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1、知识网络知识网络q磁场的产生磁场的产生v磁体周围产生磁场磁体周围产生磁场v电流周围产生磁场电流周围产生磁场v安培分子电流假说安培分子电流假说q磁场的描述磁场的描述v定量描述：磁感应强度定量描述：磁感应强度v形象描述：磁感线形象描述：磁感线q几种典型磁场几种典型磁场的磁感线分布的磁感线分布v条形磁铁条形磁铁v蹄形磁铁蹄形磁铁v匀强匀强磁场磁场v直线电流直线电流v环形电流环形电流v通电螺线管通电螺线管v地地磁场磁场磁磁 场场10/29/20221磁场对电流的作用磁场对电流的作用大小大小I B，F安安=0I B，F安安=BIL方向：左手定则方向：左手定则电流表的工作原理电流表的工作原理磁场对运动电荷
2、的作用磁场对运动电荷的作用大小大小vB，f洛洛=0vB，f洛洛=qvB方向：左手定则方向：左手定则带电粒子在带电粒子在匀强磁场中匀强磁场中做匀速圆周做匀速圆周运动运动轨道半径轨道半径运动周期运动周期重要应用重要应用质谱仪质谱仪回旋加速器回旋加速器10/29/20222第一课时第一课时 磁场的描述、磁场对电流的作用磁场的描述、磁场对电流的作用1、磁场的产生、磁场的产生磁体的周围存在磁场（与电场一样是一种特殊物质）磁体的周围存在磁场（与电场一样是一种特殊物质）电流周围存在磁场电流周围存在磁场奥斯特实验奥斯特实验南北放置南北放置导线通电后导线通电后发生偏转发生偏转电流电流产生产生磁场磁场(3)运动运
3、动电荷产电荷产生磁场生磁场2、磁场的基本性质、磁场的基本性质对放入其中的磁体、对放入其中的磁体、电流、运动电荷有力电流、运动电荷有力的作用的作用同名磁极相互排斥同名磁极相互排斥异名磁极相互吸引异名磁极相互吸引磁体磁体对电流对电流的作用的作用电流电流对电流对电流的作用的作用一、磁场的描述一、磁场的描述10/29/202233、磁体间相互作用的本质、磁体间相互作用的本质磁体磁体磁场磁场磁体磁体磁体或电流磁体或电流磁体或电流磁体或电流4、磁现象的电本质、磁现象的电本质安培分子安培分子电流假说：电流假说：在原子、分子等物质微粒内部存在一种环形电流在原子、分子等物质微粒内部存在一种环形电流分子电流，分子
4、电流使每个物质微粒都成为微小分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。的磁体，它的两侧相当于两个磁极。解释磁化、解释磁化、消磁现象消磁现象不显磁性不显磁性显磁性显磁性磁化磁化消磁消磁总结：一切磁现象都是由电荷的运动产生的总结：一切磁现象都是由电荷的运动产生的磁场磁场10/29/202245、磁场的方向：、磁场的方向：规定为小磁针规定为小磁针N极在磁场中的受力方向。或极在磁场中的受力方向。或小磁针静止时小磁针静止时N极所指的方向！极所指的方向！6、磁感线、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 磁
5、感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向，即小磁针磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向，即小磁针N N极在该点的受力方向或静止时的指向极在该点的受力方向或静止时的指向 磁感线的疏密表示磁场的强弱磁感线的疏密表示磁场的强弱 磁感线是封闭曲线（和静电场的电场线不同）磁感线是封闭曲线（和静电场的电场线不同）几种磁场的磁感线几种磁场的磁感线条形磁铁条形磁铁蹄形磁铁蹄形磁铁10/29/20225通电直导线通电直导线判判断断方方法法：立体图立体图纵截面图纵截面图横截面图横截面图环形电流环形电流判判断断方方法法：立体图立体图纵截面图纵截面图横截面图横截面图10/29/20226通电螺线管通电螺线管判判
