高中物理磁場(chǎng)知識(shí)點(diǎn)

一、磁場(chǎng)1、磁場(chǎng)：磁場(chǎng)是存在于磁體、運(yùn)動(dòng)電荷周?chē)囊环N物質(zhì)．它的基本特性是：對(duì)處于其中的磁體、電流、運(yùn)動(dòng)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(dòng)電荷之間通過(guò)磁場(chǎng)而發(fā)生的相互作用．二、磁感線(xiàn)想象在磁場(chǎng)中畫(huà)出的一組有方向的曲線(xiàn)．1．疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱．2．每一點(diǎn)切線(xiàn)方向表示該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向，也就是磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向．3．是閉合的曲線(xiàn)，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(xiàn)不相切不相交。4．勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)平行且距離相等．沒(méi)有畫(huà)出磁感線(xiàn)的地方不一定沒(méi)有磁場(chǎng)．5．安培定則：姆指指向電流方向，四指指向磁場(chǎng)的方向．注意這里的磁感線(xiàn)是一個(gè)個(gè)同心圓，每點(diǎn)磁場(chǎng)方向是在該點(diǎn)切線(xiàn)方向；*熟記常用的幾種磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)：三、磁感應(yīng)強(qiáng)度1．磁場(chǎng)的最基本的性質(zhì)是對(duì)放入其中的電流或磁極有力的作用，電流垂直于磁場(chǎng)時(shí)受磁場(chǎng)力最大，電流與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，磁場(chǎng)力為零。2．在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線(xiàn)受到的磁場(chǎng)力F跟電流強(qiáng)度I和導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度l的乘積Il的比值，叫做通電導(dǎo)線(xiàn)所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度．①表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量．是矢量．②大?。築=F/Il（電流方向與磁感線(xiàn)垂直時(shí)的公式）．③方向：左手定則：是磁感線(xiàn)的切線(xiàn)方向；是小磁針N極受力方向；是小磁針靜止時(shí)N極的指向．不是導(dǎo)線(xiàn)受力方向；不是正電荷受力方向；也不是電流方向．④單位：牛/安米，也叫特斯拉，國(guó)際單位制單位符號(hào)T．⑤定點(diǎn)B：就是說(shuō)磁場(chǎng)中某一定點(diǎn)了，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與方向都是定值．⑥勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度處處相等．⑦磁場(chǎng)的疊加:空間某點(diǎn)如果同時(shí)存在兩個(gè)以上電流或磁體激發(fā)的磁場(chǎng),則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是各電流或磁體在該點(diǎn)激發(fā)的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和,滿(mǎn)足矢量運(yùn)算法則.四、磁通量與磁通密度1．磁通量Φ：穿過(guò)某一面積磁力線(xiàn)條數(shù)，是標(biāo)量．2．磁通密度B：垂直磁場(chǎng)方向穿過(guò)單位面積磁力線(xiàn)條數(shù)，即磁感應(yīng)強(qiáng)度，是矢量．3．二者關(guān)系：B＝Φ/S（當(dāng)B與面垂直時(shí)），Φ＝BScosθ，Scosθ為面積垂直于B方向上的投影，θ是B與S法線(xiàn)的夾角．磁場(chǎng)對(duì)電流的作用一、安培力1.安培力：通電導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中受到的作用力叫做安培力．說(shuō)明:磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線(xiàn)中定向移動(dòng)的電荷有力的作用，磁場(chǎng)對(duì)這些定向移動(dòng)電荷作用力的宏觀(guān)表現(xiàn)即為安培力．2.安培力的計(jì)算公式：F＝BILsinθ（θ是I與B的夾角）；通電導(dǎo)線(xiàn)與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，即θ＝900，此時(shí)安培力有最大值；通電導(dǎo)線(xiàn)與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，即θ＝00，此時(shí)安培力有最小值，F(xiàn)=0N;00＜B＜900時(shí)，安培力F介于0和最大值之間.3.安培力公式的適用條件:I1I2①I(mǎi)1I2如圖所示，電流I1//I2,如I1在I2處磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則I1對(duì)I2的安培力F＝BI2L，方向向左，同理I2對(duì)I1，安培力向右，即同向電流相吸，異向電流相斥．②根據(jù)力的相互作用原理，如果是磁體對(duì)通電導(dǎo)體有力的作用，則通電導(dǎo)體對(duì)磁體有反作用力．兩根通電導(dǎo)線(xiàn)間的磁場(chǎng)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：伸開(kāi)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(xiàn)垂直穿過(guò)手心，并使四指指向電流方向，這時(shí)手掌所在平面跟磁感線(xiàn)和導(dǎo)線(xiàn)所在平面垂直，大拇指所指的方向就是通電導(dǎo)線(xiàn)所受安培力的方向．2.安培力F的方向既與磁場(chǎng)方向垂直，又與通電導(dǎo)線(xiàn)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①已知I,B的方向，可惟一確定F的方向；②已知F、B的方向，且導(dǎo)線(xiàn)的位置確定時(shí)，可惟一確定I的方向；③已知F,1的方向時(shí)，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(wèn)題時(shí)，應(yīng)具有較好的空間想象力，要善于把立體圖畫(huà)變成易于分析的平面圖，即畫(huà)成俯視圖，剖視圖，側(cè)視圖等．