31學(xué)生磁學(xué)導(dǎo)學(xué)案

§3.1磁現(xiàn)象磁場1．磁現(xiàn)象(1)我國祖先早已發(fā)現(xiàn)天然磁石具有吸引鐵的現(xiàn)象和____________的特征，并在北宋時期發(fā)明了_______，用于航海．(2)奧斯特發(fā)現(xiàn)的________________現(xiàn)象打開了電氣化技術(shù)時代的大門，導(dǎo)致人類歷史上的第二次產(chǎn)業(yè)革命．(3)此外，磁現(xiàn)象還應(yīng)用于信息技術(shù)和________中．2．磁場(1)磁體和________周圍都存在著磁場，一切磁相互作用都是通過________來實現(xiàn)的．(2)磁感線：在磁場中畫出一些有方向的假想曲線，在這些曲線上每一點的________________都跟這點的磁感應(yīng)強度的方向一致，磁感線的疏密程度表示________________，磁場強的地方磁感線密，磁場弱的地方磁感線稀疏．(3)磁場方向：在磁場中某一點小磁針________極所受磁力的方向即為該點的磁場方向．3．電流的磁場和安培定則(也叫右手螺旋定則)(1)通電直導(dǎo)線：右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與________方向一致，彎曲的四指所指的方向就是__________環(huán)繞的方向．(2)環(huán)形電流和通電螺線管：讓右手彎曲的四指與電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線____________磁感線的方向或螺線管____________磁感線的方向．參考答案：1．(1)指示南北方向指南針(2)電流磁效應(yīng)(3)生物體2．(1)電流磁場(2)切線方向磁場強弱(3)N(北)3．(1)電流磁感線(2)軸線上內(nèi)部主題2：磁感線(重點探究)情景：與電場線對比，在電場中為了形象地理解電場的方向，引進了電場線——在電場中畫出一系列從正電荷出發(fā)，終止于負電荷的曲線，使曲線上每一點的切線方向跟該點的場強方向一致．同理，在磁場中我們也運用類似的方法畫出一些有方向的曲線，在這些曲線上，每一點的切線方向都跟該點的磁場方向相同，這些曲線我們稱為磁感線．利用磁感線，我們就可以比較形象、直觀地描述和理解磁場中各點的方向．問題：(1)如圖所示，結(jié)合以前學(xué)過的電場線，總結(jié)一下磁感線的特點．(2)電場線與磁感線二者有什么相似點與不同點？解答：(1)正確理解磁感線應(yīng)注意以下幾點：①磁感線是為了形象地描繪磁場而畫出的一簇假想曲線，雖然可以用實驗?zāi)M，但實際上并不存在．②磁感線上任何一點的切線方向，就是該點的磁場方向，都跟放在該點的小磁針N極所受的磁場力的方向一致．③磁感線是閉合曲線，磁鐵的磁感線是從N極出發(fā)，經(jīng)過外部空間，再回到S極，又由S極經(jīng)磁鐵內(nèi)部回到N極，形成閉合曲線．④磁感線不能相交．⑤磁感線的疏密程度可以表示磁場的強弱．某處磁感線越密，表示該處磁場越強；反之，磁感線越疏，該處磁場越弱．(2)電場線與磁感線的相似點：①實際并不存在；②線的疏密都表示場的強弱，線上某點的切線方向都表示場的方向；③不相交．電場線與磁感線的不同點：電場線不閉合，起始于正電荷，終止于負電荷；磁感線為閉合曲線．主題3：安培定則情景：判斷直線電流的磁場、環(huán)形電流的磁場、通電螺線管的磁場都可用右手螺旋定則，如圖甲、乙、丙所示．問題：閱讀教材中的相關(guān)內(nèi)容，總結(jié)三種電流與其周圍的磁場的分布規(guī)律，體會三個安培定則的含義，并思考三種情況下的安培定則有何內(nèi)在聯(lián)系．：假設(shè)有一個半徑很大的圓環(huán)，通電以后分析其周圍的磁場分布，如果在大圓環(huán)上截取很小的一段導(dǎo)線分析，它就可以近似地看成直線電流，用右手握住這段導(dǎo)線，拇指指向電流的方向，則判斷出的磁感線的環(huán)繞方向與環(huán)形電流的判斷結(jié)果是一致的．可以這樣認為：環(huán)形電流周圍的磁場正是一小段一小段“直線電流”的磁場疊加的結(jié)果．對于通電螺線管也可以看成由許多環(huán)形電流組成的，而通電螺線管的磁場正是多個環(huán)形電流的磁場疊加的結(jié)果．一、磁場的理解例1下列說法正確的是()A．磁極與磁極間的相互作用是通過磁場發(fā)生的B．電流與電流的相互作用是通過電場發(fā)生的C．磁極與電流間的相互作用是通過電場和磁場共同發(fā)生的D．磁場和電場是同一種物質(zhì)①注意磁場與電場的區(qū)別；②理解磁極與磁極、電流與電流、磁極與電流之間的作用都是通過磁場產(chǎn)生的．【解析】磁體與磁體之間、磁體與電流之間、電流與電流之間的相互作用都是通過磁場發(fā)生的，因此選項A正確，選項B、C錯誤；磁場和電場不是同一種物質(zhì)，選項D錯誤．【答案】A二、磁感線的理解例2關(guān)于磁感線的性質(zhì)和概念，下列說法正確的是()A．磁感線上各點的切線方向就是各點的磁場方向B．磁場中任意兩條磁感線不相交C．鐵屑在磁場中的分布曲線就是磁感線D．磁感線總是從磁體的N極指向S極【解析】磁感線的切線方向就是磁場方向，因此選項A正確．兩條磁感線相交就說明在兩線相交處有兩個切線方向，即兩個磁場方向，這是不可能的，磁場中某點的磁場方向是唯一確定的，磁場的方向只有一個，因此任意兩條磁感線不可能相交，選項B正確．磁感線是為了形象描述磁場的強弱分布而畫出的一簇曲線，不是真實存在的，而鐵屑的分布曲線只能證明磁感線描述磁場的方法是正確的，鐵屑不是磁感線，選項C錯誤．在通電螺線管內(nèi)部、在條形磁體內(nèi)部的磁感線應(yīng)是從S極指向N極，選項D錯誤．【答案】AB三、安培定則的應(yīng)用例3電路沒接通時，三個小磁針的方向如圖甲所示，試確定電路接通后三個小磁針的轉(zhuǎn)向及最后的指向．【解析】電路接通后，螺線管的磁場為：內(nèi)部從左指向右，外部從右指向左，如圖乙所示，故小磁針1逆時針轉(zhuǎn)動，小磁針3順時針轉(zhuǎn)動，小磁針2基本不動．1．(考查磁場的基本性質(zhì))下列關(guān)于磁場的說法中，正確的是()A．磁場和電場一樣，是同一種物質(zhì)B．磁場的最基本特性是對處在磁場里的磁極或電流有磁場力的作用C．磁體與通電導(dǎo)體之間的相互作用也遵循牛頓第三定律D．電流和電流之間的相互作用是通過磁場進行的【解析】磁場和電場都屬于場類物質(zhì)，但磁場和電場是不同的場．【答案】BCD2．(考查對磁感線的理解)關(guān)于磁場和磁感線的描述，下列說法正確的是()A．磁極之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，磁場和電場一樣，也是一種客觀存在的特殊物質(zhì)B．磁感線可以形象地描述各磁場的強弱和方向，它每一點的切線方向都和小磁針放在該點靜止時北極所指的方向一致C．磁感線總是從磁體的N極出發(fā)，到S極終止的D．磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的【解析】磁感線是為了形象描述磁場而假設(shè)的一簇有方向的閉合曲線，實際上并不存在，所以選項C、D錯誤；磁場是客觀存在的特殊物質(zhì)，所以選項A正確；磁感線上每一點的切線方向表示磁場方向，磁感線的疏密表示磁場的強弱，小磁針北極的受力方向或靜止時北極的指向均為磁場方向，所以選項B正確．【答案】AB3．(考查電場和磁場的區(qū)別)關(guān)于電場與磁場，下列說法正確的是()A．電流周圍存在電場B．磁體周圍存在磁場C．磁體與磁體之間通過磁場而相互作用D．磁體與電流之間一定沒有相互作用【解析】電流和磁體周圍存在磁場，磁體與磁體之間、磁體與電流之間都是通過磁場發(fā)生相互作用的，電流在磁場中可以受到力的作用，故B、C正確，A、D錯誤．【答案】BC4．(考查安培定則、環(huán)形電流磁場)如圖所示，A為橡膠圓盤，其盤面豎直．B為緊貼A的毛皮．在靠近盤的中軸上有一個小磁針靜止于圖示位置．當(dāng)沿圖中箭頭的方向轉(zhuǎn)動把手C時，小磁針將發(fā)生什么現(xiàn)象？【解析】當(dāng)轉(zhuǎn)動把手時，A盤邊緣處與毛皮摩擦而帶有負電荷，隨盤做圓周運動形成一個環(huán)形電流，電流周圍產(chǎn)生磁場，故對小磁針有力的作用，根據(jù)安培定則可知，小磁針的N極將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，沿圓盤的中心軸方向，即小磁針的N極向右，S極向左．【答案】小磁針的N極向右、S極向左偏轉(zhuǎn)§3.2磁場對通電導(dǎo)線的作用——安培力1．安培力(1)探究影響通電導(dǎo)線受力的因素①將一根直導(dǎo)線水平懸掛在磁鐵的兩極間，導(dǎo)線的方向與磁場的方向________(填“垂直”或“平行”)．②保持磁場中直導(dǎo)線的長度不變，改變________，通過觀察彈簧測力計示數(shù)來比較磁場力大?。郾３蛛娏鞑蛔儯淖兇艌鲋衉_______________，通過觀察彈簧測力計示數(shù)來比較磁場力大?。?2)安培力的大小：通電導(dǎo)線跟磁場垂直時，安培力最大，F(xiàn)＝______；通電導(dǎo)線跟磁場平行時，安培力最小，F(xiàn)＝______．2．安培力的方向(1)左手定則：伸出左手，四指并攏，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿過手心，四指指向__________方向，則大拇指所指方向就是通電導(dǎo)線________的方向．(2)通電導(dǎo)線在磁場中受到的安培力方向，既與電流方向垂直，又與磁場方向垂直，即垂直于電流和磁場所確定的____________________．3．電動機——安培力的重要應(yīng)用(1)構(gòu)造：由磁場(磁體)、________________、滑環(huán)、電刷及電源組成．(2)原理：電流從滑環(huán)A流入，從滑環(huán)B流出時，滑環(huán)起一個________________的作用，當(dāng)線圈通電后，由于受到________________的作用，線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)起來．參考答案：1．(1)①垂直②電流大?、厶阈未盆F個數(shù)(2)BIL02．(1)電流所受安培力(2)平面3．(1)轉(zhuǎn)動線圈(2)換向器安培力主題2：探究安培力大小的決定因素(重點探究)問題：完成教材中的“實驗探究”，思考回答下列問題．(1)實驗操作中要比較均勻地改變電流大?。诟淖冸娏鲿r，如何保證磁場是不變的？(2)探究實驗步驟6中“緊挨著蹄形磁體并排放上一個相同的蹄形磁體(相同的磁極在同一側(cè))，仍保持線框的豎直邊在磁場區(qū)外”，其目的是什么？(3)若某同學(xué)接通電路后，發(fā)現(xiàn)線圈在豎直平面內(nèi)側(cè)偏了，應(yīng)如何調(diào)節(jié)？(4)通過實驗探究能得到什么結(jié)論？解答：(1)保證線圈所處的磁場基本相同．(線圈位置在一個不太大的范圍內(nèi)變化)(2)加了一塊磁體相當(dāng)于在磁場中導(dǎo)線的長度增加了，探究在磁場和電流不變的情況下安培力大小與導(dǎo)線在磁場中長度的關(guān)系．(3)調(diào)節(jié)彈簧鉤掛線圈的位置或磁體相對線圈的位置．(4)安培力大小與電流成正比；安培力大小與導(dǎo)線在磁場中的長度成正比．主題3：安培力的方向情景：安培力的方向跟電流方向、磁場方向有關(guān)．經(jīng)過多次實驗，人們總結(jié)出方便判斷安培力方向的方法，如圖所示：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，且都跟手掌在同一個平面內(nèi)；讓磁感線垂直穿入手心，并使四指指向電流的方向，則大拇指所指的方向就是安培力的方向．問題：(1)思考在教材中的實驗探究裝置中，怎樣改變安培力的方向？(2)左手定則與安培定則有什么區(qū)別？解答：(1)可以改變電流的方向，也可以改變磁場的方向．(2)安培定則與左手定則的區(qū)別：抓住“因果關(guān)系”分析才能準(zhǔn)確選用定則進行方向的判斷．“因電而動”——用左手，左手定則用來判斷安培力，“因電生磁”——用右手，安培定則用來判斷磁場的方向．左手定則手指伸直，安培定則手指彎曲．主題4：電流的相互作用問題：電流周圍會產(chǎn)生磁場，磁場對處在其中的電流有力的作用，對于兩根平行的通電直導(dǎo)線，請你根據(jù)前面學(xué)過的知識分析判斷，它們通有同向電流時的相互作用力的方向如何？解答：如圖所示，甲、乙兩根平行通電直導(dǎo)線通以同向電流，根據(jù)導(dǎo)線甲的電流可判斷導(dǎo)線甲周圍的磁場情況；通電直導(dǎo)線乙處在導(dǎo)線甲產(chǎn)生的磁場中，根據(jù)左手定則可知，導(dǎo)線乙受到的安培力垂直導(dǎo)線乙指向?qū)Ь€甲．同理可知，導(dǎo)線甲受到的安培力垂直導(dǎo)線甲指向?qū)Ь€乙，也就是說同向電流是相互吸引的．一、探究安培力大小例1在磁場中的同一位置，先后放入長度相等的直導(dǎo)線a和b，a、b導(dǎo)線的方向均與磁場方向垂直，但兩導(dǎo)線中的電流不同，因此所受的安培力也不同，如圖所示的幾幅圖象表示的是導(dǎo)線所受的安培力F與通過導(dǎo)線的電流I的關(guān)系．圖中各自有一組用a、b的F、I數(shù)據(jù)描出來的點．在下列四幅圖中，正確的是()【解析】通電導(dǎo)線在磁場中受到的安培力F＝BIL，由題意知，a、b兩導(dǎo)線長度相等，電流不同，所受安培力不同，但安培力F與I成正比，F(xiàn)－I圖線一定是過原點的直線，因此選項B、C正確．【答案】BC二、安培力方向的判斷例2如圖所示，一金屬直桿MN兩端接有導(dǎo)線，懸掛于線圈上方，MN與線圈軸線均處于豎直平面內(nèi)，為使MN垂直紙面向外運動，可以()A．將a、c端接在電源正極，b、d端接在電源負極B．將b、d端接在電源正極，a、c端接在電源負極C．將a、d端接在電源正極，b、c端接在電源負極D．