的关系:它们的方向是一致的,只要知道其中一个方向,就等于知道了其它三个方向,只是前两个方向比较抽象,后两个方向比较形象直观。也就是说,这四种表述其实就是指磁场方向。
磁感应强度B是矢量,遵守矢量分解合成的平行四边形定则,注意磁感应强度的方向就是该处的磁场方向,并不是在该处的电流的受力方向.
地磁场:地球的磁场与条形磁体的磁场相似,其主要特点有三个:
(1)地磁场的N极在地球南极附近,S极在地球北极附近.
(2)地磁场B的水平分量(Bx)总是从地球南极指向北极,而竖直分量(By)则南北相反,在南半球垂直地
面向上,在北半球垂直地面向下.
(3)在赤道平面上,距离地球表面相等的各点,磁感强度相等,且方向水平向北.
【例】以下说法正确的是:(D)
,磁感应强度B与一小段通电直导线受到的磁场力F成正比

,该处的磁感应强度一定为零
,一小段通电直导线在该处一定不受磁场力
拓展
如图8-1-10所示是磁场中某区域的磁感线的分布情况,则下列判断正确的是(A)
、b两处的磁感强度大小不等,Ba>Bb
、b两处的磁感强度大小不等,Ba<Bb
。
。
二、磁场对电流的作用
——磁场对电流的作用力
(1)安培力的大小
当B、I、L两两相互垂直时,F=BIL;当B与I平行时F=0;当B与I成θ角时,则F=BILsinθ。
注意:①适用于任何磁场;但只有匀强磁场才能直接相乘
②L应为有效长度,即图中两端点连线的长度(如图8-2-1所示),相应的电流方向沿L由始端流向末端。因为任意形状的闭合线圈,其有效长度为零,所以通电以后在匀强磁场中,受到的安培力的矢量和为零。
安培力的方向用左手定则判定:伸开左手,使拇指与其余四指垂直,并且都跟手掌在一个平面内,把手
放入磁场中,让磁感线垂直穿过手心,并使四指指向电流方向,那么,大拇指所指的方向就是通电导线在
磁场中所受的安培力的方向,安培力的方向与B和I所决定的平面垂直。
安培力做功与路径有关,绕闭合回路一周,安培力做的功可以为正,可以为负,也可以为零,而不像重力
和电场力那样做功总为零.
重点:安培力作用下物体运动方向判断的方法:
电流元分析法:把整段电流等分为很多段直线电流元,先用左手定则判断出小段电流元受到的安培力的方
向,再判断整段电流所受的安培力的合力方向,从而确定导体的运动方向。
:把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力的方向,从而确定运动方向。
:环形电流和通电螺旋管都可以等效成条形磁铁;条形磁铁也可以等效成环形电流或通电螺旋
管;螺旋管也可以等效成多匝环形电流来分析。
推论分析法:①两电流相互平行时无转动趋势,同向电流相互吸引,异向电流相互排斥;
②两电流不平行时,有转到相互平行且方向相同的趋势。
转换研究对象法:定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势问题,可先分析电流在磁体磁场中所
受安培力,然后用牛顿第三定律,确定磁体所受的电流磁场的作用力,从而确定磁体所受合力及运动方向。
【例1】一个可以自由移动的线圈L1和一个固定的先圈上L2相互绝缘垂直放置。且两个线圈的中心重合,当两个线圈通以如图8-5-1所示的电流时,从左往右看,线圈L1将(B)

