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高中物理 磁场 Ⅰ 学习目标 上升理论。 同时，也再 次使学生了 解实验的重 要性。 4．对电磁统 一性有个初 步的认识，了解科学假
续表
Ⅱ 学习指导 一、本章知识结构
二、本章重点难点分析 1．磁场 磁体周围存在着一种特殊的物质，这种物质不能用人的感官直接感受到。这种物质的显著特点是：它可以对其他的磁体(如小磁针)、电流和运动电荷有力的作用。我们称这种物质为磁场。在通电导体周围、运动电荷周围同样存在着磁场。 磁场的基本性质，就是对处在它里面的磁极和电流(运动着的电荷)有磁场力的作用。我们就是利用这种性质来感知磁场的客观存在，并且用来研究磁场。 想一想 以场的形式存在的物质还有吗?有什么显著特点和基本性质? 2．磁感线 (1)磁感线是为了形象地描述磁场而人为地画出的一些有方向的曲线。磁感线有如下特点： A．磁体周围的磁感线都是从N极出发，通过空间进入S极，在磁体内部则是从S极指向N极，磁感线出来多少根，进去多少根。 B．磁感线的疏密表示磁感应强度的大小。 C．小磁针静止时，其N极指向永远和过该点处的磁感线方向一致。 D．磁感线是无头无尾的闭合曲线，磁感线不中断也不相交(注意在磁体内部也有磁感线)。 (2)下列磁体或电流周围磁场的形状、特点要加以记忆。 磁体：条形磁铁、蹄形磁铁、同名磁极、异名磁极。 电流：长直通电导线、环形电流(通电平面线圈)、通电螺线管。 例1 三种常用的电流的磁场的特点及画法比较。 ●直线电流的磁场：无磁极，非匀强，距导线越远处磁场越弱。画法如图所示。
●通电螺线管的磁场：两端分别是N、S极，管内部是匀强磁场，管外部是非匀强磁场。画法如下图所示。
●环形电流的磁场：两侧是N、S极，离环心越远处磁场越弱。画法如下图所示。
(3)通过实验，可以模拟磁感线的空间分布状况。 做一做 尝试描绘地磁场在教室里的分布情况。 3．安培定则 (1)安培右手定则是描述电流磁场的重要定则。具体应用见下图所示。
(2)要熟记和善于运用安培定则口诀，即“一握，二转，三画线，磁感线切向N极转，区分图是立体与平面。” 例2 下列关于磁感线的叙述中，错误的是 A．磁感线是用来形象地描述磁场强弱和方向的一些假想曲线 B．磁感线都是从磁体的N极出发，到磁体的S极终止 C．磁感线上某点的切线方向跟该点的磁场方向相同 D．直线电流磁场的磁感线，是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上 答案：B 4．安培分子电流假说 (1)安培分子电流假说：物质微粒内部存在着环形分子电流。 分子电流是由原子内部的电子运动形成的。若某原子中电子运动如图所示，那么将电子运动形成的环形电流看成微小磁体，其相应的N极在圆周下方。
(2)安培分子电流假说对各种磁现象的解释： 分子电流取向杂乱无章时，物体宏观上无磁性。 分子电流取向大致相同时，物体宏观上有磁性。 (3)磁铁的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产生的。 想一想： ●我们可用安培定则判定通电螺线管的极性，对于一个分子电流，这种方法适用吗?如何用? ●一个小铁钉原来不具有磁性，当一个磁铁靠近它时，却能把它吸引过来，为什么?这个现象和摩擦过的琥珀吸引轻小纸片有何异同之处? ●怎样解释有时雷电过后，一些刀、叉、钢针就有了磁性? 5．磁感应强度表达式 (1)与定义电场强度 (2)磁场的强弱也可以用磁感线的疏密来形象地加以描述。如果定义通过某一截面的磁感线的根数为磁通量Φ，那么通过单位截面积的磁感线根数，即 想一想 利用比值定义的物理量还有哪些? (3)磁感应强度B用 (4)应用 ①B、F、I三者相互垂直；S为垂直于B的面积。 ②B的方向就是磁场在该点处的方向，也是磁感线的切线方向。 6．安培力 (1)通电导体在磁场中受到的磁场力称为安培力。安培力的大小由F＝BILsinq 计算，其中q 为B和I之间夹角。 安培力的方向与电流方向、磁场方向的关系用左手定则确定(如图)。安培力F的方向总是与B、I所决定的平面垂直。
