《磁场全章复习》PPT课件.ppt

选 修 3-1,第一节 我们周围的磁现象,一.无处不在的磁,1.我们的祖先发明指南针，对世界文明产生重大影响。2.现代人好比被“磁海”包围。3.生物磁性的研究为人类开辟了崭新的视野。,二.地磁场,地理的南北极与地磁的N、S极相反。,第一节 我们周围的磁现象,三.磁性材料1.磁化使不具有磁性的物质具有磁性的过程叫磁化。任何物质在外磁场中都能或多或少地被磁化。2.磁性材料磁化后磁性很强的物质叫磁性材料，又称为铁磁性物质3.磁性材料的分类 软磁性物质：磁化后容易去磁的物质称软磁性物质。软磁性物质剩磁较小。硬磁性物质：磁化后不易去磁的物质称硬磁性物质。硬磁性物质剩磁较大。,第一节 我们周围的磁现象,4.磁性材料的应用软磁性材料的剩磁弱，容易去磁，适用于需要反复磁化的场合。硬磁性材料的剩磁强，不易去磁，适用于制成永磁体。,【问题】以下物品，应用哪种材料制成？,第二节 认识磁场,一.磁场初探1.磁体的周围有磁场,2.奥斯特实验的启示：,电流能够产生磁场。,3.磁场的基本性质,磁场对处于场中的磁体有力的作用。磁场对处于场中的电流有力的作用。,第二节 认识磁场,二.磁场的方向,物理学规定：在磁场中的任一点，小磁针北极受力的方向，亦即小磁针静止时北极所指的方向，就是该点的磁场方向。,1.磁感线在磁场中假想出的一系列曲线 磁感线上任意点的切线方向与该点的磁场方向一致；（小磁针静止时N极所指的方向）磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。,三.图示磁场,几种常见磁场磁感线分布,2、直线电流周围磁场,（右手螺旋定则）,安培定则：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。,磁感线为以导线上的各点为圆心的同心圆，且在跟导线垂直的平面上,直线电流,练习：画出直线电流的磁场的立体、顶视、底视、正视图,3、环形电流周围磁场,安培定则：让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。,环形电流的磁场可等效为小磁针或条形磁铁,4、通电螺旋管周围磁场,等效,安培定则：用右手握住螺旋管，让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺旋管内部磁感线的方向。（大拇指指向螺旋管北极）,第二节 认识磁场,归纳：常见磁场的磁感线,永久性磁体的磁场,直线电流的磁场,环形电流的磁场,螺线管电流的磁场,第二节 认识磁场,四.安培分子环流假说,1.分子电流假说 任何物质的分子中都存在环形电流分子电流，分子电流使每个分子都成为一个微小的磁体。,2.安培分子环流假说对一些磁现象的解释：,未被磁化的铁棒,磁化后的铁棒,3.磁现象的电本质,第二节 认识磁场,【电磁继电器】,高压工作电路的通断由低压电路的通断控制，这种设计有利于安全操作。,第二节 认识磁场,【例题1】关于磁场和磁感线的描述，下列哪些是错误的？A.磁感线的箭头指向就是磁场的方向；B.磁感线从磁体的N极出发到磁体的S极终止；C.两条磁感线的空隙处不存在磁场；D.两条磁感线不可能相交。,【答案】ABC,第二节 认识磁场,【例题2】下列各种说法中，正确的是：A.磁通量很大，而磁感应强度可能很小；B.磁感应强度越大，磁通量也越大；C.磁通量小，一定是磁感应强度小；D.磁感应强度很大，而磁通量可能为零。,【答案】AD,第三节 探究安培力,安培力磁场对电流的作用力称为安培力。,一.安培力的方向,左手定则：伸开左手，使拇指与四指在同一个平面内并跟四指垂直，让磁感线垂直穿入手心，使四指指向电流的方向，这时拇指所指的就是通电导体所受安培力的方向。,第三节 探究安培力,【例题1】画出图中第三者的方向。,【答案】由左手定则作答。,【注意】安培力的方向永远与导线垂直。,第三节 探究安培力,【例题2】画出图中通电导线棒所受安培力的方向。,【答案】由左手定则作答。,【注意】安培力的方向永远与导线垂直。,第三节 探究安培力,二.安培力的大小,磁感应强度定量描述磁场强弱和方向的物理量。物理学规定：当通电导线与磁场方向垂直时，通电导线所受的安培力F 跟电流I 和导线的乘积IL的比值叫做磁感应强度。用B表示。,即：,单位：特斯拉（T）,【猜想与验证】影响安培力的因素 磁场的强弱 电流的大小 电流的长度,第三节 探究安培力,1.当电流与磁场方向垂直时，F=ILB,2.当电流与磁场方向夹角时，F=ILBsin,二.