高中物理教科版1第三章磁場(chǎng)

第一節(jié)磁場(chǎng)磁感線生活中我們常常遇到電現(xiàn)象，與電現(xiàn)象密不可分是磁現(xiàn)象，其實(shí)用到電的地方，幾乎都有磁現(xiàn)象相伴.從本章開(kāi)始我們將在初中所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步學(xué)習(xí)有關(guān)磁現(xiàn)象以及電磁聯(lián)系方面的知識(shí).一、幾個(gè)基本概念：磁性：物體具有的吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)的性質(zhì).磁體：具有磁性的物體叫做磁體，生活中常見(jiàn)的磁體為條形磁鐵、小磁針、蹄形磁鐵.磁極：磁體上磁性較強(qiáng)的部分叫磁極.磁極間的相互作用：同名磁極相斥，異名磁極相吸.二、磁場(chǎng)的概念及其性質(zhì)兩個(gè)異種電荷靠近時(shí)，它們之間有相互作用的吸引力產(chǎn)生.相互間的吸引力是這樣產(chǎn)生的：帶電體在其周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)，電場(chǎng)對(duì)處于其中的電荷有電場(chǎng)力的作用；B處于A產(chǎn)生的電場(chǎng)中，該電場(chǎng)給B一個(gè)向左的作用力，同時(shí)A處于B產(chǎn)生的電場(chǎng)中，該電場(chǎng)給A一個(gè)向右的反作用力.電荷間的相互作用力是通過(guò)電場(chǎng)來(lái)傳遞的.兩個(gè)條形磁鐵的異名磁極靠近時(shí)，它們之間也有相互作用的吸引力產(chǎn)生，這兩個(gè)磁極并沒(méi)有直接接觸，它們之間的相互作用力是怎樣產(chǎn)生的呢？將磁體與帶電體進(jìn)行類比：磁體之間的相互作用力是這樣產(chǎn)生的：A在周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，B處于A產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，該磁場(chǎng)給B一個(gè)向左的作用力；同時(shí)B也會(huì)在其周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，A處于B產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，該磁場(chǎng)給A一個(gè)向右的反作用力.該現(xiàn)象說(shuō)明了磁體能在其周圍空間產(chǎn)生磁場(chǎng);磁場(chǎng)對(duì)磁體有力的作用;磁體與磁體之間的相互作用是通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)傳遞的.磁場(chǎng)對(duì)其它物體的作用力叫做磁場(chǎng)力.在圖3-1-3（a）中，當(dāng)導(dǎo)線中有電流時(shí)，小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明小磁針受到了磁場(chǎng)力作用，該區(qū)域一定存在磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)只能由電流產(chǎn)生，即電流對(duì)磁體有磁場(chǎng)力作用.根據(jù)牛頓第三定律，小磁針一定對(duì)電流有反作用力，即小磁針產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)電流也有磁場(chǎng)力作用.該實(shí)驗(yàn)叫做奧斯特實(shí)驗(yàn)，它說(shuō)明了電流也能產(chǎn)生磁場(chǎng)；磁場(chǎng)對(duì)電流有磁場(chǎng)力作用；電流與磁體之間的相互作用也是通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)傳遞的.由奧斯特實(shí)驗(yàn)的結(jié)論可以從理論上推出；電流與電流之間也有相互作用的磁場(chǎng)力；電流與電流之間的相互作用也是通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)傳遞的.生活中我們可以看到平行同向電流相互吸引，平行異向電流相互排斥.在圖3-1-3（a）中，讓向右定向移動(dòng)的正電荷代替電流，小磁針發(fā)生相同的偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明了定向移動(dòng)的電荷也能產(chǎn)生磁場(chǎng)，定向移動(dòng)的電荷對(duì)磁體有磁場(chǎng)力作用.根據(jù)牛頓第三定律，小磁針一定對(duì)定向移動(dòng)的電荷有反作用力，即小磁針產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)定向移動(dòng)的電荷也有磁場(chǎng)力作用.該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了定向移動(dòng)的電荷也能產(chǎn)生磁場(chǎng)；磁場(chǎng)對(duì)定向移動(dòng)的電荷有磁場(chǎng)力作用；定向移動(dòng)的電荷與磁體之間的相互作用力也是通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)傳遞的.由此，我們可以總結(jié)出哪些物質(zhì)能產(chǎn)生磁場(chǎng).1、磁場(chǎng)的產(chǎn)生：磁體或電流或定向移動(dòng)的電荷在其周圍空間產(chǎn)生的一種（看不見(jiàn)，摸不著的）特殊物質(zhì).其中我們把電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的現(xiàn)象叫做電流的磁效應(yīng).2、磁場(chǎng)的性質(zhì)：磁場(chǎng)對(duì)處于其中的磁體、電流、定向移動(dòng)的電荷有磁場(chǎng)力作用.3、磁場(chǎng)的作用：磁體、電流、定向移動(dòng)電荷之間的相互作用力都是通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)傳遞的.可見(jiàn)，磁場(chǎng)是一種非常重要的物質(zhì)，我們必須把它認(rèn)識(shí)清楚.三、對(duì)常見(jiàn)磁場(chǎng)的認(rèn)識(shí)在研究電場(chǎng)的時(shí)候，由于電場(chǎng)是一種看不見(jiàn)，摸不著的物質(zhì)，不可能直接研究，但電場(chǎng)對(duì)處于其中的電荷有力的作用，根據(jù)電場(chǎng)對(duì)處于其中的電荷有力的作用的特點(diǎn)，在電場(chǎng)中引入試探電荷，根據(jù)試探電荷在電場(chǎng)中的受力情況來(lái)間接研究電場(chǎng).而對(duì)于磁場(chǎng)來(lái)說(shuō)，由于磁場(chǎng)對(duì)磁體和電流以及定向移動(dòng)的電荷有磁場(chǎng)力作用，也可以在磁場(chǎng)中引入磁體或電流或定向移動(dòng)的電荷，根據(jù)它們?cè)诖艌?chǎng)中的受力情況來(lái)間接研究磁場(chǎng).研究磁場(chǎng)的方法：引入磁體或電流或定向移動(dòng)的電荷.如圖3-1-7所示，把很多相同的小磁針?lè)旁跅l形磁鐵的磁場(chǎng)中，在磁場(chǎng)中的不同點(diǎn)，小磁針靜止時(shí)N極所指的方向一般并不相同.這個(gè)事實(shí)說(shuō)明了小磁針在不同點(diǎn)受到的磁場(chǎng)力的方向一般并不相同，也說(shuō)明了磁場(chǎng)在不同點(diǎn)的方向一般并不相同，即磁場(chǎng)是有方向性的.物理學(xué)中規(guī)定：磁場(chǎng)方向的規(guī)定：在磁場(chǎng)中的任一點(diǎn)，小磁針北極受力的方向，亦即小磁針靜止時(shí)北極所指的方向，就是那一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向.在圖3-1-7中，畫(huà)出各點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，再將小磁針?biāo)诘奈恢糜们€連接起來(lái)，發(fā)現(xiàn)曲線各點(diǎn)的切線方向正好是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，在條形磁鐵的N極和S極附近，曲線的分布更密集，顯示了條形磁鐵的N極和S極附近的磁場(chǎng)更強(qiáng).這樣的曲線可以形象、簡(jiǎn)潔的描述磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)弱，我們把這樣的曲線叫做磁感線.磁感線：在磁場(chǎng)中假想出來(lái)的一些有方向的曲線，在這些曲線上，每一點(diǎn)的切線方向都在該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向上，曲線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱.確定磁場(chǎng)方向的方法歸納：小磁針北極受到的磁場(chǎng)力方向（適用于動(dòng)態(tài)分析）小磁針靜止時(shí)北極所指的方向（適用于靜態(tài)分析）磁感線在該點(diǎn)的切線方向用實(shí)驗(yàn)?zāi)M各種磁場(chǎng)磁感線的分布符號(hào)系統(tǒng)：磁場(chǎng)方向遠(yuǎn)離觀察者；磁場(chǎng)方向指向觀察者；電流方向遠(yuǎn)離觀察者；電流方向指向觀察者；磁場(chǎng)力方向遠(yuǎn)離觀察者；磁場(chǎng)力方向指向觀察者.磁體的磁場(chǎng)：條形磁鐵和蹄形磁鐵磁感線是閉合曲線；磁鐵外部的磁感線由北極指向南極，磁鐵內(nèi)部的磁感線由南極指向北極；兩磁極附近的磁感線更密集，磁場(chǎng)也更強(qiáng).蹄形磁鐵中間部分的磁感線平行且間距相等.電流的磁場(chǎng)：通電直導(dǎo)線磁場(chǎng)的磁感線分布：通電直導(dǎo)線的電流方向跟它的磁感線環(huán)繞方向之間的關(guān)系可以用安培定則來(lái)判定：如教材82頁(yè)圖3-1-10（d）右圖所示，用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向.一些以直導(dǎo)線為軸線的同心圓柱面；某一小段通電直導(dǎo)線的磁感線分布為一些以該小段直導(dǎo)線為圓心的同心圓環(huán)，這些同心圓環(huán)都在跟直導(dǎo)線垂直的平面上，越靠近通電直導(dǎo)線的地方，磁感線分布越密集，磁場(chǎng)越強(qiáng).