將a、c端接在交流電源的一端，b、d端接在交流電源的另一端【分析】磁場的方向、電流的方向、安培力的方向的判斷遵循左手定則，電流的磁場用安培定則判斷．【解析】要使直桿MN垂直紙面向外運動，把直桿所在處的磁場方向和直桿中的電流畫出來，可知A、B正確．若使a、c兩端(或b、d兩端)的電勢相對于另一端b、d(或a、c)的電勢的高低做同步變化，使線圈磁場與電流方向的關(guān)系跟上述兩種情況一樣，則D也正確．【答案】ABD三、安培力作用下的動態(tài)問題例3如圖甲所示，把輕質(zhì)導(dǎo)線線圈用細線掛在磁鐵的N極附近，磁鐵的軸線穿過線圈的圓心且垂直于線圈的平面．當(dāng)線圈內(nèi)通過如圖甲所示方向的電流時，線圈將怎樣運動？【分析】在分析通電導(dǎo)體在安培力作用下的運動問題時：①首先確定導(dǎo)體所在處的磁感應(yīng)強度的大小和方向的分布規(guī)律，然后再確定導(dǎo)體的受力情況；②環(huán)形電流可等效為小磁針，條形磁鐵或小磁針也可等效為環(huán)形電流，通電螺線管可以等效為條形磁鐵．【解析】①等效法．把環(huán)形電流等效成如圖乙所示的條形磁鐵，可見兩條形磁鐵只是相互吸引而沒有轉(zhuǎn)動．②結(jié)論法．把條形磁鐵等效成如圖丙所示的環(huán)形電流，可見兩電流相互平行，方向相同，故兩環(huán)形電流沒有轉(zhuǎn)動，只是相互吸引．即線圈將向磁鐵平移．【答案】線圈將向磁鐵平移四、安培力作用下的平衡問題例4如圖所示，放在臺秤上的條形磁鐵兩極未知，為了探明磁鐵的極性，在它中央的正上方固定一導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流，則()A．如果臺秤的示數(shù)增大，說明磁鐵左端是N極B．如果臺秤的示數(shù)增大，說明磁鐵右端是N極C．無論如何臺秤的示數(shù)都不可能變化D．以上說法都不正確【解析】如果臺秤的示數(shù)增大，說明導(dǎo)線對磁鐵的作用力豎直向下，由牛頓第三定律知，磁鐵對導(dǎo)線的作用力豎直向上，根據(jù)左手定則可判斷，導(dǎo)線所在處磁場方向水平向右，由磁鐵周圍磁場分布規(guī)律可知，磁鐵的左端為N極，A正確，B、C、D錯誤．【答案】A1．(考查左手定則的運用)在如圖所示的各圖中，正確表示磁場方向、電流方向及導(dǎo)線受力方向的是()【解析】本題考查用左手定則判斷安培力的方向．根據(jù)左手定則，四指指向電流方向，讓磁感線垂直穿入手心，則大拇指所指的方向即是安培力的方向，只有A符合左手定則．故正確答案為A.【答案】A2．(考查安培力大小和方向)通電矩形線框abcd與無限長通電直導(dǎo)線MN在同一平面內(nèi)，電流方向如圖所示，ab邊與MN平行，關(guān)于MN的磁場對線框的作用，下列敘述正確的是()A．線框有兩條邊所受的安培力方向相同B．線框有兩條邊所受的安培力大小相同C．線框所受的安培力的合力方向向左D．線框所受的安培力的合力方向向右【解析】由安培定則和左手定則可知bc邊和ad邊所受安培力大小相等，方向相反．a(chǎn)b邊受到向右的安培力Fab，cd邊受到向左的安培力Fcd，且Fab＞Fcd，故線框所受合力方向向右．【答案】BD3．一段通電導(dǎo)線平行于磁場方向放入勻強磁場中，導(dǎo)線上的電流方向由左向右，如圖所示．在導(dǎo)線以其中心點為軸轉(zhuǎn)動90°的過程中，導(dǎo)線受到的安培力()A．大小不變，方向不變B．由零增大到最大，方向時刻變化C．由最大減小到零，方向不變D．由零增大到最大，方向不變【解析】導(dǎo)線轉(zhuǎn)動前，電流方向與磁場方向平行，導(dǎo)線不受安培力；當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過一個小角度后，電流與磁場不再平行，導(dǎo)線受到安培力的作用；當(dāng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°時，電流與磁場垂直，此時導(dǎo)線所受安培力最大．根據(jù)左手定則判斷知，力的方向始終不變．選項D正確．【答案】D4．如圖所示，在水平勻強磁場中，用兩根相同的細繩水平懸掛粗細均勻的直導(dǎo)線MN，導(dǎo)線中通以從M到N的電流I，此時繩子的受力都是F.為使F＝0，可采用下列方法中的()A．把電流增大到某一值B．把電流減小到某一值C．使電流I反向D．使磁場B反向【解析】利用左手定則可以判斷，此時直導(dǎo)線所受的安培力方向向上，而繩子上還受到F的作用，說明向上的安培力小于直導(dǎo)線MN的重力，故要使繩子受力為零，應(yīng)不改變安培力的方向，只增加安培力的大?。敬鸢浮緼1．關(guān)于磁場對通電直導(dǎo)線的作用力(安培力)，下列說法正確的是()A．通電直導(dǎo)線在磁場中一定受到安培力的作用B．通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟磁場的方向垂直C．通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向一定跟電流的方向垂直D．通電直導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向垂直于由B和I所確定的平面2．關(guān)于磁場方向、電流方向、安培力方向三者之間的關(guān)系，下列說法正確的是()A．磁場方向、電流方向、安培力方向三者之間總是互相垂直的B．磁場方向一定與安培力方向垂直，但電流方向不一定與安培力方向垂直C．磁場方向不一定與安培力方向垂直，但電流方向一定與安培力方向垂直D．磁場方向不一定與電流方向垂直，但安培力方向一定既與磁場方向垂直，又與電流方向垂直3．如圖所示，A為一水平旋轉(zhuǎn)的橡膠圓盤，A上帶有大量均勻分布的負電荷，在圓盤正上方水平放置一通電直導(dǎo)線，電流方向如圖所示．當(dāng)圓盤繞中心軸OO′高速轉(zhuǎn)動時，通電直導(dǎo)線所受安培力的方向是()A．豎直向上B．豎直向下C．水平向里D．水平向外4．一根容易形變的彈性導(dǎo)線，兩端固定．導(dǎo)線中通有電流，方向如圖中箭頭所示．當(dāng)沒有磁場時，導(dǎo)線呈直線狀態(tài)；當(dāng)分別加上方向豎直向上、水平向右、垂直于紙面向外的勻強磁場時，下列描述導(dǎo)線狀態(tài)的四個圖示中正確的是()5．如圖所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根長直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁鐵垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向里的電流I.用FN表示磁鐵對桌面的壓力，用f表示桌面對磁鐵的摩擦力，則導(dǎo)線中通電后與通電前相比較()A．FN減小，f＝0B．FN減小，f≠0C．FN增大，f＝0D．FN增大，f≠07．直導(dǎo)線AB與圓線圈的平面垂直且隔有一小段距離，直導(dǎo)線固定，線圈可以自由運動．當(dāng)通入如圖所示的電流時(兩者同時通電)，從左向右看，線圈將()A．