安培力的大小,F=ILBsin=BILsin,第三节 探究安培力,【例题3】如图所示，两平行光滑导轨相距0.2m，与水平面夹角为450，金属棒MN的质量为0.1kg，处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中，电源电动势为6V，内阻为1，为使MN处于静止状态，则电阻R应为多少？(其他电阻不计),【答案】R=0.2,第三节 探究安培力,三.磁通量 我们将磁感应强度B 与面积S 的乘积，叫做穿过这个面的磁通量，简称磁通。用表示。即：=BS,=BS,=BS cos,在SI单位制中，磁通量的单位为：韦伯（Wb）,第三节 探究安培力,【例题4】下列各种说法中，正确的是：A.磁通量很大，而磁感应强度可能很小；B.磁感应强度越大，磁通量也越大；C.磁通量小，一定是磁感应强度小；D.磁感应强度很大，而磁通量可能为零。,【答案】AD,练习1、图16-3所示的四种情况，通电导体均置于匀强磁场中，其中通电导线不受安培力的是（）,练习2、标出下列各图中安培力的方向,练习3、如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根直导线MN，导线与磁场垂直，给导线通以由N向M的电流，则：A.磁铁对桌面的压力减小，不受桌面的摩擦力作用B.磁铁对桌面的压力减小，受桌面的摩擦力作用C.磁铁对桌面的压力增大，受桌面的摩擦力作用D.磁铁对桌面的压力增大，不受桌面的摩擦力作用,F,练习4、如图所示，在倾角为30o的斜面上，放置两条宽L0.5m的光滑平行导轨，将电源、滑动变阻器用导线连接在导轨上，在导轨上横放一根质量为m0.2kg的金属棒ab，电源电动势E12V，内阻r0.3，磁场方向垂直轨道所在平面，B0.8T。欲使棒ab在轨道上保持静止，滑动变阻器的使用电阻R应为多大？（g取10m/s2，其它电阻不计）,第四节 安培力的应用,一.直流电动机,【实验与探究】1.直流电动机的结构 2.直流电动机的原理 3.直流电动机的启动 4.直流电动机转速的调节,【说明】直流电动机最突出的优点是通过改变输入电压很容易调节它的转速，而交流电动机的调速就不太方便。因此，不少需要调速的设备，都采用直流电电动机。如：无轨电车和电气机车都是用直流电动机来开动的。,第四节 安培力的应用,直流电动机的运转过程：,第四节 安培力的应用,常见的直流电动机：,【说明】大多数微型和小型直流电动机是用永磁铁提供磁场，而大型和超大型直流电动机是用励磁电流来提供磁场的。,大型和超大型直流电机的生产和维修,第四节 安培力的应用,二.磁电式电表,【说明】由于磁场对电流的作用力跟电流成正比，因而安培力的力矩也跟电流成正比，而螺旋形弹簧的扭矩与指针转过的角度成正比，所以磁电式电表的表盘刻度是均匀的。,运动电荷在磁场中会受到作用力吗？,我们把磁场对运动电荷的作用力叫做,洛伦兹力,电荷通过磁场的这个运动过程也形成了一个电流，根据电流垂直通过磁场会受到磁场力的原则，我们可以知道电荷将受到一个磁场力。,第五节 洛伦兹力,二、电子射线管实验,【推理与猜想】磁场对电流有安培力的作用，而电流是由电荷定向运动形成的。所以磁场对电流的安培力就是磁场对运动电荷的作用力的宏观表现。即：1.安培力是洛伦兹力的宏观表现 2.洛伦兹力是安培力的微观本质。,第五节 洛伦兹力,三、洛伦兹力的方向、左手定则,1、伸开左手，使大拇指和其余四指垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，若四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就使正电荷所受洛伦兹力的方向,2、若四指指向负电荷运动的反方向，那么拇指所指的方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向,三、洛伦兹力的方向、左手定则,洛伦兹力方向:由里往外,试判断下图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向,1、可见：以相同速度进入同一磁场的正负电荷受到的洛伦兹力方向相反。,2、安培力方向由左手定则判断。我们知道安培力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于电流方向，同样也用左手定则判断洛伦兹力f的方向也既垂直于磁场B的方向又垂直于电荷运动速度v方向,四、巩固练习,1、试判断各图中带电粒子受洛伦兹力的方向，或带电粒子的电性、或带点粒子的运动方向。,第五节 洛伦兹力,关于洛伦兹力的说明：1.