高中物理選修3-1《磁場》全章完美總結(jié)=-

1、-=高中物理選修3-1磁場全章完美總結(jié)=-磁場基本性質(zhì)基礎(chǔ)知識 一、磁場1、磁場：磁場是存在于磁體、運(yùn)動電荷周圍的一種物質(zhì)它的基本特性是：對處于其中的磁體、電流、運(yùn)動電荷有力的作用2、磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：所有的磁現(xiàn)象都可歸結(jié)為運(yùn)動電荷之間通過磁場而發(fā)生的相互作用二、磁感線為了描述磁場的強(qiáng)弱與方向，人們想象在磁場中畫出的一組有方向的曲線1疏密表示磁場的強(qiáng)弱2每一點(diǎn)切線方向表示該點(diǎn)磁場的方向，也就是磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向3是閉合的曲線，在磁體外部由N極至S極，在磁體的內(nèi)部由S極至N極磁線不相切不相交。4勻強(qiáng)磁場的磁感線平行且距離相等沒有畫出磁感線的地方不一定沒有磁場5安培定則：姆指指向電流方向，四指指向磁場

2、的方向注意這里的磁感線是一個個同心圓，每點(diǎn)磁場方向是在該點(diǎn)切線方向 *熟記常用的幾種磁場的磁感線：【例1】根據(jù)安培假說的物理思想：磁場來源于運(yùn)動電荷如果用這種思想解釋地球磁場的形成，根據(jù)地球上空并無相對地球定向移動的電荷的事實(shí)那么由此推斷，地球總體上應(yīng)該是：（A）A.帶負(fù)電; B.帶正電;C.不帶電; D.不能確定解析:因在地球的內(nèi)部地磁場從地球北極指向地球的南極，根據(jù)右手螺旋定則可判斷出地球表現(xiàn)環(huán)形電流的方向應(yīng)從東到西，而地球是從西向東自轉(zhuǎn)，所以只有地球表面帶負(fù)電荷才能形成上述電流，故選A.三、磁感應(yīng)強(qiáng)度1磁場的最基本的性質(zhì)是對放入其中的電流或磁極有力的作用，電流垂直于磁場時受磁場力最大，電

3、流與磁場方向平行時，磁場力為零。2在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線受到的磁場力F跟電流強(qiáng)度I和導(dǎo)線長度l的乘積Il的比值，叫做通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度表示磁場強(qiáng)弱的物理量是矢量大?。築=F/Il（電流方向與磁感線垂直時的公式）方向：左手定則：是磁感線的切線方向；是小磁針N極受力方向；是小磁針靜止時N極的指向不是導(dǎo)線受力方向；不是正電荷受力方向；也不是電流方向 單位：牛/安米，也叫特斯拉，國際單位制單位符號T點(diǎn)定B定：就是說磁場中某一點(diǎn)定了，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與方向都是定值勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度處處相等磁場的疊加:空間某點(diǎn)如果同時存在兩個以上電流或磁體激發(fā)的磁場,則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是各電流或

4、磁體在該點(diǎn)激發(fā)的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和,滿足矢量運(yùn)算法則.【例2】如圖所示，正四棱柱abed一abcd的中心軸線00處有一無限長的載流直導(dǎo)線，對該電流的磁場，下列說法中正確的是（AC）A.同一條側(cè)棱上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度都相等B.四條側(cè)棱上的磁感應(yīng)強(qiáng)度都相同C.在直線ab上，從a到b，磁感應(yīng)強(qiáng)度是先增大后減小D.棱柱內(nèi)任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度比棱柱側(cè)面上所有點(diǎn)都大解析:因通電直導(dǎo)線的磁場分布規(guī)律是B1/r，故A,C正確，D錯誤四條側(cè)棱上的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，但不同側(cè)棱上的點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向不同，故B錯誤【例3】如圖所示，兩根導(dǎo)線a、b中電流強(qiáng)度相同方向如圖所示，則離兩導(dǎo)線等距離的P點(diǎn)，磁場方向如何？解

5、析：由P點(diǎn)分別向a、b作連線Pa、Pb然后過P點(diǎn)分別做Pa、Pb垂線，根據(jù)安培定則知這兩條垂線用PM、PN就是兩導(dǎo)線中電流在P點(diǎn)產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，兩導(dǎo)線中的電流在P處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同，然后按照矢量的合成法則就可知道合磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向豎直向上，如圖所示，這也就是該處磁場的方向 答案：豎直向上【例4】六根導(dǎo)線互相絕緣，所通電流都是I，排成如圖10一5所示的形狀，區(qū)域A、B、C、D均為相等的正方形，則平均磁感應(yīng)強(qiáng)度最大的區(qū)域是哪些區(qū)域？該區(qū)域的磁場方向如何？解析：由于電流相同，方格對稱，從每方格中心處的磁場來定性比較即可，如I1在任方格中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B，方向由安培定則可知是向里，

6、在A、D方格內(nèi)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B/，方向仍向里，把各自導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度及方向均畫在四個方格中，可以看出在B、D區(qū)域內(nèi)方向向里的磁場與方向向外的磁場等同，疊加后磁場削弱答案：在A、C區(qū)域平均磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，在A區(qū)磁場方向向里C區(qū)磁場方向向外【例5】一小段通電直導(dǎo)線長1cm，電流強(qiáng)度為5A，把它放入磁場中某點(diǎn)時所受磁場力大小為01N，則該點(diǎn)的磁感強(qiáng)度為（ ） AB2T； BB2T； C、B2T ；D以上三種情況均有可能解析：由BF/IL可知F/IL2（T）當(dāng)小段直導(dǎo)線垂直于磁場B時，受力最大，因而此時可能導(dǎo)線與B不垂直， 即Bsin2T，因而B2T。說明：B的定義式BF/IL中要求B與IL

7、垂直，若不垂直且兩者間夾角為，則IL在與B垂直方向分上的分量即ILsin，因而B=F/ILsin，所以F/IL=Bsin則BF/IL。Babcd【例6】如圖所示，一根通電直導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T的勻強(qiáng)磁場中，在以導(dǎo)線為圓心，半徑為r的圓周上有a,b,c,d四個點(diǎn)，若a點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度為0，則下列說法中正確的是（AC）A.直導(dǎo)線中電流方向是垂直紙面向里的B.C點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度也為0C. d點(diǎn)實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度為，方向斜向下，與B夾角為450D.以上均不正確解析:題中的磁場是由直導(dǎo)線電流的磁場和勻強(qiáng)磁場共同形成的，磁場中任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)為兩磁場分別產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和a處磁感應(yīng)強(qiáng)度為0

8、，說明直線電流在該處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小與勻強(qiáng)磁場B的大小相等、方向相反，可得直導(dǎo)線中電流方向應(yīng)是垂直紙面向里在圓周上任一點(diǎn)，由直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B1T，方向沿圓周切線方向，可知C點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2T，方向向右.d點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，方向與B成450斜向右下方四、磁通量與磁通密度1磁通量：穿過某一面積磁力線條數(shù)，是標(biāo)量2磁通密度B：垂直磁場方向穿過單位面積磁力線條數(shù)，即磁感應(yīng)強(qiáng)度，是矢量3二者關(guān)系：B/S（當(dāng)B與面垂直時），BScos，Scos為面積垂直于B方向上的投影，是B與S法線的夾角【例7】如圖所示，A為通電線圈，電流方向如圖所示，B、C為與A在同一平面內(nèi)的兩同心圓，B