磁場(chǎng)磁感線分布的立體圖和截面圖環(huán)形電流磁場(chǎng)的磁感線分布：環(huán)形導(dǎo)線的中心軸線上：如教材82頁(yè)圖3-1-10（d）左圖所示，磁感線與環(huán)形電流所在的平面垂直；可用安培定則來(lái)判定：讓右手彎曲的四指所指的方向和環(huán)形電流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線中心軸線上磁感線的方向環(huán)形導(dǎo)線附近：如教材82頁(yè)圖3-1-10（b）所示，環(huán)形電流磁場(chǎng)的磁感線為一些圍繞導(dǎo)線的閉合曲線，越靠近環(huán)形導(dǎo)線的地方，磁感線的分布密集.可把環(huán)形導(dǎo)線分成很多小段，每一小段可用判斷直線電流磁場(chǎng)的磁感線分布的方法來(lái)判斷其附近的磁感線分布.磁場(chǎng)磁感線分布的立體圖和截面圖通電螺線管磁場(chǎng)的磁感線分布：通電螺線管內(nèi)部的磁感線分布：如教材82頁(yè)圖3-1-10（c）所示，通電螺線管內(nèi)部的磁感線均勻分布，其方向可用右手定則判定：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，大拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向.外部的磁感線的分布情況和條形磁鐵磁場(chǎng)的分布情況相同.磁場(chǎng)磁感線分布立體圖和截面圖通電螺旋管可以等效成很多個(gè)電流繞行方向一致的通電圓環(huán)串聯(lián).電流的磁場(chǎng)相比于天然磁鐵的磁場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)：電流磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和有無(wú)容易調(diào)節(jié)和控制.磁場(chǎng)的等效：由圖可知，條形磁鐵，通電圓環(huán)，通電螺線管的磁感線分布情況近似，它們的磁場(chǎng)可以相互等價(jià).5、（了解）磁感線的相關(guān)知識(shí)磁感線是假想出來(lái)的，并不真實(shí)存在于磁場(chǎng)中磁感線不相交，不相切.磁感線是封閉曲線磁感線的切線表示磁場(chǎng)方向磁感線的疏密程度定性地反映了磁場(chǎng)的強(qiáng)弱：在同一幅磁感線分布圖中，磁感線越密集的地方磁場(chǎng)越強(qiáng)，磁感線越稀疏的地方，磁場(chǎng)越弱.四、磁現(xiàn)象的電本質(zhì)如教材83頁(yè)圖3-1-14所示，原子的每個(gè)核外電子都在不停地繞核旋轉(zhuǎn)，形成環(huán)形電流，稱為分子電流，產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)可以等價(jià)成小磁針產(chǎn)生的磁場(chǎng).原子內(nèi)多個(gè)電子的分子電流的磁場(chǎng)取向一致時(shí)，原子就等價(jià)成大一點(diǎn)的小磁體，產(chǎn)生的磁場(chǎng)稱為原子磁場(chǎng).磁體具有磁性的原因：物體內(nèi)原子磁場(chǎng)的取向較一致時(shí)，整體對(duì)外顯示出磁性，取向的一致性越好，顯示出的磁性越強(qiáng).由此總結(jié)出：一切磁場(chǎng)均來(lái)源于電荷的運(yùn)動(dòng).磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：一切磁場(chǎng)均來(lái)源于電荷的運(yùn)動(dòng).磁化：教材83頁(yè)圖3-1-15第1、2、3幅圖，在外界因素影響下，物體內(nèi)原子磁場(chǎng)的取向更加一致時(shí)，顯示出的磁性增強(qiáng)，該過(guò)程叫做磁化.實(shí)驗(yàn)室常用通電螺線管產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁化鋼胚制作條形磁鐵.退磁：在外界因素影響下，物體內(nèi)原子磁場(chǎng)的取向更加不一致時(shí)，顯示出的磁性減弱，該過(guò)程叫做退磁.溫度升高，電子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)加劇，原子磁場(chǎng)的取向變得不一致，磁體磁性減弱.劇烈振動(dòng)磁體，也可能使得原子磁場(chǎng)的取向變得不一致，使得磁性減弱.所以在做有關(guān)條形磁鐵的實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)條形磁鐵要輕拿輕放，不得對(duì)條形磁鐵進(jìn)行劇烈加溫.無(wú)論磁體大小和形狀如何，必定只有N極和S極兩個(gè)磁極.一塊磁鐵被摔成兩半后，變成兩塊新磁鐵，每塊各有一個(gè)N極和S極.第二節(jié)磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用——安培力最簡(jiǎn)單、最特殊的磁場(chǎng)：勻強(qiáng)磁場(chǎng)：定義：磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向都相同的磁場(chǎng)特點(diǎn)：磁感線平行且間距相等；生活中可以近似看著勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)：條形磁鐵的相互靠近的N極和S極之間的區(qū)域；蹄形磁鐵中間的區(qū)域，通電螺旋管內(nèi)部的磁場(chǎng)（除邊緣部分外）.物理學(xué)中，把磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的磁場(chǎng)力叫做安培力.安培力：磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的磁場(chǎng)力.安培力方向遠(yuǎn)離觀察者；安培力方向指向觀察者安培力與哪些因素有關(guān)呢？通過(guò)猜想并分析，影響安培力的因素有電流I的大小，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，磁場(chǎng)中通電導(dǎo)線的長(zhǎng)度L等.應(yīng)該用控制變量法進(jìn)行探究.我們通過(guò)教材85頁(yè)3-2-1的實(shí)驗(yàn)來(lái)探究.探究影響安培力的因素探究一：磁場(chǎng)強(qiáng)弱不變，處于磁場(chǎng)中的導(dǎo)線長(zhǎng)度L不變的情況下，探究安培力F與電流I之間的關(guān)系.電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)在接通電路前，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)等于導(dǎo)線框的重力，即，接通電路后，無(wú)論如何調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器改變電流，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)始終等于導(dǎo)線框的重力.結(jié)論：電流方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，通電導(dǎo)線不受安培力；電流方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)保持導(dǎo)線框的豎直邊在磁場(chǎng)區(qū)外.在接通電路前，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)等于導(dǎo)線框的重力，即接通電路后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電流表的讀數(shù)為，記錄此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為，就是導(dǎo)線框受到的安培力.繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電流表的讀數(shù)為，，觀察并記錄彈簧測(cè)力計(jì)相應(yīng)的讀數(shù)為，；分別計(jì)算出安培力，，在表格中列出與安培力的對(duì)應(yīng)關(guān)系結(jié)論：當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，在磁場(chǎng)強(qiáng)弱不變，處于磁場(chǎng)中的導(dǎo)線長(zhǎng)度L不變的情況下，通電導(dǎo)線所受安培力與電流I成正比.探究二：當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，在磁場(chǎng)強(qiáng)弱不變，電流I大小不變的情況下，保持導(dǎo)線框的豎直邊在磁場(chǎng)區(qū)外，探究安培力與處于磁場(chǎng)中的導(dǎo)線長(zhǎng)度L之間的關(guān)系調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電流表的讀數(shù)為一個(gè)合適的讀數(shù)I，記下此時(shí)測(cè)力計(jì)的讀數(shù)并算出此時(shí)的安培力為；緊挨著蹄形磁鐵再并排放上一個(gè)相同的蹄形磁鐵（相同極性在同一側(cè)），這就使得處于磁場(chǎng)中的導(dǎo)線長(zhǎng)度為原來(lái)的2倍，記下此時(shí)測(cè)力計(jì)的讀數(shù)并算出此時(shí)的安培力為；使處于磁場(chǎng)中的導(dǎo)線長(zhǎng)度為原來(lái)的3倍，記下測(cè)力計(jì)的讀數(shù)并算出相應(yīng)的安培力為.結(jié)論：當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，在磁場(chǎng)強(qiáng)弱不變，電流I大小不變的情況下，通電導(dǎo)線所受安培力與處于磁場(chǎng)中的導(dǎo)線長(zhǎng)度L成正比.探究三：當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，在電流I大小不變，處于磁場(chǎng)中的導(dǎo)線長(zhǎng)度L不變的情況下，保持導(dǎo)線框的豎直邊在磁場(chǎng)區(qū)外，探究安培力與磁場(chǎng)強(qiáng)弱的關(guān)系.用充磁機(jī)對(duì)蹄形磁鐵進(jìn)行充磁，重新試驗(yàn)，磁場(chǎng)越強(qiáng)時(shí)，導(dǎo)線框受到的安培力越大結(jié)論：當(dāng)通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，在電流I大小不變，處于磁場(chǎng)中的導(dǎo)線長(zhǎng)度L不變的情況下，通電導(dǎo)線所受安培力與磁場(chǎng)強(qiáng)弱正相關(guān).