6、断断方方法法电流电流安培定则（二）安培定则（二）立体图立体图横截面图横截面图纵截面图纵截面图地磁场地磁场10/29/20227例：在图中，当电流逆时针通过圆环导体时，例：在图中，当电流逆时针通过圆环导体时，在导体中央的小磁针的在导体中央的小磁针的N N极将指向极将指向_指向读者指向读者10/29/20228例例.如图所示，一小磁针静止在通电螺线管的内如图所示，一小磁针静止在通电螺线管的内部，请分别标出通电螺线管和小磁针的南北部，请分别标出通电螺线管和小磁针的南北极。极。SNNS10/29/20229 例、有两条垂直交叉但不接触的导线，通例、有两条垂直交叉但不接触的导线，通以大小相等的电流，方向
7、如图所示，问哪以大小相等的电流，方向如图所示，问哪些区域中某些点的磁感强度些区域中某些点的磁感强度B可能为零？可能为零？()A仅在象限仅在象限；B仅在象限仅在象限；C在象限在象限；D在象限在象限、；E在象限在象限、IIE10/29/2022107、磁感应强度、磁感应强度 描述磁场的强弱与方向的物理量描述磁场的强弱与方向的物理量定义：在磁场中垂直磁场方向的通电导线，受到的安培力跟定义：在磁场中垂直磁场方向的通电导线，受到的安培力跟电流和导线长度的乘积的比值。电流和导线长度的乘积的比值。表达式：表达式：单位：特斯拉（单位：特斯拉（T）矢量：方向为该点的磁场方向，即通过该点的磁感线的切线方向矢量：方
8、向为该点的磁场方向，即通过该点的磁感线的切线方向8、理解与巩固、理解与巩固电流磁场方向的判断电流磁场方向的判断在地球赤道上空有一小磁针处于水平静止状态，突然发现小在地球赤道上空有一小磁针处于水平静止状态，突然发现小磁针磁针N极向东偏转，由此可知（极向东偏转，由此可知（）A一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的N极靠近小磁针极靠近小磁针B一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的一定是小磁针正东方向上有一条形磁铁的S极靠近小磁针极靠近小磁针C可能是小磁针正上方有电子流自南向北水平通过可能是小磁针正上方有电子流自南向北水平通过D可能是小磁针正上方有电子流自北向南水平通过
9、可能是小磁针正上方有电子流自北向南水平通过 10/29/202211 磁通量：磁通量：穿过某一面积磁感线的条数穿过某一面积磁感线的条数(用用表示表示)大小：大小：=BS=BS(S S为垂直于磁场的面积为垂直于磁场的面积)标量：没有方向，它只是条数，但有正负标量：没有方向，它只是条数，但有正负单位：韦伯单位：韦伯(Wb)(Wb)磁通密度：磁通密度：B B=/S S -磁感应强度又叫磁通密度磁感应强度又叫磁通密度 -垂直穿过垂直穿过1m1m2 2面积的磁感线条数面积的磁感线条数 1T=1Wb/m 1T=1Wb/m2 2。在匀强磁场中，当在匀强磁场中，当B B与与S S的夹角为的夹角为时，有时，有=
10、BSBSsinsin。9.磁通量磁通量10/29/202212穿过两面积的磁通量相等吗？R穿过两面积的磁通量磁通量相等吗？10/29/202213两面积内的磁通量相等吗？BBSS10/29/202214例例1 1、如图所示，大圆导线环、如图所示，大圆导线环A A中通有电流中通有电流 I I，方向，方向如图。另在导线环所在的平面画了一个圆如图。另在导线环所在的平面画了一个圆B B，它，它的一半面积在的一半面积在A A环内，一半面积在环内，一半面积在A A环外。则圆环外。则圆B B内的磁通量下列说法正确的是：内的磁通量下列说法正确的是：（A A）圆）圆B B内的磁通量垂直纸面向外内的磁通量垂直纸面