安培力的性質(zhì)和規(guī)律：公式F=BIL中L為導(dǎo)線(xiàn)的有效長(zhǎng)度；安培力的作用點(diǎn)為磁場(chǎng)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)化成其它形式的能安培力作用下物體的運(yùn)動(dòng)方向的判斷（1）電流元法：即把整段電流等效為多段直線(xiàn)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(dòng)方向．（2）特殊位置法：把電流或磁鐵轉(zhuǎn)到一個(gè)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(dòng)方向．（3）等效法：環(huán)形電流和通電螺線(xiàn)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(xiàn)管，通電螺線(xiàn)管也可以等效成很多匝的環(huán)形電流來(lái)分析．（4）利用結(jié)論法：①兩電流相互平行時(shí)無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，同向電流相互吸引，反向電流相互排斥；②兩電流不平行時(shí)，有轉(zhuǎn)動(dòng)到相互平行且電流方向相同的趨勢(shì)．（5）轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法：因?yàn)殡娏髦g，電流與磁體之間相互作用滿(mǎn)足牛頓第三定律，這樣，定性分析磁體在電流磁場(chǎng)作用下如何運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，可先分析電流在磁體磁場(chǎng)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(dòng)方向．（6）分析在安培力作用下通電導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況的一般步驟①畫(huà)出通電導(dǎo)線(xiàn)所在處的磁感線(xiàn)方向及分布情況②用左手定則確定各段通電導(dǎo)線(xiàn)所受安培力③)據(jù)初速方向結(jié)合牛頓定律確定導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)情況(7)磁場(chǎng)對(duì)通電線(xiàn)圈的作用:若線(xiàn)圈面積為S，線(xiàn)圈中的電流強(qiáng)度為I，所在磁場(chǎng)的孩感應(yīng)強(qiáng)度為B，線(xiàn)圈平面跟磁場(chǎng)的夾角為θ，則線(xiàn)圈所受磁場(chǎng)的力矩為：M=BIScosθ磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用一、洛侖茲力磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力1.洛倫茲力的公式:f=qvBsinθ，θ是V、B之間的夾角.2.當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向互相平行時(shí)，F(xiàn)＝03.當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向互相垂直時(shí)，f=qvB4.只有運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中才有可能受到洛倫茲力作用，靜止電荷在磁場(chǎng)中受到的磁場(chǎng)對(duì)電荷的作用力一定為0．二、洛倫茲力的方向1.洛倫茲力F的方向既垂直于磁場(chǎng)B的方向，又垂直于運(yùn)動(dòng)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(shí)，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(xiàn)穿過(guò)手心，四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)方向（當(dāng)是負(fù)電荷時(shí)，四指指向與電荷運(yùn)動(dòng)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(gè)運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力，而安培力是導(dǎo)體中所有定向稱(chēng)動(dòng)的自由電荷受到的洛倫茲力的宏觀(guān)表現(xiàn)．2.洛倫茲力一定不做功，它不改變運(yùn)動(dòng)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(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1.不計(jì)重力的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)可分三種情況：一是勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；二是勻速圓周運(yùn)動(dòng)；三是螺旋運(yùn)動(dòng)．2.不計(jì)重力的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑r=mv/qB；其運(yùn)動(dòng)周期T=2πm/qB（與速度大小無(wú)關(guān)）．3.不計(jì)重力的帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)都做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，但有區(qū)別：帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，在電場(chǎng)中做勻變速曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)（類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)）；垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則做變加速曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)（勻速圓周運(yùn)動(dòng)）．1、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的圓心、半徑及時(shí)間的確定（1)用幾何知識(shí)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(huà)出粒子運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)線(xiàn)的交點(diǎn)即為圓心，再用幾何知識(shí)求其半徑與弦長(zhǎng)的關(guān)系．