總結(jié)：精確的實(shí)驗(yàn)表明，通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，通電導(dǎo)線所受安培力與處于磁場(chǎng)中的導(dǎo)線長(zhǎng)度L和電流大小I成正比，即，比列系數(shù)用符號(hào)B表示,其大小與導(dǎo)線所在位置的磁場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)，磁場(chǎng)越強(qiáng)，比列系數(shù)B越大.安培力的定性認(rèn)識(shí)安培力：磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的磁場(chǎng)力.安培：法國(guó)物理學(xué)家（1775~1836）表達(dá)式：，比列系數(shù)B是一個(gè)與磁場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)的物理量，磁場(chǎng)越強(qiáng)，B越大.方向：左手定則：伸開(kāi)左手，使大拇指更其余四個(gè)手指垂直，并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)，把手放入磁場(chǎng)中，讓（原磁場(chǎng)的）磁感線穿入手心，并使伸開(kāi)的四指指向電流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向.舉一些例子以鞏固左手定則：安培力方向的特點(diǎn)：安培力的方向既跟磁場(chǎng)方向垂直，又跟電流方向垂直；也就是說(shuō)，安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)方向和通電導(dǎo)線所在的平面.左手定則的推論：磁場(chǎng)方向和電流方向以及安培力方向三個(gè)方向中，保持一個(gè)方向不變，改變第二個(gè)方向，則第三個(gè)方向必然相反；改變?nèi)齻€(gè)方向中的任意兩個(gè)，第三個(gè)方向不變.安培力是性質(zhì)力.以后對(duì)物體做受力分析時(shí)，要注意考慮物體是否受到安培力.安培力的等效作用點(diǎn)：導(dǎo)體的中間位置活動(dòng)：分析平行電流之間安培力結(jié)論：平行同向電流相互吸引，平行反向電流相互排斥.安培力的運(yùn)用直流電動(dòng)機(jī)的工作原理：如圖3-2-6所示（結(jié)合88頁(yè)圖3-2-11、圖3-2-9進(jìn)行說(shuō)明）磁電式電流表（結(jié)合88頁(yè)圖3-2-10進(jìn)行說(shuō)明）工作原理沒(méi)有電流流過(guò)線圈時(shí)，兩根繞向相反的螺旋彈簧使指針停在零點(diǎn)，指針的零點(diǎn)位置可以通過(guò)機(jī)械調(diào)零旋鈕來(lái)調(diào)節(jié).線圈中有電流時(shí)，安培力使線圈旋轉(zhuǎn)的效果與螺旋彈簧阻礙線圈旋轉(zhuǎn)的效果抵消，指針指在一個(gè)確定位置.工作特點(diǎn)：指針偏角與電流成正比，即指針偏轉(zhuǎn)方向與電流流向之間的關(guān)系：“0”刻度在刻度盤(pán)正中間的電流表，沒(méi)有正負(fù)極之分，電流從那一側(cè)進(jìn)，指針就往哪一側(cè)偏轉(zhuǎn)，如圖所示.“0”刻度在刻度盤(pán)最左端的電流表，有正負(fù)極之分，電流只能從正極進(jìn)入，指針只能向右偏轉(zhuǎn).磁電式電流表性能的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，可以測(cè)出很小的電流；缺點(diǎn)：對(duì)過(guò)載很敏感，容易被燒毀.

第三節(jié)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁通量巨大的電磁鐵能夠吸起成噸的鋼鐵，小的磁鐵只能吸起小鐵釘.這些現(xiàn)象說(shuō)明了磁場(chǎng)不僅有方向性還有強(qiáng)弱的不同，引入一個(gè)什么樣的物理量來(lái)定量地描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱呢？電場(chǎng)對(duì)其中的電荷有電場(chǎng)力的作用，研究電場(chǎng)強(qiáng)弱的時(shí)候，我們從分析電荷在電場(chǎng)中的受力情況著手，找到了定量表示電場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量——電場(chǎng)強(qiáng)度.類似地，磁場(chǎng)對(duì)處于其中的通電導(dǎo)線有安培力，大小與電流I成正比，而且電流大小容易測(cè)量.所以，研究磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，我們可以從分析通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的安培力著手，找出定量描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量.為了研究空間中某一點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，引入的通電直導(dǎo)線應(yīng)該足夠短，為了使通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)不對(duì)要研究的磁場(chǎng)產(chǎn)生大的影響，通電直導(dǎo)線中的電流應(yīng)足夠小，滿足這兩個(gè)條件的通電直導(dǎo)線叫做試探電流或者電流元.（了解）電流元：長(zhǎng)度足夠短，電流足夠小的通電直導(dǎo)線.在89頁(yè)圖3-3-1的磁場(chǎng)中，在各點(diǎn)放入電流元，得出安培力F、電流I的大小，電流元的長(zhǎng)度L等物理量的具體數(shù)值.對(duì)這些數(shù)值分析后發(fā)現(xiàn)，在磁場(chǎng)中某一點(diǎn)（如B點(diǎn)），無(wú)論怎樣改變電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度L，安培力與電流和導(dǎo)線長(zhǎng)度乘積的比值是一個(gè)定值，與導(dǎo)線長(zhǎng)度L、電流I的大小無(wú)關(guān)；而在磁場(chǎng)中的不同點(diǎn)（A、B、C點(diǎn)），安培力與電流和導(dǎo)線長(zhǎng)度乘積的比值不相等，，，說(shuō)明該比值只由磁場(chǎng)本身確定，比值越大的點(diǎn)，磁場(chǎng)對(duì)同一電流元的安培力越大，反映了該點(diǎn)的磁場(chǎng)越強(qiáng).所以該比值能反映磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，描述了磁場(chǎng)在力方面的性質(zhì).在物理學(xué)中，該比值叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度，用符號(hào)B表示.磁感應(yīng)強(qiáng)度定義：在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電直導(dǎo)線，所受的安培力F跟電流I和處于磁場(chǎng)中的導(dǎo)線長(zhǎng)度L的乘積IL的比值叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度.這個(gè)物理量之所以叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度，而沒(méi)有叫做磁場(chǎng)強(qiáng)度，是由于歷史上“磁場(chǎng)強(qiáng)度”這一物理量更早由H表示了.定義式：物理意義：反映磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，表征了磁場(chǎng)在力方面的性質(zhì).決定因素：由磁場(chǎng)本身和研究點(diǎn)的位置決定，與電流元和安培力無(wú)關(guān).性質(zhì)：矢量大?。嚎梢杂啥x式確定方向：該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向（小磁針北極受到磁場(chǎng)力的方向；小磁針靜止時(shí)北極所指的方向；磁感線的切線方向.）表示：有向線段表示，線段長(zhǎng)度表示大小，箭頭指向表示方向.磁感應(yīng)強(qiáng)度的合成與分解（如同電場(chǎng)強(qiáng)度的合成與分解）方法：平行四邊形定則.空間中某一點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各磁場(chǎng)單獨(dú)在該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和.單位：在國(guó)際單位制中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉，簡(jiǎn)稱特，國(guó)際符號(hào)是T，特斯拉是一個(gè)較大的單位.由得1T的定義：通有1A電流的1m長(zhǎng)的導(dǎo)線，在與電流垂直的磁場(chǎng)中受到的安培力如果為1N，則該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T.通過(guò)表3-3-1了解一些磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小磁場(chǎng)的簡(jiǎn)單分類：勻強(qiáng)磁場(chǎng)：磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向處處相同的磁場(chǎng).非勻強(qiáng)磁場(chǎng)：磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小或方向并不處處相同的磁場(chǎng).在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)通電導(dǎo)線很短時(shí)，仍然可以用來(lái)定義某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度.安培力的定量計(jì)算物理量介紹：：磁場(chǎng)中通電導(dǎo)線（不一定為直導(dǎo)線）的有效長(zhǎng)度，根據(jù)微元法可知其大小為連接磁場(chǎng)中通電導(dǎo)線兩端的線段長(zhǎng)度.