发布时间 : 星期日 文章2020届高三物理一轮复习学案：磁场更新完毕开始阅读21a290ecdf88d0d233d4b14e852458fb770b3893
2020届高三物理一轮复习学案：磁场
教学目标
1．了解磁场的产生和差不多特性，加深对场的客观性、物质性的明白得。
2．通过磁场与电场的联系，进一步使学生了解和探究看不见、摸不着的场的作用的方法．把握描述磁场的各种物理量。 3．把握安培力的运算方法和左手定那么的使用方法和应用。 4．使学生把握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律。 5．培养学生应用平面几何知识解决物理咨询题的能力。 6．进行理论联系实际的思想教育。 教学重点、难点分析
1．对磁感强度、磁通量的物理意义的明白得及它们在各种典型磁场中的分布情形。 2．对安培力和电磁力矩的大小、方向的分析。 3．如何确定圆运动的圆心和轨迹。 4．如何运用数学工具解决物理咨询题。 教学过程设计 一、差不多概念 1．磁场的产生 〔1〕磁极周围有磁场。
〔2〕电流周围有磁场〔奥斯特〕。
安培提出分子电流假讲〔又叫磁性起源假讲〕，认为磁极的磁场和电流的磁场差不多上由电荷的运动产生的。〔不等于讲所有磁场差不多上由运动电荷产生的。〕
〔3〕变化的电场在周围空间产生磁场〔麦克斯韦〕。
磁场是一种专门的物质，我们看不到，但能够通过它的作用成效感知它的存在，并对它进行研究和描述。它的差不多特点是对处于其中的通电导线、运动电荷或磁体的磁极能施加力的作用。磁现象的电本质是指所有磁现象都可归纳为：运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用。
2．磁场的差不多性质
磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用〔对磁极一定有力的作用；对电流只是可能有力的作用，当电流和磁感线平行时不受磁场力作用〕。这一点应该跟电场的差不多性质相比较。
3．磁感应强度
电场和磁场差不多上无法直截了当看到的物质。我们在描述电场时引入电场强度E那个物理量，描述磁场那么是用磁感应强度B。研究这两个物理量采纳试探法，即在场中引入试探电荷或试探电流元，研究电磁场对它们的作用情形，从而判定场的分布情形。试探法是一种专门好的研究方法，它能关心我们研究一些因无法直截了当观看或接近而感知的物质，如电磁场。
磁感强度的定义式为：B=F/IL〔条件是匀强磁场中，或ΔL专门小，同时L⊥B 〕
其中电流元〔IL〕受的磁场力的大小与电流方向相关。因此采纳电流与磁场方向垂直时受的最大力F来定义B。 研究电场、磁场的差不多方法是类似的。但磁场对电流的作用更复杂一些，涉及到方向咨询题。我们分析此类咨询题时要多加注意。
磁感应强度B的单位是特斯拉，符号为T，1T=1N/〔A?m〕=1kg/〔A?s2〕
磁感强度矢量性：磁感强度是描述磁场的物理量。因此它的大小表征了磁场的强弱，而它的方向，也确实是磁场中某点小磁针静止时N极的指向，那么代表该处磁场的方向。同时，它也满足矢量叠加的原理：假设某点的磁场几个场源共同形成，那么该点的磁感强度为几个场源在该点单独产生的磁感强度的矢量和。
4．磁感线
〔1〕用来形象地描述磁场中各点的磁场方向和强弱的曲线。磁感线上每一点的切线方向确实是该点的磁场方向，也确实是在该点小磁针静止时N极的指向。磁感线的疏密表示磁场的强弱。
特点：磁体外方向N极指向S极〔内部反之〕。
〔2〕磁感线是封闭曲线〔和静电场的电场线不同〕。 〔3〕要熟记常见的几种磁场的磁感线：
〔4〕安培定那么〔右手螺旋定那么〕：对直导线，四指指磁感线方向；对环行电流，大拇指指中心轴线上的磁感线方向；对长直螺线管大拇指指螺线管内部的磁感线方向。
【例题1】如下图，两根垂直纸面平行放置的直导线A、C由通有等大电流，在纸面上距A、C等远处有一点P。假设P点磁感强度及方向水平向左，那么导线A、C中的电流方向是如下哪种讲法？
A．A中向纸里，C中向纸外 B．A中向纸外，C中向纸里 C．A、C中均向纸外 D．A、C中均向纸里 5．磁通量
假如在磁感应强度为B的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，其面积为S，那么定义B与S的乘积为穿过那个面的磁通量，用U表示。U是标量，然而有方向〔进该面或出该面〕。单位为韦伯，符号为Wb。1Wb=1T?m2=1V?s=1kg?m2/〔A?s2〕。
穿过磁场中某一面积的磁感线条数称为穿过这一面积的磁通量。定义式为：U=BS⊥〔S⊥为垂直于B的面积〕。磁感强度是描述磁场某点的性质，而磁通量是描述某一面积内磁场的性质。由B= U/S⊥可知磁感强度又可称为磁通量密度。在匀强磁场中，当B与S的夹角为α时，有U=BSsinα。