洛伦兹力的方向垂直于v和B组成的平面。洛伦兹力永远与速度方向垂直。2.洛伦兹力对电荷不做功3.洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小。,洛伦兹力对电荷只起向心力的作用，故只在洛伦兹力的作用下，电荷将作匀速圆周运动。,第五节 洛伦兹力,这段导体所受的安培力：,推导：I的微观表达式：,这段导体中含有的自由电荷数：,每个自由电荷所受的洛伦兹力大小：,F=BIL,I=Q/t=nqSL/t=nqSv,N=nSL,问题若此电子不垂直射入磁场，电子受到的洛伦兹力又如何呢？,洛伦兹力：f=qVB(V垂直B）,安培力是洛伦兹力的集体表现，洛伦兹力是安培力产生的原因。,2.大小关系：F安Nf洛（N是导体中运动的电荷数）,3.方向关系：F安与f洛方向相同,4.F安与f洛本质都是磁场对运动电荷的作用力,2、当一带正电q的粒子以速度v沿螺线管中轴线进入该通电螺线管，若不计重力，则 A带电粒子速度大小改变；B带电粒子速度方向改变；C带电粒子速度大小不变；D带电粒子速度方向不变。,CD,巩固练习,3、质量为m，带电量为q的带电粒子，以速率v垂直进入如图所示的匀强磁场中，恰好做匀速直线运动求：磁场的磁感应强度及带电粒子的电性,巩固练习,六、速度选择器（课本P87）,在电、磁场中，若不计重力，则：,1.速度选择器只选择速度，与电荷的正负无关；2.注意电场和磁场的方向搭配。,4、已知一质子以5107m/s的速度沿上图所示方向进入磁感应强度B=2T的匀强磁场中，质子受的洛伦兹力为多大？,巩固练习,洛伦兹力和电场力的区别：,电荷在电场中一定受到电场力的作用，与其运动状态无关；而电荷在磁场中不一定受到磁场力作用，只有相对于磁场运动且运动方向与磁场方向不平行的电荷才受磁场力作用。,2.大小：F电Eq,F洛=Bqvsin。,3.电荷所受电场力方向总是平行于电场线的切线方向；而电荷所受磁场力的方向总是既垂直于磁场方向，又垂直于运动方向。,4.电场力要对运动电荷做功（电荷在等势面上运动除外）；而电荷在磁场中运动时，磁场力一定不会对电荷做功。,5、摆长为L的单摆在匀强磁场中摆动，摆动中摆线始终绷紧，若摆球带正电，电量为q，质量为m，磁感应强度为B，当小球从最高处摆到最低处，摆线上拉力T多大？,解析：,摆球在运动中洛伦兹力不做功，由动能定理得：,摆球在最低点时的速度方向不同，洛伦兹力方向不同，绳受到的拉力大小不同,当摆球向右摆时，,、带电粒子在匀强用场中运动轨迹,第六节 洛伦兹力与现代科学技术,实验表明：,带电粒子只受洛伦兹力作用（重力通常忽略不计）的条件下，在匀强磁场中有两种典型的运动：1v平行B时，做匀速直线运动2v垂直B时，做匀速圆周运动洛伦兹力提供了带电粒子做匀速圆周运动所需的向心力,二、轨道半径和运动周期,1轨道半径 r，洛伦兹力提供向心力：,由：,得：,在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子，轨道半径跟运动速率成正比,2运动周期T,由：,得：,周期跟轨道半径和运动速率均无关,例1：两个粒子带电量相等，在同一匀强磁场中只受磁场力而做匀速圆周运动，则()A.若速率相等，则半径相等 B.若速率相等，则周期相等 C.若m、v的乘积相等，则半径相等 D.若动能相等，则周期相等,C,例2：关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动，下列说法中正确的是：()A.带电粒子沿电场线方向射入，电场力对带电粒子不做功，粒子动能不增加B.带电粒子沿垂直电场线方向射入，电场力对带电粒子做正功，粒子动能不变C.带电粒子沿磁感线方向射入，磁场力对带电粒子做正功，粒子动能一定增加D.不管带电粒子怎样射入磁场，磁场力对带电粒子都不做功，粒子动能不变,D,例3：如图11-3-1所示，在长直导线中有恒电流I通过，导线正下方电子初速度v方向与电流I的方向相同，电子将()A.沿路径a运动，轨迹是圆 B.沿路径a运动，轨迹半径越来越大 C.沿路径a运动，轨迹半径越来越小 D.沿路径b运动，轨迹半径越来越大,D,思考：若带电离子与磁场成一定的角度射入匀强磁场，粒子如何运动？,垂直于B方向上：匀速圆周运动平行于B方向上：匀速直线运动,垂直磁场方向：Rmvsin/qB T=2m/qB平行磁场方向：螺距 d2mcos/qB,三、质谱仪,、电场和磁场都能对带电粒子施加影响，电场既能使带电粒子加速，又能使带电粒子偏转；磁场虽不能使带电粒子速率变化，但能使带电粒子发生偏转、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，叫做质谱仪用来研究物质的同位素.