大小計(jì)算：在通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直的前提下在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，；在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，僅適用于一段很短的導(dǎo)線，因?yàn)閷?dǎo)線很短時(shí)，它所在區(qū)域各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化很小，可以近似認(rèn)為磁場(chǎng)是均勻的.在通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向不垂直且磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)的前提下分解磁場(chǎng)：，為實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)B在與電流垂直方向上的分量.形式上分解導(dǎo)線長(zhǎng)度：，為導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度在與磁場(chǎng)垂直方向上的分量.安培力大小的范圍當(dāng)為通電導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間的夾角時(shí)：當(dāng)電流與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，即，安培力為零；當(dāng)電流與磁場(chǎng)的方向垂直時(shí)，即，安培力最大；當(dāng)電流與磁場(chǎng)方向斜交時(shí)，即，安培力間于零和最大值()之間.安培力方向的特點(diǎn)：安培力垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度和通電導(dǎo)線所在的平面，但磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定與通電導(dǎo)線的方向垂直.教材上的例題：通電導(dǎo)體在安培力作用下的運(yùn)動(dòng).Notice：在畫(huà)截面圖的時(shí)候，選擇的視角要能看到研究對(duì)象的全貌.電流元受力分析法：即把整段電流等效為多個(gè)電流元，先用左手定則判斷出每個(gè)電流元所受安培力方向，進(jìn)而判斷整段電流所受安培力的合力方向，最后確定運(yùn)動(dòng)方向.例題、蹄形磁鐵正上方有一根通有水平向右電流的直導(dǎo)線（不計(jì)重力）.求導(dǎo)線在安培力作用下的運(yùn)動(dòng)情況.解答：從上往下看，一邊逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，一邊向蹄形磁鐵靠攏特殊位置分析法：把電流或磁體旋轉(zhuǎn)一個(gè)特定角度（通常為）到便于分析的特殊位置后再判斷所受培力方向，進(jìn)而確定運(yùn)動(dòng)方向.例題、豎直放置的直導(dǎo)線AB與導(dǎo)電圓環(huán)的平面垂直且隔有一小段距離，直導(dǎo)線固定，圓環(huán)可以自由運(yùn)動(dòng)，但通以如圖所示方向的電流時(shí)（同時(shí)通電），從左向右看，線圈將（C）順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近直導(dǎo)線AB順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離開(kāi)直導(dǎo)線AB逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近直導(dǎo)線AB不動(dòng)解答：以最外側(cè)和最里側(cè)的電流元為研究對(duì)象，分析它們受到的安培力，它們使線圈從左往右看逆時(shí)針旋轉(zhuǎn).假設(shè)線圈轉(zhuǎn)過(guò)900時(shí)，以最左側(cè)和最右側(cè)的電流元為研究對(duì)象，分析它們受到的安培力，它們使線圈向左運(yùn)動(dòng).線圈從開(kāi)始旋轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)過(guò)900的過(guò)程中，4個(gè)電流元同時(shí)受到安培力，故從左往右看，線圈一邊逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，一邊靠近直導(dǎo)線AB.等效分析法：條形磁鐵、環(huán)形電流、通電螺線管的磁場(chǎng)在一定條件下可以相互等效.Ｎ例題：如圖所示，在條形永磁體右邊有一閉合鋁圓環(huán)，當(dāng)圓環(huán)通過(guò)如圖所示的電流時(shí)，受到永磁鐵磁場(chǎng)力方向是？Ｎ解答：鋁圓環(huán)有縮小的趨勢(shì)，水平向右運(yùn)動(dòng).推論分析法：（１）、兩直線電流相互平行時(shí)無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，方向相同時(shí)相互吸引，方向相反時(shí)相互排斥；ａbｃａbｃd例題、如圖所示，導(dǎo)線ａｂ固定，導(dǎo)線ｃｄ與ａｂ垂直且與ａｂ相隔一段距離，ｃｄ可以自由移動(dòng)，試分析ｃｄ運(yùn)動(dòng)情況.解答：一邊順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，一邊向ab靠攏.牛頓第三定律法：例題：如圖所示，一條形磁鐵放在水平桌面上，在磁鐵右上方固定一根與磁鐵垂直的長(zhǎng)直導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中通以由外向內(nèi)的電流時(shí)（A）磁鐵受到向左的摩擦力，磁鐵對(duì)桌面的壓力減小磁鐵受到向右的摩擦力，且對(duì)桌面的壓力減小磁鐵受到向左的摩擦力，且對(duì)桌面的壓力增大磁鐵不受摩擦力，對(duì)桌面的壓力不變分析與解答：畫(huà)出長(zhǎng)直導(dǎo)線所在位置的磁感線，由左手定則判斷出磁鐵磁場(chǎng)對(duì)長(zhǎng)直導(dǎo)線的安培力斜向左下，由牛頓第三定律判斷出長(zhǎng)直導(dǎo)線對(duì)磁鐵的反作用力斜向右上，磁鐵處于平衡狀態(tài)，磁鐵受到桌面施加的水平向左的摩擦力和豎直向上的支持力，根據(jù)牛頓第三定律，磁鐵對(duì)桌面的壓力大于重力.磁通量磁感線與磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間的定性關(guān)系為：在同一幅磁感線分布圖中，磁感線越密集的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，越稀疏的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度越小.那么磁感線與磁感應(yīng)強(qiáng)度之間的定量關(guān)系該如何描述呢？為此，物理學(xué)中引入磁通量這一概念物理學(xué)中的平面的特點(diǎn)：具有一定面積；形狀多樣：可以是平面，可以是曲面，可以是單匝或多匝線圈，還可以是電路；具有正反兩側(cè)：規(guī)定一側(cè)為正側(cè)，另一側(cè)就為反側(cè).磁通量：定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁感線垂直穿過(guò)的平面的面積的乘積叫做穿過(guò)這個(gè)面的磁通量，簡(jiǎn)稱磁通，用符號(hào)Φ表示.物理意義：反映了穿過(guò)某個(gè)面的磁感線條數(shù)的多少，反映了磁感線與磁感應(yīng)強(qiáng)度的定量關(guān)系.大小計(jì)算式：，：磁感應(yīng)強(qiáng)度在垂直平面方向上的分量，：平面面積在垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度方向上的分量，：磁感應(yīng)強(qiáng)度與平面之間的夾角，.單位：韋伯（Wb）

1Wb=1T·m2=1V·S決定因素：由磁場(chǎng)本身、平面面積、平面與磁場(chǎng)之間的夾角共同決定.性質(zhì)：磁通量是標(biāo)量，沒(méi)有方向，但是有正負(fù)之分；其正負(fù)表明了磁感線是從平面的正側(cè)還是反側(cè)穿入.磁通量Φ的大小范圍：磁場(chǎng)與平面平行時(shí)，穿過(guò)平面的磁通量為零.磁場(chǎng)與平面垂直時(shí)，穿過(guò)平面的磁通量最大（）.磁場(chǎng)與平面斜交時(shí)，穿過(guò)平面的磁通量間于零與最大值（）之間.在形式上，磁通量的方向和磁感線的方向相同.計(jì)算磁通量時(shí)的注意事項(xiàng)：只有勻強(qiáng)磁場(chǎng)穿過(guò)某個(gè)平面的磁通量才能用計(jì)算式直接計(jì)算.是剛好圍住勻強(qiáng)磁場(chǎng)的那部分面積；如圖所示，若閉合回路abcd和ABCD所在平面均與勻強(qiáng)磁場(chǎng)B垂直，面積分別為和，且，但磁場(chǎng)區(qū)域恰好只有ABCD那么大，穿過(guò)和的磁感線的條數(shù)相同，所以穿過(guò)和的磁通量是相同的，因此，在中的指剛好包含磁場(chǎng)的那部分投影面積.穿過(guò)某個(gè)線圈的磁通量與線圈匝數(shù)n無(wú)關(guān).對(duì)磁通量進(jìn)行加減運(yùn)算的時(shí)候，要把其正負(fù)號(hào)一并代入運(yùn)算.兩圓環(huán)A、B同心放置且半徑，將一條形磁鐵置于兩環(huán)圓心處，且與圓環(huán)平面垂直，如圖所示，則穿過(guò)A、B兩圓環(huán)的磁通量的大小關(guān)系為：分析：弄清條形磁鐵的磁感線分布情況，磁感線閉合，外部所有的磁感線都會(huì)集中到條形磁鐵內(nèi)部，畫(huà)出截面圖，根據(jù)磁通量的物理意義和磁通量正負(fù)和方向的規(guī)定可以得出正確結(jié)果.解答：如圖，圓環(huán)A和B向外的磁通量相同，但圓環(huán)B向里的磁通量更少，對(duì)向外的磁通量的低效作用更弱，故B的磁通量更大.一線圈S水平放置，一根磁感線從線圈左側(cè)向下穿入，從線圈右側(cè)對(duì)稱位置向上穿出，則穿過(guò)線圈的磁通量為多少.參考答案：0磁通量的變化量定義式：，“”為運(yùn)算符號(hào)勻強(qiáng)磁場(chǎng)豎直向下穿過(guò)水平放置的閉合線圈，通過(guò)線圈的磁通量為Φ，若讓磁場(chǎng)的方向相反，則該過(guò)程中穿過(guò)線圈的磁通量的改變量為多少？解答：規(guī)定磁場(chǎng)向下穿過(guò)線圈的磁通量為正，則磁場(chǎng)向上穿過(guò)線圈的磁通量為負(fù)；磁通量的改變量為，所以穿過(guò)線圈的磁通量改變了2Φ.