【例题2】如下图，在水平虚线上方有磁感强度为2B，方向水平向右的匀强磁场，水平虚线下方有磁感强度为B，方向水平向左的匀强磁场。边长为L的正方形线圈放置在两个磁场中，线圈平面与水平面成α角，线圈处于两磁场中的部分面积相等，那么穿过线圈平面的磁通量大小为多少？
分析：注意到B与S不垂直，应把S投影到与B垂直的方向上；水平虚线上下两部分磁场大小与方向的不同。应求两部分磁通量按标量叠加，求代数和。
解：〔以向右为正〕U=U1+U2=[〔2BL2/2〕-〔BL2/2〕]sinα=BL2 sinα/2 二、安培力 〔磁场对电流的作用力〕
讨论如下几种情形安培力的大小运算，并用左手定那么对其方向进行判定。
安培力大小：F=B⊥IL．B⊥为磁感强度与电流方向垂直重量。
方向：左手定那么〔内容略〕。注意安培力总是与磁场方向和电流方向决定的平面垂直〔除了二者平行，安培力为0的情形〕。
1．安培力方向的判定 〔1〕用左手定那么。
〔2〕用〝同性相斥，异性相吸〞〔只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部时〕。
〔3〕用〝同向电流相吸，反向电流相斥〞〔反映了磁现象的电本质〕。能够把条形磁铁等效为长直螺线管〔不要把长直
螺线管等效为条形磁铁〕。
只要两导线不是互相垂直的，都能够用〝同向电流相吸，反向电流相斥〞判定相互作用的磁场力的方向；当两导线互相垂直时，用左手定那么判定。
【例题3】如下图，能够自由移动的竖直导线中通有向下的电流，不计通电导线的重力，仅在磁场力作用下，导线将如何移动？
I S N 解：先画出导线所在处的磁感线，上下两部分导线所受安培力的方向相反，使导线从左向右看顺时针转动；同时又受到竖直向上的磁场的作用而向右移动〔不要讲成先转90°后平移〕。分析的关键是画出相关的磁感线。
【例题4】条形磁铁放在粗糙水平面上，正中的正上方有一导线，通有图示方向的电流后，磁铁对水平面的压力将会 〔增大、减小依旧不变？〕。水平面对磁铁的摩擦力大小为 。
解：此题有多种分析方法。〔1〕画出通电导线中电流的磁场中通过两极的那条磁感线〔如图中粗虚线所示〕，可看出两极受的磁场力的合力竖直向上。磁铁对水平面的压力减小，但不受摩擦力。〔2〕画出条形磁铁的磁感线中通过通电导线的那一条〔如图中细虚线所示〕，可看出导线受到的安培力竖直向下，因此条形磁铁受的反作用力竖直向上。〔3〕把条形磁铁等效为通电螺线管，上方的电流是向里的，与通电导线中的电流是同向电流，因此互相吸引。
【例题5】如图在条形磁铁N极邻近悬挂一个线圈，当线圈中通有逆时针方向的电流时，线圈将向哪个方向偏转？ 解：用〝同向电流互相吸引，反向电流互相排斥〞最简单：条形磁铁的等效螺线管的电流在正面是向下的，与线圈中的电流方向相反，互相排斥，而左边的线圈匝数多因此线圈向右偏转。〔此题假如用〝同名磁极相斥，异名磁极相吸〞将显现判定错误，因为那只适用于线圈位于磁铁外部的情形。〕
【例题6】电视机显象管的偏转线圈示意图如右，即时电流方向如下图。该时刻由里向外射出的电子流将向哪个方向偏转？
解：画出偏转线圈内侧的电流，是左半线圈靠电子流的一侧为向里，右半线圈靠电子流的一侧为向外。电子流的等效电流方向是向里的，依照〝同向电流互相吸引，反向电流互相排斥〞，可判定电子流向左偏转。〔此题用其它方法判定也行，但不如那个方法简洁〕。
2．安培力大小的运算
F=BLIsinα〔α为B、L间的夹角〕高中只要求会运算α=0〔不受安培力〕和α=90°两种情形。
【例题7】如下图，光滑导轨与水平面成α角，导轨宽L。匀强磁场磁感应强度为B。金属杆长也为L ，质量为m，水平放在导轨上。当回路总电流为I1时，金属杆正好能静止。求：〔1〕B至少多大？这时B的方向如何？〔2〕假设保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上，应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止？
解：画出金属杆的截面图。由三角形定那么可知，只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小，B也最小。依照左手定那么，这时B应垂直于导轨平面向上，大小满足：BI1L=mgsinα， B=mgsinα/I1L。