11、向外（B B）圆）圆B B内的磁通量垂直纸面向里内的磁通量垂直纸面向里（C C）圆）圆B B内的磁通量为零内的磁通量为零（DD）条件不足，无法判断）条件不足，无法判断 BA答案：答案：B10/29/202215二、磁场对电流的作用力二、磁场对电流的作用力1、磁场对电流的作用力、磁场对电流的作用力安培力安培力方向：左手定则方向：左手定则磁场方向磁场方向电流方向电流方向电流方向电流方向判断下列通电导线的受力方向判断下列通电导线的受力方向 安培力方向安培力方向10/29/202216判断下列导线的电流方向或磁场方向或受力方向判断下列导线的电流方向或磁场方向或受力方向 大小大小F=BIL(BI)F=0
12、 (BI)如如B与与I成任意角则把成任意角则把L投影投影到与到与B垂直和平行的方向上垂直和平行的方向上L为为在磁场中在磁场中的的有效长度有效长度F=BILsinB与与I的夹角的夹角10/29/2022172、通电导线在安培力作用下运动的定性判断、通电导线在安培力作用下运动的定性判断10/29/202218总结：通电导体在安培力作用下的运动总结：通电导体在安培力作用下的运动 情况的分析方法：情况的分析方法：(1).(1).电流元分析法电流元分析法 (2).(2).特殊位置法特殊位置法 (3).(3).等效法等效法 (4).(4).推论法推论法10/29/202219例例:画出通电导体画出通电导体
13、abab所受的磁场力的方向所受的磁场力的方向10/29/202220 例：如图，相距例：如图，相距20cm20cm的两根光滑平行铜导轨，导的两根光滑平行铜导轨，导轨平面倾角为轨平面倾角为=37=370 0，上面放着质量为，上面放着质量为80g80g的金属杆的金属杆abab，整个装置放在，整个装置放在B B的匀强磁场中的匀强磁场中.(1)(1)若磁场方向竖直向下，若磁场方向竖直向下，要使金属杆静止在导轨上，要使金属杆静止在导轨上，必须通以多大的电流必须通以多大的电流.(2)(2)若磁场方向垂直斜若磁场方向垂直斜面向下，要使金属杆静止在面向下，要使金属杆静止在导轨上，必须通以多大的电流。导轨上，必
14、须通以多大的电流。10/29/202221 例例7:7:如图所示如图所示,粗细均匀的金属杆长为粗细均匀的金属杆长为0.5m,0.5m,质量为质量为10g,10g,悬挂在两根轻质绝缘弹簧下端悬挂在两根轻质绝缘弹簧下端,并处于垂直纸面并处于垂直纸面向外的匀强磁场中向外的匀强磁场中,磁场的磁感应强度磁场的磁感应强度B B=0.49T.=0.49T.弹弹簧的劲度系数簧的劲度系数k k试求弹簧不伸长时试求弹簧不伸长时,通入金属杆中的电通入金属杆中的电流大小和方向流大小和方向?要使金属杆下降落要使金属杆下降落1cm1cm后能够静止下后能够静止下来来,通入金属杆中的电流大小和方通入金属杆中的电流大小和方向向
15、?要使金属杆上升要使金属杆上升1cm1cm后静后静止止,则通入的电流大小和方向则通入的电流大小和方向又如何又如何?10/29/202222例例8:8:在磁感应强度在磁感应强度B B=0.08T,=0.08T,方向竖直向下的匀方向竖直向下的匀强磁场中强磁场中,一根长一根长l l1 1=20cm,=20cm,质量质量mm=24g=24g的金属的金属横杆水平地悬挂在两根长均为横杆水平地悬挂在两根长均为24cm24cm的轻细导线的轻细导线上上,电路中通以图示的电流电路中通以图示的电流,电流强度保持在电流强度保持在2.5A,2.5A,横杆在悬线偏离竖直位置横杆在悬线偏离竖直位置=30=300 0处时由静