如圖所示，有一個(gè)垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=，磁場(chǎng)有明顯的圓形邊界，圓心為O半徑為1cm，現(xiàn)于紙面內(nèi)先后放入圓形線圈，圓心均在O處，A線圈半徑為1.0cm，10匝；B線圈半徑為2cm，1匝；C線圈半徑為0.5cm，10匝，問(wèn)：（1）、在B減小為的過(guò)程中，A和B中磁通量各改變了多少？（2）、當(dāng)磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)過(guò)300角的過(guò)程中，C中的磁通量改變多少？分析：磁通量的大小與線圈匝數(shù)無(wú)關(guān)，線圈A、B框住的磁場(chǎng)面積相同，所以A、B在磁場(chǎng)變化前、后的磁通量都相等.當(dāng)磁場(chǎng)與面積不垂直時(shí)，可將磁場(chǎng)向垂直于面積和平行于面積的方向進(jìn)行分解.如圖所示，開(kāi)始時(shí)矩形線圈與磁場(chǎng)垂直，且一半在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，另一半在勻強(qiáng)磁場(chǎng)外，若要穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生持續(xù)變化，下列方法可行的是（）將線圈向左平移一小段距離將線圈向上平移以ab為軸轉(zhuǎn)動(dòng)（小于）以ad為軸轉(zhuǎn)動(dòng)（小于）如圖所示的線框，面積為S，處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，B的方向與線框面成角，當(dāng)線框面沿順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)，磁通量的變化量為多少？磁通量變化的方式：只有磁場(chǎng)發(fā)生變化：只有面積發(fā)生變化：其它原因造成磁通量的變化：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用——洛侖茲力洛侖茲力觀察與思考：見(jiàn)教材94頁(yè)（沒(méi)有實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)的等效處理：如圖所示，讓帶正電的微觀粒子以初速度豎直向下垂直進(jìn)入水平向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)粒子的軌跡向右偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明粒子不止受重力作用，粒子所在空間除了重力場(chǎng)外只有磁場(chǎng)，所以磁場(chǎng)一定對(duì)運(yùn)動(dòng)粒子有大致向右的磁場(chǎng)力，物理學(xué)中把磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的磁場(chǎng)力叫做洛侖茲力.）定義：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)力洛侖茲力的大小及范圍：帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，不受洛侖茲力.理論探究：教材95頁(yè)結(jié)論：帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，所受洛侖茲力最大，，其中為粒子瞬時(shí)速度的大小.若帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)斜交，令速度方向與磁場(chǎng)方向的夾角為，則可以將帶電粒子的速度往平行和垂直于磁場(chǎng)的方向進(jìn)行分解，此時(shí)，由于，故：帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)斜交時(shí)，所受洛侖茲力的大小間于零和最大值之間.一般情況下，同一粒子受到的重力遠(yuǎn)小于洛侖茲力，所以對(duì)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的帶電粒子進(jìn)行受力分析時(shí)往往忽略重力.在推導(dǎo)洛倫茲力公式的過(guò)程中，通電導(dǎo)線中大量運(yùn)動(dòng)電荷受到的洛倫茲力就是整根導(dǎo)線受到的安培力，由此，我們可以得出洛倫茲力與安培力之間的關(guān)系.洛倫茲力與安培力的關(guān)系：通電導(dǎo)線中大量運(yùn)動(dòng)電荷受到的洛倫茲力的合力就是安培力.洛侖茲力的方向：左手定則：伸開(kāi)左手，使大拇指跟其余并攏的四指垂直，并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)，把手放入磁場(chǎng)中，讓（原磁場(chǎng)的）磁感線穿入手心，并使伸直的四指指向正電荷的速度方向（負(fù)電荷速度的反方向），大拇指所指的方向就是洛倫茲力的方向.左手定則的適用條件：的情形；洛侖茲力方向的特點(diǎn)：洛侖茲力的方向既跟磁場(chǎng)方向垂直，又跟電荷的速度方向垂直；也就是說(shuō)，洛侖茲力方向總是垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度和電荷速度方向所決定的平面.但電荷的速度方向與磁場(chǎng)方向卻不一定垂直.左手定則的推論：磁場(chǎng)方向和速度方向以及洛倫茲力方向三個(gè)方向中，保持一個(gè)方向不變，改變第二個(gè)方向，則第三個(gè)方向必然相反；改變?nèi)齻€(gè)方向中的任意兩個(gè)，第三個(gè)方向不變.洛倫茲力對(duì)能量和運(yùn)動(dòng)的影響洛侖茲力不做功洛侖茲力雖然不做功，但它可以影響帶電粒子的軌跡、運(yùn)動(dòng)時(shí)間、速度方向.如圖，B為垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，小球帶有不多的正電荷.讓小球從水平、光滑、絕緣的桌面上的A點(diǎn)以初速度V0向右拋出，并落在水平地面上，歷時(shí)t1，水平位移為S1；然后撤去磁場(chǎng)，讓小球從A點(diǎn)以相同的初速度V0向右拋出（高度h較小），歷時(shí)t2，水平位移為S2.則：（ABD）A、S1＞S2B、t1＞t2C、兩次落地速度相同D、兩次落地動(dòng)能相同分析與解答：令洛侖茲力與豎直方向的夾角為，由題意得不斷增大，由于洛侖茲力不做功，只有重力做正功，速度不斷增大，洛侖茲力f不斷增大.由受力分析可得，洛侖茲力的存在使得小球有一個(gè)水平向右的加速度不斷增大的加速分運(yùn)動(dòng)，豎直方向的分運(yùn)動(dòng)比自由落體運(yùn)動(dòng)的加速度小，所以小球在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)比自由落體運(yùn)動(dòng)的時(shí)間更長(zhǎng)，水平分位移更大，落地速度的方向不同，由于洛侖茲力不做功，故落地時(shí)的動(dòng)能相同帶正電荷q的小球從水平面上以豎直向上的初速度拋出，在圖甲中上升的最大高度為，在圖乙中上升的最大高度為，在圖丙中上升的最大高度為，則關(guān)于、、的關(guān)系可能正確的是（D）A、B、C、D、分析與解答：丙圖中的小球在豎直方向上只受重力做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，在水平方向上在電場(chǎng)力作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，其豎直分運(yùn)動(dòng)同圖甲中的小球的運(yùn)動(dòng)相同，能夠上升的高度也相同.圖乙中的小球在重力和洛倫茲力作用下向左做曲線運(yùn)動(dòng).到達(dá)最高點(diǎn)的瞬間在做圓周運(yùn)動(dòng)，重力和洛倫茲力提供向心力，其速度一定不為零，剩余的動(dòng)能不能繼續(xù)轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能，上升的最大高度小于圖甲中小球能達(dá)到的最大高度.洛侖茲力與電場(chǎng)力的比較是否受力不同：靜電場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷、靜止電荷都有電場(chǎng)力的作用，磁場(chǎng)對(duì)速度方向不平行于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)電荷才有洛侖茲力作用，對(duì)速度方向平行于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)電荷和靜止電荷都沒(méi)有洛侖茲力作用力是否恒定：勻強(qiáng)電場(chǎng)中的電荷受到電場(chǎng)力是恒定的；但在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，隨著帶電粒子的速度方向的變化，洛侖茲力的方向一定是變化的.力的方向是否變化：電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)方向共線，正電荷的電場(chǎng)力方向就是電場(chǎng)的方向；但運(yùn)動(dòng)電荷的洛侖茲力的方向永遠(yuǎn)與磁場(chǎng)方向垂直；力是否做功：電場(chǎng)力可能對(duì)電荷做功；但洛侖茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷永不做功.（不計(jì)重力的）帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的軌跡當(dāng)帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是直線（實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象）；當(dāng)帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓（實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象）；帶電粒子的運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng)還是變速圓周運(yùn)動(dòng)呢？我們從理論上進(jìn)行探究.如圖所示，以電子為例，當(dāng)電子以速度v垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，受到洛侖茲力作用，由于電子所受重力遠(yuǎn)小于它受到的洛侖茲力，故忽略電子所受重力.