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磁场集备青岛二中201510考纲展示1.磁场、磁感应强度、磁感线Ⅰ2.通电直导线和通电线圈周围磁场的方向Ⅰ3.安培力、安培力的方向Ⅰ4.匀强磁场中的安培力Ⅱ5.洛伦兹力、洛伦兹力的方向Ⅰ6.洛伦兹力的公式Ⅱ7.带电粒子在匀强磁场中的运动Ⅱ8.质谱仪和回旋加速器Ⅰ考纲展示说明：(1)安培力的计算限于直导线跟B垂直的情形．(2)洛伦兹力的计算限于v跟B垂直的情形.考纲展示1.地磁场的特点及其在相关考题中的运用，常结合安培力、电磁感应综合考查．2．安培力作用下的运动分析，常结合牛顿第二定律、能量守恒、动能定理进行考查．3．带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动，确定其圆心、半径、运动轨迹、运动时间等问题，特别是带电粒子在有边界磁场中的运动．考纲展示4．带电粒子在组合场、复合场中的运动问题，以及分析解决电流天平、粒子速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器、霍尔效应、电磁流量计等磁场知识在生活和科技方面的应用问题，几乎是每年高考考查的重点，常以计算题的形式出现．本章概述第一部分：磁场的描述磁场对电流的作用第二部分、磁场对运动电荷的作用第三部分、带电粒子在复合场中的运动第一部分、磁场的描述磁场对电流的作用教学目标ä1.重视并加强对基本概念、基本规律的学习，注意将磁场与电场对比，注意它们的区别。ä2.熟练掌握几种常见磁体（电流）周围磁感线的空间分布特点，会用有关图形表示，善于画俯视图、仰视图、侧视图等。ä3.安培定则的使用属于基础知识，基本上是定性分析，题型多见于选择题。ä4.考查磁场中的基本概念，如磁感线、磁感应强度、磁通量等，一般以选择题的形式出现。教学目标ä5.通电直导体在磁场中受力，结合牛顿定律运动学公式以及能量的转化与守恒，以非选择题形式考查居多.ä6.通电导线在磁场中受安培力的分析与计算，首先掌握左手定则，会判断安培力方向，其次熟悉掌握受力分析方法，应用有关知识解决安培力参与的平衡、加速等问题，特别注意安培力、电流（导线）、磁场方向三者的空间方位关系。基础知识梳理一、磁场、磁感线1．磁场2．磁感线3．几种常见的磁场及安培定则(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场图11－1－1基础知识梳理(2)几种电流周围的磁场分布直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点无磁极、非匀强且距导线越远磁场与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场，管外为非匀强磁场环形电流的两侧是N极和S极且离圆环中心越远，磁场安培定则立体图越弱最强越强基础知识梳理横截面图纵截面图基础知识梳理(3)匀强磁场：在磁场的某些区域内，磁感线为的平行线，如图所示．等间距基础知识梳理(4)地磁场基础知识梳理二、磁感应强度1．物理意义：描述磁场和的物理量．3．单位：特斯拉，简称．4．矢量性：磁感应强度是，既有大小，又有方向．5．匀强磁场：在磁场某区域内，若各处磁感应强度、处处相同，则该区域内的磁场为匀强磁场．2．大小：B＝FIL.强弱方向矢量特(T)大小方向基础知识梳理1．大小：(如图11－1－4)(1)F＝BILsinθ.(其中θ为B与I之间的夹角)(2)磁场和电流垂直时F＝.(3)磁场和电流平行时F＝0.BIL三、安培力基础知识梳理2．方向(1)用左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向的方向，这时所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．(2)安培力的方向特点：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B和I决定的平面．(注意：B和I可以有任意夹角)电流拇指重点问题分析一、通电导体在安培力作用下运动的判断判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向．现对几种常用的方法列表比较如下：重点问题分析电流元法把整段弯曲导线分为多段直线电流元，先用左手定则判断每段电流元受力的方向，然后判断整段导线所受合力的方向，从而确定导线运动方向特殊位置法通电导线转动到某个便于分析的特殊位置时，判断其所受安培力的方向，从而确定其运动方向等效法环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流，反过来等效也成立．等效后再确定相互作用情况重点问题分析结论法两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下的运动或运动趋势的问题时，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向重点问题分析例1．(2010年徐州模拟)如图所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心，且垂直于线圈平面，当线圈中通入如图方向的电流后，线圈的运动情况是()A．线圈向左运动B．线圈向右运动C．从上往下看顺时针转动D．从上往下看逆时针转动课堂互动讲练重点问题分析1．安培力公式F＝BIL的说明(1)B是与L垂直或与L垂直的分量．(2)L是有效长度，如图所示，导线ACB中电流为I，则其受水平向右的安培力F＝BIL.(3)B并非一定是匀强磁感应强度，但一定是导线所在处的磁感应强度．二、安培力的大小和做功情况分析重点问题分析2．安培力做功的实质：能量的转化(1)安培力做正功：将电源的能量传递给通电导线或转化为导线的动能或转化为其他形式的能．(2)安培力做负功：将其他形式的能转化为电能后或储存或转化为其他形式的能．重点问题分析例2．(2009年高考全国卷Ⅰ)如图11－1－8所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力()重点问题分析A．方向沿纸面向上，大小为(2＋1)ILBB．方向沿纸面向上，大小为(2－1)ILBC．方向沿纸面向下，大小为(2＋1)ILBD．方向沿纸面向下，大小为(2－1)ILB重点问题分析三、有关安培力的综合问题的考查，一般有平衡问题和加速运动问题两类．方法点拨1．平衡问题：解决该类问题首先是先进行受力分析，画出受力平面图，然后依据物体的平衡条件求解．2．