当B的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，沿导轨方向合力为零，得BI2Lcosα=mgsinα，I2=I1/cosα。〔在解这类题时必须画出截面图，只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向，从而弄清各矢量方向间的关系〕。
【例题8】如下图，质量为m的铜棒搭在U形导线框右端，棒长和框宽均为L，磁感应强度为B
的匀强磁场方向竖直向下。电键闭合后，在磁场力作用下铜棒被平抛出去，下落h后落在水平面上，水平位移为s。求闭合电键后通过铜棒的电荷量Q。
解：闭合电键后的极短时刻内，铜棒受安培力向右的冲量FΔt=mv0而被平抛出去，其中F=BIL，而瞬时电流和时刻的乘积等于电荷量Q=I?Δt，由平抛规律可算铜棒离开导线框时的初速度v0?Q?msg。
BL2hF F / F S F S N i α α B α gs?s，最终可得t2hB 三、洛伦兹力 1．洛伦兹力
运动电荷在磁场中受到的磁场力叫洛伦兹力，它是安培力的微观表现。
h s 公式的推导：如下图，整个导线受到的磁场力〔安培力〕为F安= BIL；其中I=nesv；设导线中共有N个自由电子N=nsL；每个电子受的磁场力为F，那么F安=NF。由以上四式可得F=qvB。条件是v与B垂直。当v与B成θ角时，F=qvBsinθ。
2．洛伦兹力方向的判定
在用左手定那么时，四指必须指电流方向〔不是速度方向〕，即正电荷定向移动的方向；对负电荷，四指应指负电荷定向移动方向的反方向。
【例题9】磁流体发电机原理图如右。等离子体高速从左向右喷射，两极板间有如图方向的匀强磁场。该发电机哪个极板为正极？两板间最大电压为多少？
解：由左手定那么，正、负离子受的洛伦兹力分不向上、向下。因此上极板为正。正、负极板间会产生电场。当刚进入的正负离子受的洛伦兹力与电场力等值反向时，达到最大电压：U=Bdv。当外电路断开时，这也确实是电动势E。当外电路接通时，极板上的电荷量减小，板间场强减小，洛伦兹力将大于电场力，进入的正负离子又将发生偏转。这时电动势仍是E=Bdv，但路端电压将小于Bdv。
在定性分析时专门需要注意的是：
〔1〕正负离子速度方向相同时，在同一磁场中受洛伦兹力方向相反。
〔2〕外电路接通时，电路中有电流，洛伦兹力大于电场力，两板间电压将小于Bdv，但电动势不变〔和所有电源一样，电动势是电源本身的性质。〕
〔3〕注意在带电粒子偏转集合在极板上以后新产生的电场的分析。在外电路断开时最终将达到平稳态。
【例题10】半导体靠自由电子〔带负电〕和空穴〔相当于带正电〕导电，分为p型和n型两种。p型半导体中空穴为多数载流子；n型半导体中自由电子为多数载流子。用以下实验能够判定一块半导体材料是p型依旧n型：将材料放在匀强磁场中，通以图示方向的电流I，用电压表比较上下两个表面的电势高低，假设上极板电势高，确实是p型半导体；假设下极板电势高，确实是n型半导体。试分析缘故。
解：分不判定空穴和自由电子所受的洛伦兹力的方向，由于四指指电流方向，都向右，因此洛伦兹力方向都向上，它们都将向上偏转。p型半导体中空穴多，上极板的电势高；n型半导体中自由电子多，上极板电势低。
注意：当电流方向相同时，正、负离子在同一个磁场中的所受的洛伦兹力方向相同，因此偏转方向相同。
3．洛伦兹力大小的运算
带电粒子在匀强磁场中仅受洛伦兹力而做匀速圆周运动时，洛伦兹力充当向心力，由此能够推导出该圆周运动的半径公式和周期公式：r?F安 F B I ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ + B － － － － ― R mv，T?2?m。 BqBq【例题11】如图直线MN上方有磁感应强度为B的匀强磁场。正、负电子同时从同一点O以
与MN成30°角的同样速度v射入磁场〔电子质量为m，电荷为e〕，它们从磁场中射出时相距多远？射出的时刻差是多少？
解：正负电子的半径和周期是相同的。只是偏转方向相反。先确定圆心，画出半径，由对称性知：射入、射出点和圆心恰
4?m好组成正三角形。因此两个射出点相距2r，由图还看出经历时刻相差2T/3。答案为射出点相距s?2mv，时刻差为?t?。
3BqBe关键是找圆心、找半径和用对称。
【例题12】一个质量为m电荷量为q的带电粒子从x轴上的P〔a，0〕点以速度v，沿与x正方向成60°的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限。求匀强磁场的磁感应强度B和射出点的坐标。
解：由射入、射出点的半径可找到圆心O/，并得出半径为r? y v B 2a3?mv，得B?3mv；射Bq2aq出点坐标为〔0，
3a〕。
O/ o 力的特点 运动规律 v a x
四、带电粒子在匀强磁场中的运动 1．带电粒子在匀强磁场中运动规律
初速度