（eq\o\ac(○,1)）電子的速度v和它受到的洛倫茲力的方向都在跟勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)，沒(méi)有任何力使電子離開(kāi)速度v和洛侖茲力所決定的平面（黑板平面），所以，電子只能在這個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng).由于洛侖茲力的方向總是跟電子的運(yùn)動(dòng)方向垂直，對(duì)電子不做功，根據(jù)動(dòng)能定理，電子運(yùn)動(dòng)的速率不變，所受洛侖茲力（F=qvB）大小也不變，洛倫茲力只改變電子的運(yùn)動(dòng)方向.（eq\o\ac(○,2)）即電子只受一個(gè)大小不變、方向總與電子運(yùn)動(dòng)方向垂直的力.基于以上兩點(diǎn)，電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和速度決定的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，向心力提供洛侖茲力.當(dāng)帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)方向斜交時(shí)，帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡是螺旋線.（不計(jì)重力的）帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)形式：勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛侖茲力提供向心力.（不計(jì)重力的）帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：圓心位置O的確定由于洛侖茲力提供帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，故圓心一定在洛侖茲力的交點(diǎn)上.原則：圓心在洛侖茲力的交點(diǎn)上.方法：已知軌跡上任意兩點(diǎn)的位置及其速度方向.則該兩點(diǎn)速度方向垂線的交點(diǎn)為圓心.已知軌跡上任意一點(diǎn)的位置及其速度方向和軌跡上的另一點(diǎn)的位置.則已知速度方向垂線和已知兩點(diǎn)連線的中垂線的交點(diǎn)為圓心.已知軌跡上任意一點(diǎn)的位置及其速度方向和軌跡上另一不確定位置的速度方向.則兩個(gè)速度方向夾角的補(bǔ)角的角平分線和已知速度方向的垂線的交點(diǎn)即為圓心.半徑R大小帶電粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，速率為v，垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛侖茲力剛好等于需要的向心力，由得，由此可得：與粒子的比荷成反比，R與v成正比，與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成反比（當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)速度v突然增大時(shí)，粒子需要的向心力大于此時(shí)的洛侖茲力，粒子要做離心運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)半徑R增大，任然出現(xiàn)增大后的洛倫茲力等于增大后的需要的向心力而做半徑R更大、速度v更大的勻速圓周運(yùn)動(dòng).所以速度v增大，半徑R也增大；當(dāng)磁場(chǎng)B突然變強(qiáng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷受到的洛侖茲力增大，洛侖茲力大于需要的向心力，粒子做靠心運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)半徑R減小，需要的向心力增大，任然出現(xiàn)增大后的洛倫茲力等于增大后的需要的向心力而做半徑更小、速度大小不變的勻速圓周運(yùn)動(dòng).所以磁感應(yīng)強(qiáng)度B增大，半徑R減?。?運(yùn)動(dòng)時(shí)間t的確定1、周期T：由和圓周運(yùn)動(dòng)周期的定義式可得：，由此可得：T與粒子的比荷（）成反比，與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成反比，與速度v、半徑R無(wú)關(guān).因?yàn)樵诹Ｗ颖旧恚ǎ┖痛鸥袘?yīng)強(qiáng)度B不變的情況下，帶電粒子運(yùn)動(dòng)速度v變大時(shí)，需要的向心力大于洛侖茲力，粒子做離心運(yùn)動(dòng)，根據(jù)前面的分析可得，粒子任然做半徑R更大，周長(zhǎng)2R更長(zhǎng)，速度v更大的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)得，在v和R都增大的情況下，周期T保持不變，所以周期T與速度v、半徑R無(wú)關(guān).2、運(yùn)動(dòng)時(shí)間t的確定：（1）三個(gè)角度及其關(guān)系：A、圓心角：圓弧兩端與圓心連線的夾角B、偏向角：初速度方向到末速度方向的夾角C、弦切角：圓弧對(duì)應(yīng)的弦與初速度方向的夾角D、三個(gè)角度之間的關(guān)系：偏向角等于對(duì)應(yīng)的圓心角，等于對(duì)應(yīng)弦切角的2倍.（2）、運(yùn)動(dòng)時(shí)間：A、（為圓弧軌跡對(duì)應(yīng)的以角度制表示的圓心角）或（為圓弧軌跡對(duì)應(yīng)的以弧度制表示的圓心角）B、，：弧長(zhǎng)，：線速度帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)形式的比較勻強(qiáng)電場(chǎng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)形式的比較勻變速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)勻變速曲線運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)螺旋線運(yùn)動(dòng)地磁場(chǎng)：教材84頁(yè)圖3-1-16地磁場(chǎng)：地球本身在附近的空間產(chǎn)生的磁場(chǎng).地磁場(chǎng)的分布規(guī)律：地磁場(chǎng)的分布大致上就像一個(gè)條形磁鐵外部的磁場(chǎng).地磁的北極在地理的南極附近，地磁的南極在地理的北極附近，地磁南、北極的連線偏離地軸約為磁傾角：地磁場(chǎng)與對(duì)應(yīng)點(diǎn)水平面所成的夾角，不同位置的磁傾角一般不同.地磁場(chǎng)B的水平分量總是從南到北，而豎直分量則南北相反，在南半球豎直向上，在北半球豎直向下.在赤道平面內(nèi)，距離地球表面相等的各點(diǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度相等，且方向?yàn)閺哪系奖钡乃椒较?地磁場(chǎng)是非常弱的磁場(chǎng).地磁場(chǎng)能阻擋宇宙射線，使地球上的生物免遭高能宇宙射線的輻射；通信，航天，以及探礦都有重要意義.例1、1820年，丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)（電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)），為了較明顯地展示電流的磁效應(yīng)，可以在小磁針的正上方放置一根通電直導(dǎo)線，那么導(dǎo)線的方向應(yīng)該為南北走向，還是東西走向？

第五節(jié)洛侖茲力的運(yùn)用（不計(jì)重力的）帶電粒子在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的偏轉(zhuǎn)如果磁場(chǎng)的邊界是直線或者圓弧，則粒子以跟磁場(chǎng)邊界成多大的角度射入磁場(chǎng)，也必將以跟磁場(chǎng)邊界成多大的角度離開(kāi)磁場(chǎng).其中，速度與圓弧的夾角指的是速度與圓弧在該點(diǎn)切線方向之間的夾角.特殊情形：沿著圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的半徑入射，也必將沿著半徑出射.教材99頁(yè)圖3-5-1，令圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)的半徑為r，質(zhì)量為m，電量為q（不計(jì)重力）的帶電粒子以速度垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R，令偏向角為，則有，可見(jiàn)，對(duì)于一定的帶電粒子（m、q一定），可以通過(guò)調(diào)節(jié)B和的大小來(lái)控制粒子的偏向角.典型的極值問(wèn)題：同種帶電粒子以相同的速率從同一點(diǎn)沿不同方向垂直射入圓形區(qū)域的勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，入射點(diǎn)與出射點(diǎn)對(duì)應(yīng)弦長(zhǎng)為圓形磁場(chǎng)區(qū)域的直徑時(shí)，軌跡的弧長(zhǎng)最長(zhǎng)，偏向角（圓心角）最大（，其中r為圓形磁場(chǎng)區(qū)域的半徑，R為帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑），運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng).同一種帶電粒子以不同速度垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，則由圖可知（1）帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度值有幾個(gè)？（2）這些速度的大小關(guān)系為

（3）三束粒子從O點(diǎn)出發(fā)分別到達(dá)1、2、3點(diǎn)所用時(shí)間的大小關(guān)系為？

