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1、磁场磁场 高考要求高考要求1.电流的磁场电流的磁场 2.磁感线、地磁场磁感线、地磁场 3.磁性材料、分子电流假说磁性材料、分子电流假说 4.磁感应强度、磁场对通电直导线磁感应强度、磁场对通电直导线的作用，安培力，左手定则的作用，安培力，左手定则 5.磁电式电表原理磁电式电表原理 6.磁场对运动电荷的作用，洛仑磁场对运动电荷的作用，洛仑兹力兹力 7.质谱仪、回旋加速器质谱仪、回旋加速器 说明：说明：1、安培力安培力的计算的计算限于限于直导线与直导线与B平平行或垂直的行或垂直的两种情两种情况况2、能够运动所学、能够运动所学知识，综合分析带知识，综合分析带电粒子在匀强磁场电粒子在匀强磁场中的运动，涉
2、及洛中的运动，涉及洛仑兹力的计算限于仑兹力的计算限于 与与B平行或垂直的平行或垂直的两种情况两种情况第1页/共99页电流产生磁场电流产生磁场18201820年丹麦物理学家奥年丹麦物理学家奥斯特做过下面的实验：斯特做过下面的实验：把一条导线平行地放在把一条导线平行地放在磁铁的上方，给导线通磁铁的上方，给导线通电，磁针就发生偏转。电，磁针就发生偏转。这说明不仅磁铁能产生这说明不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁磁场，电流也能产生磁场。场。第2页/共99页分子电流示意图分子电流示意图【安培分子电流假说安培分子电流假说】在原子、分子等物质微粒在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电内部，存在着一种环
3、形电流即分子电流，分子电流流即分子电流，分子电流使每个物质微粒成为微小使每个物质微粒成为微小的磁体，每个微小磁体都的磁体，每个微小磁体都有两个磁极。有两个磁极。物质的磁性与分子物质的磁性与分子电流的关系电流的关系第3页/共99页物质的磁性与分子物质的磁性与分子电流的关系电流的关系磁现象的电本质磁现象的电本质在没有磁性的物体内部，在没有磁性的物体内部，大量微粒的分子电流产生大量微粒的分子电流产生的磁场方向是杂乱无章的，的磁场方向是杂乱无章的，彼此互相抵消，使物体在彼此互相抵消，使物体在宏观上不显示磁性。而在宏观上不显示磁性。而在磁铁内部，大量微粒的分磁铁内部，大量微粒的分子电流产生的磁场方向有子
4、电流产生的磁场方向有一定的取向，使物体宏观一定的取向，使物体宏观上就显示出磁性。上就显示出磁性。第4页/共99页（1）条形磁铁）条形磁铁几个典型磁场的磁感线分布几个典型磁场的磁感线分布第5页/共99页（2）蹄形磁铁）蹄形磁铁第6页/共99页（3）直线电流）直线电流直线电流磁场的磁感线是一些以导线直线电流磁场的磁感线是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上。都在跟导线垂直的平面上。用右手握住导线，让伸直的用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向跟电流的方拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的
5、环绕方向。方向就是磁感线的环绕方向。第7页/共99页 正视图正视图（纵剖）（纵剖）（3）直线电流）直线电流立体图立体图俯视图俯视图第8页/共99页（4）环形电流）环形电流环环形形电电流流的的磁磁感感线线是是一一些些围围绕绕环环形形导导线线的的闭闭合合曲曲线线，在在环环形形导导线线的的中中心心轴轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直。线上，磁感线和环形导线的平面垂直。让让右右手手弯弯曲曲的的四四指指和和环环形形电电流流的的方方向向一一致致，伸伸直直的的拇拇指指所所指指的的方方向向就就是是环环形形导导线线中中心心轴轴线线上磁感线的方向。上磁感线的方向。第9页/共99页（4）环形电流）环形电流侧视图侧视
6、图IB立体图立体图B主视图主视图（纵剖）（纵剖）第10页/共99页安安培培定定则则：用用右右手手握握住住螺螺线线管管，让让弯弯曲曲的的四四指指所所指指的的方方向向跟跟电电流流的的方方向向一一致致，大大拇拇指指所所指指的的方方向向就就是是螺螺线线管管内内部部磁磁感感线线的的方方向向。也也就就是是说说，大大拇拇指指向通电螺线管的北极。指指向通电螺线管的北极。（5）通电螺线管）通电螺线管第11页/共99页（6）地磁场）地磁场第12页/共99页左手定则左手定则伸伸开开左左手手，使使大大拇拇指指跟跟其其余余四四个个手手指指垂垂直直，并并且且都都跟跟手手掌掌在在一一个个平平面面内内，把把手手放放入入磁磁场
