专题03 磁场【考点清单】-2024-2025学年高二物理上学期期末考点大串讲（沪科版2020）

专题03 磁场 一、安培定则 1. 奥斯特实验 如图所示，是奥斯特实验装置图，导线通上电流，小磁针发生偏转。 (1)技巧：为了排除地磁场的影响，导线应沿南北方向水平放置在小磁针的正上方。 (2)结论：电流具有磁效应，即电流可以产生磁场，即电流具有磁效应。 2. 安培定则（右手螺旋定则） (1)直线电流，如图甲， (2)通电螺线管，如图乙，(3)环形电流，如图丙。 　　 甲　　　　　　　乙 丙 3. 常见的三种电流磁感线分布 安培定则 立体图 横截面图 纵截面图 直线电流 环形电流 内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏 通电螺线管 说明：磁感应线是闭合曲线。（电场线是从正电荷开始，终止与负电荷或无穷远） 4. 安培分子电流假说 (1) 安培认为，电子绕原子核运转，形成一种环形电流—分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，在没有磁化时，排列是杂乱无章，磁场相互抵消，所以对外不显磁性。 受外接磁场作用后，大致排列方向相同，即被磁化后形成等效通电螺线管，产生磁性，形成磁极。 (2)磁现象的电本质 分子电流假说揭示了磁体的磁场和电流的磁场本质上相同，都是由运动电荷产生的。 二、磁感应强度 1. 一段通电直导线垂直放在磁场中所受的安培力与电流和导线长度的乘积的比值，叫磁感应强度。 2. B＝ 比值定义法。物理意义是反映了磁场的强弱 注意：使用该定义式时，I要与磁场垂直。 3. 单位：特斯拉，简称特，符号为T。 1T=1 4. 方向：磁感应强度是矢量，小磁针的N极在磁场中某点受力的方向，为这点磁感应强度的方向。 5. 磁感应强度的大小遵从叠加原理。 如图，电流I1在O点产生的磁感应强度为B1，I2在O点产生的磁感应强度为B2，则O处：B=B1+B2 6. 匀强磁场 如果磁场中各处的磁感应强度大小和方向都相同，则该磁场为匀强磁场。（类比：匀强电场） 通电螺线管内部中间区域可近似认为是匀强磁场。 三、磁通量 1. Φ＝BS ，物理意义是表示穿过某一面积的磁感线条数的多少。 2.磁通量的计算 (1)公式：Φ＝BS。 适用条件：①匀强磁场；②磁场与平面垂直。 (2)若磁场与平面不垂直，应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积， Φ＝BScos θ。式中Scos θ即为平面S在垂直于磁场方向上的投影面积， 也称为“有效面积”(如图所示)。 3.单位：在国际单位制中是韦伯，简称韦，符号是Wb，1 Wb＝1 T·m2。 4.磁通量的正、负的含义 (1)磁通量是标量，但有正负，当以磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时即为负值。 (2)若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量大小为Φ1，反向磁通量大小为Φ2，则穿过该平面的合磁通量Φ＝Φ1－Φ2。 (3)通过一个闭合曲面（如球面）的磁通量为0 四、安培力 1．F＝IlBsin θ中θ是B和I方向的夹角 (1)当θ＝90°时，即B⊥I，公式变为F＝IlB。 (2)当θ＝0°时，即B∥I，F＝0。 2．公式F＝IlBsin θ中l指的是导线在垂直于磁场方向上的“等效长度”。 弯曲导线的有效长度l，等于连接两端点连线的长度，如下图（1）虚线所示； 相应的电流沿导线由始端流向末端。 （1） （2） 对任意形状的闭合平面线圈，线圈的有效长度l＝0，故所受安培力的矢量和一定为零，如图（2）。 3．安培力的方向：左手定则 4．安培力方向与磁场方向、电流方向的关系：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B与I所决定的平面。 B和I可能： （1）垂直；（2）平行；（3）斜交 （1）垂直受安培力 （2）平行不受安培力 （3）斜交，垂直投影部分受力 即安培力方向的特点： (1)当电流方向跟磁场方向垂直时，安培力的方向、磁场方向和电流方向两两相互垂直。 (2)当电流方向跟磁场方向不垂直时，安培力的方向仍垂直于电流方向，也垂直于磁场方向。 5．平行电流间作用力 同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。即使电流I不相等，相互作用力也是相等的。 6．直线电流和平行线框电流间作用力 抵消思想：合力只看靠近直线电流的边的电流方向。 7. 安培力的应用 (1) 电流天平 (2) 磁电式电表 (3) 动圈式扬声器 (4) 电磁炮 五、洛伦兹力 1. 洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力。 2. 洛伦兹力的大小：f=qvB q为粒子所带电荷量，v为速度，且与磁场方向垂直。 如果电荷运动方向v与磁感应强度B的夹角为θ时，则f＝qvBsin θ。 (1)当θ＝90°时，v⊥B， F＝qvB，即运动方向与磁场垂直时，洛伦兹力最大。 (2)当v∥B时，θ＝0°，F＝0，即运动方向与磁场平行时，不受洛伦兹力。 3. 洛伦兹力方向： 左手定则：使四指指向正电荷运动的方向，负电荷受力的方向可等效为正电荷的反向运动。 (1) 洛伦兹力的方向既跟磁场方向垂直F⊥B，又跟电方荷的运动方向垂直F⊥v，故洛伦兹力的方向总是垂直于磁感线和运动电荷所在的平面，即：F洛⊥Bv平面，但是B与v不一定垂直。 (2) 因为洛伦兹力与速度方向垂直，所以洛伦兹力对电荷不做功。 只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小，因此只在洛伦兹力作用下，带点粒子做曲线运动。 4. 励磁线圈中观察带电粒子在匀强磁场中做圆周运动。 动力学原因：粒子所受洛伦兹力充当向心力，粒子做圆周运动。 比较：电场和磁场都能对带电粒子施加影响。 在匀强电场中只受电场力作用下，可能做匀变速直线或曲线运动，但不可能做匀速直线运动； 在匀强磁场中只受磁场力作用下，可以做匀速直线运动、曲线运动。但不可能做变速直线运动。 5. 洛伦兹力的对比理解 (1)洛伦兹力与安培力的比较 ①安培力是洛伦兹力的宏观表现，而洛伦兹力是安培力的微观本质。 ②洛伦兹力对电荷不做功，但安培力却可以对导体做功。 (2)洛伦兹力与电场力的比较 ①静止电荷在电场中受电场力作用，电场力对物体做功，是保守力，对应电势能； ②运动电荷在磁场中受磁场力作用，但与运动方向有关；磁场力对运动电荷不做功。 ③电荷在空间不受电场力则表示电场E=0，但运动电荷在空间中不受力，并不能表示B=0。 洛伦兹力 电场力 性质 磁场对其中运动电荷的作用力 电场对放入其中的电荷的作用力 产生条件 静止电荷、沿磁场方向运动的电荷不受力 无论静止、还是运动都受到电场力 方向 ①方向由电荷正负、磁场的方向以及电荷运动的方向决定，遵循左手定则 ②洛伦兹力的方向一定垂直于磁场方向以及电荷运动方向（v与B方向不一定垂直） ①方向由电荷正负、电场方向决定 ②正电荷受力方向与电场方向相同， 负电荷受力方向与电场方向相反 大小 做功情况 一定不做功 可能做正功、负功、不做功 作用效果 只改变电荷的速度方向，不改变速度大小 既可以改变速度大小，也可以改变方向 六、洛伦兹力的应用 1. 粒子电性分析 对带电粒子流进行分析。如下图，射线分裂成a、b、c三束，可分析三束射线的电性a带正电，b带负电，c不带电。 2. 速度选择器 当Eq=qvB且方向相反时，粒子做直线运动，即只有v=的粒子可以通过。 3. 质谱仪：用来测量微观粒子的质量，分析同位素。质谱仪结构示意图如图所示： ①带电粒子注入器：产生带电粒子 ②加速电场 (U)：可由动能定理计算加速后速度。 ③速度选择器 (B1、E)：只有所受洛伦兹力和电场力二力平衡的那些粒子才能通过。 qE=qvB1，由此得出v= ④偏转磁场 (B2) ：在磁场中只受洛伦兹力的作用，粒子在洛伦兹力作用下沿半圆轨迹运动。 圆周运动的轨道半径公式： 代入上式的v得到： ⑤质谱仪底片：由以上分析可知： m是r的函数，测出r即可测出m，r可通过底片上谱线到缝之间的距离来计算。 4. 回旋加速器 回旋加速器就是加速带电粒子的仪器，结构示意图如下。 ①磁场的作用：在洛伦兹力作用下使粒子做匀速圆周运动。 ②电场的作用：使带电粒子经过D1和D2的缝隙该区域时被加速。 ③交变电场的作用及变化周期： 粒子每次经过窄缝时改变方向，使粒子持续加速，要求交变电压的周期和粒子圆周运动周期相等。 ④带电粒子的轨迹特点：粒子轨道半径逐渐增大，最后离开回旋加速器。 最大速度：粒子加速可达到的最大速度v= 代入周期公式得：v=。 七、带电粒子在磁场中运动轨迹规律 1. 带电粒子在匀强磁场中的圆周运动的半径和周期 如图所示，带电粒子以速度v垂直磁场方向入射，在磁场中做匀速圆周运动， 设带电粒子的质量为m，所带的电荷量为q。 (a)正电荷 (b)负电荷 (1) 轨道半径：由于洛伦兹力提供向心力，则有，得到轨道半径。 在匀强磁场中，做匀速圆周运动的带电粒子，其轨道半径跟运动速率成正比。 (2) 周期：由轨道半径与周期之间的关系 可得周期：。 在匀强磁场中做匀速圆周运动的带电粒子，周期跟轨道半径和运动速率均无关，而与比荷成反比。 2. 圆心的确定 (1)已知入射点、出射点、入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别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心（如图甲所示，图中P为入射点，M为出射点） (2) 已知入射方向、入射点和出射点的位置时，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心（如图乙所示，图中P为入射点，M为出射点） 3. 半径的确定 (1) 用几何知识求半径，一般称为几何半径，通常构建三角形，利用三角函数或勾股定理求解. (2) 用物理知识求半径，即r = ，一般称为物理半径。 4. 运动时间的确定 (1) 周期为T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为α时，其运动时间为. (2) 速度为v的粒子在磁场中运动的弧长为s时，其运动时间为. (3) 粒子速度的偏向角（φ）等于圆心角（α），并等于弦AB与切线的夹角（弦切角θ）的2倍（如图所示），即 5. 两类典型的动态问题 (1) 速度方向一定，大小不同：轨迹半径随速度的变化而变化，轨迹圆圆心共线（放缩法） (2) 速度大小一定，方向不同：轨迹半径不变化，轨迹圆圆心在一个圆周上（旋转法） 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$