可以区分电荷数相同，质量数不同的粒子.,补.速度选择器,在电、磁场中，若不计重力，则：,1.速度选择器只选择速度，与电荷的正负无关；2.注意电场和磁场的方向搭配。,速度选择器：（1）任何一个正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。（2）带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀速（或者说沿直线）通过速度选择器。否则将发生偏转。即有确定的入口和出口。（3）这个结论与粒子带何种电荷、电荷多少都无关。,v,若速度小于这一速度，电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大，粒子的轨迹既不是抛物线，也不是圆，而是一条复杂曲线；若大于这一速度，将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。,练习:在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子垂直于电场和磁场方向射入场中，射出时粒子的动能减少了，为了使粒子射出时动能增加，在不计重力的情况下，可采取的办法是：A.增大粒子射入时的速度B.减小磁场的磁感应强度C.增大电场的电场强度D.改变粒子的带电性质,BC,3、质谱仪结构,4、质谱仪工作原理,1加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，qU=Ek,2直线加速器，多级加速如图所示是多级加速装置的原理图：,四、加速器,（一）、直线加速器,由动能定理得带电粒子经n极的电场加速后增加的动能为：,3直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制,（二）、回旋加速器,1、带电粒子在两D形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期，粒子每经过一个周期，被电场加速二次,2、将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起来是一个初速度为零的匀加速直线运动,3、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，每次增加的动能为 所有各次半径之比为：,4、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相同的。,5、回旋加速器的出现，使人类在获得具有较高能量的粒子的方面前进了一 大步，了解其它类型的加速器：直线加速器、同步加速器、电子感应加速器、串列加速器、电子对撞机等,小结：,回旋加速器利用两D形盒窄缝间的电场使带电粒子加速，利用D形盒内的磁场使带电粒子偏转，带电粒子所能获得的最终能量与B和R有关，与U无关,1.加速电场的周期与带电粒子在D型盒中圆周运动周期相等。2.设D型盒最大半径R，则回旋加速器所能达到的最大动能为：,例1：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正确的是()A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的C、只有电场能对带电粒子起加速作用D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动,CD,例2：质谱仪的构造原理如图，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断(),A、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大B、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小C、只要x相同，则离子质量一定相同D、只要x相同，则离子的荷质比一定相同,AD,五.磁流体发电机,等离子体即高温下电离的气体，含有大量的带正电荷和负电荷的微粒，总体是电中性的。,磁流体发电机,六、电磁流量计,若管道为其他形状,如矩形呢?,带电粒子在无界匀强磁场中的运动,F洛=0匀速直线运动,F洛=Bqv匀速圆周运动,F洛=Bqv等距螺旋（090）,在只有洛仑兹力的作用下,