7、场中中，让让磁磁感感线线垂垂直直穿穿入入手手心心，并并使使伸伸开开的的四四指指指指向向电电流流的的方方向向，那那么么，大大拇拇指指所所指指的的方方向向就就是是通通电电导导线线在在磁磁场场中中所所受受安安培培力力的的方向。方向。安培力安培力第13页/共99页判断安培力的方向判断安培力的方向（1）BI（2）BIIB（3）IB（4）IB（5）FF三、安培力1F F垂直平面向内垂直平面向内垂直平面向内垂直平面向内F F垂直平面向外垂直平面向外垂直平面向外垂直平面向外F F垂直平面向外垂直平面向外垂直平面向外垂直平面向外安培力的方向与电流方向安培力的方向与电流方向垂直，也与磁场方向垂直，垂直，也与磁场方
8、向垂直，即即垂直于电流方向与磁场垂直于电流方向与磁场方向确定的平面；方向确定的平面；但电流但电流方向与磁场方向不一定垂方向与磁场方向不一定垂直。直。第14页/共99页两根平行的输电线请根据其上电流方向画出两根平行的输电线请根据其上电流方向画出它们之间的相互作用力。它们之间的相互作用力。2平行导线(1)F FF FF FF F(2)第15页/共99页ab R 金属框架光滑金属框架光滑,宽度宽度L=20cm,与水平面夹角与水平面夹角=30 导体棒导体棒ab质量质量m=10g,电源电动势电源电动势E=12V,内阻内阻r=1,电阻电阻R=11.若使若使ab静止静止,求下列几种情况匀强求下列几种情况匀强
9、磁场的磁场的B的大小的大小(1)B竖直向上竖直向上.(2)B水平向左水平向左.(3)若使若使B最小最小,求求B的大小和方向的大小和方向.(4)若磁场方向垂直斜面向上若磁场方向垂直斜面向上,ab棒与导轨之间的摩擦棒与导轨之间的摩擦因数因数=0.2,为使为使ab棒保持静止棒保持静止,求求B的取值范围的取值范围.第16页/共99页GFNFFb GF b B bGFNFF把立体图转化为适当的平面图第17页/共99页磁电式电流表的构造磁电式电流表的构造 在在一一个个很很强强的的蹄蹄形形磁磁铁铁的的两两极极间间有有一一个个固固定定的的圆圆柱柱形形铁铁芯芯，铁铁芯芯外外面面套套有有一一个个可可以以绕绕轴轴转
10、转动动的的铝铝框框，铝铝框框上上绕绕有有线线圈圈，铝铝框框的的转转轴轴上上装装有有两两个个螺螺旋旋弹弹簧簧和和一一个个指指针针。线线圈圈的的两两端端分分别别接接在在这这两两个个螺螺旋旋弹弹簧簧上上，被被测测电电流流经经过过这这两个弹簧流入线圈。两个弹簧流入线圈。磁电式电流表磁电式电流表第18页/共99页第19页/共99页磁电式电流表的工作原理磁电式电流表的工作原理蹄形磁铁和铁芯间的磁场是蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布均匀地辐射分布的，这样不管通的，这样不管通电导线处于什么角度，它的平面均电导线处于什么角度，它的平面均与磁感线平行，从而保证受到的与磁感线平行，从而保证受到的磁磁力矩不随转
11、动角度的变化而变化，力矩不随转动角度的变化而变化，始终有始终有M=nBIS（n为线圈的匝数）。为线圈的匝数）。当线圈转到某一角度时，磁力矩与当线圈转到某一角度时，磁力矩与弹簧产生的阻力矩弹簧产生的阻力矩M 相等时，线圈相等时，线圈就停止转动，此时指针（指针随线就停止转动，此时指针（指针随线圈一起转动）就停在某处，指向一圈一起转动）就停在某处，指向一确定的读数。确定的读数。磁电式电流表磁电式电流表磁电式电流表第20页/共99页洛伦兹力洛伦兹力一一个个阴阴极极射射线线管管的的两两个个电电极极之之间间加加上上电电压压后后，会会有有电电子子束束从从阴阴极极K射射向向阳阳极极A，并并在在荧荧光光屏屏上上
12、看看到到一一条条亮亮线线。当当把把一一个个蹄蹄形形磁磁铁铁放放到到阴阴极极射射线线管管的的近近旁旁时时，会会看看到到电电子子束束发发生生偏偏转转，这这表表明明运运动动的的电电子子受受到到了了磁场的作用力。磁场的作用力。（磁场对运动电荷的作用）（磁场对运动电荷的作用）第21页/共99页初速度垂直于磁场初速度垂直于磁场方向的带电粒子的方向的带电粒子的运动运动v B无限大磁场区域无限大磁场区域Bvfvffv,洛仑兹力一定不做功洛仑兹力一定不做功.Wf=0第22页/共99页初速度垂直于磁场初速度垂直于磁场方向的带电粒子的方向的带电粒子的运动运动 OO AB ff 有界磁场有界磁场圆心圆心轨迹轨迹角度角