9、、C分別為通過兩圓面的磁通量的大小，下述判斷中正確的是（ ） A穿過兩圓面的磁通方向是垂直紙面向外 B穿過兩圓面的磁通方向是垂直紙面向里 CBC DBC解析：由安培定則判斷，凡是垂直紙面向外的磁感線都集中在是線圈內(nèi)，因磁感線是閉合曲線，則必有相應(yīng)條數(shù)的磁感線垂直紙面向里，這些磁總線分布在線圈是外，所以B、C兩圓面都有垂直紙面向里和向外的磁感線穿過，垂直紙面向外磁感線條數(shù)相同，垂直紙面向里的磁感線條數(shù)不同，B圓面較少，c圓面較多，但都比垂直向外的少，所以 B、C磁通方向應(yīng)垂直紙面向外，BC，所以A、C正確分析磁通時要注意磁感線是閉合曲線的特點(diǎn)和正反兩方向磁總線條數(shù)的多少，不能認(rèn)為面積大的磁通就大

10、 答案：AC規(guī)律方法 1.磁通量的計算【例8】如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感強(qiáng)度B20T，指向x軸的正方向，且ab=40cm，bc=30cm，ae=50cm，求通過面積Sl（abcd）、S2（befc）和S3（aefd）的磁通量1、2、3分別是多少？解析：根據(jù)=BS垂，且式中S垂就是各面積在垂直于B的yx平面上投影的大小，所以各面積的磁通量分別為1=BS1204030104024 Wb；2=031=BS1204030104024 Wb 答案：1 0 24 Wb， 20， 3 024 Wb【例9】如圖4所示，一水平放置的矩形閉合線圈abcd在細(xì)長磁鐵N極附近下落，保持bc邊在紙外，ad邊在紙內(nèi)，由圖中

11、的位置經(jīng)過位置到位置，且位置和都很靠近位置，在這個過程中，線圈中的磁通量 A是增加的； B是減少的 C先增加，后減少； D先減少，后增加解析：要知道線圈在下落過程中磁通量的變化情況，就必須知道條形磁鐵在磁極附近磁感線的分布情況條形磁鐵在 N極附近的分布情況如圖所示，由圖可知線圈中磁通量是先減少，后增加D選項(xiàng)正確點(diǎn)評：要知道一個面上磁通量，在面積不變的條件下，也必須知道磁場的磁感線的分布情況因此，牢記條形磁鐵、蹄形磁鐵、通電直導(dǎo)線、通電螺線管和通電圓環(huán)等磁場中磁感線的分布情況在電磁學(xué)中是很必要的【例10】如圖所示邊長為100cm的正方形閉合線圈置于磁場中，線圈AB、CD兩邊中點(diǎn)連線OO/的左右兩

12、側(cè)分別存在方向相同、磁感強(qiáng)度大小各為B106T，B2=04T的勻強(qiáng)磁場。若從上往下看，線圈逆時針轉(zhuǎn)過370時，穿過線圈的磁通量改變了多少？解析：在原圖示位置，由于磁感線與線圈平面垂直，因此 1B1S/2B2S/2（061/2041/2）Wb=05Wb 當(dāng)線圈繞OO/軸逆時針轉(zhuǎn)過370后，（見圖中虛線位置）：2B1Sn/2B2Sn/2B1Scos370/2B2Scos370/204Wb 磁通量變化量=21（0405）Wb=01Wb 所以線圈轉(zhuǎn)過370后。穿過線圈的磁通量減少了01Wb2.磁場基本性質(zhì)的應(yīng)用【例11】從太陽或其他星體上放射出的宇宙射線中含有高能帶電粒子，若到達(dá)地球，對地球上的生命將

13、帶來危害對于地磁場對宇宙射線有無阻擋作用的下列說法中，正確的是（B）A.地磁場對直射地球的宇宙射線的阻擋作用在南北兩極最強(qiáng)，赤道附近最弱B.地磁場對直射地球的宇宙射線的阻擋作用在赤道附近最強(qiáng)，南北兩極最弱C.地磁場對宇宙射線的阻擋作用各處相同D.地磁場對宇宙射線無阻擋作用解析:因在赤道附近帶電粒子運(yùn)動方向與地磁場近似垂直，而在兩極趨于平行【例12】超導(dǎo)是當(dāng)今高科技的熱點(diǎn)之一，當(dāng)一塊磁體靠近超導(dǎo)體時，超導(dǎo)體中會產(chǎn)生強(qiáng)大的電流，對磁體有排斥作用，這種排斥力可使磁體懸浮在空中，磁懸浮列車就采用了這項(xiàng)技術(shù)，磁體懸浮的原理是（D）超導(dǎo)體電流的磁場方向與磁體的磁場方向相同超導(dǎo)體電流的磁場方向與磁體的磁場方

14、向相反超導(dǎo)體使磁體處于失重狀態(tài)超導(dǎo)體對磁體的磁力與磁體的重力相平衡A. B. C. D.ZnCu解析:超導(dǎo)體中產(chǎn)生的是感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律的“增反減同”原理，這個電流的磁場方向與原磁場方向相反，對磁體產(chǎn)生排斥作用力，這個力與磁體的重力達(dá)平衡【例13】.如圖所示，用彎曲的導(dǎo)線環(huán)把一銅片和鋅片相連裝在一絕緣的浮標(biāo)上，然后把浮標(biāo)浸在盛有稀硫酸的容器中，設(shè)開始設(shè)置時，環(huán)平面處于東西方向上放手后，環(huán)平面將最終靜止在 方向上解析:在地表附近地磁場的方向是大致由南向北的，此題中由化學(xué)原理可推知在環(huán)中有環(huán)形電流由等效法可假定其為一個垂直于紙面的條形磁體，而條形磁體所受地磁場的力的方向是南北方向的【例14】普

15、通磁帶錄音機(jī)是用一個磁頭來錄音和放音的。磁頭結(jié)構(gòu)如圖所示，在一個環(huán)形鐵芯上繞一個線圈鐵芯有個縫隙，工作時磁帶就貼著這個縫隙移動。錄音時磁頭線圈跟微音器相連，放音時，磁頭線圈改為跟揚(yáng)聲器相連，磁帶上涂有一層磁粉，磁粉能被磁化且留下剩磁。微音器的作用是把聲音的變化轉(zhuǎn)化為電流的變化；揚(yáng)聲器的作用是把電流的變化轉(zhuǎn)化為聲音的變化，根據(jù)學(xué)過的知識，把普通錄音機(jī)錄、放音的基本原理簡明扼要地寫下來。解析:（1）錄音原理:當(dāng)由微音器把聲音信號轉(zhuǎn)化為電流信號后，電流信號流經(jīng)線圈，在鐵芯中產(chǎn)生隨聲音變化的磁場，磁帶經(jīng)過磁頭時磁粉被不同程度地磁化，并留下剩磁，且剩磁的變化與聲音的變化一致，這樣，聲音的變化就被記錄成磁

