12 磁场文档格式.docx

12 磁场文档格式.docx

《12 磁场文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《12 磁场文档格式.docx（43页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

A．磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致；

B．磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种客观存在的特殊物质；

C．磁感线总是从磁铁的北极出发，到南极终止的；

D．磁感线就是细铁屑连成的曲线．

（4）若地磁场是由地表带电产生的，则地表带电情况：

A．正电；

B．负电；

C．不带电；

D．无法确定．

（5）有两条垂直交叉但不接触的导线，通以大小相等的电流，方向如图12—2所示，问哪些区域中某些点的磁感强度B可能为零?

A．仅在象限Ⅰ；

B．仅在象限Ⅱ；

C．在象限Ⅲ；

D．在象限Ⅰ、Ⅳ；

E．在象限Ⅱ、Ⅳ．

（6）全自动洗衣机中，排水阀是由程序控制器控制其动作的．当洗衣机进行排水和脱水工作时电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁芯2动作，牵引排水阀构活塞，排除污水．牵引电磁铁结构如图12—3所示，以下说法正确的是：

A．若某时刻输入控制电流时，a为正，b为负，则铁芯2中A端为N极，B端为S极；

B．若某时刻输入控制电流时，a为正，b为负，则铁芯2中A端为S极，B端为N极；

C．若a、b处输入交变电流，铁芯2不能吸入线圈中；

D．若a、b处输入交变电流，铁芯2能吸入线圈中．

二、安培力的大小、方向专题

●1．方向：

用左手定则判定．F一定垂直I、B，I、B可以垂直也可以不垂直，I、B任一量反向F也反向．

●2．大小：

F＝BIL．

（1）此式只适用于B和I垂直情况；

（2）当导线电流I与磁场B平行时，F最小＝0；

（3）L是导线的有效长度，当导线弯曲时，L是导线两端的有效直线长度．

（例题）如图12—4所示．两平行光滑导轨相距为20cm，金属棒MN的质量为10g，电阻R＝8，匀强磁场磁感强度B方向竖直向下，大小为0.8T，电源电动势为10V，内阻r＝1．当电键S闭合时，MN处于平衡．求：

变阻器R1的取值为多少．（设=45°

）

（分析和解答）根据左手定则判出安培力方向，再作出金属棒平衡时的受力平面图如图12—5，

当MN处于平衡时，有：

…………………①

由全电路欧姆定律得：

……②

解①、②两式得：

R1＝7．

总结与提高解此类题的关键是c正确画出最便于分析的平面受力图．此题中若MN电阻R＝2，MN与轨道间的摩擦因数＝0.5，要使MN能静止在轨道上，求变阻器R1的阻值取值范围，请学生自己再去求解（2.3≤R1≤45）．

（1）画出下图12—6中通电导线棒ab所受的各个力的方向（在方框内画）若导线长为L，通过电流为I，磁感强度为B，写出安培力的大小（导线棒光滑）．

（2）根据磁场对电流会产生作用力的原理，人们制出一种新型的发射炮弹的装置——电磁炮，其原理图如图12—7所示，把待发射的炮弹（导体）放置在磁场中的两平行导轨上，给导轨以大电流，使炮弹作为一个载流导体在磁场作用下沿导轨加速运动，并以某一速度发射出去，试在图中标出炮弹的受力方向，如果想提高某种电磁炮的发射速度，在理论上就——·

（3）在赤道上，地磁场可以看做是沿南北方向并且与地面平行的匀强磁场，磁感应强度是5×

10—5T．如果赤道上有一条沿东西方向的直导线，长40m，载有20A的电流，地磁场对这根导线的作用力大小是：

A．4×

10－3N；

B．2.5×

10－5N；

C．9×

10—4N；

D．4×

10—2N．

（4）赤道上某处有一竖直的避雷针，当带有正电的乌云经过避雷针上空放电时，则地磁场对避

雷针的作用力的方向为：

A．正南；

B．正东；

C正西；

D．正北．

（5）如图12—8所示，在光滑水平桌面上，有两根弯成直角的相同金属棒，它们的一端均可绕固定转动轴O自由转动，另一端b互相接触，组成一个正方形线框，正方形每边长度为L，匀强磁场的方向垂直桌面向下．当线框中通以图示方向的电流I时，两金属棒在b点的相互作用力为f，则此时磁感强度的大小为多少?