順時針轉(zhuǎn)動，同時靠近直導(dǎo)線ABB．順時針轉(zhuǎn)動，同時離開直導(dǎo)線ABC．逆時針轉(zhuǎn)動，同時靠近直導(dǎo)線ABD．不動8．如圖甲所示，把一通電導(dǎo)線放在蹄形磁鐵磁極的正上方，導(dǎo)線可以自由移動，當(dāng)導(dǎo)線中通以如圖甲所示方向的電流I時，試判斷導(dǎo)線的運動情況．再根據(jù)導(dǎo)線轉(zhuǎn)過90°時的特殊位置判斷其上下運動情況．如圖丙所示，導(dǎo)線AB此時所受安培力方向豎直向下，導(dǎo)線將向下運動．由此可知，導(dǎo)線所受安培力使AB逆時針轉(zhuǎn)動(從上向下看)的同時還要向下運動．9．質(zhì)量為m的通電導(dǎo)體棒ab置于傾角為θ的導(dǎo)軌上，如圖甲所示．已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ，在圖乙所加各種磁場中，導(dǎo)體棒均靜止，則導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間摩擦力為零的可能情況是()【解析】要使靜摩擦力為零，如果N＝0，必有f＝0.圖B選項中安培力的方向豎直向上，與重力的方向相反，可能使N＝0，B是正確的．如果N≠0，且導(dǎo)體棒除受靜摩擦力f以外的其他力的合力為零，那么f＝0.在圖A選項中，導(dǎo)體棒所受到的重力G、支持力N及安培力F安三力合力可能為零，則導(dǎo)體棒所受靜摩擦力可能為零，A正確．圖C、D選項中，由導(dǎo)體棒所受到的重力G、支持力N及安培力F安三力的方向分析，合力不可能為零，所以導(dǎo)體棒所受靜摩擦力不可能為零，C、D錯誤．【答案】AB10．一條形磁鐵放在水平桌面上，在它的上方靠S極一側(cè)吊掛一根與它垂直的導(dǎo)體棒，如圖所示，圖中畫出的是此棒的橫截面圖，并標(biāo)出了此棒中的電流是流向紙內(nèi)的，在通電的一瞬間可能產(chǎn)生的情況是()A．磁鐵對桌面的壓力減小B．磁鐵對桌面的壓力增大C．磁鐵受到向右的摩擦力D．磁鐵受到向左的摩擦力11．兩個相同的輕質(zhì)鋁環(huán)能在一個光滑的絕緣圓柱體上自由移動，設(shè)大小不同的電流按如圖所示的方向通入兩鋁環(huán)，則兩環(huán)的運動情況是()A．都繞圓柱體轉(zhuǎn)動B．彼此相向運動，且具有大小相等的加速度C．彼此相向運動，電流大的加速度大D．彼此背向運動，電流大的加速度大§3.3磁感應(yīng)強度磁通量1．磁感應(yīng)強度(1)方向：小磁針靜止時________(填“N極”或“S極”)所指的方向規(guī)定為該點的磁感應(yīng)強度的方向，也是磁場的方向．(2)意義：描述磁場的________和________的物理量，表示符號為B.(3)定義：在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線受到的________跟電流I和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值叫做通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強度．定義式：B＝________．(4)單位：國際單位制中磁感應(yīng)強度的單位是__________，根據(jù)定義式可知1T＝__________．2．勻強磁場(1)在磁場的某個區(qū)域內(nèi)，如果各點的磁感應(yīng)強度大小和方向都相同，這個區(qū)域的磁場叫做勻強磁場．勻強磁場中磁感線是一組________、________的直線．通常在距離很近的兩個________磁極間的磁場就是勻強磁場．(2)當(dāng)通電導(dǎo)線與磁感線不垂直時，如圖所示，電流方向與磁感線方向成θ角，通電導(dǎo)線所受的安培力為F＝________．3．磁通量(1)勻強磁場磁感應(yīng)強度B和與磁場方向垂直的平面面積S的乘積定義為磁通量，即磁通量Φ＝________________．磁通量在數(shù)值上等于穿過這個面的磁感線的________．(2)國際單位制中磁通量的單位是__________，符號Wb，并且1Wb＝______．(3)根據(jù)磁通量的計算公式可得B＝eq\f(Φ,S)，因此磁感應(yīng)強度B又叫________．1．(1)N極(2)強弱方向(3)安培力eq\f(F,IL)(4)特斯拉(T)1eq\f(N,A·m)2．(1)平行等距異名(2)BILsinθ3．(1)BS條數(shù)(2)韋伯1T·m2(3)磁通密度主題1：磁感應(yīng)強度(重點探究)問題：(1)某同學(xué)在探究安培力實驗中，發(fā)現(xiàn)通有電流的導(dǎo)線在磁場中的某點不受磁場力，根據(jù)磁感應(yīng)強度定義B＝eq\f(F,IL)，他得出該點的磁感應(yīng)強度一定為零的結(jié)論，你認為他的結(jié)論是否正確？為什么？(2)有人根據(jù)磁感應(yīng)強度定義式B＝eq\f(F,IL)認為“磁感應(yīng)強度與導(dǎo)體受力F成正比，與IL成反比”．你認為這種觀點正確嗎？說明理由．(3)磁感應(yīng)強度B是描述磁場的力的性質(zhì)的物理量，電場強度E是描述電場的力的性質(zhì)的物理量，試根據(jù)你的理解比較這兩個物理量．解答：(1)該結(jié)論不正確．在定義式B＝eq\f(F,IL)中，通電導(dǎo)線必須垂直于磁場方向放置公式才成立．磁場中某點通電導(dǎo)線受力的大小，除和磁場強弱有關(guān)外，還和導(dǎo)線放置情況有關(guān)．導(dǎo)線放入磁場中的方向不同，所受磁場力也不相同．通電導(dǎo)線受力為零的地方，磁感應(yīng)強度B的大小不一定為零，這可能是電流方向與磁感應(yīng)強度B的方向在一條直線上的原因造成的．(2)不正確．對于定義式B＝eq\f(F,IL)，不能理解為B與F成正比，與IL成反比．B由磁場本身決定，即磁感應(yīng)強度B的大小只取決于磁場本身的性質(zhì)，與F、I、L無關(guān)．該定義式給出了一種測量磁場中某點磁感應(yīng)強度的方法．(3)磁感應(yīng)強度B描述磁場的性質(zhì)，電場強度E描述電場的性質(zhì)；磁感應(yīng)強度單位1T＝1N/(A·m)，電場強度單位1V/m＝1N/C；它們都是用比值法定義的，它們都是矢量．主題2：磁通量問題：(1)計算磁通量的大小時，是否在任何情況下都可以運用公式Φ＝BS計算？公式成立的條件是什么？(2)有同學(xué)認為“磁場中平面的面積越大，則通過這個面的磁通量就越大”，這種觀點對嗎？(3)如圖所示平面中，存在垂直紙面向外和向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小均為B，如何求通過該平面的磁通量？(僅說明方法思路即可，不需具體求解)解答：(1)磁通量公式Φ＝BS具有一定的適用條件：①磁場必須是勻強磁場；②磁感線與線圈平面垂直，如不垂直則取平面在磁場垂直方向的投影面積．(2)這種觀點是錯誤的．(3)磁通量是標(biāo)量，但有正負，當(dāng)磁感線從某一面上穿入時，磁通量為正值，磁感線從此面穿出時即為負值．