16、粉不同程度的變化。 即錄音是利用電流的磁效應(yīng)。（2）放音原理:各部分被不同程度磁化的磁帶經(jīng)過鐵芯時，鐵芯中形成變化的磁場，在線圈中激發(fā)出變化的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流經(jīng)過揚(yáng)聲器時，電流的變化被轉(zhuǎn)化為聲音的變化。這樣，磁信號又被轉(zhuǎn)化為聲音信號而播放出來。 即放音過程是利用電磁感應(yīng)原理。FN【例15】磁場具有能量，磁場中單位體積所具有的能量叫做能量密度，其值為B2/2,式中B是感應(yīng)強(qiáng)度,是磁導(dǎo)率，在空氣中為一已知常數(shù)為了近似測得條形磁鐵磁極端面附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，一學(xué)生用一根端面面積為A的條形磁鐵吸住一相同面積的鐵片P，再用力將鐵片與磁鐵拉開一段微小距離L，并測出拉力F，如圖所示因?yàn)镕所做的功等于間隙中

17、磁場的能量，所以由此可得磁感應(yīng)強(qiáng)度B與F、A之間的關(guān)系為B 解析:在用力將鐵片與磁鐵拉開一段微小距離L的過程中，拉力F可認(rèn)為不變，因此F所做的功為:WFL. 以表示間隙中磁場的能量密度，則間隙中磁場的能量EVAL 又題給條件B2/2，故EALB2/2.因?yàn)镕所做的功等于間隙中磁場的能量，即W=E，故有FL= ALB2/2解得磁場對電流的作用基礎(chǔ)知識 一、安培力1.安培力：通電導(dǎo)線在磁場中受到的作用力叫做安培力說明:磁場對通電導(dǎo)線中定向移動的電荷有力的作用，磁場對這些定向移動電荷作用力的宏觀表現(xiàn)即為安培力2.安培力的計算公式：FBILsin（是I與B的夾角）；通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時，即900，

18、此時安培力有最大值；通電導(dǎo)線與磁場方向平行時，即00，此時安培力有最小值，F(xiàn)=0N;00B900時，安培力F介于0和最大值之間.3.安培力公式的適用條件:I1I2公式FBIL一般適用于勻強(qiáng)磁場中IB的情況，對于非勻強(qiáng)磁場只是近似適用（如對電流元），但對某些特殊情況仍適用 如圖所示，電流I1/I2,如I1在I2處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則I1對I2的安培力FBI2L，方向向左，同理I2對I1，安培力向右，即同向電流相吸，異向電流相斥根據(jù)力的相互作用原理，如果是磁體對通電導(dǎo)體有力的作用，則通電導(dǎo)體對磁體有反作用力兩根通電導(dǎo)線間的磁場力也遵循牛頓第三定律二、左手定則1.用左手定則判定安培力方向的方法：

19、伸開左手，使拇指跟其余的四指垂直且與手掌都在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過手心，并使四指指向電流方向，這時手掌所在平面跟磁感線和導(dǎo)線所在平面垂直，大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線所受安培力的方向2.安培力F的方向既與磁場方向垂直，又與通電導(dǎo)線垂直,即F跟BI所在的面垂直但B與I的方向不一定垂直3.安培力F、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流1三者的關(guān)系已知I,B的方向，可惟一確定F的方向；已知F、B的方向，且導(dǎo)線的位置確定時，可惟一確定I的方向；已知F,1的方向時，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向不能惟一確定4.由于B,I,F的方向關(guān)系常是在三維的立體空間，所以求解本部分問題時，應(yīng)具有較好的空間想象力，要善于把立體圖畫變成易于分

20、析的平面圖，即畫成俯視圖，剖視圖，側(cè)視圖等【例1】如圖所示，一條形磁鐵放在水平桌面上在其左上方固定一根與磁鐵垂直的長直導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線通以如圖所示方向電流時（ ）A磁鐵對桌面的壓力減小，且受到向左的摩擦力作用B磁鐵對桌面的壓力減小，且受到向右的摩擦力作用C磁鐵對桌面的壓力增大，且受到向左的摩擦力作用D磁鐵對桌面的壓力增大，且受到向右的摩擦力作用解析：導(dǎo)線所在處磁場的方向沿磁感線的切線方向斜向下，對其沿水平豎直方向分解，如圖1015所示對導(dǎo)線： Bx產(chǎn)生的效果是磁場力方向豎直向上 By產(chǎn)生的效果是磁場力方向水平向左 根據(jù)牛頓第三定律：導(dǎo)線對磁鐵的力有豎直向下的作用力，因而磁鐵對桌面壓力增大；導(dǎo)線對磁

21、鐵的力有水平向右的作用力因而磁鐵有向右的運(yùn)動趨勢，這樣磁鐵與桌面間便產(chǎn)生了摩擦力，桌面對磁鐵的摩擦力沿水平方向向左 答案：C【例2】.如圖在條形磁鐵N極處懸掛一個線圈，當(dāng)線圈中通有逆時針方向的電流時，線圈將向哪個方向偏轉(zhuǎn)？分析：用“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”最簡單：螺線管的電流在正面是向下的，與線圈中的電流方向相反，互相排斥，而左邊的線圈匝數(shù)多所以線圈向右偏轉(zhuǎn)?！纠?】電視機(jī)顯象管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖如右，即時電流方向如圖所示。該時刻由里向外射出的電子流將向哪個方向偏轉(zhuǎn)？解：畫出偏轉(zhuǎn)線圈內(nèi)側(cè)的電流，是左半線圈靠電子流的一側(cè)為向里，右半線圈靠電子流的一側(cè)為向外。電子流的等效電流方向是向里的

22、，根據(jù)“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”，可判定電子流向左偏轉(zhuǎn)。i規(guī)律方法 1。安培力的性質(zhì)和規(guī)律；公式F=BIL中L為導(dǎo)線的有效長度，即導(dǎo)線兩端點(diǎn)所連直線的長度，相應(yīng)的電流方向沿L由始端流向末端如圖所示，甲中：，乙中：L/=d(直徑）2R（半圓環(huán)且半徑為R)安培力的作用點(diǎn)為磁場中通電導(dǎo)體的幾何中心；安培力做功:做功的結(jié)果將電能轉(zhuǎn)化成其它形式的能【例4】如圖所示，在光滑的水平桌面上，有兩根彎成直角相同金屬棒，它們的一端均可繞固定轉(zhuǎn)軸O自由轉(zhuǎn)動，另一端 b互相接觸，組成一個正方形線框，正方形邊長為 L，勻強(qiáng)磁場的方向垂直桌面向下，磁感強(qiáng)度為 B當(dāng)線框中通以圖示方向的電流時，兩金屬棒b點(diǎn)的相互

23、作用力為f此時線框中的電流為多少？解析：由于對稱性可知金屬棒在O點(diǎn)的相互作用力也為f，所以O(shè)a邊和ab邊所受安培力的合力為2f，方向向右，根據(jù)左手定則可知Oa邊和ab邊所受安培力F1、F2分別與這兩邊垂直，由力的合成法則可求出 F1= F2=2fcos450=fBIL，I=fBL 點(diǎn)評：本題也利用了對稱性說明 O點(diǎn)的作用力為f，當(dāng)對左側(cè)的金屬棒作受力分析時，受到的兩個互相垂直的安培力F1、F2（這兩個安培力大小相等為 F）的合力是水平向右的，大小為F，與O、b兩點(diǎn)受到的作用力2f相平衡。【例5】質(zhì)量為m的通電細(xì)桿ab置于傾角為的平行導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌寬度為d，桿ab與導(dǎo)軌間的摩擦因數(shù)為有電流時aB恰