（不计电流产生的磁场）

（6）如图12—9，水平放置的光滑金属导轨M、N，平行地置于匀强磁场中，间距为d，磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面夹角为，金属棒ab的质量为m，放在导轨上且与导轨垂直，电源电动势为E，定值电阻为R，其余部分电阻不计，则当电键K合上时，棒ab受到的安培力的大小为多少?

方向怎样?

棒的加速度大小为多少?

（7）如图12—10所示，电源电动势E＝2V，r＝0.5，竖直导轨电阻可略，金属棒的质量m＝0.1kg，R＝0.5，它与导轨的动摩擦因数＝0.4，有效长度为0.2m，靠在导轨的外面，为使金属棒静止，我们施一与纸面夹角30°

与导线垂直且向里的磁场，g取10m／s2，求：

①此磁场是斜向上还是斜向下?

②B的范围是多少?

（8）如图12—11所示，导体杆ab的质量为m，电阻为R，放置在与水平面夹角为的倾斜金属导轨上．导轨间距为d，电阻不计，系统处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B．电池内阻不计．问：

①若导轨光滑，电源电动势E多大能使导体杆静止在导轨上?

②若杆与导轨之间的动摩擦因数为，且不通电时导体不能静止在导轨上，要使杆静止在导轨上，电池的电动势应多大?

三、判定安培力作用下物体运动方向专题

判别物体在安培力作用下的运动方向，常用方法有以下四种：

●1．电流元受力分析法：

即把整段电流等效为很多段直线电流元，先用左手定则判出每小段

电流元受安培力方向，从而判出整段电流所受合力方向，最后确定运动方向．

●2．特殊值分析法：

把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置（如转过90°

）后再判所受安

培力方向，从而确定运动方向．

●3．等效分析法：

环形电流可以等效成条形磁铁、条形磁铁也可等效成环形电流、通电螺线管

可等效成很多的环形电流来分析．

●4．推论分析法：

（1）两电流相互平行时无转动趋势，方向相同相互吸引，方向相反相互排斥；

（2）两电流不平行时有转动到相互平行且方向相同的趋势．

（例题1）如图12—12所示，把一通电直导线放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移

动，当导线通过电流I时，导线的运动情况是：

（从上往下看）

A．顺时针方向转动，同时下降；

B．顺时针方向转动，同时上升；

C．逆时针方向转动，同时下降；

D．逆时针方向转动，同时上升．

（分析和解答）正确答案C

（1）电流元受力分析法：

把直线电流等效为AO、BO两段电流元，蹄形磁铁磁感线分布以及两段电流元受安培力方向如图12—13所示．可见，导线将逆时针转动．

（2）特殊值分析法：

用导线转过90°

的特殊位置（如图12—13的虚线位置）来分析，判得安培力

方向向下．故导线在逆时针转动的同时向下运动，所以C答案正确．

（例题2）如图12一14所示，把轻质导线圈用细线挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈的平面．当线圈内通过如图所示方向电流时，线圈将怎样运动?

[分析和解答]

（1）等效分析法：

把环形电流等效成图12—15所示的条形磁铁，可见两条形磁铁只是相互吸

引而没有转动．

（2）推论分析法：

把条形磁铁等效成图12—16所示的环形电流，由图可见两电流相互平行方

向相同，故两环形电流没有转动，只是相互吸引，即线圈将向磁铁平移．

总结与提高　通过两例可见灵活运用以上几种分析方法是确定安培力作用下物体运动

情况的关键．

（1）如图12—17所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固

定一根长直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直纸面向外的电流，则：

A．磁铁对桌面压力减小，不受桌面的摩擦力作用；

B．磁铁对桌面压力减小，受到桌面的摩擦力作用；

C．磁铁对桌面压力增大，不受桌面的摩擦力作用；

D．磁铁对桌面压力增大，受到桌面的摩擦力作用．

（2）在上题中，若通电导线是在N端的正上方，则答案是哪一个

（3）如图12—18装置中，劲度系数较小的金属弹簧下端恰好浸入水

银中，电源的电动势足够大，当闭合开关S后，弹簧将：

A．保持静止；

B．收缩；

C．变长；

D．不断上下振动．

（4）在同一平面内，同心半径不同的两个导体圆环中通以同向等大

电流时，则：

A．两环都有向内收缩的趋势；

B．两环都有向外扩张的趋势；

C．内环有收缩趋势，外环有扩张趋势；

D．内环有扩张趋势，外环有收缩趋势．

（5）一个可自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2相绝缘垂直放置，且两个圆线圈的圆心重合，当两线圈都通过如图12—19所示的电流方向时，则从左向右看，线圈L1将：