設(shè)定正負后，分別求出穿出和穿入的磁通量，其代數(shù)和即為合磁通量．也可以理解為合磁通量在數(shù)值上等于穿過平面的凈磁感線條數(shù)．主題3：安培力公式的理解情景：安培力公式F＝BIL適用于求解在勻強磁場中與磁場垂直的通電直導(dǎo)線所受的安培力．在許多實際問題中，通電直導(dǎo)線往往不與磁場垂直，或?qū)Ь€是彎曲的．若磁場和電流成θ角時，安培力公式為F＝ILBsinθ，公式可以寫為F＝IL×Bsinθ＝IB×Lsinθ.問題：公式F＝IL×Bsinθ＝IB×Lsinθ中Bsinθ、Lsinθ的物理意義是什么？解答：將磁感應(yīng)強度B沿導(dǎo)線方向和垂直導(dǎo)線方向正交分解，Bsinθ是磁場垂直導(dǎo)線方向的分量，平行導(dǎo)線方向的分量Bcosθ對電流是沒有作用的；Lsinθ可以理解為垂直于磁場方向的“有效長度”，即導(dǎo)線在垂直磁場方向上的投影長度．主題4：利用安培力測定磁感應(yīng)強度情景：如圖所示，天平的右臂下面掛有一個矩形線圈，寬為L，共n匝，線圈的下部懸在勻強磁場中，磁場方向垂直紙面，利用這架天平可較為精確地測定磁感應(yīng)強度．當(dāng)線圈中通有電流I(方向如圖所示)時，在天平左右兩邊加上質(zhì)量各為m1、m2的砝碼，天平平衡．當(dāng)電流反向(大小不變)時，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平重新平衡．問題：(1)情景中磁場方向是垂直紙面向外還是向里？(2)根據(jù)測量的物理量，寫出磁感應(yīng)強度的表達式．解答：(1)當(dāng)電流反向時，右邊需加上質(zhì)量為m的砝碼后天平才能重新平衡，由此可知電流反向時安培力向上，用左手定則知磁場方向為垂直紙面向里．(2)B＝eq\f(mg,2nIL).增加砝碼的重力mg是用來平衡因電流變向而引起線框上安培力的變化的．當(dāng)電流反向時，安培力的變化為ΔF＝2nBIL，所以有mg＝2nBIL，可得B＝eq\f(mg,2nIL).一、對磁感應(yīng)強度的理解例1下列說法中正確的是()A．磁場中某一點的磁感應(yīng)強度可以這樣測定：把一小段通電導(dǎo)線放在該點時受到磁場力F與該導(dǎo)線的長度L和通過的電流I的乘積的比值，即B＝eq\f(F,IL)B．通電導(dǎo)線在某點不受磁場力的作用，則該點的磁感應(yīng)強度一定為零C．磁感應(yīng)強度B＝eq\f(F,IL)只是定義式，它的大小取決于場源以及磁場中的位置，與F、I、L以及通電導(dǎo)線在磁場中的方向無關(guān)D．通電導(dǎo)線所受磁場力的方向就是磁場的方向【解析】在磁感應(yīng)強度的定義式B＝eq\f(F,IL)中，通電導(dǎo)線應(yīng)是在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線，本題A選項未注明導(dǎo)線放置的方向，所以是錯誤的；當(dāng)通電導(dǎo)線放置方向與磁場方向平行時，導(dǎo)線不受磁場力作用，所以B選項錯誤；在磁場場源穩(wěn)定的情況下，磁場內(nèi)各點的磁感應(yīng)強度(含大小和方向)都是唯一確定的，與放入該點的通電導(dǎo)線無關(guān)，選項C正確；磁場方向就是小磁針N極所受磁場力的方向，與通電導(dǎo)線所受磁場力的方向不同，故選項D錯誤．【答案】C二、磁感應(yīng)強度的計算例2磁場中放一根與磁場方向垂直的通電導(dǎo)線，它的電流大小是2.5A，導(dǎo)線長1cm，它受到的安培力為5×10－2N，則：(1)磁感應(yīng)強度是多大？(2)若讓導(dǎo)線與磁場平行，磁感應(yīng)強度多大？通電導(dǎo)線受到的磁場力多大？【解析】(1)由磁感應(yīng)強度定義可知：B＝eq\f(F,IL)＝eq\f(5×10－2N,2.5A×1×10－2m)＝2T.(2)磁感應(yīng)強度B由磁場本身決定，與F、I、L無關(guān)．若導(dǎo)線與磁場平行，磁感應(yīng)強度不變，仍是B＝2T，而磁場力為零．【答案】(1)2T(2)2T0三、對磁通量的理解和計算例3如圖所示，半徑分別為RA、RB的兩圓環(huán)A、B同心放置，RA＞RB.現(xiàn)將一條形磁鐵置于兩環(huán)圓心處，且與圓環(huán)平面垂直，則穿過A、B兩圓環(huán)的磁通量的大小關(guān)系為()A．ΦA(chǔ)＞ΦBB．ΦA(chǔ)＝ΦBC．ΦA(chǔ)＜ΦBD．無法確定【解析】磁通量可形象地理解為穿過某一面積里的磁感線的條數(shù)，而沿相反方向穿過同一面積的磁通量一正一負，要有抵消．本題中，條形磁鐵內(nèi)部的所有磁感線由下向上穿過A、B兩個線圈；而在條形磁鐵的外部，磁感線將由上向下穿過A、B兩個線圈．不難發(fā)現(xiàn)，由于A線圈的面積大，所以向下穿過A線圈的磁感線較多，也即磁通量抵消較多，這樣穿過A線圈的磁通量反而小．【答案】C四、安培力作用下的力學(xué)綜合問題例4質(zhì)量為m＝0.02kg的通電導(dǎo)體棒ab置于傾角為θ＝37°的平行放置的導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的寬度d＝0.2m，導(dǎo)體棒ab與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)μ＝0.4，磁感應(yīng)強度B＝2T的勻強磁場與導(dǎo)軌平面垂直且方向向下，如圖甲所示．現(xiàn)調(diào)節(jié)滑動變阻器的觸頭，試求出為使導(dǎo)體棒ab靜止不動，通過ab桿的電流范圍．【解析】由平衡條件列方程，根據(jù)圖乙中的受力情況有：F1－mgsinθ－f1＝0N－mgcosθ＝0并且：f1＝μN，F(xiàn)1＝BImaxd解上述方程得：通過導(dǎo)體棒ab的電流最大值Imax＝0.46A根據(jù)圖丙中的受力情況有：F2＋f2－mgsinθ＝0N－mgcosθ＝0并且：f2＝μN，F(xiàn)2＝BImind解上述方程得：通過導(dǎo)體棒ab的電流最小值Imin＝0.14A.【答案】0.14A≤I≤0.46A2．(考查磁感應(yīng)強度的單位)磁感應(yīng)強度的單位是T，1T相當(dāng)于()A．1eq\f(kg,A·s2)B．1eq\f(kg·m,A·s3)C．1eq\f(kg·s2,m3)D．1eq\f(kg·m3,A·s3)【解析】由B＝eq\f(F,IL)可知，1T＝1eq\f(N,A·m)＝1eq\f(kg·m/s2,A·m)＝1eq\f(kg,A·s2).【答案】A3．(考查磁通量概念的理解)關(guān)于磁通量的描述，下列說法正確的是()A．置于磁場中的一個平面，當(dāng)平面垂直磁場方向時，穿過平面的磁通量最大B．如果穿過某平面的磁通量最大，則該處的磁感應(yīng)強度一定最大C．如果穿過某平面的磁通量為零，則該處的磁感應(yīng)強度一定為零D．將一平面置于勻強磁場中的任何位置，穿過該平面的磁通量總是相等的【解析】磁通量Φ＝BScosθ，其中θ為線圈平面和該平面沿垂直磁場方向的投影面之間的夾角．