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1、第三章 磁场(一)磁场1、磁场是磁极、电流周围存在的一种特殊物质。2、磁场的方向：规定在磁场中任一点小磁针北极的受力方向就是那一点的磁场方向。3、磁场的基本特性：磁场对放入其中的磁体、电流和运动电荷都有力的作用。4、磁现象的电本质：最早揭示磁现象电本质的假说是安培分子电流假说。分子电流排列由无序到有序称为磁化，分子电流排列由有序变为无序称为退磁，磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的。(二)磁感应强度(B)1、定义：(1)在磁场垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度。(2)穿过垂直于磁感线的单位面积的磁感线的条数等于该处的磁感应强度
2、。2、定义式：，式中F为I与磁场方向垂直时的磁场力，此时磁场力最大，I与磁场平行时，磁场力为0。3、方向：小磁针静止时北极所指方向，即该点磁场方向，不是电流元所受的安培力方向。4、单位：1T=1N/Am(三)磁感线1、定义：在磁场中画一系列有向曲线，这些曲线上每一点的切线方向，表示该点的磁场方向，曲线的疏密能定性地表示磁场的强弱，磁感线都是闭合曲线。2、安培定则：对于通电直导线：右手大拇指指向通电直导线的电流方向，四个弯曲的手指方向代表磁场的环绕方向。对于环形电流和通电螺线管，右手大拇指代表穿过中轴线的磁场方向，四个弯曲的手指方向代表电流环绕方向。3、三种常用的电流磁场的特点及画法比较(1)直
3、线电流的磁场：(2)通电螺线管的磁场：两端分别是N极和S极，管内是匀强磁场，管外为非匀强磁场。(3)环形电流的磁场：两侧是N极和S极，离圆环中心越远，磁场越弱。(四)磁通量1、概念：穿过某一垂直于磁场的面积S的磁感线的条数叫做穿过这一面积的磁通量，符号标量。2、磁通量的计算(1)公式：=BS(2)适用条件：匀强磁场。S是垂直于磁场并在磁场中的有效面积。(3)单位：韦伯1wb=1Tm2(4)当磁感线不是垂直，而是与某一面积S的法线为角时，应先将该面积在垂直于磁场方向上投影S，穿过S和穿过S的磁感线相等，这种情况下的磁通量为=BScos。(五)地磁场的主要特点地球的磁场和条形磁体的磁场相似，其主要
4、特点有三个：1、地磁场的N极在地球南极附近。S极在地球北极附近。2、地磁场B的水平分量Bx总是从地球南极指向北极，而竖直分量By则南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下。3、在赤道平面上，距离地球表面相等的各点，磁感应强度相等，且方向水平向北。磁场对电流和运动电荷的作用（一）1、安培力：磁场对电流的作用力2、磁感应强度（条件是匀强磁场中，或L很小，并且LB ）。磁感应强度是矢量。单位是特斯拉，符号为T，1T=1N/（Am）=1kg/（As2）3、安培力大小的计算 F=BLIsin（为B、L间的夹角）高中只要求会计算=0（不受安培力）和=90两种情况。4、安培力的方向左手定则：伸开
5、左手，使大拇指与其余四指垂直，并在同一平面内让磁感线垂直穿过掌心，四指指向电流方向，那么，大拇指所指的方向就是导体所受安培力的方向。5、安培力的应用（1）电动机（2）磁电式仪表根据通电导线在磁场中会受到安培力的作用这一原理制成的仪表，称为磁电式仪表。磁电式仪表的结构：磁电式仪表原理：由于磁场对电流的作用力方向与电流方向有关，因此，如果改变通过电流表的电流方向，磁场对电流的作用力方向也会随着改变，指针和线圈的偏转方向也就随着改变，据此便可判断出被测电流的方向。磁场对电流的作用力跟电流成正比，线圈中的电流越大，受到的作用力也越大，指针和线圈的偏转角度也越大因此，指针偏转角度的大小反映了被测电流的大
6、小只要通过实验把两者一一对应的关系记录下来，并标示在刻度盘上，这样在使用中，就可以在刻度盘上直接读出被测电流的大小。（一）带电粒子在磁场中的运动l、运动的轨迹(1)匀速直线运动若带电粒子的速度方向与磁场方向平行(相同或相反)，此时带电粒子所受洛伦兹力为零，带电粒子将以入射速度v做匀速直线运动(2)匀速圆周运动若带电粒子垂直磁场方向进入匀强磁场，由于洛伦兹力始终和运动方向垂直，因此不改变速度的大小，但不停地改变速度的方向，所以带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供了做匀速圆周运动的向心力洛伦兹力不做功，故粒子速度大小不变但方向时刻改变。粒子的初速度和它受的洛伦兹力的方向都在跟磁场方向垂直的平面内，