【解析】方法一:利用结论法:环形电流L1、L2之间不平行,则必发生相对转动,直到两平行电流通向平行为止,据此可得L1的转动方向应是:从左向右看,线圈L1顺时针转动。
方法二:等效分析法:把线圈L1等效为小磁针,小磁针刚好处于线圈L2的中心,小磁针最后静止时,其N极必指向电流I2的磁场方向,由安培定则可知I2产生的磁场方向在其中心竖直向上,而L1等效成小磁针以后,转动前N极指向纸内,因此应有纸内转为向上,所以从左往右看,线圈L1顺时针转动。
方法三:直线电流元分析法:把线圈L1沿转动轴分为上下两部分,每一部分又可以看成无数直线电流元,电流元处在L2产生的磁场中,据安培定则可知各电流元所在处磁场方向向上,由左手定则可得,上部电流元所受安培力均指向纸外,下部电流元均指向纸内,因此从左向右看,线圈L1顺时针转动。
【点拨】此类题的求解不止一种方法,应采用最方便最直观的方法为好。本质上是受力问题,怎么运动就是要分析什么方向的受力,首先分析好L2的磁场,再根据左手定则判断线圈L1所受的安培力。
〔例2〕:如图8-2-4所示,用细橡皮筋悬吊一轻质线圈,置于一固定直导线上方,两者在同一竖直平面内,线圈可以自由运动。当给两者通以图示电流时,线圈将()
,,两者仍在同一竖直平面内
,同时旋转90°,同时旋转90°角
【解析】考虑到直线电流的磁场与距离有关,即远离导线处的磁场较弱。把圆环电流分成若干小段直线电流(电流元法),各段所受的安培力均有水平分力和竖直分力,由对称性可知各力水平方向的分量相互抵消,而竖直方向的分量由于靠近电流I1处的磁场强,故合作用力为竖直向下,所以线圈将靠近直导线,且两者仍在同一竖直平面内,正确答案为A。
〔例3〕在同一平面内有两根平行的通电导线a与b(图1),[AD]
,,互相排斥
,,互相排斥
〔分析〕设两导线中都通以向上的同向电流.
根据安培定则,导线a中的电流产生的磁场,,由左手定则可判知,在纸面内向左.
同理,导线b中的电流产生的磁场在其左侧都垂直纸面向外,,两导线互相吸引(图2).
若其中b导线的电流反向(即两导线中通以反向电流),则a导线的右边垂直纸面向内的磁场对b导线的作用力F′ab的方向在纸面内向右;同理b导线的左边垂直纸面向内的磁场对a导线的作用力F′,两导线互相排斥.(图3)
〔说明〕由上述分析可知,
三、带电粒子在磁场中的运动
:运动电荷在磁场中受到的磁场力叫洛伦兹力。
注意:通电导线在磁场中受到的安培力是在导线中定向移动的电荷受到的洛伦兹力的合力的表现。
(1)大小:当v∥B时,F=0;当v⊥B时,F=qvB。
(2)方向:用左手定则判定,其中四指指向正电荷运动方向(或负电荷运动的反方向),拇指所指的方向是正电
荷受力的方向。洛伦兹力垂直于磁感应强度与速度决定的平面。因为洛伦兹力始终垂直于v的方向,所以
洛伦兹力一定不做功.
洛伦兹力与安培力的关系:洛伦兹力是安培力的微观实质(微观解释),安培力是洛伦兹力的宏观表现.
所以洛伦兹力的方向与安培力的方向一样也由左手定则判定.
(不计粒子的重力)
(1)若v∥B,带电粒子做平行于磁感线的匀速直线运动。
(2)若v⊥B,带电粒子在垂直于磁场方向的平面内以入射速度v做匀速圆周运动。洛伦兹力提供带电粒子做圆
周运动所需的向心力,由牛顿第二定律,得带电粒子运动的轨道半径,运动的周期
为:。角速度:。(重点公式,务必记住!!!)