因此，磁通量為零，磁感應(yīng)強度不一定為零；磁通量最大，磁感應(yīng)強度也不一定最大．【答案】A4．某地磁場的磁感應(yīng)強度大約是4.0×10－5T．一根長為500m的導(dǎo)線，電流為10A，則該導(dǎo)線受到的最大磁場力是多大？【解析】電流處在地磁場中，根據(jù)磁感應(yīng)強度的定義，只有電流與磁場垂直時，所受的磁場力最大．由公式B＝eq\f(F,IL)可得F＝BIL所以F＝4.0×10－5×10×500N＝0.2N.【答案】0.2N1．下列關(guān)于磁感應(yīng)強度的說法中，正確的是()A．放在磁場中的通電導(dǎo)線，電流越大，受到磁場對它的作用力也越大，表示該處的磁感應(yīng)強度越大B．磁感應(yīng)強度是標(biāo)量C．垂直磁場放置的通電導(dǎo)線的受力方向就是磁感應(yīng)強度的方向D．磁感應(yīng)強度的大小、方向與放入磁場的通電導(dǎo)線的電流大小、導(dǎo)線長度、導(dǎo)線方向等均無關(guān)2．圖示為某磁場中的磁感線，下列說法中正確的是()A．a(chǎn)、b兩處磁感應(yīng)強度大小不等，Ba>BbB．a(chǎn)、b兩處磁感應(yīng)強度大小不等，Ba<BbC．同一小段通電導(dǎo)線放在a處時所受的磁場力一定比b處時大D．同一小段通電導(dǎo)線放在a處時所受的磁場力可能比b處時小3．長直螺線管內(nèi)有一個可自由轉(zhuǎn)動的小磁針，靜止時如圖所示，則螺線管中()A．一定通有由a到b的電流B．一定通有由b到a的電流C．可能沒有電流流過D．可能通有由a到b的電流4．如圖所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B＝2.0T，方向沿z軸正方向，且ab＝40cm，bc＝30cm，ae＝50cm，則通過面積S1(abcd)、S2(befc)、S3(aefd)的磁通量分別是________、________、________．5．一根長為0.1m的均勻金屬桿ab，兩端焊接等長的細軟導(dǎo)線，懸掛在同一高度的兩點上，abcd所在的區(qū)域內(nèi)有一豎直方向的勻強磁場．當(dāng)ab與如圖所示的電源連接時，金屬桿ab偏離到兩根懸線與豎直方向的夾角為30°時靜止．已知金屬桿ab的質(zhì)量為0.0866kg，其中通過的電流為10A，求勻強磁場的磁感應(yīng)強度的大?。?取g＝10m/s2)6．如圖，在勻強磁場中放有下列各種形狀的通電導(dǎo)線，電流為I，磁感應(yīng)強度為B，求各導(dǎo)線所受到的安培力．7．如圖所示，一矩形線框，從abcd位置移動到a′b′c′d′位置的過程中，關(guān)于穿過線框的磁通量情況，下列敘述正確的是(線框平行于紙面移動)()A．一直增加B．一直減少C．先增加后減少D．先增加，再減少直到零，然后再增加，然后再減少8．如圖所示，有一根直導(dǎo)線上通以恒定電流I、方向垂直紙面向里，且和勻強磁場B垂直，則在圖中圓周上，磁感應(yīng)強度數(shù)值最大的點是()A．a(chǎn)點B．b點C．c點D．d點9．有一小段通電導(dǎo)線，長為1cm，電流大小為5A，把它置于磁場中某點，受到的磁場力為0.1N，則該點的磁感應(yīng)強度()A．B＝2TB．B≤2TC．B≥2TD．以上情況都有可能11．如圖甲所示，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab靜止在水平導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌寬度為L.已知電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，導(dǎo)體棒的電阻為R，其余電阻不計．磁場方向垂直導(dǎo)體棒斜向上，與水平面間的夾角為θ，磁感應(yīng)強度為B.求軌道對導(dǎo)體棒的支持力和摩擦力．§3.4磁場對運動電荷的作用——洛倫茲力1．洛倫茲力(1)洛倫茲力是________(填“運動”或“靜止”)電荷在磁場中所受的力．(2)洛倫茲力與安培力的關(guān)系：靜止的通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力是運動電荷受到的洛倫茲力的________表現(xiàn)，而洛倫茲力是安培力的微觀本質(zhì)．(3)洛倫茲力的大?。寒?dāng)v⊥B時，F(xiàn)洛＝__________；當(dāng)v∥B時，F(xiàn)洛＝__________．(4)左手定則：伸開左手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線從掌心進入，并使四指指向____________方向，這時拇指所指的方向就是電荷在磁場中所受____________的方向．負電荷受力的方向與正電荷受力的方向相反．2．帶電粒子在勻強磁場中的運動(1)洛倫茲力不改變帶電粒子速度的__________，或者說洛倫茲力對帶電粒子不做功．(2)沿著與磁場垂直的方向射入磁場(磁感應(yīng)強度為B)的帶電粒子(電荷量為q、質(zhì)量為m)，在勻強磁場中做________________運動．根據(jù)洛倫茲力提供向心力的公式可得：勻速圓周運動半徑r＝________；勻速圓周運動周期T＝________．參考答案：1．(1)運動(2)宏觀(3)qvB0(4)正電荷運動洛倫茲力2．(1)大小(2)勻速圓周eq\f(mv,qB)eq\f(2πm,qB)主題2：洛倫茲力的方向(重點探究)情景：磁場對通電導(dǎo)體有安培力的作用，而電流是由電荷的定向移動形成的．所以磁場對通電導(dǎo)體的安培力是由作用在運動電荷上的洛倫茲力引起的．既然安培力的方向可以由左手定則判斷，洛倫茲力的方向也應(yīng)可以由左手定則判斷．如圖所示，此推斷可以由陰極射線管內(nèi)電子束的偏轉(zhuǎn)情況得到證實．問題：閱讀教材中相關(guān)內(nèi)容，請你用左手定則判斷磁場中運動電荷的受力情況，在判斷正負運動電荷所受洛倫茲力時有何不同？解答：用左手定則判斷洛倫茲力的方向：伸開左手，使大拇指跟其余四個手指垂直，并且都和手掌在一個平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿入手心，并使伸開的四指指向正電荷運動的方向，那么，大拇指所指的方向就是運動的正電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向．如果運動的是負電荷，則四指指向負電荷運動的反方向，那么大拇指所指的方向就是運動的負電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向．當(dāng)電荷運動方向與磁場方向不垂直時，應(yīng)用左手定則不可能使四指指向電荷運動方向的同時讓磁感線垂直穿過手心，這時只要磁感線從手心穿入即可．雖然磁場方向與電荷運動方向不一定垂直，但洛倫茲力的方向一定即垂直磁場方向，也垂直于電荷運動方向，也就是垂直于電荷運動方向與磁場方向所決定的平面．