（第三種方法確定圓心，較難）一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于xOy平面，在xOy平面上磁場(chǎng)分布在以O(shè)為中心的一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)．一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，由原點(diǎn)O開(kāi)始運(yùn)動(dòng)．初速度為v.方向沿x軸正方向，后來(lái)粒子經(jīng)過(guò)y軸上的P點(diǎn)，此時(shí)速度方向與y軸的夾角為30°，P到O的距離為L(zhǎng)，如圖所示．不計(jì)重力影響，求磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和xOy平面上磁場(chǎng)區(qū)域的半徑R.分析與解答：此題中知O點(diǎn)速度方向，圓心必定在過(guò)O點(diǎn)與x軸垂直的y軸上，P的速度方向即為出磁場(chǎng)時(shí)的速度方向，反向延長(zhǎng)P點(diǎn)速度方向，與x軸交于Q點(diǎn)，作∠OQP的角平分線與y軸交點(diǎn)C就是圓心位置，得軌跡如圖，由得，由幾何關(guān)系得L＝3r.由以上兩式得，圖中OA即(圓形磁場(chǎng)區(qū)域的)半徑為R，由幾何關(guān)系得易錯(cuò)分析：在磁場(chǎng)中受洛倫茲力做圓周運(yùn)動(dòng)，，得，由幾何關(guān)系可知圓心角為120°.得，得，運(yùn)動(dòng)軌跡畫(huà)不出來(lái)，確定圓心出錯(cuò).磁偏轉(zhuǎn)與電偏轉(zhuǎn)的比較：對(duì)速度的影響：方向：磁偏轉(zhuǎn)會(huì)改變速度的方向，偏向角的范圍，電偏轉(zhuǎn)也會(huì)改變速度的方向，偏向角的范圍。大小：磁偏轉(zhuǎn)不改變速度的大??；電偏轉(zhuǎn)要改變速度的大小。軌跡的形狀：磁偏轉(zhuǎn)的軌跡為圓弧，電偏轉(zhuǎn)的軌跡為拋物線.（不計(jì)重力的）帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)復(fù)合場(chǎng)：什么叫復(fù)合場(chǎng)：重力場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)三種場(chǎng)中至少存在兩種的情形.各種場(chǎng)力的特點(diǎn)：重力：任何物體在地球表面附近都要受到重力，其大小為，其方向總是豎直向下，與之相關(guān)的功能關(guān)系為.電場(chǎng)力：帶電粒子在電場(chǎng)中受到的作用力，其大小為，其方向總是與電場(chǎng)方向相同或相反,與之相關(guān)的功能關(guān)系為.磁場(chǎng)力：安培力：通電導(dǎo)線在與磁場(chǎng)方向不平行時(shí)受到的作用力，其大小為，其方向總是垂直于磁場(chǎng)與通電導(dǎo)線所決定的平面.洛倫茲力：運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向與磁場(chǎng)方向不平行時(shí)受到的作用力，其大小為，其方向總是垂直于磁場(chǎng)與電荷運(yùn)動(dòng)方向所決定的平面,洛倫茲力本身永遠(yuǎn)不做功幾中典型情形速度選擇器（不講）速度選擇器的定義：利用相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)速度滿足一定條件的帶電粒子進(jìn)行篩選的儀器.速度選擇器的結(jié)構(gòu)：在兩平行的金屬板間有如圖所示的互相正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在兩金屬板的左右兩側(cè)安裝兩塊中間開(kāi)有小孔的檔板.速度選擇器的工作原理：讓帶電粒子從左側(cè)擋板小孔射入，經(jīng)過(guò)復(fù)合場(chǎng)區(qū)域時(shí)，帶正電的粒子受到向下的電場(chǎng)力F和向上的洛侖茲力f，要讓粒子的軌跡不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，能水平地從第二塊擋板小孔射出，必須滿足，即無(wú)論粒子帶電量q為多少，只要速度滿足，粒子就能被速度選擇器選出。同理，如果粒子帶負(fù)電，電場(chǎng)力F向上，洛侖茲力f向下，無(wú)論粒子帶電量q為多少，只要速度滿足，必然滿足，粒子也能被速度選擇器選出.由此可知，這個(gè)速度與粒子電荷量q的多少、電性正負(fù)無(wú)關(guān)，只由復(fù)合場(chǎng)本身確定，改變勻強(qiáng)電場(chǎng)或勻強(qiáng)磁場(chǎng)的大小，就可以選出不同速度的帶電粒子，這樣的裝置叫做速度選擇器.速度選擇器工作的特點(diǎn)：以下四幅圖中，粒子的速度都滿足，但從不同方向進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)，哪些圖中的粒子能被速度選擇器選擇出來(lái).要保證帶電粒子能被速度選擇器選擇出來(lái)：速度選擇器中的磁場(chǎng)方向，電場(chǎng)方向，粒子進(jìn)入的方向必須滿足一定的配對(duì)關(guān)系.三個(gè)方向中保持一個(gè)方向不變而使第二個(gè)方向反向，則第三個(gè)方向一定反向.若同時(shí)使三個(gè)方向中的任意兩個(gè)反向，則第三個(gè)方向不變.速度選擇器只能對(duì)粒子的速度矢量做出選擇，不能對(duì)粒子的正負(fù)、電量多少做出選擇.例子：如圖所示，帶正電的粒子從左側(cè)垂直進(jìn)入速度選擇器，存在，粒子將向上側(cè)還是下側(cè)偏轉(zhuǎn)？要使該粒子被選出，下列措施可行的是（）A．上側(cè)，使磁場(chǎng)減弱；B.上側(cè)，使磁場(chǎng)增強(qiáng)；C．下側(cè)，使電場(chǎng)減弱；B.下側(cè)，使電場(chǎng)增強(qiáng)；質(zhì)譜儀引入：你們是怎么知道氫元素具有氕、氘、氚三種同位素而碳元素只有碳12和碳14兩種同位素的？電子的質(zhì)量是如何得來(lái)的？質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)：1）、粒子源；2）、靜電加速極；3）、速度選擇器；4）、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；5）、照相底片；6）、真空環(huán)境.質(zhì)譜儀的工作原理和作用：圖為一種常用的質(zhì)譜儀的示意圖，由粒子源(O)、加速電場(chǎng)(U)、速度選擇器(E、B1)和偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(B2)，真空室等組成.同位素比荷和質(zhì)量的測(cè)定粒子通過(guò)加速電場(chǎng)的過(guò)程，忽略粒子的初速度，根據(jù)功能關(guān)系有：，調(diào)節(jié)加速電壓，使粒子通過(guò)加速電場(chǎng)后的速度等于速度選擇器所能選擇出的速度，若測(cè)出粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的直徑d，則有：所以，同位素的比荷和質(zhì)量分別為：.對(duì)應(yīng)的加速電壓U也可以求出：，同位素的種數(shù)和含量之比的確定如果離子源射出同一同位素的質(zhì)量m不同也就是比荷不同的多種粒子，讓加速電壓從零開(kāi)始緩慢增大，當(dāng)電壓為時(shí)，使得比荷為的粒子通過(guò)加速電場(chǎng)后的速度等于速度選擇器所能選擇出的速度，測(cè)出粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中的軌跡直徑為，由得；當(dāng)電壓為時(shí)，使得比荷為的粒子通過(guò)加速電場(chǎng)后的速度等于速度選擇器所能選擇出的速度，測(cè)出粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中的軌跡直徑為，則；當(dāng)電壓為時(shí)，使得比荷為的粒子通過(guò)加速電場(chǎng)后的速度等于速度選擇器所能選擇出的速度，測(cè)出粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中的軌跡直徑為，則，繼續(xù)增大電壓，直到照相底片上不再有粒子入射為止.每一種情形都可以概括為，當(dāng)加速電壓為時(shí)，，.即不同質(zhì)量m也就是不同比荷的同位素粒子，先后打在照相底片上的位置不同，存在的關(guān)系,所以，照相底片上譜線條數(shù)的多少反映了同位素粒子的種類，照相底片上不同譜線亮度的差異反映了不同同位素粒子的含量之比.質(zhì)譜儀的作用總結(jié)：測(cè)量已知電量q的粒子的質(zhì)量測(cè)量未知粒子的比荷分析元素的同位素種類和含量.電磁流量計(jì)：如圖所示，一截面為圓形（也可以是其它形狀）的導(dǎo)管的直徑為d，用非磁性材料制成，勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的方向垂直平面向里，其中有可以導(dǎo)電的液體在管內(nèi)流動(dòng)，導(dǎo)電液體中的自由電荷（正、負(fù)離子）在洛倫茲力作用下（正離子向上，負(fù)離子向下）發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使a、b兩側(cè)出現(xiàn)電勢(shì)差并逐漸增大.當(dāng)自由電荷受到的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，離子不再偏轉(zhuǎn)，做勻速直線運(yùn)動(dòng)，a、b間的電勢(shì)差保持穩(wěn)定不再增加.由得：，其中可由電壓表測(cè)量出，可由上式測(cè)量出液體流過(guò)電磁流量計(jì)的速度.流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)某一截面S的體積。當(dāng)電磁流量計(jì)的橫截面為直徑為d的圓時(shí)：追問(wèn)：為什么制作電磁流量計(jì)的材料一定要是非磁性材料呢？解答：如果材料為磁性材料，空間內(nèi)的實(shí)際磁場(chǎng)將大于施加的磁場(chǎng)，使得流量的測(cè)量值小于真實(shí)值.霍爾效應(yīng):霍爾現(xiàn)象：如圖所示，厚度為h、寬度為d的單載流子（正電荷或者負(fù)電荷，金屬導(dǎo)體中的載流子為自由電子）長(zhǎng)方體導(dǎo)體放在垂直外側(cè)面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中.當(dāng)電流I通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A′之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差U，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng).實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，U、I和B的關(guān)系為：，式中的比例系數(shù)K稱為霍爾系數(shù).