16、止开始摆处时由静止开始摆下下,求横杆通过最低点求横杆通过最低点的瞬时速度大小的瞬时速度大小.10/29/202223第二课时第二课时 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用一、洛仑兹力一、洛仑兹力磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力1、大小：、大小：F洛洛=qvB当当v B时，电荷不受洛仑兹力时，电荷不受洛仑兹力当当v B时，电荷所受洛仑兹力最大时，电荷所受洛仑兹力最大当当v与与B成成角时，角时，F洛洛=qvBsin2、方向：用左手定则判断、方向：用左手定则判断F洛洛+v注意：注意：四指的方向为正电荷的运动方向，或负电荷运动的反方向。四指的方向为正电荷的运动方向，或负电荷运动的反方向
17、。3、特点：洛仑兹力始终与电荷运动方向垂直，只改变速度的方、特点：洛仑兹力始终与电荷运动方向垂直，只改变速度的方向，而不改变速度的大小，所以洛仑兹力不做功。向，而不改变速度的大小，所以洛仑兹力不做功。4、洛仑兹力与安培力的关系、洛仑兹力与安培力的关系洛仑兹力是安培力的微观本质，安培力是洛仑兹力的宏观表现洛仑兹力是安培力的微观本质，安培力是洛仑兹力的宏观表现10/29/2022242、运动方向与磁场方向垂直，做匀速圆周运动、运动方向与磁场方向垂直，做匀速圆周运动洛仑兹力提供向心力洛仑兹力提供向心力轨道半径：轨道半径：周期：周期：与与v、r无关无关二、带电粒子（不计重力）在匀强磁场中的运动二、带电
18、粒子（不计重力）在匀强磁场中的运动1、运动方向与磁场方向平行，做匀速直线运动、运动方向与磁场方向平行，做匀速直线运动圆心、半径、运动时间的确定圆心、半径、运动时间的确定圆心的确定圆心的确定a、两个速度方向垂直线的交点。、两个速度方向垂直线的交点。（常用在有界磁场的入射与出射（常用在有界磁场的入射与出射方向已知的情况下）方向已知的情况下）VO10/29/202225b、一个速度方向的垂直线和一条弦、一个速度方向的垂直线和一条弦的中垂线的交点的中垂线的交点O半径的确定半径的确定应用几何知识来确定！应用几何知识来确定！运动时间：运动时间：3、理解与巩固、理解与巩固两个粒子带电量相等，在同一匀强磁场中
19、只受磁场力而做匀速两个粒子带电量相等，在同一匀强磁场中只受磁场力而做匀速圆周运动，则圆周运动，则()()A.A.若速率相等，则半径相等若速率相等，则半径相等 B.B.若速率相等，则周期相等若速率相等，则周期相等 C.C.若动量大小相等，则半径相等若动量大小相等，则半径相等 D.D.若动能相等，则周期相等若动能相等，则周期相等10/29/202226例题例题如图所示，一束电子以速度如图所示，一束电子以速度如图所示，一束电子以速度如图所示，一束电子以速度v v0 0垂直界面射入磁感强垂直界面射入磁感强垂直界面射入磁感强垂直界面射入磁感强度为度为度为度为B B、宽度为、宽度为、宽度为、宽度为d d的
20、匀强磁场中的匀强磁场中的匀强磁场中的匀强磁场中 穿过磁场后的速穿过磁场后的速穿过磁场后的速穿过磁场后的速度方向与电子射入磁场时的速度方向夹角为度方向与电子射入磁场时的速度方向夹角为度方向与电子射入磁场时的速度方向夹角为度方向与电子射入磁场时的速度方向夹角为3030，则，则，则，则电子的质量为多大？穿过磁场所需时间为多少？电子的质量为多大？穿过磁场所需时间为多少？电子的质量为多大？穿过磁场所需时间为多少？电子的质量为多大？穿过磁场所需时间为多少？10/29/202210/29/20222727如图所示，在长直导线中有恒电流如图所示，在长直导线中有恒电流I I通过，导线正下方电子初通过，导线正下方