加速运动问题：解决该类问题也要先进行受力分析，画出受力平面图，然后再进行运动情况的分析，根据牛顿第二定律求解．如图11－1－11所示，在倾角θ＝30°的斜面上，固定一金属框架，宽L＝0.25m，接入电动势E＝12V、内阻不计的电池．在框架上放有一根质量m＝0.2kg的金属棒重点问题分析安培力作用下物体的平衡例3ab，它与框架的动摩擦因数μ＝36，整个装重点问题分析置放在磁感应强度B＝0.8T、垂直框架向上的匀强磁场中．当调节滑动变阻器R的阻值在什么范围内时，可使金属棒静止在框架上？(框架与棒的电阻不计，g取10m/s2)图11－1－11重点问题分析【解析】(1)当变阻器R取值较小时，I较大，安培力F较大，会使金属棒产生沿框架上滑趋势，因此，框架对棒的摩擦力沿框架向下，如图11－1－12所示．金属棒刚好不上滑时满足平衡条件图11－1－12重点问题分析(2)当变阻器R取值较大时，I较小，安培力F较小，在金属棒重力分力mgsinθ作用下，使棒有沿框架下滑的趋势，框架对棒的摩擦力沿框架向上，如图11－1－13所示．金属棒刚好不下滑时满足平衡条件图11－1－12第二部分、磁场对运动电荷的作用教学目标ä带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动，要掌握基本法（找圆心、求半径、画轨迹）利用几何知识，求半径及圆心角是关键。应特别注意：电荷正负、磁场方向、“边界问题”以及由周期性引起的“多解问题”。ä两个基本模型：质谱仪和回旋加速器。基础知识梳理一、洛伦兹力1．定义：电荷在磁场中所受的力．2．大小(1)v∥B时，F＝.(2)v⊥B时，F＝.(3)v与B夹角为θ时，F＝.运动qvBsinθ0qvB基础知识梳理3．方向(1)判定方法：应用左手定则，注意四指应指向电流的方向，即正电荷或负电荷．(2)方向特点：F⊥B，F⊥v.即F垂直于决定的平面．(注意B和v可以有任意夹角)．由于F始终v的方向，故洛伦兹力永不做功运动方向运动的反方向B、v垂直于基础知识梳理二、带电粒子在磁场中的运动1．若带电粒子的速度方向与匀强磁场方向平行，则带电粒子以入射速度v做运动．2．若带电粒子的速度方向与匀强磁场方向垂直，则带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速度v做运动．匀速直线匀速圆周基础知识梳理(1)基本公式③周期、频率和角速度公式①向心力公式：Bqv＝mv2r.②轨道半径公式：r＝mvBq.T＝2πrv＝2πmqBf＝1T＝Bq2πmω＝2πT＝2πf＝Bqm.基础知识梳理三、洛伦兹力的应用实例1．回旋加速器图11－2－1基础知识梳理(1)构造：如图11－2－1所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源．D形盒处于匀强磁场中．(2)原理：交变电流的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子在圆周运动过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速．由qvB＝mv2R，得Ekm＝q2B2R22m，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径R决定，与加速电压无关．ä(2010年福建毕业班质检)回旋加速器是加速带电粒子的装置．其主体部分是两个D形金属盒，两金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，并分别与高频交流电源两极相连接，从而使粒子每次经过两盒间的狭缝时都得到加速，如图11－5所示．现要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能，下列方法可行的是()äA．增大金属盒的半径äB．减小狭缝间的距离äC．增大高频交流电压äD．减小磁场的磁感应强度基础知识梳理2．质谱仪(1)构造：如图11－2－2所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等组成．图11－2－2基础知识梳理(2)原理：粒子由静止在加速电场中被加速，根据动能定理qU＝12mv2可知进入磁场的速度v＝2qUm.粒子在磁场中受洛伦兹力偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律知，qBv＝mv2r.由以上几式可得出需要研究的物理量如粒子轨道半径、粒子质量、比荷等．ä(2009年高考广东卷)图11－7是质谱仪的工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是()äA．质谱仪是分析同位素的重要工具äB．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外äC．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/BäD．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小课堂互动讲练一、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动问题课堂互动讲练课堂互动讲练课堂互动讲练课堂互动讲练课堂互动讲练二、带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动的多解问题1．带电粒子电性不确定形成多解图11－2－4课堂互动讲练2．磁场方向不确定形成多解课堂互动讲练3．临界状态不唯一形成多解带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时，由于粒子运动轨迹是圆弧状，因此，它可能穿过去了，也可能转过180°从入射界面这边反向飞出，如图11－2－6所示，于是形成了多解．图11－2－7课堂互动讲练4．运动的周期性形成多解带电粒子在部分是电场，部分是磁场的空间运动时，运动往往具有往复性，从而形成多解．如图11－2－7所示．例题1．长为L的水平极板间，有垂直纸面向里的匀强磁场，如图11－2－8所示，磁感应强度为B，板间距离为L，板不带电．一质量为m、电荷量为q带正电的粒子(不计重力)，从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的方法是()A．使粒子的速度vBqL/4mB．使粒子的速度vBqL/4mC．使粒子的速度v5BqL/4mD．使粒子的速度BqL/4mv5BqL/4m课堂互动讲