24、好在導(dǎo)軌上靜止，如圖所示，如圖1019所示是沿ba方向觀察時的四個平面圖，標(biāo)出了四種不同的勻強(qiáng)磁場方向，其中桿與導(dǎo)軌間摩擦力可能為零的是（ ） 解析：桿的受力情況為：答案：AB2、安培力作用下物體的運(yùn)動方向的判斷（1）電流元法：即把整段電流等效為多段直線電流元，先用左手定則判斷出每小段電流元所受安培力的方向，從而判斷整段電流所受合力方向，最后確定運(yùn)動方向（2）特殊位置法：把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個便于分析的特殊位置后再判斷安培力方向，從而確定運(yùn)動方向（3）等效法：環(huán)形電流和通電螺線管都可以等效成條形磁鐵，條形磁鐵也可等效成環(huán)形電流或通電螺線管，通電螺線管也可以等效成很多匝的環(huán)形電流來分析（4）利用結(jié)

25、論法：兩電流相互平行時無轉(zhuǎn)動趨勢，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥；兩電流不平行時，有轉(zhuǎn)動到相互平行且電流方向相同的趨勢（5）轉(zhuǎn)換研究對象法：因?yàn)殡娏髦g，電流與磁體之間相互作用滿足牛頓第三定律，這樣，定性分析磁體在電流磁場作用下如何運(yùn)動的問題，可先分析電流在磁體磁場中所受的安培力，然后由牛頓第三定律，再確定磁體所受電流作用力，從而確定磁體所受合力及運(yùn)動方向（6）分析在安培力作用下通電導(dǎo)體運(yùn)動情況的一般步驟畫出通電導(dǎo)線所在處的磁感線方向及分布情況用左手定則確定各段通電導(dǎo)線所受安培力)據(jù)初速方向結(jié)合牛頓定律確定導(dǎo)體運(yùn)動情況(7)磁場對通電線圈的作用:若線圈面積為S，線圈中的電流強(qiáng)度為I，所在磁

26、場的孩感應(yīng)強(qiáng)度為B，線圈平面跟磁場的夾角為，則線圈所受磁場的力矩為：M=BIScos【例6】如圖所示，電源電動勢E2V，r0.5,豎直導(dǎo)軌電阻可略，金屬棒的質(zhì)量m0.1kg，R=0.5，它與導(dǎo)體軌道的動摩擦因數(shù)0.4，有效長度為0.2 m,靠在導(dǎo)軌的外面，為使金屬棒不下滑，我們施一與紙面夾角為600且與導(dǎo)線垂直向外的磁場，（g=10 m/s2）求：（1)此磁場是斜向上還是斜向下？（2）B的范圍是多少？解析:導(dǎo)體棒側(cè)面受力圖如圖所示： 由平衡條件得：B最小時摩擦力沿導(dǎo)軌向上，則有FNBILcos300mg, FN=BILsin300 解得B2.34 T 當(dāng)B最大時摩擦力沿導(dǎo)軌向下，則有BILco

27、s300mgFNFN=BILsin300 解得B=3. 75 TB的范圍是2.34 T - 3. 75 T【例7】在傾角為的斜面上，放置一段通有電流強(qiáng)度為I,長度為L，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒a，（通電方向垂直紙面向里），如圖所示，棒與斜面間動摩擦因數(shù) tan.欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，應(yīng)加勻強(qiáng)磁場，磁場應(yīng)強(qiáng)度B最小值是多少？如果要求導(dǎo)體棒a靜止在斜面上且對斜面無壓力，則所加勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度又如何？a解析:(1)設(shè)當(dāng)安培力與斜面成角時B最小，則由平衡條件得：mgsinFNBILcos, FN=mgcosBILsin解得當(dāng)=900時, （2）當(dāng)FN=0時，則BILmg，BIL=mg,由左手定則知B方向水

28、平向左3安培力的實(shí)際應(yīng)用【例10】在原于反應(yīng)堆中抽動液態(tài)金屬等導(dǎo)電液時由于不允許傳動機(jī)械部分與這些流體相接觸，常使用一種電磁泵。圖中表示這種電磁泵的結(jié)構(gòu)。將導(dǎo)管置于磁場中，當(dāng)電流I穿過導(dǎo)電液體時，這種導(dǎo)電液體即被驅(qū)動。若導(dǎo)管的內(nèi)截面積為ah，磁場區(qū)域的寬度為L，磁感強(qiáng)度為B液態(tài)金屬穿過磁場區(qū)域的電流為I，求驅(qū)動所產(chǎn)生的壓強(qiáng)差是多大？ 解答:本題的物理情景是：當(dāng)電流 I通過金屬液體沿圖示豎直向上流動時，電流將受到磁場的作用力，磁場力的方向可以由左手定則判斷，這個磁場力即為驅(qū)動液態(tài)金屬流動的動力。由這個驅(qū)動力而使金屬液體沿流動方向兩側(cè)產(chǎn)生壓強(qiáng)差P。故有 F=BIhp=F/ah，聯(lián)立解得pBI/a【

29、例12】如圖所示為利用電磁作用輸送非導(dǎo)電液體裝置的示意圖，一邊長為L、截面為正方形的塑料管道水平放置，其右端面上有一截面積為A的小噴口，噴口離地的高度為h.管道中有一絕緣活塞，在活塞的中部和上部分別嵌有兩根金屬棒a、b，其中棒b的兩端與一電壓表相連。整個裝置放在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)棒a中通有垂直紙面向里的恒定電流I時，活塞向右勻速推動液體從噴口水平射出，液體落地點(diǎn)離噴口的水平距離為s.若液體的密度為，不計所有阻力，求：(1)活塞移動的速度；(2)該裝置的功率；(3）磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；(4）若在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)電壓表的讀數(shù)變小，試分析其可能的原因解析:（l）設(shè)液體從噴口水平射出的速度為v0，

30、活塞移動的速度為v., (2）設(shè)裝置功率為P，t時間內(nèi)有m質(zhì)量的液體從噴口射出,Ptm (v02一v2)m=Lvt.P= L2v(v02一v2),(3) P=F安v.,（4）U=BLv,噴口液體的流量減少，活塞移動速度減小，或磁場變小等會引起電壓表讀數(shù)變小磁場對運(yùn)動電荷的作用基礎(chǔ)知識 一、洛侖茲力磁場對運(yùn)動電荷的作用力1.洛倫茲力的公式: f=qvB sin，是V、B之間的夾角.2.當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動方向與磁場方向互相平行時，F(xiàn)03.當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動方向與磁場方向互相垂直時，f=qvB 4.只有運(yùn)動電荷在磁場中才有可能受到洛倫茲力作用，靜止電荷在磁場中受到的磁場對電荷的作用力一定為0二、洛倫茲力