A不动；

B顺时针转动；

C逆时针转动；

D向纸外平动．

（6）直导线ab与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离，其中直导线固定，线圈可自由运动，当通过如图12—20所示的电流方向时（同时通电），从左向右看，线圈将：

A．不动；

B．顺时针转动，同时靠近导线；

C．顺时针转动，同时离开导线；

D．逆时针转动，同时靠近导线．

（7）如图12—21，原来静止的圆形线圈通以逆时针方向的电流I，在其直径AB上靠近B点放一根垂直于线圈平面的固定不动的长直导线I’，电流方向如图中所示，在磁场作用下圆线圈将：

A．向左平动；

B．向右平动；

C．以直径AB为轴转动；

并向左运动D．静止不动．

（8）把轻质导线圈用细线挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈中心，且在线圈平面内，如图12—22，当线圈通过如图所示方向的电流时，线圈将：

B．发生转动，同时靠近磁铁；

C．发生转动，同时离开磁铁；

D．不发生转动，只靠近磁铁；

E．不发生转动，只离开磁铁．

（9）如图12--23所示，一金属直杆MN两端接有导线，悬挂于线圈的上方，MN与线圈轴线均处于同一竖直平面内，为使MN垂直纸面向外运动，可以：

A．将a、c端接在电源正极，b、d端接在电源负极；

B．将b、d端接在电源正极，a、c端接在电源负极；

C．将a、d端接在电源正极，b、c端接在电源负极；

D．将a、c端接在交变电源的一端，b、d端接在交变电源的另一端．

四、洛仑兹力大小、方向专题

●1．洛仑兹力方向：

用左手定则判定（注意：

正电荷运动产生的电流方向和运动方向相同，负电荷运动产生的电流方向和运动方向相反）．F一定垂直B、v，B、v可以垂直也可以不垂直，q（正、负）、B、v任一量反向F也反向．

●2．洛仑兹力大小：

F=qvB（此式只适用于v垂直B情况，如果v平行B，F＝0）．

●3．洛仑兹力特点：

由子F一定垂直v，故洛仑兹力永远不做功．

（例题）如果运动电荷除磁场力外不受其他任何力的作用，则带电粒子在磁场中作下列运动可能成立的是：

A．作匀速直线运动；

B．作匀变速直线运动；

C．作变加速曲线运动；

D．作匀变速曲线运动．

（分析和解答）正确答案是A、C，运动电荷在磁场中受到磁场的作用只有两种可能：

（1）当v／／B时，F＝0，故运动电荷不受洛仑兹力作用而作匀速直线运动．

（2）当v与B不平行时，F不等于零且F与v恒垂直，即F只改变v的方向，由于v的方向不断改变，F的方向也不断改变，相应的加速度方向也不断变化，所以运动电荷作变加速曲线运动．

（1）如图12—24所示的是磁场B、正电荷速度v和磁场对电荷作用力F三者方向的相互关系图，其中正确的是（B垂直于F与v决定的平面，B、F、v两两垂直）：

（2）图12—25所示为电视机显像管中电子束偏转线圈示意图，磁环上的偏转线圈通以图示方向的电流时，沿轴线向纸内射入的电子束的偏转是一（填“向上”、“向下”、“向左”或“向右”）

（3）关于带电粒子在磁场中的运动，下面哪些说法是错误的（不计重力）：

A．粒子逆着磁感线射入磁场，磁场力做负功，粒子的动能减少；

B．粒子垂直磁感线射入匀强磁场，其所受洛仑兹力只改变它的速度方向，不改变速度的大小，粒子将作匀速圆周运动；

C．无论沿任何方向射入磁场，洛仑兹力对粒子都不做功；

D．粒子沿磁感线射入匀强磁场，它不受磁场力作用，做匀速直线运动．

（4）如图12—26，一个带负电荷的物体从粗糙斜面顶端滑到斜面底端时的速度为v，若加上一个垂直纸面指向读者方向的磁场，则滑到底端时：

A．v变大　B．v变小C．v不变D．不能确定v的变化．

（5）如图12—27，质量为m、电量为q的带正电物体，在磁感强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，动摩擦因数为的水平面向左运动．

A．物体的速度由v减小到零所用的时间等于

；

B．物体的速度由v减小到零所用的时间小于

C．若另加一个电场强度为

，方向水平向左的匀强电场，物体做匀速运动；

D．若另加一个电场强度为

，方向竖直向上的匀强电场，物体做匀速运动．

（6）为了诊断病人的心脏功能和动脉血液粘滞情况，需测量血管中血液的流速和流量，图12—28为电磁流量计示意图，将血管置于磁感强度为B的磁场中，测得血管两侧电压为U，已知管的直径为d，试求出血液在血管中的流速v为多少?