21、电子初速度速度v v方向与电流方向与电流I I的方向相同，电子将（的方向相同，电子将（）A.A.沿路径沿路径 a a 运动，轨迹是圆运动，轨迹是圆B.B.沿路径沿路径 a a 运动，轨迹半径越来越大运动，轨迹半径越来越大C.C.沿路径沿路径 a a 运动，轨迹半径越来越小运动，轨迹半径越来越小 D.D.沿路径沿路径 b b 运动，轨迹半径越来越大运动，轨迹半径越来越大垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为d d的条形区域内，磁感应强度为的条形区域内，磁感应强度为B B一个质量一个质量为为m m、电量为、电量为q q的粒子以一定的速度垂直于的粒子以一定的速度垂直于磁
22、场边界方向从磁场边界方向从a a点垂直飞入磁场区，如图点垂直飞入磁场区，如图所示，当它飞离磁场区时，运动方向偏转所示，当它飞离磁场区时，运动方向偏转角试求粒子的运动速度角试求粒子的运动速度v v以及在磁场中以及在磁场中运动的时间运动的时间t t10/29/2022284 4、带电粒子在有界磁场中运动问题分类解析、带电粒子在有界磁场中运动问题分类解析OBSVP图1一、带电粒子一、带电粒子在半无界磁场在半无界磁场中的运动中的运动MNO,LAO图3P二、带电粒子二、带电粒子在圆形磁场中在圆形磁场中的运动的运动BABdVV300O图5三、带电粒子在三、带电粒子在长足够大的长方长足够大的长方形磁场中的运
23、动形磁场中的运动llr1OV+qV图6四、带电粒子在正方四、带电粒子在正方形磁场中的运动形磁场中的运动五、带电粒子在环五、带电粒子在环状磁场中的运动状磁场中的运动10/29/20222910/29/20223010/29/20223110/29/20223210/29/202233三、三、带电体在复合场中的运动带电体在复合场中的运动1 1、带电粒子在电场、磁场、重力场中的运动，简称带电粒子在、带电粒子在电场、磁场、重力场中的运动，简称带电粒子在复合场中的运动，一般具有较复杂的运动图景。这类问题本质复合场中的运动，一般具有较复杂的运动图景。这类问题本质上是一个力学问题，应顺应力学问题的研究思路和
24、运用力学的上是一个力学问题，应顺应力学问题的研究思路和运用力学的基本规律。基本规律。分析带电粒子在电场、磁场中运动，主要是两条线索：分析带电粒子在电场、磁场中运动，主要是两条线索：力和运动的关系。根据带电粒子所受的力，运用牛顿第二定力和运动的关系。根据带电粒子所受的力，运用牛顿第二定律并结合运动学规律求解。律并结合运动学规律求解。功能关系。根据场力及其它外力对带电粒子做功引起的能功能关系。根据场力及其它外力对带电粒子做功引起的能量变化或全过程中的功能关系，从而可确定带电粒子的运动量变化或全过程中的功能关系，从而可确定带电粒子的运动情况，这条线索不但适用于均匀场，也适用于非均匀场。因情况，这条线
25、索不但适用于均匀场，也适用于非均匀场。因此要熟悉各种力做功的特点。此要熟悉各种力做功的特点。带电体在复合场中受力情况复杂运动情况多变，往往出现临带电体在复合场中受力情况复杂运动情况多变，往往出现临界问题，应以题中界问题，应以题中“最大最大”、“最高最高”、“至少至少”等词语为突等词语为突破口，挖掘隐含条件，根据临界条件列出辅助方程，再与其它破口，挖掘隐含条件，根据临界条件列出辅助方程，再与其它方程联立求解。方程联立求解。10/29/202234带带电电粒粒子子在在电电场场磁磁场场中中的的运运动动带带电电粒粒子子在在电电场场中中的的运动运动直线运动直线运动：如用电场加速或减速粒子：如用电场加速或