31、的方向1.洛倫茲力F的方向既垂直于磁場B的方向，又垂直于運(yùn)動電荷的速度v的方向，即F總是垂直于B和v所在的平面2.使用左手定則判定洛倫茲力方向時，伸出左手，讓姆指跟四指垂直，且處于同一平面內(nèi)，讓磁感線穿過手心，四指指向正電荷運(yùn)動方向（當(dāng)是負(fù)電荷時，四指指向與電荷運(yùn)動方向相反）則姆指所指方向就是該電荷所受洛倫茲力的方向三、洛倫茲力與安培力的關(guān)系1.洛倫茲力是單個運(yùn)動電荷在磁場中受到的力，而安培力是導(dǎo)體中所有定向稱動的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)2.洛倫茲力一定不做功，它不改變運(yùn)動電荷的速度大小;但安培力卻可以做功四、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動1.不計重力的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動可分三種情

32、況：一是勻速直線運(yùn)動；二是勻速圓周運(yùn)動；三是螺旋運(yùn)動2.不計重力的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的軌跡半徑r=mv/qB；其運(yùn)動周期T=2m/qB（與速度大小無關(guān)）3.不計重力的帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場和垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場時都做曲線運(yùn)動，但有區(qū)別：帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場，在電場中做勻變速曲線運(yùn)動（類平拋運(yùn)動）；垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，則做變加速曲線運(yùn)動（勻速圓周運(yùn)動）【例1】一帶電粒子以初速度V0垂直于勻強(qiáng)電場E 沿兩板中線射入，不計重力，由C點(diǎn)射出時的速度為V，若在兩板間加以垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，粒子仍以V0入射，恰從C關(guān)于中線的對稱點(diǎn)D射出，如圖所示，則粒子從D點(diǎn)射出的速度為多少?解析：粒

33、子第一次飛出極板時，電場力做正功，由動能定理可得電場力做功為W1=m（V2v02）/2，當(dāng)兩板間加以垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場后，粒子第二次飛出極板時，洛侖茲力對運(yùn)動電荷不做功，但是粒子從與C點(diǎn)關(guān)于中線的對稱點(diǎn)射出，洛侖茲力大于電場力，由于對稱性，粒子克服電場力做功，等于第一次電場力所做的功，由動能定理可得W2=m（V02VD2）/2，W1=W2。由 式得VD=點(diǎn)評：凡是涉及到帶電粒子的動能發(fā)生了變化，均與洛侖茲力無關(guān)，因?yàn)槁鍋銎澚\(yùn)動電荷永遠(yuǎn)不做功。【例2】如圖所示，豎直兩平行板P、Q，長為L，兩板間電壓為U，垂直紙面的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電場和磁場均勻分布在兩板空間內(nèi)，今有帶電量為Q，

34、質(zhì)量為m的帶正電的油滴，從某高度處由靜止落下，從兩板正中央進(jìn)入兩板之間，剛進(jìn)入時油滴受到的磁場力和電場力相等，此后油滴恰好從P板的下端點(diǎn)處離開兩板正對的區(qū)域，求（1）油滴原來靜止下落的位置離板上端點(diǎn)的高度h。（2）油滴離開板間時的速度大小。解析：（1）油滴在進(jìn)入兩板前作自由落體運(yùn)動，剛進(jìn)入兩板之間時的速度為V0，受到的電場力與磁場力相等，則qv0BqUd，v0UBd= ，h=U22gB2d2（2）油滴進(jìn)入兩板之間后，速度增大，洛侖茲力在增大，故電場力小于洛侖茲力，油滴將向P板偏轉(zhuǎn)，電場力做負(fù)功，重力做正功，油滴離開兩板時的速度為Vx ，由動能定理mg（hL）q U2=mVx 2/2， 點(diǎn)評：（

35、1）根據(jù)帶電油滴進(jìn)入兩板時的磁場力與電場力大小相等求出油滴下落時到板上端的高度；（2）油滴下落過程中的速度在增大，說明了洛侖茲力增大，油滴向P板偏轉(zhuǎn)，電場力做負(fù)功【例3】如圖所示，在空間有勻強(qiáng)磁場，磁感強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，大小為B，光滑絕緣空心細(xì)管MN的長度為h，管內(nèi)M端有一質(zhì)量為m、帶正電q的小球P，開始時小球P相對管靜止，管帶著小球P沿垂直于管長度方向的恒定速度u向圖中右方運(yùn)動設(shè)重力及其它阻力均可忽略不計（1）當(dāng)小球P相對管上升的速度為v時，小球上升的加速度多大？（2）小球P從管的另一端N離開管口后，在磁場中作圓周運(yùn)動的圓半徑R多大？（3）小球P在從管的M端到N端的過程中，管壁對小球做

36、的功是多少？解析：（1）設(shè)此時小球的合速度大小為v合，方向與u的夾角為 有 cos=u/v合=u/ 此時粒子受到的洛倫茲力f和管壁的彈力N如所示，由牛頓第二定律可求此時小球上升的加速度為：a=fcos=qv合Bcos/m 聯(lián)立解得：a=quB/m（2）由上問a知，小球上升加速度只與小球的水平速度u有關(guān)，故小球在豎直方向上做加速運(yùn)動設(shè)小球離開N端管口時的豎直分速度為vy，由運(yùn)動學(xué)公式得此時小球的合速度 故小球運(yùn)動的半徑為 （3）因洛化茲力對小球做的功為零，由動能定理得管壁對小球做的功為： W=mv2mu2=quBh【例4】在兩塊平行金屬板A、B中，B板的正中央有一粒子源，可向各個方向射出速率不同

37、的粒子，如圖所示若在A、B板中加上UABU0的電壓后，A板就沒有粒子射到，U0是粒子不能到達(dá)A板的最小電壓若撤去A、B間的電壓，為了使粒子不射到A板，而在A、B之間加上勻強(qiáng)磁場，則勻強(qiáng)磁場的磁感強(qiáng)度B必須符合什么條件（已知粒子的荷質(zhì)比mq=2l108kg/C，A、B間的距離d10cm，電壓U0=42104V）？解析：粒子放射源向各個方向射出速率不同的粒子，設(shè)最大的速率為vm。則各個方向都有速率為vm的粒子當(dāng)A、B板加了電壓后，A、B兩板間的電壓阻礙粒子到達(dá)A板，其方向是垂直兩板并由A板指向B板。在無電場時，粒子在沿B向A板運(yùn)動方向上有d=vcost，其中是粒子速度與垂直兩板的直線的夾角在式中最

38、容易到達(dá)A板的粒子應(yīng)有0，vvm，即其速度方向由B極指向A板，且速率最大的粒子，這些粒子若達(dá)不到A板，其余的粒子均達(dá)不到A板由動能定理可得qU0mvm22；若撤去電場，在A、B間加上勻強(qiáng)磁場，這些粒子將做勻速圓周運(yùn)動，其半徑為R，R=mv/qB，由式可知，在B一定的條件下，v越大，R越大，越容易打到A板；反之，當(dāng)v值取最大值vm后，若所有具有vm的粒子不能達(dá)到A板，則所有的粒子均不能達(dá)到A板在所有方向上的粒子中，它們的軌跡剛好與A板相切的情況如圖所示在圖中與A板相切的軌跡中最小半徑為R3，若R3是具有速率為vm的粒子的半徑，則其它具有vm的粒子均不能到達(dá) A板若令R3為最小值Rmin時，即圖中