霍爾效應(yīng)原理假設(shè)導(dǎo)體板中的電流是由自由電子做定向移動(dòng)形成的.設(shè)電子定向移動(dòng)的平均速度為v，單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，則電流I=neSv=nehdv.（向左）定向移動(dòng)的電子受洛倫茲力作用向?qū)w板的一側(cè)（上面）偏轉(zhuǎn)，在另一側(cè)因缺少電子感應(yīng)出正電荷，形成橫向電場(chǎng)，當(dāng)自由電子受到的電場(chǎng)力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí)，導(dǎo)體板兩側(cè)（上下）之間就形成穩(wěn)定的電勢(shì)差.由得，又因?yàn)镮=nedhv，消掉v可得:，其中是只與材料有關(guān)的常數(shù)，令為，則.霍爾效應(yīng)的應(yīng)用一方面用于測(cè)量某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B；另一方面,霍爾效應(yīng)傳感器被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)電、電子設(shè)備中.一種半導(dǎo)體材料稱為“赫爾材料”，用它制成的元件稱為“赫爾元件”，這種材料由可定向移動(dòng)的電荷稱為“載流子”，每個(gè)載流子的電荷量大小為1元電荷，即，赫爾元件在自動(dòng)檢測(cè)、控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如錄像機(jī)中用來(lái)測(cè)量錄像磁鼓的轉(zhuǎn)速，電梯中用來(lái)檢測(cè)電梯門(mén)是否關(guān)閉以自動(dòng)控制升降機(jī)的電源的通斷等.在一次實(shí)驗(yàn)中，一塊赫爾材料制成的薄片寬ab=，長(zhǎng)bc=，厚h=，水平放置在豎直向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，bc方向通有A的電流，如圖所示，由于磁場(chǎng)的作用，穩(wěn)定后，在沿寬度方向上產(chǎn)生的橫向電壓.（1）、假定載流子是電子，a、b兩端中哪端電勢(shì)較高？（2）、薄板中形成電流I的載流子定向運(yùn)動(dòng)的速率多大？分析與解答：（1）、電子往a側(cè)偏轉(zhuǎn)，故b端電勢(shì)較高；（2）、由得，磁流體發(fā)電機(jī)工作原理：磁流體發(fā)電機(jī)由燃燒室O、發(fā)電通道、外電路組成。在2500K以上的高溫下，燃料與氧化劑在燃燒室混合、燃燒后，電離為導(dǎo)電的正負(fù)離子（即等離子體），并以每秒幾百米的速度噴入發(fā)電通道.在洛侖茲力的作用下，正、負(fù)離子分別向上、下極板偏轉(zhuǎn)，兩極板因積聚正、負(fù)電荷而產(chǎn)生電勢(shì)差，這時(shí)，離子同時(shí)受到方向相反的洛侖茲力與電場(chǎng)力的作用.當(dāng)，離子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)，兩極板間電勢(shì)差隨之增大；保持外電路斷開(kāi)，當(dāng)時(shí)，離子勻速穿過(guò)發(fā)電通道，兩極板間電勢(shì)差達(dá)到最大值，即為電源電動(dòng)勢(shì).外電路接通后，積聚在上極板的正電荷通過(guò)外電路與下極板上的負(fù)電荷中和，兩極板上的電荷量都減少，極板間的場(chǎng)強(qiáng)減弱，從燃燒室進(jìn)入發(fā)電通道的正、負(fù)離子受到的洛倫茲力大于電場(chǎng)力，正、負(fù)離子全部偏轉(zhuǎn)到上、下極板上，不再勻速通過(guò)發(fā)電通道，為外電路提供持續(xù)穩(wěn)定的電流，此時(shí)兩極板間的電壓為電源的路端電壓，比電動(dòng)勢(shì)更小。如上圖所示，假設(shè)板間距離為d，通道的橫截面積為S，通道內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，正、負(fù)離子電量為，射入速度為v，外接電阻R，上下極板間的等效電阻為r.試問(wèn)：圖中哪個(gè)板是正極發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)是多少？該發(fā)電機(jī)的總功率為多少?該發(fā)電機(jī)的輸出功率為多少?為使等離子體以恒定速度v通過(guò)復(fù)合區(qū)域，必須使通道兩端保持一定的壓強(qiáng)差，這個(gè)壓強(qiáng)差為多少？設(shè)噴入的離子流每有n個(gè)負(fù)電荷，離子流截面積為S，設(shè)噴入的離子全部能夠到達(dá)上下極板，則輸入給發(fā)電機(jī)的功率是多少？解答：離子進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域后，由左手定則可得正離子向上極板運(yùn)動(dòng)，上極板是正極外電路斷開(kāi)時(shí)，進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域的離子受到的洛侖茲力F和電場(chǎng)力相等時(shí)，上下極板間的電勢(shì)差等于電動(dòng)勢(shì).，.外電路接通后，正離子向上極板運(yùn)動(dòng)，負(fù)離子向下極板運(yùn)動(dòng)，在極板間形成了由下到的電流，該電流在磁場(chǎng)中受到向左的安培力，阻礙離子的運(yùn)動(dòng).讓離子能夠勻速通過(guò)極板間的區(qū)域，必須在通道兩端保持一定的壓強(qiáng)差，進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)壓力差，克服電流受到的安培力.所以，；，另一種解法：由于離子作勻速運(yùn)動(dòng)，電功率就應(yīng)該等于通道兩端的壓力差的功率，所以，發(fā)電機(jī)的功率為電路提供的總功率，即，其中，由于噴入的離子全部能夠到達(dá)上下極板，所以，單位時(shí)間內(nèi)到下極板的電荷數(shù)為，電量為，即回路中電流，.回旋加速器：在現(xiàn)代物理學(xué)中，人們要用能量很高的帶電粒子去轟擊各種原子核，觀察被轟擊的原子核的變化情況.怎樣才能在實(shí)驗(yàn)室大量產(chǎn)生高能量的帶電粒子呢？要使粒子的能量增大，就應(yīng)使粒子的速度增加，這就要用一種新的設(shè)備——加速器.直線加速器我們知道電場(chǎng)可以對(duì)帶電粒子加速，如果加速電壓為U，帶電粒子電量為q．帶電粒子從靜止可加速到能量.由于裝置的耐壓程度有一個(gè)限制，電壓不可能太高，所以一次加速后粒子獲得的能量較小，如何獲得較大的能量呢？（讓學(xué)生充分討論．）可采取多級(jí)加速的辦法，經(jīng)過(guò)幾次加速后粒子能夠獲得足夠大的能量.在多級(jí)加速的過(guò)程中，為了避免相鄰兩極之間的影響，兩極之間要有較大的距離，所以采取多級(jí)加速的直線加速器占地面積很大，能否既讓帶電粒子多次加速，獲得較高能量，又盡可能減少占地面積呢？（讓學(xué)生展開(kāi)想象）結(jié)構(gòu)圖回旋加速器結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)：雙D型盒、勵(lì)磁線圈（產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)）、高頻交流電源、真空裝置加速原理放在處的粒子源發(fā)出一個(gè)帶正電的粒子，它被電場(chǎng)第一次加速后以速率垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng).經(jīng)過(guò)半個(gè)周期，當(dāng)它沿著半圓弧到達(dá)時(shí)，在處造成一個(gè)向上的電場(chǎng)，使這個(gè)帶電粒子在處受到一次電場(chǎng)的加速，速率由增加到，然后粒子以速率在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng).（我們知道，粒子的軌道半徑跟它的速率成正比，因而粒子將沿著半徑增大了的圓周運(yùn)動(dòng)；粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期跟粒子速度和半徑無(wú)關(guān)，所以粒子的周期不變.）又經(jīng)過(guò)半個(gè)周期，當(dāng)它沿著半圓弧到達(dá)時(shí)，在處造成一個(gè)向下的電場(chǎng)，使粒子又一次受到電場(chǎng)的加速，速率增大到.如此繼續(xù)下去，每當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)到、等處時(shí)都使它受到向上電場(chǎng)的加速，每當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)到、等處時(shí)都使它受到向下電場(chǎng)的加速，粒子將沿著圖示的螺旋線回旋下去，速率將一步一步地增大.粒子的運(yùn)動(dòng)形式：螺旋線運(yùn)動(dòng)（包括間隔的勻速圓周運(yùn)動(dòng)和間隔的勻加速直線運(yùn)動(dòng)）回旋加速器加速的條件：粒子的回旋周期（粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期和相鄰兩次被加速的時(shí)間之和）.由于粒子在D型盒的縫隙d中被加速的時(shí)間越來(lái)越短，所以粒子的回旋周期是逐漸減小的，最終趨于粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期.兩D型盒間的縫隙中也存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)，粒子在縫隙中也要發(fā)生偏轉(zhuǎn)，為了使粒子盡可能垂直地進(jìn)入D型盒，要求D型盒的縫隙d越窄越好；從理論上講，要使粒子能被持續(xù)地加速，應(yīng)使高頻電源的周期等于粒子的回旋周期.但是，一方面，從前面的分析得到，粒子的回旋周期是逐漸減小的，最終趨于粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期；另一方面，高頻電源的周期往往是一個(gè)定值，很難做到逐漸減小，最終趨于一個(gè)定值.如何才能使粒子的回旋周期盡可能地與高頻電源的周期相同呢？只要使兩D型盒間的縫隙d盡可能地窄，粒子在縫隙d間的加速時(shí)間盡可能地短以至于可以忽略不計(jì)，則粒子的回旋周期就趨于粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期，這樣高頻電源的周期就能很快地趨于粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期，為一個(gè)定值，這