13、度第23页/共99页类型一：半有界磁场类型一：半有界磁场第24页/共99页类型二：条形磁场类型二：条形磁场第25页/共99页类型三：圆形磁场类型三：圆形磁场第26页/共99页1 vvBO1、虚线所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场，、虚线所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为磁感应强度为B，一束电子流沿圆形磁场的直径方向，一束电子流沿圆形磁场的直径方向以速度以速度v 射入磁场，电子束经过磁场区后，其运动方射入磁场，电子束经过磁场区后，其运动方向与原方向成向与原方向成 角。设电子质量为角。设电子质量为m，电荷量为，电荷量为e，求，求磁场区域圆半径磁场区域圆半径 r 为多少？为多少
14、？第27页/共99页 vvBOOff/2分析1第28页/共99页32、如图所示，矩形匀强磁场区域的长为、如图所示，矩形匀强磁场区域的长为L，宽为，宽为L/2。磁感应强度为磁感应强度为B，质量为，质量为m，电荷量为，电荷量为e 的电子沿着矩形的电子沿着矩形磁场的上方边界射入磁场，欲使该电子由下方边界穿出磁场的上方边界射入磁场，欲使该电子由下方边界穿出磁场，求：磁场，求：（1）电子速率）电子速率v 的取的取值范围？值范围？（2）电子在磁场中）电子在磁场中运动时间运动时间t 的变化范的变化范围？围？LL/2a ab bc cd dvf ff fvO O 第29页/共99页3、三个质子、三个质子1、2
15、和和3分别以大小相等、方向如图分别以大小相等、方向如图所示的初速率所示的初速率v1、v2和和v3，经过平板，经过平板MN上的小孔上的小孔O射入匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，整个装射入匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，整个装置放在真空中，且不计重力，这三个质子打到平置放在真空中，且不计重力，这三个质子打到平板板MN上的位置到小孔上的位置到小孔O的距离分别是的距离分别是s1、s2和和s3，则位移之间的大小关系如何？则位移之间的大小关系如何？2v2v3v1O MMNN第30页/共99页v3O O R分析2 v1v1v2v2第31页/共99页4、（、（11 北京）利用电场和磁场，可以将比荷不同的离子分
16、开，北京）利用电场和磁场，可以将比荷不同的离子分开，这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用。这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用。如图所示的矩形区域如图所示的矩形区域ACDG（AC边足够长）中存在着垂直于纸面边足够长）中存在着垂直于纸面的匀强磁场，的匀强磁场，A处有一狭缝。离子源产生的离子，经静电场加速处有一狭缝。离子源产生的离子，经静电场加速后穿过狭缝沿垂直于后穿过狭缝沿垂直于GA边且垂直于磁场的方向射入磁场，运动到边且垂直于磁场的方向射入磁场，运动到GA边，被相应的收集器收集。整个装置内部为真空。边，被相应的收集器收集。整个装置内部为真空。已知被加速的两种正离子的质量
17、分别是已知被加速的两种正离子的质量分别是m1和和m2（m1m2）。电荷）。电荷量均为量均为q，加速电场的电势差为，加速电场的电势差为U，离子进入电场时的初速度可以，离子进入电场时的初速度可以忽略，不计重力，也不考虑离子间的相互作用。忽略，不计重力，也不考虑离子间的相互作用。（1）求质量为）求质量为m1的离子进入的离子进入磁场时的速率磁场时的速率 1；（2）当磁感应强度的大小当磁感应强度的大小为为B时，求两种离子在时，求两种离子在GA边边落点的间距落点的间距s；离子源离子源狭缝狭缝加速加速电场电场ABq qGDC3第32页/共99页已知被加速的两种正离子的质量分别是已知被加速的两种正离子的质量分
18、别是m1和和m2（m1m2）。电荷）。电荷量均为量均为q，加速电场的电势差为，加速电场的电势差为U，离子进入电场时的初速度可以，离子进入电场时的初速度可以忽略，不计重力，也不考虑离子间的相互作用。忽略，不计重力，也不考虑离子间的相互作用。（3）在前面的讨论中忽略了狭缝宽度的影响，实际装置中狭缝具）在前面的讨论中忽略了狭缝宽度的影响，实际装置中狭缝具有一定宽度。若狭缝过宽，可能使两束离子在有一定宽度。若狭缝过宽，可能使两束离子在GA边上的落点区域边上的落点区域离子源离子源狭缝狭缝加速加速电场电场ABq qGDC交叠，导致两种离子无法完全分离。交叠，导致两种离子无法完全分离。设磁感应强度大小可调，