39、Rmin= d2是所有粒子中軌跡與A板相切的最小半徑，將其代入式后得d2=mvm/qBmin，由兩式可得Bmin=2d=084T，所以，A、B兩板之間應(yīng)加上垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，且磁感強(qiáng)度 B 084 T時，所有的粒子均不能到達(dá)A板規(guī)律方法 1、帶電粒子在磁場中運(yùn)動的圓心、半徑及時間的確定（1)用幾何知識確定圓心并求半徑 因?yàn)镕方向指向圓心，根據(jù)F一定垂直v，畫出粒子運(yùn)動軌跡中任意兩點(diǎn)（大多是射入點(diǎn)和出射點(diǎn)）的F或半徑方向，其延長線的交點(diǎn)即為圓心，再用幾何知識求其半徑與弦長的關(guān)系 (2)確定軌跡所對應(yīng)的圓心角，求運(yùn)動時間 先利用圓心角與弦切角的關(guān)系，或者是四邊形內(nèi)角和等于3600（或2）計算出

40、圓心角的大小，再由公式t=T/3600（或T/2）可求出運(yùn)動時間(3)注意圓周運(yùn)動中有關(guān)對稱的規(guī)律 如從同一邊界射入的粒子，從同一邊界射出時，速度與邊界的夾角相等；在圓形磁場區(qū)域內(nèi)，沿徑向射入的粒子，必沿徑向射出【例5】如圖所示，一束電子（電量為e）以速度v垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，寬度為d的勻強(qiáng)磁場中，穿過磁場時速度方向與電子原來入射方向的夾角是300，則電子的質(zhì)量是 ，穿過磁場的時間是 。解析：電子在磁場中運(yùn)動，只受洛倫茲力作用，故其軌跡是圓弧一部分，又因?yàn)閒v，故圓心在電子穿入和穿出磁場時受到洛倫茲力指向交點(diǎn)上，如圖中的O點(diǎn)，由幾何知識知，AB間圓心角=300，OB為半徑所以r=d/sin

41、300=2d 又由r=得m2dBev 又因?yàn)锳B圓心角是300，所以穿過時間 t=T=【例6】如圖所示，一束電子以大小不同的速率沿圖示方向飛入橫截面是一正方形的勻強(qiáng)磁場，下列判斷正確的是（ ） A、電子在磁場中運(yùn)動時間越長，其軌跡線越長 B電子在磁場中運(yùn)動時間越長。其軌跡線所對應(yīng)的圓心角越大 C在磁場中運(yùn)動時間相同的電子，其軌跡線一定重合 D電子的速率不同，它們在磁場中運(yùn)動時間一定不相同解析：在圖中畫出了不同速率的電子在磁場中的軌跡，由前面的知識點(diǎn)可知軌跡的半徑R=mvqB，說明了半徑的大小與電子的速率成正比但由于電子在磁場中運(yùn)動時間的長短僅與軌跡所對應(yīng)的圓心角大小有關(guān)，故可判斷圖中五條軌跡線

42、所對應(yīng)的運(yùn)動時間關(guān)系有t5t4t3t2t1顯然，本題選項(xiàng)中只有B正確 點(diǎn)評：本題所考查的是帶電粒子在矩形（包括正方形）磁場中運(yùn)動的軌跡與相應(yīng)的運(yùn)動時間的關(guān)系問題不同速率的電子在磁場中的偏轉(zhuǎn)角大?。ㄒ簿褪窃诖艌鲋羞\(yùn)動時間的長短），由知識點(diǎn)中的周期表達(dá)式看來與半徑是沒有關(guān)系的，但由于磁場區(qū)域的邊界條件的限制，由圖說明了半徑不同，帶電粒子離開磁場時速度方向變化可能不同，也可能相同由周期關(guān)系式必須明確的一點(diǎn)是：帶電粒子在磁場中運(yùn)動的時間長短決定于軌跡所對應(yīng)的圓心角【例7】如圖所示，半徑R=10cm的圓形區(qū)域邊界跟y軸相切于坐標(biāo)系原點(diǎn)O。磁感強(qiáng)度B0332 T，方向垂直于紙面向里，在O處有一放射源 S，

43、可沿紙面向各個方向射出速率均為v=32106m/s的粒子已知粒子的質(zhì)量m= 6641027 kg，電量q=321019 C（1）畫出粒子通過磁場空間做圓周運(yùn)動的圓心的軌跡（2）求出粒子通過磁場空間的最大偏轉(zhuǎn)角（3）再以過O點(diǎn)并垂直紙面的直線為軸旋轉(zhuǎn)磁場區(qū)域，能使穿過磁場區(qū)域且偏轉(zhuǎn)角最大的粒子射到正方向的y軸上，則圓形磁場直徑OA至少應(yīng)轉(zhuǎn)過多大的角度解析：（l）粒子的速度相同，在同一勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動的半徑相同，均由洛侖茲力提供向心力 f= qvB=mv2r，rmvQb=20cm 所以粒子的圓心與S（即O點(diǎn)）的距離均為r，其圓心的軌跡為以S為圓心、以20cm為半徑的一段圓弧，如圖所示（2）由于粒子的

44、軌道半徑r大于磁場區(qū)域的半徑R，粒子最長的軌跡所對應(yīng)的弦為2R=r=20cm時，粒子在磁場中最大的偏轉(zhuǎn)角的軌跡就是粒子在磁場中最長的軌跡線，由于最長的軌跡線的弦長與其軌跡半徑相等，所以偏轉(zhuǎn)角的最大值為=600（3）由（2）中可知粒子的最大偏轉(zhuǎn)角為600；且所對的弦為OA，故粒子在磁場軌跡的入射點(diǎn)O和出射點(diǎn)A與其軌跡圓心O1的連線和OA組成一個正三角形，也就是粒子離開磁場時與x軸正方向的夾角300，如圖所示要使偏轉(zhuǎn)角最大的粒子離開磁場時能打在y軸的正方向上，則粒子與x軸的正方向夾角/900，則OA繞過O點(diǎn)的水平軸至少要轉(zhuǎn)過=/一600點(diǎn)評：帶電粒子在磁場中的軌跡不大于半圓時，要使帶電粒子在磁場中

45、的偏轉(zhuǎn)角最大，就是要求帶電粒子在磁場中的軌跡線愈長（由于半徑確定），即所對應(yīng)的弦愈長在圓形磁場中，只有直徑作為軌跡的弦長最長所以要求帶電粒子進(jìn)入磁場時的入射點(diǎn)、離開磁場時的出射點(diǎn)的連線為圓形磁場區(qū)域的直徑這是本題的難點(diǎn)。若是rR，情況就完全變了，這時帶電粒子在磁場中的軌跡可能大于半圓或等于半圓，帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的周期T=2mqB，這是一個與速度大小和半徑無關(guān)的物理量，也就是說在磁場中運(yùn)動時間長短僅與軌跡所對圓心花怒放角有關(guān)，在具體確定時還與磁場的邊界有關(guān)，矩形的邊界和圓形的邊界是不相同的 2、洛侖茲力的多解問題（1）帶電粒子電性不確定形成多解 帶電粒子可能帶正電荷，也可能帶負(fù)電荷