7、没有任何作用使粒子离开这个平面，所以粒子只能在这个平面内运动。2、轨道半径和周期电子以速度v垂直磁场方向入射，在磁场中做匀速圆周运动，设电子质量为m，电荷量为q，由于洛伦兹力提供向心力，则有，得到轨道半径由轨道半径与周期的关系得（二）圆心的确定及偏转时间的计算1、圆心的确定：带电粒子进入一个有界磁场后的轨道是一段圆弧，如何确定圆心是解决问题的前提，也是解题的关键首先，应有一个最基本的思路：即圆心一定在与速度方向垂直的直线上在实际问题中圆心位置的确定极为重要，通常有两个方法：已知入射方向和出射方向时，可以通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图所
8、示，图中P为入射点，M为出射点)已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图所示，P为入射点，M为出射点)具体问题应具体分析，不同题目中关于圆心位置的确定方法不尽相同，以上只是给出了确定圆心的最基本的方法2、运动时间的确定粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为时，其运动时间可由下式表示：（或）式中的以“度”为单位，式中 以“弧度”为单位，T为该粒子做圆周运动的周期，以上两式说明转过的圆心角越大，所用时间越长，与运动轨道长度无关粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，转一周所用时间可用公
9、式确定，且从中可以看出粒子转一周所用时间与粒子比荷有关，还与磁场有关，而与粒子速度大小无关粒子速度大时，做圆周运动的轨道半径大；粒子速度小时，做圆周运动的轨道半径小，但只要粒子质量和电荷量之比一定，转一周所用时间都一样确定带电粒子运动圆弧所对圆心角的两个重要结论：a带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向之间的夹角叫做偏向角，偏向角等于圆孤轨道对应的圆心角 ，即，如图所示b圆弧轨道所对圆心角等于PM弦与切线的夹角(弦切角)的2倍，即2，如图所示（三）磁场对运动电荷作用的应用1、质谱仪利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量、轨道半径确定其质量的仪器2、回旋加速器（1）回旋加速器的原理
10、回旋加速器的工作原理如图所示放在A0处的粒子源发出一个带正电的粒子，它以某一速率v0垂直进入匀强磁场中，在磁场中做匀速圆周运动经过半个周期，当它沿着半圆弧A A1到达A1时，我们在A1A1处设置一个向上的电场，使这个带电粒子在A1A1处受到一次电场的加速，速率由v0增加到v1，然后粒子以速率v1在磁场中做匀速圆周运动我们知道，粒子的轨道半径跟它的速率成正比，因而粒子将沿着半径增大了的圆周运动又经过半个周期，当它沿着半圆弧A1A2到达A2时，我们在A2A2处设置一个向下的电场，使粒子又一次受到电场的加速，速率增加到v2如此继续下去，每当粒子运动到A1A1、A3A3等处时都使它受到一个向上电场的加速，每当粒子运动到A2A2、A4A4等处时都使它受到一个向下电场的加速，那么，粒子将沿着图示的螺线A0A1 A1 A2回旋下去，速率将一步一步地增大（2）回旋加速器的旋转周期在直线AA，AA处加一个交变电场，使它变化周期等同于带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期，就可以保证粒子每经过直线AA和AA时都正好赶上适合电场方向而被加速（3）带电粒子的最终能量当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由牛顿第二定律得，若D形盒的半径为R，则rR时，带电粒子的最终动能第 5 页 共 5 页