19、设磁感应强度大小可调，GA边长为定值边长为定值L，狭缝宽度为，狭缝宽度为d，狭缝右边缘在狭缝右边缘在A处。离子可以处。离子可以使狭缝各处射入磁场，入射方使狭缝各处射入磁场，入射方向仍垂直于向仍垂直于GA边且垂直于磁边且垂直于磁场。为保证上述两种离子能落场。为保证上述两种离子能落在在GA边上并被完全分离，求边上并被完全分离，求狭缝的最大宽度。狭缝的最大宽度。分析分析第33页/共99页BGDCAd2R12R2d两种离子能被完全分离两种离子能被完全分离两种离子能落在两种离子能落在GA边上边上2R1m=Ld而而故故Ld第34页/共99页5、（、（05 全国）如图所示，在一水平放置的平板全国）如图所示，
20、在一水平放置的平板MN的上的上方有一匀强磁场，磁感应强度的大小为方有一匀强磁场，磁感应强度的大小为B，磁场方向垂直，磁场方向垂直于纸面向里，许多质量为于纸面向里，许多质量为m、带电量为、带电量为+q的粒子，以相同的粒子，以相同的速率的速率 沿位于纸面内的各个方向由小孔沿位于纸面内的各个方向由小孔O射入磁场区域，射入磁场区域，不计重力，不计粒子间的相互影响，下列（乙）图中阴影不计重力，不计粒子间的相互影响，下列（乙）图中阴影部分带电粒子可能经过的区域，其中部分带电粒子可能经过的区域，其中 。哪个图。哪个图是正确的？是正确的？MNO第35页/共99页(A)(B)(C)(D)A第36页/共99页MN
21、OO1CO2O3第37页/共99页6 6、（00 全国）全国）如图所示，两个共轴的圆筒形金属电如图所示，两个共轴的圆筒形金属电极，外电极接地，其上均匀分布着平行于轴线的极，外电极接地，其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝四条狭缝a、b、c和和d，外筒的外半径为，外筒的外半径为r0，在圆，在圆筒之外的足够大区域中平行于轴线方向的均匀磁筒之外的足够大区域中平行于轴线方向的均匀磁场，磁感应强度的大小为场，磁感应强度的大小为B，在两极间加上电压，在两极间加上电压，使两圆筒之间的区域内有沿半径向外使两圆筒之间的区域内有沿半径向外的电场，一质量为的电场，一质量为m，带电量，带电量为为+q 的粒子，从紧靠内筒
22、且的粒子，从紧靠内筒且正对狭缝正对狭缝a的的S点出发，初速点出发，初速为零。如果该粒子经过一段为零。如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到时间的运动之后恰好又回到出发点出发点S，则两电极之间的电，则两电极之间的电压压U应是多少？（不计重力，应是多少？（不计重力，整个装置在真空中）整个装置在真空中）接地接地Oabcd+q +q S2第38页/共99页接地接地Oabcd+q +q S分析2第39页/共99页7、正负电子对撞机的最后部分的简化图如图（甲）所示（俯视、正负电子对撞机的最后部分的简化图如图（甲）所示（俯视图），位于水平面内的粗实线所示的圆环形真空管道是正负电图），位于水平面内的粗实线
23、所示的圆环形真空管道是正负电子做圆运动的子做圆运动的“容器容器”，经过加速器加速后的正负电子被分别，经过加速器加速后的正负电子被分别引入该管道时，具有相同的速率引入该管道时，具有相同的速率v，它们沿管道向相反的方向运，它们沿管道向相反的方向运动。在管道内控制它们转变的是一系列圆形电磁铁，即图中的动。在管道内控制它们转变的是一系列圆形电磁铁，即图中的A1、A2、A3An，共，共n个，均匀分布在整个圆环上（图中只示意个，均匀分布在整个圆环上（图中只示意性地用细实线画出了几个，其余的用细虚线表示），每个电磁性地用细实线画出了几个，其余的用细虚线表示），每个电磁铁内的磁场都是匀强磁场，并且磁感应强度都
24、相同，方向竖直铁内的磁场都是匀强磁场，并且磁感应强度都相同，方向竖直向下，磁场区域的直径为向下，磁场区域的直径为d，改变电磁铁内的电流的大小，就可，改变电磁铁内的电流的大小，就可改变磁场的磁感应强度，从而改变电子偏转角度。经过精确的改变磁场的磁感应强度，从而改变电子偏转角度。经过精确的调整，首先实现电子在环形管道中沿图中粗虚线所示的轨迹运调整，首先实现电子在环形管道中沿图中粗虚线所示的轨迹运动，这时电子经过每个电磁铁时射入点和射出点都在电磁铁的动，这时电子经过每个电磁铁时射入点和射出点都在电磁铁的同一条直径的两端，如图（乙）所示，这就为进一步实现正、同一条直径的两端，如图（乙）所示，这就为进一