26、减速粒子带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中的的运动运动直直线线运运动动（当当带带电电粒粒子子的的速速度度与与磁磁场平行时）场平行时）带带电电粒粒子子在在复复合合场场中中的运动的运动直线运动：直线运动：垂直运动方向的力必定平衡垂直运动方向的力必定平衡偏转偏转：类似平抛运动，一般分解成两：类似平抛运动，一般分解成两 个分运动求解个分运动求解圆周运动：圆周运动：以点电荷为圆心运动或受以点电荷为圆心运动或受装置约束运动装置约束运动圆周运动圆周运动（当带电粒子的速度与磁场（当带电粒子的速度与磁场垂直时）垂直时）圆周运动：圆周运动：重力与电场力一定平重力与电场力一定平衡，由洛伦兹力提供向心力衡，由洛伦兹力提
27、供向心力一般的曲线运动一般的曲线运动10/29/2022352、带电体在复合场中运动问题分析、带电体在复合场中运动问题分析组合场（电场与磁场没有同时出现在同一区域）组合场（电场与磁场没有同时出现在同一区域）试试质谱仪质谱仪名师名师1号号P293第第13题题10/29/20223610/29/20223710/29/202238回回旋旋加加速速器器名师名师1号号P284第第6、9题；题；P297第第13题题10/29/20223910/29/202240叠加场（电场、磁场、重力场中只少有两个同时出现在同一区域）叠加场（电场、磁场、重力场中只少有两个同时出现在同一区域）速度选择器速度选择器任何一个
28、存在正交电场的磁场的空间都可看任何一个存在正交电场的磁场的空间都可看作速度选择器作速度选择器速度选择器只选择速度而不选择粒子的种类，速度选择器只选择速度而不选择粒子的种类，只要只要v=E/B，粒子就能沿直线匀速通过选择器，粒子就能沿直线匀速通过选择器，而与粒子的电性、电荷量、质量无关。（不计而与粒子的电性、电荷量、质量无关。（不计重力）重力）对于确定的速度选择器有确定的入口与出口。对于确定的速度选择器有确定的入口与出口。如图所示，在平行金属板间有匀强电场和匀强磁场，方向如图，如图所示，在平行金属板间有匀强电场和匀强磁场，方向如图，有一束正电荷沿中心线方向水平射入，却分成三束分别由有一束正电荷沿
29、中心线方向水平射入，却分成三束分别由a a、b b、c c三点射出，问可以确定的是这三束带电粒子的什么物理量不相三点射出，问可以确定的是这三束带电粒子的什么物理量不相同同?(?(重力不计重力不计)名师名师1号号P283第第3题题10/29/202241磁流体发电机磁流体发电机磁流体发电机磁流体发电机进入磁场的粒子带正、负电荷进入磁场的粒子带正、负电荷当当Eq=Bqv时两板间电势差达到最大时两板间电势差达到最大电磁流量计电磁流量计流动的导电液体含有正、负离子流动的导电液体含有正、负离子U=Bdv流量指单位时间内流过的体积：流量指单位时间内流过的体积：Q=Sv当液体内的自由电荷所受电场力与洛当液体内的自由电荷所受电场力与洛仑兹力相等时，仑兹力相等时，a、b间的电势差稳定。间的电势差稳定。10/29/20224210/29/202243霍尔效应（磁强计）霍尔效应（磁强计）导体中通过电流时，在运动的电荷导体中通过电流时，在运动的电荷为电子，带负电；为电子，带负电；当电子所受电场力与洛仑兹力相等当电子所受电场力与洛仑兹力相等时，导体上、下侧电势差稳定。时，导体上、下侧电势差稳定。名师名师1号号P294第第14题题10/29/202244