(2)確定軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角，求運(yùn)動(dòng)時(shí)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2π）計(jì)算出圓心角θ的大小，再由公式t=θT/3600（或θT/2π）可求出運(yùn)動(dòng)時(shí)間．(3)注意圓周運(yùn)動(dòng)中有關(guān)對(duì)稱(chēng)的規(guī)律．如從同一邊界射入的粒子，從同一邊界射出時(shí)，速度與邊界的夾角相等；在圓形磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，沿徑向射入的粒子，必沿徑向射出．2、洛侖茲力的多解問(wèn)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，在相同的初速度下，正負(fù)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡不同，導(dǎo)致雙解．（2）磁場(chǎng)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(shuō)明磁感應(yīng)強(qiáng)度方向，則應(yīng)考慮因磁場(chǎng)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(chǎng)時(shí)，它可能穿過(guò)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(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，若繩突然斷后，小球可能運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也因小球帶電電性，繩中有無(wú)拉力造成多解．（4）運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性形成多解．如帶電粒子在部分是電場(chǎng)，部分是磁場(chǎng)空間運(yùn)動(dòng)時(shí)，往往具有往復(fù)性，因而形成多解1、根據(jù)安培假說(shuō)的物理思想：磁場(chǎng)來(lái)源于運(yùn)動(dòng)電荷．如果用這種思想解釋地球磁場(chǎng)的形成，根據(jù)地球上空并無(wú)相對(duì)地球定向移動(dòng)的電荷的事實(shí)．那么由此推斷，地球總體上應(yīng)該是：（）A.帶負(fù)電;B.帶正電;C.不帶電;D.不能確定2圖所示，正四棱柱abed一a'b'c'd'的中心軸線(xiàn)00'處有一無(wú)限長(zhǎng)的載流直導(dǎo)線(xiàn)，對(duì)該電流的磁場(chǎng)，下列說(shuō)法中正確的是（）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(xiàn)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3如圖所示，A為通電線(xiàn)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，φB、φC分別為通過(guò)兩圓面的磁通量的大小，下述判斷中正確的是（）A．穿過(guò)兩圓面的磁通方向是垂直紙面向外B．穿過(guò)兩圓面的磁通方向是垂直紙面向里C．φB＞φCD．φB＜φC4如圖4所示，一水平放置的矩形閉合線(xiàn)圈abcd在細(xì)長(zhǎng)磁鐵N極附近下落，保持bc邊在紙外，ad邊在紙內(nèi)，由圖中的位置Ⅰ經(jīng)過(guò)位置Ⅱ到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在這個(gè)過(guò)程中，線(xiàn)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5如圖所示，用彎曲的導(dǎo)線(xiàn)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(kāi)始設(shè)置時(shí)，環(huán)平面處于東西方向上．放手后，環(huán)平面將最終靜止在什么方向6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(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)，當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)通以如圖所示方向電流時(shí)（）A．磁鐵對(duì)桌面的壓力減小，且受到向左的摩擦力作用B．磁鐵對(duì)桌面的壓力減小，且受到向右的摩擦力作用C．磁鐵對(duì)桌面的壓力增大，且受到向左的摩擦力作用D．磁鐵對(duì)桌面的壓力增大，且受到向右的摩擦力作用7質(zhì)量為m的通電細(xì)桿ab置于傾角為θ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μ．有電流時(shí)aB恰好在導(dǎo)軌上靜止，如圖所示，如圖10—19所示是沿ba方向觀(guān)察時(shí)的四個(gè)平面圖，標(biāo)出了四種不同的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向，其中桿與導(dǎo)軌間摩擦力可能為零的是（）α⊕a8在傾角為θ的斜面上，放置一段通有電流強(qiáng)度為I,長(zhǎng)度為L(zhǎng)，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(dòng)摩擦因數(shù)μ<tanα⊕a10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B＝0．332T，方向垂直于紙面向里，在O處有一放射源S，可沿紙面向各個(gè)方向射出速率均為v=3．2×106m/s的α粒子．已知α粒子的質(zhì)量m=6．64×10－27kg，電量q=3．2×10－19C．（1）畫(huà)出α粒子通過(guò)磁場(chǎng)空間做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心的軌跡．（2）求出α粒子通過(guò)磁場(chǎng)空間的最大偏轉(zhuǎn)角θ．（3）再以過(guò)O點(diǎn)并垂直紙面的直線(xiàn)為軸旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)區(qū)域，能使穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域且偏轉(zhuǎn)角最大的α粒子射到正方向的y軸上，則圓形磁場(chǎng)直徑OA至少應(yīng)轉(zhuǎn)過(guò)多大的角度β．11、如圖所示，一半徑為R的絕緣圓筒中有沿軸線(xiàn)方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，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(jì)重力）以速度為v從筒壁的A孔沿半