25、步实现正、负电子的对撞做好了准备。负电子的对撞做好了准备。（五）综合1（难题解析225）第40页/共99页A A11A AnnA An-1n-1A A22A A33 d dv vA AiiDDC CB BOOv v（1）试确定正、负电子在管道内各是什么方向旋转的；）试确定正、负电子在管道内各是什么方向旋转的；（2）已知正、负电子的质量都是）已知正、负电子的质量都是m，所带电荷都是元电荷，所带电荷都是元电荷e，重力可不计，求电磁铁内匀强磁场的磁感应强度重力可不计，求电磁铁内匀强磁场的磁感应强度B的大小。的大小。2/n第41页/共99页8、如图所示，、如图所示，M、N为两块带等量异种电荷的平行金属
26、板，为两块带等量异种电荷的平行金属板，S1、S2为板上正对的小孔，为板上正对的小孔，N板右侧有两个宽度均为板右侧有两个宽度均为d 的匀强磁场的匀强磁场区域，磁感应强度大小均为区域，磁感应强度大小均为B，方向分别垂直于纸面向外和向，方向分别垂直于纸面向外和向里，磁场区域右侧有一个荧光屏，取屏上与里，磁场区域右侧有一个荧光屏，取屏上与S1、S2共线的共线的O点为点为原点，向上为正方向建立原点，向上为正方向建立 x 轴。轴。M板左侧电子枪发射出的热电板左侧电子枪发射出的热电子经小孔子经小孔S1进入两板间，电子的质量为进入两板间，电子的质量为m，电荷量为，电荷量为e，初速度，初速度可以忽略。可以忽略。
27、KMNS1S2BBddOx荧荧光光屏屏第42页/共99页当两板间电势差为当两板间电势差为U0时，求从小孔时，求从小孔S2射出的电子的速度射出的电子的速度v0。求两金属板间电势差求两金属板间电势差U 在什么范围内，电子不能穿过磁场区在什么范围内，电子不能穿过磁场区域而打到荧光屏上。域而打到荧光屏上。若电子能够穿过磁场区域而打到荧光屏上，试在答题卡的图若电子能够穿过磁场区域而打到荧光屏上，试在答题卡的图上定性地画出电子运动的轨迹。上定性地画出电子运动的轨迹。求电子打到荧光屏上的位置坐标求电子打到荧光屏上的位置坐标x和金属板间电势差和金属板间电势差U的函数的函数关系。关系。KMNS1S2BBddOx
28、荧荧光光屏屏OOOO 第43页/共99页KMNS1S2BBddOx荧荧光光屏屏求电子打到荧光屏上的位置坐标求电子打到荧光屏上的位置坐标x和金属板间电势差和金属板间电势差U的函数关系。的函数关系。OO x x第44页/共99页P P11P P22P P33OOx xy y450O 9、（04 全国）全国）如图所示，在如图所示，在y 0的空间中存在匀强电场，场强的空间中存在匀强电场，场强沿沿y轴负方向；在轴负方向；在y 0的空间中，存在匀强磁场，磁场方向垂直的空间中，存在匀强磁场，磁场方向垂直xy平面向外。一电量为平面向外。一电量为q、质量为、质量为m的带正电的运动粒子，经过的带正电的运动粒子，经
29、过y轴上轴上y=h处的点处的点P1时速率为时速率为v0，方向沿，方向沿 x 轴正方向；然后，经轴正方向；然后，经过过x轴上轴上x=2h处的处的P2点进入磁场，并经过点进入磁场，并经过 y 轴上轴上y=2h处的处的P3点。点。不计重力。求：不计重力。求：（1）电场强度的大小；）电场强度的大小；（2）粒子到达）粒子到达P2时速度时速度的大小和方向；的大小和方向；（3）粒子做圆周运动的）粒子做圆周运动的圆心坐标及磁感应强度的圆心坐标及磁感应强度的大小。大小。4（优化161）第45页/共99页（六）复合场带电粒子在带电粒子在复合场复合场中的运中的运动动第46页/共99页速度选择器速度选择器正正交交的的
30、匀匀强强磁磁场场和和匀匀强强电电场场组组成成速速度度选选择择器器。带带电电粒粒子子必必须须以以唯唯一一确确定定的的速速度度（包包括括大大小小、方方向向）才才能能匀匀速速（或或者者说说沿沿直直线线）通通过过速速度度选选择择器器。否否则则将将发生偏转。这个速度的大小可以由洛伦兹力和电场发生偏转。这个速度的大小可以由洛伦兹力和电场 v力的平衡得出：力的平衡得出：qvB=Eq，第47页/共99页（1 1）带电质点（无轨道约束）做匀速直线运动）带电质点（无轨道约束）做匀速直线运动电场力、洛伦兹力和重力合力为零电场力、洛伦兹力和重力合力为零mgqEqvB三个力均在竖直平面内三个力均在竖直平面内第48页/共
31、99页1 1、（1996 全国）全国）设在地面上方的真空室内，存在设在地面上方的真空室内，存在匀强电场和匀强磁场。已知电场强度和磁感应匀强电场和匀强磁场。已知电场强度和磁感应强度的方向是相同的，电场强度的大小强度的方向是相同的，电场强度的大小E=4.0V/m。磁感应强度的大小。磁感应强度的大小B=0.15T，今有，今有一个带负电的质点以一个带负电的质点以v=20m/s的的速度在此区域内沿垂直场强方速度在此区域内沿垂直场强方向做匀速直线运动，求此带电向做匀速直线运动，求此带电质点的电量与质量之比质点的电量与质量之比q/m以及以及磁场的所有可能方向。（角度磁场的所有可能方向。（角度可用反三角函数表