流量Q（单位时间内流过的体积）为多少?

（提示：

血液中有正负离子）

（7）如图12—29所示，在光滑的绝缘水平面上方，有垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为m、不带电的钢球C静止放在平面上，另一质量为2m、与C球等大的带有电量+q的钢球A，以速度v向C球运动，与C碰撞前钢球A对水平面无压力，与

C球发生正碰后，C球对水平面恰好无压力，求碰后瞬间A球对水平面的压力大小为多少?

（8）如图12—30为一种可用于测量电子电量e与质量m比值e／m的阴极射线管，管内处于真空状态，图中L是灯丝，当接上电源时可发出电子．A是中央有小圆孔的金属板，当L和A间加上电压时（其电压值比灯丝电压大很多），电子将被加速并沿图中虚直线所示的路径到达荧光屏S上的O点，发出荧光．P1、P2为两块平行于虚直线的金属板，已知两板间距为d．在虚线所示的圆形区域内可施加一匀强磁场，已知其磁感强度为B，方向垂直纸面向外，a、b1、b2、c1、c2都是固定在管壳上的金属引线，E1、E2、E3是三个电压可调并可读出其电压值的直流电源．

①试在图中画出三个电源与阴极射线管的有关引线的连线．

②导出计算e／m的表达式，要求用应测物理量及题给已知量表示．

五、带电粒子在磁场中作匀速圆周运动专题

因为洛仑兹力F始终与速度v垂直，即F只改变速度方向而不改变速度大小，所以运动电荷垂直磁感线进入磁场仅受洛仑磁力作用时，一定作匀速圆周运动，处理时可从下面两方面进行分析：

●1．关于v、、T、F、r的分析方法：

常用特征方程F向心＝F洛进行讨论．

即

．

熟记两个推论

，

．（这两式只适用于F向心＝F洛情况）

●2．圆心、半径及时间的确定方法：

（1）因F洛指向圆心，故找出轨迹中任两点（一般是入射点和出射点）的F洛的指向（F洛一定垂直于v），其延长线的交点即是圆心．

（2）用几何知识求得半径大小．（3）找出圆心角大小，用

求时间，其中T是周期．

（例题1）如图12—31所示，一束电子（电量为e）以速度v垂直射入磁感强度为B，宽度为d的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是30°

，则电子的质量是，穿透磁场的时间是．

（分析和解答）电子在磁场中运动，只受洛仑兹力作用，故其轨迹是圆弧一部分，又因为Fv，故圆心在电子穿入和穿出磁场时受到洛仑兹力指向交点上，如图O点．由几何知识知，AB间圆心角＝30°

，OB为半径．

∴

，又由

得，

又∵AB圆心角是30°

∴穿透时间

，故

总结与提高　解此类题关键是通过入、出磁场两点速度方向确定圆心和半径．若题目要求电子能穿过磁场，则最小速度应是多大?

穿过时间是多少?

（例题2）长为L的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图12—32所示，磁感强度为B，板间距离也为L，板不带电，现有质量为m，电量为q的带正电粒子（不计重力），从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是：

A．使粒子的速度

B．使粒子的速度

C．使粒子的速度

D．使粒子速度

（分析和解答）正确答案是A、B．

由左手定则判得粒子在磁场中间向上偏，而作匀速圆周运动．很明显，圆周运动的半径大于某值r1时粒子可以从极板右边穿出，而半径小于某值r2时粒子可从极板的左边穿出，现在问题归结为求粒子能在右边穿出时r的最小值r1以及粒子在左边穿出时r的最大值r2．由几何知识得：

粒子擦着板从右边穿出时，圆心在O点，有：

得

，又由于

．∴

时粒子能从右边穿出．

粒子擦着上板从左边穿出时，圆心在O'

点，有：

时粒子能从左边穿出．

总结与提高　解此类题应设想粒子做圆周运动的半径极大和极小时出现的现象，从而进一步确定满足题目要求的临界点进行解答．若问题是欲使粒子打在极板上，则粒子速度应是多大?

　又怎样解答?