(1)受力特点:带电粒子在匀强电场中,无论带电粒子静止还是运动,均受到电场力作用,且F=qE;带电粒
子在匀强磁场中,只有与磁场方向垂直的方向上有速度分量,才受洛伦兹力,且F=qvB⊥,当粒子静止或平
行于磁场方向运动时,不受洛伦兹力作用。
运动特点:带电粒子在匀强电场中,仅受电场力作用时,一定做匀变速运动,轨迹可以是直线,也可以是
曲线。带电粒子在匀强磁场中,可以不受洛伦兹力,因此可以处于静止状态或匀速直线运动状态。当带电
粒子垂直于磁场方向进入匀强磁场中,带电粒子做匀速圆周运动。
做功特点:带电粒子在匀强电场中运动时,电场力一般对电荷做功W=qU。但带电粒子在匀强磁场中运动
时,洛伦兹力对运动电荷不做功。
本章涉及的主要知识内容包括:
1、四个基本概念:磁感应强度、磁感线、安培力、洛伦兹力;
2、两个基本定律:安培定则(右手定则)、左手定则;
3、两类运动规律,通电导体受安培力的运动规律、带电粒子受洛伦兹力的运动规律。
解决本章的问题仍然遵从以往所学的规律,只是在力的种类中增加了安培力和洛伦兹力,所以掌握好这两个力的特点,运用以往所学的规律是解决本章有关问题的前提和关键。
速度选择器;质谱仪;磁流体发电机;
电磁流量计;回旋加速器
科学技术中的应用:
磁场
磁场对运动
电荷的作用
带电粒子在复合场中的运动
方向:左手定则
大小:F=qvB
洛伦兹力
带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动
磁场
概念
定义
基本特性:对放入的磁极或电流有力的作用
方向:小磁针N极直向(安培定则)
描述:磁感应强度;磁感线
方向:左手定则
大小:F=BIL
安培力
磁场对电流的作用:
通电导线在磁场中的力学问题
本
章
框
架
几个重点归纳:
一、确定带电粒子的带电性质和在磁场中的运动轨迹。
确定带电粒子在磁场中运动的轨迹和电性,关键在于确定磁场的方向或粒子运动的轨迹偏转方向,同时要注意带电粒子的电性,然后根据左手定则判定。判定时要注意轨迹的曲率半径的变化,以确定其运动方向。
【例1】如图8-3-1所示,在阴极射线管的正下方平行放置一根通有强直流电流的长直导线,且电流的方向水平向右,则阴极射线将会()

【解析】研究对象为电子,带负电,一般不计重力,所以偏转方向只与洛伦兹力的方向有关,根据左手定则(注意带负电)判断,所受的洛伦兹力方向向上。所以A选项正确。
【点拨】首先分析阴极射线管所在位置的磁场方向,注意运动电荷为负电荷时所受洛仑兹力的判断。
拓展练习:一个带电粒子,沿垂直于磁场方向射入一匀强磁场,粒子的径迹如图8-3-2所示,径迹上的每一段都可以看做圆弧,由于带电粒子使沿途的空气电离,粒子的能量逐渐减小(带电量不变),从图中的情况可以确定(B)
,,带正电
,,带负电
二、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动问题:带电粒子在匀强磁场中的圆周运动是高中物理的难点,也是高考的热点。解这类问题既要用到高中物理的洛伦兹力、圆周运动的知识,又要用到数学上的几何知识。带电粒子在匀强磁场中的运动问题的分析思路归纳如下:
。
根据洛伦兹力F始终与速度v方向垂直这一特点,画出粒子运动轨迹上任两点(一般为粒子入射和出射时的
两点)的洛伦兹力的方向(即垂直于这两点的速度方向),其延长线的交点即为圆心。
。一方面可以由公式R=求得;另一方面也可以通过几何关系求得。
。利用圆心角与弦切角的关系或四边形的内角和计算出圆心角,再利用周期公式求出相应的时间。
有关注意问题:
①注意圆周运动的对称的规律。如从同一边界射入磁场,又从同一边界射出,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。
②临界值(或极值)问题:刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子是磁场中运动的轨迹与边界相切;当速度一定时,弧长(弦长)越长,则所对应的圆心角越大,带电粒子在磁场中的运动时间也就越长。