32、示）可用反三角函数表示）mgEqE EB BqvB 第49页/共99页（2 2）带电质点（无轨道约束）做匀速圆周运动）带电质点（无轨道约束）做匀速圆周运动电场力和重力相平衡，洛伦兹力提供做向心力。电场力和重力相平衡，洛伦兹力提供做向心力。第50页/共99页2、如图所示，在匀强电场和匀强磁场共存在区域如图所示，在匀强电场和匀强磁场共存在区域里，电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里，里，电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里，有一电荷量为有一电荷量为 q1的微粒沿半径为的微粒沿半径为r1的圆周在竖直的圆周在竖直平面内做匀速圆周运动，与另一静止在该圆周上电平面内做匀速圆周运动，与另一静止在该圆周上
33、电荷量荷量 q2的微粒相碰后，合在一起沿半径为的微粒相碰后，合在一起沿半径为r2的圆的圆周在竖直平面内做匀速圆周运动，求周在竖直平面内做匀速圆周运动，求r1:r2=?-q q22q q11BE E第51页/共99页洛伦兹力的洛伦兹力的应用应用第52页/共99页回旋加速器回旋加速器动画动画第53页/共99页回旋加速器回旋加速器A0A1以正离子为例以正离子为例 0 1电场又变回电场又变回原来原来交变电场的周期与粒子的周期一致，交变电场的周期与粒子的周期一致，保证每次经过电场时被加速保证每次经过电场时被加速第54页/共99页质谱仪质谱仪1、测定粒子荷质比的仪器，叫做、测定粒子荷质比的仪器，叫做质谱仪
34、质谱仪。2、工作原理：、工作原理：带电粒子在带电粒子在S1、S2之间的电场加速后，进之间的电场加速后，进入速度选择器（即入速度选择器（即P1、P2之间的区域），之间的区域），保证进入磁场保证进入磁场B2的离子都具有相同的速度。的离子都具有相同的速度。最后通过最后通过S3进入匀强磁场区域，在洛伦兹进入匀强磁场区域，在洛伦兹力的作用下运动半周后打到底片上。力的作用下运动半周后打到底片上。3、荷质比、荷质比S1P1S2P2S3照相底片照相底片E1B1B2第55页/共99页基本原理基本原理将高温等离子体以高速将高温等离子体以高速(约约1000m/s)送入发电送入发电通道通道,发电通道处于左右发电通道处
35、于左右两个磁极所产生的磁场两个磁极所产生的磁场之中之中,在通道内上下放入在通道内上下放入两块金属板极两块金属板极A、B作为作为电极电极.气体中自由电子和气体中自由电子和正离子在洛伦兹力作用正离子在洛伦兹力作用下分别运动到下分别运动到A、B极板极板上产生电势差这就是上产生电势差这就是磁流体发电机的工作原磁流体发电机的工作原理理磁流体发电机磁流体发电机第56页/共99页电磁感应电磁感应 高考要求高考要求1.电磁感应现象、磁通量、法拉第电磁感应定律、电磁感应现象、磁通量、法拉第电磁感应定律、楞次定律楞次定律 2.导体切割磁感线时的感应电动势、右手定则导体切割磁感线时的感应电动势、右手定则 3.反电动
36、势反电动势 4.自感电动势、日光灯、涡流自感电动势、日光灯、涡流 1、导体切割磁感线时感应电动势的计算，只限于、导体切割磁感线时感应电动势的计算，只限于l垂直于垂直于B与与 的情况的情况2、在电磁感应现象里不要求判断内电路中各点电势的高低、在电磁感应现象里不要求判断内电路中各点电势的高低3、根据、根据“能量的转化和守恒定律能量的转化和守恒定律”，会处理不同形式能量之，会处理不同形式能量之间的转化问题间的转化问题第57页/共99页电磁感应电磁感应1、产生感应电流的条件：、产生感应电流的条件：不论什么方法（不论什么方法（闭合电路的一部分导体切割磁感闭合电路的一部分导体切割磁感线，还是闭合电路中的磁
37、场发生变化线，还是闭合电路中的磁场发生变化），），只要穿过闭只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生。闭合电路中就有电流产生。这种利用磁场产生电流的现象叫做这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应电磁感应电磁感应电磁感应，产生的电流叫做产生的电流叫做感应电流感应电流感应电流感应电流。第58页/共99页（1）楞次定律）楞次定律2、感应电流的方向、感应电流的方向感应电流具有这样的方向，即感应电流具有这样的方向，即感应电流的感应电流的磁场磁场总要总要阻碍阻碍引起感应电流的磁通量的引起感应电流的磁通量的变化变化。第59页/共99页对楞次定律的理解感应电流总是感应电
