第一章 安培力与洛伦兹力（图文版知识清单）物理人教版选择性必修第二册

[磁场对通电导线的作用力]-知识清单 一、安培力的方向 1.安培力：通电导线在磁场中受的力称为安培力. 2.安培力的方向：与电流方向、磁感应强度的方向都垂直，可由左手 定则判定. 3.左手定则： 伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与 安培力 电流 手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心垂直进入， 并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向 磁感线 就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。 说明：安培力的方向既垂直于电流方向，也垂直 于磁场方向，即垂直于电流和磁场所决定的平面。 而磁场方向与电流方向不一定垂直。 二、安培力的大小 1.同一通电导线在磁场中的受力情况 (1)导线与磁场方向垂直时： F=BL](安培力最大) (2)导线与磁场方向平行时： F=0(安培力最小) (3)导线与磁场方向成θ角时： F=BILsin8(一般表达式) ☆【注意】磁场对磁铁一定有力的作用，但对电流不一定有力的作用。 2.补充说明 ①L为导线在磁场中的“有效长度”（两端点所连线段长度）； 推论：匀强磁场中闭合平面线圈有效长度L=0, 所受安培力矢量和为零. 有长 ②B为外部磁场的磁感应强度，与导线自身磁场无关， ③适用条件：匀强磁场（非匀强磁场仅适用于电流元）. ④多安培力合成：电流所受安培力为各安培力的矢量和。 [磁电式电流表]-知识清单 磁：磁场对通电导线的作用力（二) 三、磁电式电流表 刻度盆 指针 1.结构 软铁 永久磁铁、线圈、螺旋弹簧、 极靴、永久磁铁 螺旋弹簧 软铁、指针、刻度盘等 线圈 极靴 2.特点 极靴与铁质圆柱间的磁场沿半径方向，无论线圈转到什么位置： ☑(1)线圈平面始终与磁场方向平行 ☑(2)线圈左右两边磁感应强度大小相等 ☑(3)安培力大小与电流成正比，方向总与线圈平面垂直 3.工作原理 通电线圈在安培力作用下转动 ①转动原因：线圈左右两边受方向相反的安培力 ②平衡机制：螺旋弹簧形变产生的反抗力矩与安培力力矩平衡 ③电流大小判断：电流越大→安培力越大→弹簧形变量越大 →偏转角度越大 ④电流方向判断：电流方向改变→安培力方向改变 →指针偏转方向改变 4. 优缺点 ◇优点 8缺点 灵敏度高，可测微弱电流 允许通过电流弱，需改装扩 (几十微安到几毫安) 大量程 磁场对运动电荷的作用力-知识清单女 洛伦兹力的方向 1.洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的力。 2.方向：与电荷运动方向、磁感应强度方向都垂直，由左手定则判定。 3.左手定则：F 伸开左手，拇指与四指垂直且共面；磁感 线垂垂直穿掌心，四指指向正电荷运动方 2 向，拇指指向洛伦兹力方向。负电荷受力 方向与正电荷相反。 说明： ①洛伦兹力垂直于速度方向和磁场方向所确定的平面，但磁 场与速度方向不一定垂直。 ②洛伦兹力始终与速度方向垂直，只改变速度方向，不改变 度大小，不做功。 ③判断负电荷受力时，四指指向其运动反方向。 ④安培力是洛伦兹力的宏观表现。 二、洛伦兹力的大小 1.带电粒子在磁场中的受力情况： 速度与磁场方向平行时： F=0 B ◆1) 速度与磁场方向垂直时： F=qvB →B 速度与磁场方向成0角时：F=qvBsin0 8+B 2.洛伦兹力与安培力的关系： 洛伦兹力：单个运动电荷所受 洛伦兹力是安培力的微观实 质，安培力是洛伦兹力的宏 区别： 磁场力，不做功； 联系： 安培力：大量定向移动电荷( 观体现。 电流)所受磁场力，可做功。 方向均由左手定则判断。 [电子束的磁偏转]-知识清单 三、电子束的磁偏转 1.电视显像管构造 偏转线图 电子枪、偏转线圈、荧光屏 电子束 偏转线圈产生偏转磁场 电子枪 B 荧光屏 2.原理 电子枪发射电子束，经偏转线 圈磁场偏转后撞击荧光屏发光 3.扫描 偏转区水平和竖直方向磁场方向、强弱不断变化， 电子束在荧光屏上从上到下、从左到右移动 (扫描) 水平方向磁场变化 ●一场：电子束从最上一行 到最下一行扫描一遍 电视机每秒50场扫描，使 竖直方向磁场变化 人感觉荧光屏持续发光 扫描路径 [带电粒子在匀强磁场中的运动]知识清单 一、带电粒子在匀强磁场中的运动情况（仅考虑磁场力） 1.