主題3：洛倫茲力的大小情景：安培力可以認為是作用在自由電子上洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)．靜止在磁場中的通電導(dǎo)體所受的安培力可以看成是定向移動的電子所受洛倫茲力的合力，那么由安培力公式可以推導(dǎo)出洛倫茲力．若有一段長度為L的通電導(dǎo)線，導(dǎo)線中通有電流I，橫截面積為S，單位體積中含有的自由電荷數(shù)為n，每個自由電荷的電荷量為q，定向移動的平均速率為v，將這段導(dǎo)線垂直于磁場方向放入磁感應(yīng)強度為B的磁場中．從微觀的角度看，電流是由導(dǎo)體中的自由電子向下做定向運動形成的．主題4：帶電粒子在勻強磁場中的運動半徑和周期問題：電荷量為q、質(zhì)量為m、速度為v的帶電粒子垂直進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動，請你推導(dǎo)其軌道半徑r和周期T的表達式，根據(jù)表達式分析周期T的特點．解答：如圖所示，粒子做勻速圓周運動所需的向心力由洛倫茲力提供，有：qvB＝meq\f(v2,r)解得r＝eq\f(mv,qB)由于周期T＝eq\f(2πr,v)，代入上式得：T＝eq\f(2πm,qB)周期T與粒子的速度v和運動半徑r無關(guān)，只與粒子的電荷量q和質(zhì)量m有關(guān)；比荷eq\f(q,m)相等的粒子，在相同的勻強磁場中做勻速圓周運動的周期相等．一、洛倫茲力的大小和方向的判斷例1在如圖所示的各圖中，勻強磁場的磁感應(yīng)強度均為B，帶電粒子的速率均為v，電荷量均為q.試求出圖中帶電粒子所受洛倫茲力的大小，并判斷洛倫茲力的方向．【解析】甲圖：因v⊥B，所以F洛＝qvB，方向與v垂直斜向左．乙圖：v與B垂直，F(xiàn)洛＝qvB，方向垂直紙面向里．丙圖：由于v與B平行，所以不受洛倫茲力．丁圖：v與B垂直，F(xiàn)洛＝qvB，方向與v垂直斜向左．二、帶電粒子在磁場中的直線運動例2如圖所示，質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球，在傾角為α的光滑斜面上由靜止開始下滑，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向垂直紙面向外．若帶電小球下滑后某個時刻對斜面的壓力恰好為零，問：(1)小球帶電性質(zhì)如何？(2)此時小球下滑的速度和位移分別是多大？【解析】(1)小球沿斜面下滑，對斜面的壓力為零，說明其所受到的洛倫茲力應(yīng)垂直斜面向上，根據(jù)左手定則，四指應(yīng)與小球運動方向一致，所以小球帶正電．(2)當(dāng)小球?qū)π泵鎵毫榱銜r，有：mgcosα＝qvB得小球此時的速度v＝eq\f(mgcosα,qB)小球沿斜面方向做勻加速運動，加速度a＝gsinα又由勻加速運動的位移公式v2＝2as得：s＝eq\f(m2gcos2α,2q2B2sinα).【答案】(1)帶正電(2)eq\f(mgcosα,qB)eq\f(m2gcos2α,2q2B2sinα)三、帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑和周期例3如圖甲所示，勻強磁場磁感應(yīng)強度B＝0.2T，方向垂直紙面向里．在磁場中的P點引入一個質(zhì)量為m＝2.0×10－8kg、帶電荷量為q＝5×10－6C的正粒子，并使之以v＝10m/s的速度垂直于磁場方向開始運動，運動方向水平向右，不計粒子重力，磁場足夠大．(1)請在圖上大致畫出粒子做勻速圓周運動的軌跡．(2)粒子做勻速圓周運動的半徑和周期為多大？(3)穿過粒子圓周平面內(nèi)的磁通量為多大？【解析】(1)由左手定則可知，正粒子在勻強磁場中應(yīng)向P點上方偏轉(zhuǎn)，軌跡如圖乙所示．(2)由r＝eq\f(mv,qB)得：r＝0.2m由T＝eq\f(2πm,qB)得：T＝0.1256s.(3)由Φ＝BS，S＝πr2可得：Φ＝B·πr2＝2.512×10－2Wb.【答案】(1)如圖乙所示(2)0.2m0.1256s(3)2.512×10－2Wb1．(考查洛倫茲力產(chǎn)生的條件)下列說法正確的是()A．電荷處于磁場中一定受到洛倫茲力B．運動電荷在磁場中一定受到洛倫茲力C．洛倫茲力對運動電荷一定不做功D．洛倫茲力可以改變運動電荷的速度大小【解析】電荷運動方向與磁場方向不平行時才會受到洛倫茲力，洛倫茲力垂直于電荷運動方向，所以對運動電荷一定不做功．【答案】C2．(考查洛倫茲力方向)關(guān)于帶電粒子所受的洛倫茲力F和磁感應(yīng)強度B及粒子速度v三者之間的關(guān)系，下列說法正確的是()A．F、B、v三者必定均保持垂直B．F必定垂直于B、v，但B不一定垂直于vC．B必定垂直于F、v，但F不一定垂直于vD．v必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B【解析】根據(jù)左手定則知，洛倫茲力F垂直于B，也垂直于v，垂直于B與v所決定的平面，但B與v不一定垂直．【答案】B3．(考查洛倫茲力大小及方向的判斷)帶電荷量為＋q的粒子在勻強磁場中運動，下列說法正確的是()A．只要速度大小相同，所受洛倫茲力就相同B．如果把＋q改為－q，且速度反向，則所受洛倫茲力的大小、方向均不變C．已知洛倫茲力、磁場、速度中任意兩個量的方向就能判斷第三個量的方向D．粒子受到洛倫茲力作用后運動的動能、速度均不變【解析】洛倫茲力的大小不僅與速度大小有關(guān)，還與速度方向和磁場方向間的夾角有關(guān)，洛倫茲力方向總垂直于磁場和速度，并與粒子帶電的正負有關(guān)．因此，當(dāng)粒子的速度大小相同而方向不同時，洛倫茲力大小和方向都可能不同，選項A錯誤．把粒子改為帶負電，且速度反向，則根據(jù)左手定則知，洛倫茲力方向不變，由洛倫茲力公式知，洛倫茲力大小也不變，選項B正確．洛倫茲力總與磁場、速度的方向垂直，但磁場和速度之間不一定垂直．因此，已知磁場和速度的方向能判斷洛倫茲力的方向，但已知洛倫茲力和磁場(或速度)的方向無法判斷速度(或磁場)的方向，選項C錯誤．洛倫茲力總與速度垂直，所以洛倫茲力不做功，粒子的速度大小不變、動能也不變，但洛倫茲力改變速度的方向，選項D錯誤．【答案】B4．(考查洛倫茲力作用下圓周運動的半徑和周期)兩個電子以大小不同的初速度沿垂直于磁場的方向射入同一勻強磁場中，設(shè)r1、r2為這兩個電子的運動軌道半徑，T1、T2是它們的運動周期，則()A．r1＝r2，T1≠T2B．r1≠r2，T1≠T2C．r1＝r2，T1＝T2D．r1≠r2，T1＝T2【解析】根據(jù)r＝eq\f(mv,qB)、T＝eq\f(2πm,qB)，得速度不同，半徑r不同，周期T相同．【答案】D1．若在北半球有一束電子從上而下運動，在地磁場的作用下，它將()A．向東偏轉(zhuǎn)B．向西偏轉(zhuǎn)C．向北偏轉(zhuǎn)D．向南偏轉(zhuǎn)2．在圖中虛線所圍的區(qū)域內(nèi)，同時存在電場強度為E的勻強電場和磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場．