38、流总是反抗反抗引起感应电流的引起感应电流的原因原因.1.阻碍原磁通量的变化阻碍原磁通量的变化(线圈面积线圈面积Sn或磁感应或磁感应强度强度B发生变化发生变化).2.阻碍物体间的相对运动阻碍物体间的相对运动(因相对运动而引起因相对运动而引起的感应电流的感应电流).3.阻碍原电流的变化阻碍原电流的变化(自感现象自感现象).4.从能量观点来看从能量观点来看:其它形式的能转化为电能其它形式的能转化为电能.第60页/共99页右右手手定定则则：伸伸出出右右手手，使使拇拇指指和和其其余余四四指指垂垂直直，并并且且都都跟跟手手掌掌在在同同一一平平面面内内，让让磁磁感感线线垂垂直直穿穿入入手手心心，拇拇指指指指
39、向向导导体体运运动动方方向向，那那么么，其其余余四四指指所所指指的的方方向向就就是是感感应电流的方向。应电流的方向。（2）导体切割磁感线）导体切割磁感线2、感应电流的方向、感应电流的方向第61页/共99页1、如图所示，一水平放置的矩形线、如图所示，一水平放置的矩形线圈圈abcd，在细长磁铁的，在细长磁铁的N极附近竖直极附近竖直下落，保持下落，保持bc边在纸外，边在纸外，ad边在纸内，边在纸内，从图中位置从图中位置经过位置经过位置到位置到位置，位置位置和和都很靠近都很靠近。在这个过程。在这个过程中，线圈中感应电流（中，线圈中感应电流（）abcdN12AA、沿、沿abcd流动流动B、沿、沿dcda
40、流动流动C、由、由到到是沿是沿abcd流动，由流动，由到到是沿是沿dcba流动流动D、由、由到到是沿是沿dcba流动，由流动，由到到是沿是沿abcd流动流动第62页/共99页2、在匀强磁场中放一平行金属导轨，导轨跟大线圈、在匀强磁场中放一平行金属导轨，导轨跟大线圈M相接。导轨上放一根导线相接。导轨上放一根导线ab，磁感线垂直于导轨所，磁感线垂直于导轨所在平面，假定除在平面，假定除ab导线外其余部分电阻不计，欲使导线外其余部分电阻不计，欲使M 所包围的小闭合线圈所包围的小闭合线圈N产生顺时针方向感应电流，导产生顺时针方向感应电流，导线线ab需（需（）MNab41A、匀速向右运动、匀速向右运动B、
41、加速向右运动、加速向右运动C、减速向右运动、减速向右运动D、加速向左运动、加速向左运动CD第63页/共99页法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律电路中感应电动势的大小，跟穿电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的过这一电路的磁通量的变化率磁通量的变化率成正比。成正比。第64页/共99页E=BlvE=Blva b+f fvababRabvBRI I导体切割磁感线导体切割磁感线导体切割磁感线导体切割磁感线r r(1)B、L、v三者互相垂直三者互相垂直电源的内电路和外电路电源的内电路和外电路.第65页/共99页（2 2）导线运动方向与导线本身垂直，但）导线运动方向与导线本身垂直，但）导线运动方向与导
42、线本身垂直，但）导线运动方向与导线本身垂直，但与磁场方向成与磁场方向成与磁场方向成与磁场方向成 角角角角v/v Bv E=BlvE=Blv =BlvBlvsin sin 第66页/共99页（3 3）L L与与与与v v不垂直，而不垂直，而不垂直，而不垂直，而v v B B，则应选取导，则应选取导，则应选取导，则应选取导线的有效切割长度。线的有效切割长度。线的有效切割长度。线的有效切割长度。导体切割磁感线产生的感应电动势导体切割磁感线产生的感应电动势导体切割磁感线产生的感应电动势导体切割磁感线产生的感应电动势vvv第67页/共99页例例1：如图所示有一均匀磁场，：如图所示有一均匀磁场，B=210
43、-3T，在垂直磁场的，在垂直磁场的平面内，有一金属棒平面内，有一金属棒AO绕平行于磁场的绕平行于磁场的O轴逆时针匀速转轴逆时针匀速转动。已知棒长动。已知棒长L=0.1m，转速，转速n=50r/s，求，求：（1）O、A哪一点的电势高？哪一点的电势高？（2）棒产生的感应电动势为多大？）棒产生的感应电动势为多大？OAA （4 4）导体转动切割磁感线导体转动切割磁感线导体转动切割磁感线导体转动切割磁感线 =t第68页/共99页电磁感应综合问题电磁感应综合问题1.1.与闭合电路的欧姆定律、安培力的综合与闭合电路的欧姆定律、安培力的综合2.2.与牛顿运动定律的综合与牛顿运动定律的综合3.3.与功能关系和能