速度方向与磁场平行时：匀速直线运动(F=0) F=0 2.速度方向与磁场垂直时：匀速圆周运动 (1)洛伦兹力提供向心力 ⑧ ⑧ F洛 =qvB=m ⑧ B F洛-洛伦兹力(N) v-速度(m/s)B-磁感应强度(T) q-电荷量(C) m-质量(kg) r-轨道半径(m) ⑧ ⑧ ⑧ (2)运动特征：在垂直于磁感线的平面内做匀速圆周运动 3.速度方向与磁场成θ角时：等半径、 等螺距的螺旋线运动 (1)速度分解： 平行磁场分量VI=Vcos8 (匀速直线运动) 垂直磁场分量y,=vsin0 (匀速圆周运动) (2)运动性质：匀速直线运动与匀速圆周运动的合运动 圆周运动的半径和周期 1.轨道半径： mv gB (与m、v成正比，与g、B成反比) r-轨道半径 (m) m-质量(kg) q-电荷量(C) B-磁感应强度(T) 2.周期公式： T 2πm 98 由T 2得 T-周期(s) m- 质量(kg) g-电荷量(C) B-磁感应强度(T) 【特别提醒】：与轨道半径、 运动速度无关，仅由比荷号和B决定 3.运动时间： 0m 当转过圆心角0 (弧度)时， 2元 T= qB 0 t-运动时间(s) 日-圆心角(rad) T-周期(s) m-质量(kg) q-电荷量(C) B-磁感应强度(T) 圆周运动问题的处理方法-知识清单 口诀记忆 “找圆心、定半径、画轨迹、知角度” 找圆心 定半径 画轨迹 知角度 圆心确定方法 物理模型 ① 已知轨迹上两点位置和速度方向： VA X 做两点速度方向的垂线（洛伦兹 B 力方向)，延长线交点为圆心 【特别提醒)】 F洛⊥V 洛伦兹力恒指向圆心 ②i 已知轨迹上一点位置和速度方向及另一点位置： 做已知速度方向的垂线，和两点 B 连线的中垂线，交点为圆心 VA X OX ③i 已知轨迹上一点位置和速度方向及另一点速度方向： 做已知位置速度方向的垂线，和 两速度方向夹角的角平分线，交 点为圆心 ×0× B 质谱仪-知识清单 质谱仪 1.结构： 偏转磁场 加速电场 + x B 电离室 照相底片 电离室、加速电场、偏转磁场、照相底片。 2.工作原理： ①电离室：。。中性气体电离产生带电粒子，飘入加速电场。 ②加速电场： 1 电压U 9U=2n22< q-电荷 得粒子速度v= 2qU U-电压 m-质量 m V-速度 [特别提醒]☆适用条件：电场中加速 ③偏转磁场： 磁感应强度B,粒子垂直进入做匀速圆周运动 v2 mv q-电荷 qvB=m 得 r= B磁腺应透度 9B m-质量 r半径 [特别提醒]★适用条件：垂直磁场进入 ④照相底片： 记录粒子偏转半径r,计算比荷 q 2U q/m-比荷 U-电压 q-电度 B磁感应强度 m B2r2 m-质量 r半径 [特别提醒]☆关键在于测出r,根据公式算q/m 3、应用 国 计算粒子比荷、测定质量、分析同位素。 回旋加速器-知识清单 二、 回旋加速器 B 1.结构： ·两个D形盒 (接交流电源) 匀强磁场（垂直于D形盒） 2.工作原理： ①粒子源位于D形盒狭缝中心，交变电场 qU=△Ek 加速粒子，磁场使粒子做匀速圆周运动。 ②加速条件：交变电流周期等于粒子圆周 v2 周运动周期 qvB=m ③粒子每加速一次，轨道半径 T= 2πm 增大，周期不变，一个周期 qB 内加速两次。 3.特点： ①最大动能： q2B2R2 Ekmax 2m ②加速次数： Ekmax qB2R2 qU 2mU nT πBR2 ③运动总时间：近似等于磁场中运动时间 t= 2 2U 【特别提醒】 最大动能由B和D形盒半径R决定，与加速电压无关 4,局限：粒子速度接近光速时质量增大，周期变化， 无法同步加速（能量上限25~30MeV)。 [度培力作用下导体运动方向的判断]-知识清单 1.电流元法： 将导线分为电流元，用左手 定则判断各段受力方向， 左手定则 求合力方向。 2 2.等效法： 环形电流等效为小磁针，通电螺线管 等效为条形磁体（反之亦然） 3.特殊位置法8 转动导线至特殊位置（如90°） 判断安培力方向确定运动方向。 三 4.结论法8 平行直线电流：同向吸引，反向排斥 (无转动趋势) 0 同向吸引 反向排斥 b 不平行直线电流：有转到平行且同向的趋势。 带电粒子运动与磁场边界的关系]知识清单 1.临界条件 X 刚好穿出或不能穿出磁场 的时，轨迹与边界相切 切点 二 2.运动时间比较 ①速率垂直入射时 X 轨迹越长→圆心角越大 →运动时间越长 X ②比荷相同时 圆心角越大→运动时间越长 ☆【特别提醒】 (与速率无关)