（1）质子和粒子在同一匀强磁场中作半径相同的圆周运动．由此可知质子的动能E1和粒子的动能E2之比E1∶E2等于

A．4∶1B．1∶1；

C．1∶2D．2∶1．

（2）如图12—33甲所示，一个不计重力而质量为m、带正电量为q的粒子，在a点以某一个初速度水平射入一个磁场区域，沿曲线abcd运动，ab、bc、cd都是为R的圆弧．粒子在每段圆弧上运动的时间都为t如果把由纸面垂直穿出的磁感应强度作为正值，则磁场区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三部分的磁感应强度B随x变化的关系是如图12—33所乙中的：

（3）如图12—34所示，正方形容器处在匀强磁场中，一束电子从a孔垂

直于磁场射入容器中，其中一部分从c孔射出，一部分从d孔射出，则，

A．从两孔射出的电子速率之比为vc∶vd=2∶1；

B．从两孔射出的电子在容器中运动所用时间之比为tc∶td＝1∶2；

C．从两孔射出的电子在容器中运动时的加速度大小之比是ac∶ad=

：

1；

D．从两孔射出的电子在容器中运动时的加速度大小之比ac∶ad＝2∶1．

（4）一个电子（质量为m、电量为e）以速度v从x轴上某点垂直x轴进入上方的匀强磁场区域，如图12—35所示，已知x轴上方磁感强度的大小为B，且为下方匀强磁场磁感强度的2倍，在图中画出电子运动的轨迹；

电子运动一个周期经历的时间是是多少?

电子运动一个周期沿x轴移动的距离是多少?

（5）如图12—36所示，在X轴的上方（y≥0）存在着垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感强度为且在原点O有一个离子源向x轴上方的各个方向发射出质量为m、电量为q的正离子，速率都为v对那些在xy平面内运动的离子，在磁场中可能到达的最大x是多少?

最大y是多少?

（6）在圆形区域的匀强磁场的磁感强度为B，一群速率不同的质子自M点沿半径方向射入磁场区域，如图12—37所示．已知该质子束中在磁场中发生偏转的最大角度为106°

，圆形磁场区域的半径为R，质子的质量为m，电量为e，不计重力，则该质子束的速率范围是多大?

（tg53°

=4／3）

（7）如图12--38，在半径为r的圆筒内有匀强磁场，质量为m、带电量为q的带电粒子在小孔S处以速度v0向着圆心射入，问施加的磁感强度为多大，此粒子才能在最短的时间内从原孔射出?

（设相碰时电量和动能均无损失）

（8）图12--39所示在一个半径为R，磁感强度为B的有理想边界的圆形匀强磁场中，有一电子沿x轴正方向射入磁场，恰又能从y轴负方向飞出，如果电子的荷质比为k，那么这个电子射入时的初速度为多少?

电子通过磁场所用的时间为多?

在此过程中电子动能的增量Ek为多少?

（9）两极M、N相距为d，板长为5d，两板未带电，板间有垂直于纸面的匀强磁场，如图12—40所示，一大群电子沿平行于板的方向从各个位置以速度v射入板间，为了使电子都不从板间穿出，磁感强度B的范围怎样?

（设电子电量为e，质量为m）．

（10）如图12--41所示，在y<

0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面并指向纸面外，磁感强度为B，一带正电的粒子以速度v0从O点射入磁场，入射方向在xy平面内，与x轴正向的夹角为。

若粒子射出磁场的位置与O点的距离为L，求该粒子的电量和质量之比q/m

（11）一带电质点，质量为m，电量为q，以平行于OX轴的速度v从y轴上的a点射入图12--42中第一象限所示的区域．为了使该质点能从x轴上的b点以垂直于OX轴的速度v射出，可在适当的地方加一个垂直于xy平面、磁感强度为B的匀强磁场．若此磁场仅分布在一个圆形区域内，试求这圆形磁场区域的最小半径．重力忽略不计．

（12）一质量为m，带电量为q的粒子以速度v0从O点沿y轴的正方向射入磁感强度为B的一圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面，粒子飞出磁场区域后，从b处穿过x轴，速度方向与x轴正向夹角为30°

，如图12--43所示，粒子的重力不计，试求：

①圆形磁场区域的最小面积．（提示：

粒子圆周运动的圆心在x轴上．）

②粒子从O点进入磁场区域到达b点所经历的时间．

（13）正负电子对撞机的最后部分的简化示意图如图12--44所示（俯视图），位于水平面内的粗实