46、，在相同的初速度下，正負(fù)粒子在磁場中運(yùn)動軌跡不同，導(dǎo)致雙解（2）磁場方向不確定形成多解 若只告知磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，而未說明磁感應(yīng)強(qiáng)度方向，則應(yīng)考慮因磁場方向不確定而導(dǎo)致的多解（3）臨界狀態(tài)不惟一形成多解 帶電粒子在洛倫茲力作用下飛越有界磁場時，它可能穿過去，也可能偏轉(zhuǎn)1800從入射界面這邊反向飛出另在光滑水平桌面上，一絕緣輕繩拉著一帶電小球在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動，若繩突然斷后，小球可能運(yùn)動狀態(tài)也因小球帶電電性，繩中有無拉力造成多解（4）運(yùn)動的重復(fù)性形成多解 如帶電粒子在部分是電場，部分是磁場空間運(yùn)動時，往往具有往復(fù)性，因而形成多解【例8】如圖所示，一半徑為R的絕緣圓筒中有沿軸線方向的勻強(qiáng)磁場

47、，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一質(zhì)量為m，帶電荷量為q的正粒子（不計重力）以速度為v從筒壁的A孔沿半徑方向進(jìn)入筒內(nèi)，設(shè)粒子和筒壁的碰撞無電荷量和能量的損失，那么要使粒子與筒壁連續(xù)碰撞，繞筒壁一周后恰好又從A孔射出，問：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小必須滿足什么條件？(2)粒子在筒中運(yùn)動的時間為多少？AO解析:(1)粒子射入圓筒后受洛侖茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn),設(shè)第一次與B點(diǎn)碰撞,撞后速度方向又指向O點(diǎn),設(shè)粒子碰撞n-1次后再從A點(diǎn)射出,則其運(yùn)動軌跡是n段相等的弧長.BO/設(shè)第一段圓弧的圓心為O/,半徑為r,則=2/2n=/n.,由幾何關(guān)系得,又由r=mv/Bq,聯(lián)立得:(2)粒子運(yùn)動的周期為:T=2m/qB,將B代

48、入得弧AB所對的圓心角粒子由A到B所用的時間 (n=3.4.5)故粒子運(yùn)動的總時間為 (n=3.4.5)【例9】S為電子源，它只能在如圖（l）所示紙面上的3600范圍內(nèi)發(fā)射速率相同，質(zhì)量為m，電量為e的電子，MN是一塊豎直擋板，與S的水平距離OS=L，擋板左側(cè)充滿垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感強(qiáng)度為B（l）要使S發(fā)射的電子能到達(dá)擋板，則發(fā)射電子的速度至少多大？（2）若S發(fā)射電子的速度為eBLm時，擋板被電子擊中范圍多大？（要求指明S在哪個范圍內(nèi)發(fā)射的電子可以擊中擋板，并在圖中畫出能擊中擋板距O上下最遠(yuǎn)的電子的運(yùn)動軌道）【解析】（l）電子在磁場中所受洛侖較為提供向心力qBV= mV2/r 當(dāng)r=

49、L/2時，速度v最小， 由、可得，V=eBL2m （2）若S發(fā)射電子速率V/=eBLm，由eV/B=mV/2/r/ 可得：r/=L 由左手定則知，電子沿SO發(fā)射時，剛好到達(dá)板上的b點(diǎn)，且OB= r/= L，由SO逆時針轉(zhuǎn)1800的范圍內(nèi)發(fā)射的電子均能擊中擋板，落點(diǎn)由bOab/a，其中沿SO/發(fā)射的電并擊中擋板上的a點(diǎn)，且aO=L由上分析可知，擋板能被電子擊中的范圍由ab，其高度h=LL=（十l）L，擊中a、b兩點(diǎn)的電子軌跡，如圖（2）所示【例10】M、N、P為很長的平行邊界面，M、N與M、P間距分別為L1、L2，其間分別有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1和B2的勻強(qiáng)磁場區(qū)，和磁場方向垂直紙面向里，B1B2，有

50、一帶正電粒子的電量為q，質(zhì)量為m，以大小為v的速度垂直邊界M及磁場方向射入MN間的磁場區(qū)域，討論粒子初速度v應(yīng)滿足什么條件才可穿過兩個磁場區(qū)域（不計粒子的重力）。解析:先討論粒子穿出B1的條件：設(shè)粒子以某一速度v在磁場B1中運(yùn)動的圓軌跡剛好與M相切，此時軌跡半徑剛好為L1，由 得： 由此可得使粒子能穿出B1的條件是： 。再討論粒子穿出B2條件：又設(shè)粒子以某一的速度穿出了B1后在B2中穿過時其圓軌跡又剛好與P相切，如圖所示，粒子在B1中的運(yùn)動軌跡所對的圓心角為，那么：，粒子在B2運(yùn)動的軌跡半徑為：由幾何知識得：RRsin=L2 所以有： 解得：，所以當(dāng)粒子的速度時就可以穿出B1和B2。專題:帶電

51、粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動基礎(chǔ)知識 一、復(fù)合場的分類：1、復(fù)合場：即電場與磁場有明顯的界線，帶電粒子分別在兩個區(qū)域內(nèi)做兩種不同的運(yùn)動，即分段運(yùn)動，該類問題運(yùn)動過程較為復(fù)雜，但對于每一段運(yùn)動又較為清晰易辨，往往這類問題的關(guān)鍵在于分段運(yùn)動的連接點(diǎn)時的速度，具有承上啟下的作用2、疊加場：即在同一區(qū)域內(nèi)同時有電場和磁場，些類問題看似簡單，受力不復(fù)雜，但仔細(xì)分析其運(yùn)動往往比較難以把握。二、帶電粒子在復(fù)合場電運(yùn)動的基本分析1.當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場中所受的合外力為0時，粒子將做勻速直線運(yùn)動或靜止2.當(dāng)帶電粒子所受的合外力與運(yùn)動方向在同一條直線上時，粒子將做變速直線運(yùn)動3.當(dāng)帶電粒子所受的合外力充當(dāng)向心力時，粒子將做

52、勻速圓周運(yùn)動4.當(dāng)帶電粒子所受的合外力的大小、方向均是不斷變化的時，粒子將做變加速運(yùn)動，這類問題一般只能用能量關(guān)系處理三、電場力和洛倫茲力的比較1.在電場中的電荷，不管其運(yùn)動與否，均受到電場力的作用；而磁場僅僅對運(yùn)動著的、且速度與磁場方向不平行的電荷有洛倫茲力的作用2.電場力的大小FEq，與電荷的運(yùn)動的速度無關(guān)；而洛倫茲力的大小f=Bqvsin,與電荷運(yùn)動的速度大小和方向均有關(guān)3.電場力的方向與電場的方向或相同、或相反；而洛倫茲力的方向始終既和磁場垂直，又和速度方向垂直4.電場力既可以改變電荷運(yùn)動的速度大小，也可以改變電荷運(yùn)動的方向，而洛倫茲力只能改變電荷運(yùn)動的速度方向，不能改變速度大小5.電