44、量守恒定律的综合与功能关系和能量守恒定律的综合第69页/共99页导体切割磁感线第70页/共99页1、一个边长为、一个边长为L，匝数为，匝数为N的正方形线圈的总电阻为的正方形线圈的总电阻为R，以恒定的速率，以恒定的速率v通过磁感应强度为通过磁感应强度为B的匀强磁场区的匀强磁场区域，线圈平面与磁场方向垂直，磁场宽度为域，线圈平面与磁场方向垂直，磁场宽度为b，如图，如图所示，整个线圈通过磁场。在下列两种情况下所示，整个线圈通过磁场。在下列两种情况下:（1）Lb 问线圈中产生的热量各是多少？问线圈中产生的热量各是多少？2（进修155）L Lb bv v第71页/共99页1、（1）Lb 问线圈中产生的热
45、量各是多少？问线圈中产生的热量各是多少？2（分析二）L Lb bv v第73页/共99页8（07版五三243415）（1）ab边刚进入磁场时边刚进入磁场时ab边的电边的电势差势差Uab;（2）cd边刚进入磁场时的速度；边刚进入磁场时的速度；（3）线框进入磁场的过程中，）线框进入磁场的过程中，ab边的发热量。边的发热量。2、如图所示，质量为、如图所示，质量为m、边长为、边长为L的正方形导体框，从有的正方形导体框，从有界的匀强磁场上方由静止自由下落。线框每边电阻为界的匀强磁场上方由静止自由下落。线框每边电阻为R。匀强磁场的宽度为匀强磁场的宽度为H（LH）。磁感应强度大小为）。磁感应强度大小为B，方
46、向，方向垂直于纸面向内。已知垂直于纸面向内。已知ab边刚进入磁场和刚穿出磁场时线边刚进入磁场和刚穿出磁场时线框都做减速运动，加速度大小都是框都做减速运动，加速度大小都是 。求：。求：abcdLBH123 1 1 2第74页/共99页自自 感感实验一：实验一：先先闭闭合合开开关关S,调调节节变变阻阻器器R的的电电阻阻，使使同同样样规规格格的的两两个个灯灯泡泡A1和和A2的的明明亮亮程程度度相相同同。再再调调节节变变阻阻器器R1使使两两个个灯灯泡泡都都正正常常发发光光，然然后后断断开开开开关关S，重重新新接接通通电电路路时时可可以以看看到到，跟跟变变阻阻器器R串串联联的的灯灯泡泡A2立立刻刻正正常
47、常发发光光，而而跟跟有有铁铁芯芯的的线线圈圈L串串联联的的灯灯泡泡A1却却是逐渐亮起来的。是逐渐亮起来的。SR1A1A2LR后亮起来后亮起来第75页/共99页实验二：实验二：把把灯灯泡泡A和和带带铁铁芯芯的的线线圈圈L并并联联在在直直流流电电路路中中。接接通通电电路路，灯灯泡泡A正正常常发发光光；断断开开电电路路，这这时时可可以以看看到到，灯灯泡泡A没没有有立立即即熄熄灭灭，相相反反，它它会会很亮地闪一下。很亮地闪一下。LAS断开断开自自 感感第76页/共99页1、（、（11 北京）某同学为了验证断电自感现象，自己北京）某同学为了验证断电自感现象，自己找来带贴心的线圈找来带贴心的线圈L、小灯泡
48、、小灯泡A、开关、开关S和电池组和电池组E，用导线将它们链接成如图所示的电路。检查电路后，用导线将它们链接成如图所示的电路。检查电路后，闭合开关闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽多次重复，仍未见老师演不显著的延时熄灭现象。虽多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因。示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（）CA、电源的内阻较大、电源的内阻较大B、小灯泡电阻偏大、小灯泡电阻偏大C、线圈电阻偏大、线圈电阻偏大D
49、、线圈的自感系数较大、线圈的自感系数较大第77页/共99页涡涡 流流金属块中产生的涡流金属块中产生的涡流闭闭合合回回路路中中的的磁磁通通量量发发生生变变化化时时有有电电磁磁感感应应现现象象产产生生，整整块块的的金金属属放放在在变变化化的的磁磁场场中中时时，也也会会有有电电磁磁感感应应现现象象。这这时时，在在金金属属块块内内部部有有自自成成闭闭合合回回路路的的感感应应电电流流，很很像像水水的的漩漩涡涡，人们把它叫做人们把它叫做涡流涡流。第78页/共99页感应加热感应加热高频冶炼炉高频冶炼炉把把待待冶冶炼炼的的金金属属放放在在陶陶瓷瓷坩坩埚埚中中，坩坩埚埚外外面面绕绕着着线线圈圈，当当给给线线圈圈
50、通通入入高高频频交交变变电电流流时时，坩坩埚埚内内的的金金属属在在变变化化的的磁磁场场中中感感应应出出很很强强的的涡涡流流，产产生生的的热热量量足足以以使使它它自自己己熔熔化化。这这种种冶冶炼炼方方法法速速度度快快，效效率率高高，容容易易控控制制，还还可可以以在在真真空空的的条条件件下下进进行行，避避免免金金属属的的氧氧化化，保保证证纯纯度度，因因此此，特别适用于冶炼特种合金。特别适用于冶炼特种合金。涡流的应用涡流的应用第79页/共99页2、涡流的防止、涡流的防止金属块中产生的涡流金属块中产生的涡流硅钢片叠成的铁心中涡流硅钢片叠成的铁心中涡流减小减小第80页/共99页交交 变变 电电 流流 高