已知從左方水平射入的電子，穿過這一區(qū)域未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不計該電子重力，則這個區(qū)域內(nèi)E和B的方向可能是()A．E和B都沿水平方向，并與電子運動方向相同B．E和B都沿水平方向，并與電子運動方向相反C．E豎直向上，B垂直紙面向外D．E豎直向上，B垂直紙面向里3．一個長螺線管中通有交流電，把一個帶電粒子沿管軸線射入管中，不計重力，粒子將在管中()A．做圓周運動B．沿軸線來回運動C．做勻加速直線運動D．做勻速直線運動4．從太陽或其他星體上放射出的宇宙射線中都含有大量的高能帶電粒子，這些高能帶電粒子到達地球會對地球上的生命帶來危害，但是由于地球周圍存在地磁場，地磁場能改變宇宙射線中帶電粒子的運動方向，對地球上的生命起到保護作用，如圖所示，那么()A．地磁場對宇宙射線的阻擋作用各處都相同B．地磁場對垂直射向地球表面的宇宙射線的阻擋作用在南北兩極最強，赤道附近最弱C．地磁場對垂直射向地球表面的宇宙射線的阻擋作用在南北兩極最弱，赤道附近最強D．地磁場會使沿地球赤道平面射來的宇宙射線中的帶電粒子向兩極偏轉(zhuǎn)5．如圖所示，水平導(dǎo)線中有穩(wěn)定電流I通過，導(dǎo)線正下方的電子初速度方向與電流方向相同，其后電子將()A．沿路徑a運動，軌跡是圓B．沿路徑a運動，曲率半徑變小C．沿路徑a運動，曲率半徑變大D．沿路徑b運動，曲率半徑變小6．磁流體發(fā)電是一項新興技術(shù)，它可以把物體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能．如圖所示，平行金屬板A、B之間有一個很強的勻強磁場，將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量正負帶電粒子)噴入磁場，A、B兩板間便產(chǎn)生電壓．如果把A、B和用電器連接，A、B就是一個直流電源的兩個電極．(1)圖中A、B板哪一個是發(fā)電機的正極？(2)若A、B兩板相距為d，板間的磁感應(yīng)強度為B，等離子體以速度v沿垂直于B的方向射入磁場，該發(fā)電機的電動勢是多大？7．如圖所示，一個帶電荷量為＋q的小帶電體處于一勻強磁場中，磁場方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強度為B.帶電體的質(zhì)量為m，為了使它對水平絕緣面正好無壓力，則可采取的措施是()A．使B的數(shù)值增大B．使磁場以速率v＝eq\f(mg,qB)向上移動C．使磁場以速率v＝eq\f(mg,qB)向右移動D．使磁場以速率v＝eq\f(mg,qB)向左移動9．如圖所示，用絲線吊一個質(zhì)量為m的帶電(絕緣)小球處于勻強磁場中，空氣阻力不計，當(dāng)小球分別從A點和B點向最低點O運動且兩次經(jīng)過O點時()A．小球的動能相同B．絲線所受的拉力相同C．小球所受的洛倫茲力相同D．小球的向心加速度相同10．如圖所示，勻強磁場的方向垂直紙面向里，勻強電場的方向豎直向下，有一正離子恰能以速率v沿直線從左向右水平飛越此區(qū)域，則()A．若電子以速率v從右向左飛入，電子也沿直線運動B．若電子以速率v從右向左飛入，電子將向上偏轉(zhuǎn)C．若電子以速率v從右向左飛入，電子將向下偏轉(zhuǎn)D．若電子以速率v從左向右飛入，電子也沿直線運動§3.5洛倫茲力的應(yīng)用1．利用磁場控制帶電粒子的運動(1)原理：真空條件下，圓形勻強磁場(B)區(qū)域中，若一個初速度為v0的帶電粒子(m、q)沿磁場區(qū)域的直徑射入磁場，射出時偏轉(zhuǎn)了θ角，如圖所示．根據(jù)粒子在勻強磁場中的運動規(guī)律可知R＝________________，根據(jù)幾何關(guān)系可知taneq\f(θ,2)＝________________，故taneq\f(θ,2)＝eq\f(qBr,mv0)，通過調(diào)節(jié)B和v0的大小可以控制粒子的偏轉(zhuǎn)角度θ.(2)特點：只改變帶電粒子的________，不改變帶電粒子的速度大?。?．質(zhì)譜儀(1)質(zhì)譜儀是測定帶電粒子________的儀器．其結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由離子源、加速電場、速度選擇器和偏轉(zhuǎn)磁場等組成．(2)加速：假設(shè)初速度為零，帶電粒子先進入質(zhì)譜儀的________(填“電場”或“磁場”)加速．(3)勻速直線運動：帶電粒子再進入一個由____________________共同組成的復(fù)合場(速度選擇器)，具有某一速度的帶電粒子能沿直線通過．(4)偏轉(zhuǎn)：直線通過的帶電粒子進入質(zhì)譜儀的偏轉(zhuǎn)________(填“電場”或“磁場”)做勻速圓周運動，經(jīng)過半周后粒子打在照相底片上．3．回旋加速器(1)構(gòu)造：如圖所示，回旋加速器的核心部件是兩個________．(2)周期：粒子每經(jīng)過一次加速，其軌道半徑就增大一些，粒子繞圓周運動的周期______(填“變大”、“變小”或“不變”)．(3)最大速度：粒子做圓周運動，當(dāng)r＝R(R為D形盒的半徑)時，有最大速度，設(shè)粒子的電荷量q、質(zhì)量m、磁感應(yīng)強度B，則粒子的最大速度vm＝____________，最大速度與加速電壓________(填“有關(guān)”或“無關(guān)”)．1．(1)eq\f(mv0,qB)eq\f(r,R)(2)速度方向2．(1)比荷(2)電場(3)電場和磁場(4)磁場3．(1)D形盒(2)不變(3)eq\f(qBR,m)無一、帶電粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)例1在如圖甲所示的寬度范圍內(nèi)，用場強為E的勻強電場可使初速度是v0的某種帶正電粒子偏轉(zhuǎn)θ角．在同樣寬度范圍內(nèi)，若改用方向垂直紙面向外的勻強磁場使該粒子穿過該區(qū)域，并使偏轉(zhuǎn)角也為θ(不計粒子的重力)，問：(1)勻強磁場的磁感應(yīng)強度是多大？(2)粒子穿過電場和磁場的時間之比是多大？【分析】求解此題應(yīng)把握以下兩點：①明確粒子在電場和磁場中的運動特點；②正確分析兩種運動中各物理量之間的關(guān)系；③電荷從雙邊界磁場另一邊射出時，速度偏轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)過的圓心角之間存在什么關(guān)系；④根據(jù)幾何知識得出磁場寬度與軌跡的半徑存在什么關(guān)系．【解析】(1)當(dāng)只有電場時，帶電粒子做類平拋運動水平方向上：L＝v0t1豎直方向上：vy＝at1＝eq\f(EqL,mv0)并且tanθ＝eq\f(vy,v0)＝eq\f(EqL,mveq\o\al(2,0))當(dāng)只有磁場存在時，帶電粒子做勻速圓周運動，如圖乙所示由幾何關(guān)系可知sinθ＝eq\f(L,R)，R＝eq\f(mv0,qB)聯(lián)立解得B＝eq\f(Ecosθ,v0).(2)在電場中運動時間t1＝eq\f(L,v0)＝eq