53、場力可以對電荷做功，能改變電荷的動能；洛倫茲力不能對電荷做功，不能改變電荷的動能6.勻強(qiáng)電場中在電場力的作用下，運(yùn)動電荷的偏轉(zhuǎn)軌跡為拋物線；勻強(qiáng)磁場中在洛倫茲力的作用下，垂直于磁場方向運(yùn)動的電荷的偏轉(zhuǎn)軌跡為圓弧四、對于重力的考慮 重力考慮與否分三種情況（1)對于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等一般不做特殊交待就可以不計其重力，因?yàn)槠渲亓σ话闱闆r下與電場力或磁場力相比太小，可以忽略；而對于一些實(shí)際物體，如帶電小球、液滴、金屬塊等不做特殊交待時就應(yīng)當(dāng)考慮其重力（2)在題目中有明確交待的是否要考慮重力的，這種情況比較正規(guī)，也比較簡單（3)對未知名的帶電粒子其重力是否忽略又沒有明確時，可采用假設(shè)法判斷，

54、假設(shè)重力計或者不計，結(jié)合題給條件得出的結(jié)論若與題意相符則假設(shè)正確，否則假設(shè)錯誤五、復(fù)合場中的特殊物理模型1粒子速度選擇器 如圖所示，粒子經(jīng)加速電場后得到一定的速度v0，進(jìn)入正交的電場和磁場，受到的電場力與洛倫茲力方向相反，若使粒子沿直線從右邊孔中出去，則有qv0BqE,v0=E/B，若v= v0=E/B，粒子做直線運(yùn)動，與粒子電量、電性、質(zhì)量無關(guān) 若vE/B，電場力大，粒子向電場力方向偏，電場力做正功，動能增加 若vE/B，洛倫茲力大，粒子向磁場力方向偏，電場力做負(fù)功，動能減少2.磁流體發(fā)電機(jī) 如圖所示，由燃燒室O燃燒電離成的正、負(fù)離子（等離子體）以高速。噴入偏轉(zhuǎn)磁場B中在洛倫茲力作用下，正、

55、負(fù)離子分別向上、下極板偏轉(zhuǎn)、積累，從而在板間形成一個向下的電場兩板間形成一定的電勢差當(dāng)qvB=qU/d時電勢差穩(wěn)定UdvB，這就相當(dāng)于一個可以對外供電的電源3.電磁流量計電磁流量計原理可解釋為：如圖所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體向左流動導(dǎo)電液體中的自由電荷（正負(fù)離子）在洛倫茲力作用下縱向偏轉(zhuǎn)，a,b間出現(xiàn)電勢差當(dāng)自由電荷所受電場力和洛倫茲力平衡時，a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定 由Bqv=Eq=Uq/d，可得v=U/Bd.流量Q=Sv=Ud/4B4.質(zhì)譜儀如圖所示組成：離子源O，加速場U，速度選擇器（E,B），偏轉(zhuǎn)場B2，膠片原理：加速場中qU=mv2選擇器中:v

56、=E/B1偏轉(zhuǎn)場中:d2r，qvB2mv2/r比荷:質(zhì)量作用：主要用于測量粒子的質(zhì)量、比荷、研究同位素5.回旋加速器如圖所示組成：兩個D形盒，大型電磁鐵，高頻振蕩交變電壓，兩縫間可形成電壓U作用：電場用來對粒子（質(zhì)子、氛核,a粒子等）加速，磁場用來使粒子回旋從而能反復(fù)加速高能粒子是研究微觀物理的重要手段要求：粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的周期等于交變電源的變化周期關(guān)于回旋加速器的幾個問題：(1)回旋加速器中的D形盒，它的作用是靜電屏蔽，使帶電粒子在圓周運(yùn)動過程中只處在磁場中而不受電場的干擾，以保證粒子做勻速圓周運(yùn)動(2)回旋加速器中所加交變電壓的頻率f,與帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動的頻率相等:(3)回旋

57、加速器最后使粒子得到的能量，可由公式來計算，在粒子電量，、質(zhì)量m和磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定的情況下，回旋加速器的半徑R越大，粒子的能量就越大【注意】直線加速器的主要特征 如圖所示，直線加速器是使粒子在一條直線裝置上被加速規(guī)律方法 1、帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動【例1】如圖所示，在X軸上方有勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)為E；在X軸下方有勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向如圖，在X軸上有一點(diǎn)M，離O點(diǎn)距離為L現(xiàn)有一帶電量為十q的粒子，使其從靜止開始釋放后能經(jīng)過M點(diǎn)如果把此粒子放在y軸上，其坐標(biāo)應(yīng)滿足什么關(guān)系？（重力忽略不計）解析：由于此帶電粒子是從靜止開始釋放的，要能經(jīng)過M點(diǎn)，其起始位置只能在勻強(qiáng)電場區(qū)域物理過程是：靜止電荷

58、位于勻強(qiáng)電場區(qū)域的y軸上，受電場力作用而加速，以速度V進(jìn)入磁場，在磁場中受洛侖茲力作用作勻速圓周運(yùn)動，向X軸偏轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)半周期過X軸重新進(jìn)入電場，在電場中經(jīng)減速、加速后仍以原速率從距O點(diǎn)2R處再次超過X軸，在磁場回轉(zhuǎn)半周后又從距O點(diǎn)4R處飛越X軸如圖10一53所示（圖中電場與磁場均未畫出）故有L2R，L22R，L32R 即 RL2n，（n=1、2、3） 設(shè)粒子靜止于y軸正半軸上，和原點(diǎn)距離為h，由能量守恒得mv22=qEh 對粒子在磁場中只受洛侖茲力作用而作勻速圓周運(yùn)動有：RmvqB 解式得：hB2qL28n2mE （nl、2、3）【例2】如圖所示，在寬l的范圍內(nèi)有方向如圖的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)為E，一

59、帶電粒子以速度v垂直于電場方向、也垂直于場區(qū)邊界射入電場，不計重力，射出場區(qū)時，粒子速度方向偏轉(zhuǎn)了角，去掉電場，改換成方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，此粒子若原樣射入磁場，它從場區(qū)的另一側(cè)射出時，也偏轉(zhuǎn)了角，求此磁場的磁感強(qiáng)度B解析：粒子在電場中運(yùn)行的時間t lv；加速度 aqEm；它作類平拋的運(yùn)動有 tg=at/v=qEl/mv2粒子在磁場中作勻速圓周運(yùn)動由牛頓第二定律得：qvB=mv2/r，所以r=mv/qB又：sin=l/r=lqB/mv由兩式得：B=Ecos/v【例3】初速為零的離子經(jīng)過電勢差為U的電場加速后，從離子槍T中水平射出，經(jīng)過一段路程后進(jìn)入水平放置的兩平行金屬板MN和PQ之間離子

60、所經(jīng)空間存在一磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，如圖所示（不考慮重力作用），離子荷質(zhì)比q/m（q、m分別是離子的電量與質(zhì)量）在什么范圍內(nèi)，離子才能打在金屬板上？解析：離子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，作出兩條邊界軌跡和TQ，分別作出離子在 T、P、Q三點(diǎn)所受的洛倫茲力，分別延長之后相交于O1、O2點(diǎn)，如圖所示，O1和O2分別是TP和TQ的圓心，設(shè) R1和 R2分別為相應(yīng)的半徑離子經(jīng)電壓U加速，由動能定理得qUmv2由洛倫茲力充當(dāng)向心力得qvB=mv2/R 由式得q/m=2U/B2R2由圖直角三角形O1CP和O2CQ可得 R12d2（R1一d/2）2，R15d/4R22（2d）2（R2一d/2）2，R217d/