例3 以下说法正确的是 A．一小段通电导线在某点不受磁场力作用，则该点的磁感应强度一定是零 B．通电导线受磁场力的条件是电流方向与磁场方向垂直 C．在磁场中一小段通电直导线受到磁场力但电流方向不跟磁场方向垂直时，通电导线受的磁场力方向一定垂直于电流方向，而且一定垂直于磁场方向 D．在磁场中一小段通电直导线所受磁场力方向、该点的磁感应强度方向以及导线中的电流方向，三者一定互相垂直 答案：C 例4 如图是一倾角为a 的光滑平行导电轨道，轨道间接有电源，现将一金属杆ab放在轨道上，且与轨道垂直，同时在轨道空间加一匀强磁场，使金属杆能在轨道上保持静止，则所加磁场的磁感应强度B的方向在下图中哪个图所示的范围内均可以满足要求
答案：A、B (2)通电线圈在磁场中可以受力转动，据此可理解磁电式仪表及电动机原理。 (3)通电导线和通电线圈，在安培力作用下的运动方向问题，有下列几种定性分析方法： ①电流元法：把整段电流等效为多段直线电流元，先用左手定则确定每小段电流元所受安培力的方向，再判断出整段电流所受合力方向，从而确定运动方向。 ②特殊位置法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向，从而确定运动方向。 ③等效法：环状电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁；条形磁铁也可以等效为通电螺线管；通电螺线管也可以等效成很多匝的环状电流来分析。 ④利用结论法：如下列一些结论： ●同名磁极相斥，异名磁极相吸。 ●两电流平行时，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。 例5 如下图甲所示，环形导线和直导线相互绝缘，且直导线又紧靠环的直径。如果直导线被固定不动，则两者通以图示方向的电流后，分析环形导线运动的情况。
分析：用电流元法。利用长直电流磁场和环形导线的对称性，在环形电流上对称的取电流元，用左手定则分别判断出电流元的受力方向，结果如上图乙所示。所以环形导线将向下平移。 例6 如下图甲所示，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，当导线中通过如图所示方向的电流，试判断导线的运动情况。
分析：由磁场和长直电流的对称性，取电流元IΔl上图乙，用左手定则判断出左侧电流元受力垂直纸面向外，右侧电流元受力垂直纸面向里。即长直导线将发生转动，俯视看为逆时针转动。转动过程中电流与磁场的方向关系要发生变化，导致受力方向会发生改变，因而选特殊位置找到受力方向改变的规律，如上图丙，在长直电流垂直于纸面时，可判断受力方向向下，进而推断长直导线发生俯视逆时针转动并向下移动。 想一想 你能否总结出通电导体仅在磁场力的作用下判断运动方向的其他方法?你认为下述说法成立吗? 通电导体在磁场中运动方向的一个共同的重要特点：原静止的通电导体(磁体也一样)如果因在磁场中受到磁场力的作用而运动，则运动的结果总是使通电导体(或磁体)本身产生的磁感线的方向趋向于和外磁场的磁感线方向相同，并且有加强原磁场的趋势。 7．洛伦兹力 (1)磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力(F洛)。 (2)洛伦兹力的方向：用左手定则确定，伸开左手，让磁感线垂直进入手心，四指指向正电荷的运动方向(或负电荷运动的反方向)，那么拇指所指方向就是运动电荷所受洛伦兹力的方向。 (3)洛伦兹力的大小： 当电荷速度v的方向与磁感应强度B的方向垂直时，F洛＝qvB 当B与v平行时，不受洛伦兹力(F洛＝0)。 当电荷静止时，电荷不受洛伦兹力(F洛＝0)。 (4)洛伦兹力永远与速度v垂直，故洛伦兹力永远不做功。 想一想： ●一个带电粒子以速度v进入某磁场后，受到磁场力F洛。在判断F洛、v和B三个矢量的关系时，方向垂直的矢量有哪些?哪两个矢量之间可以有任意角度? ●如果一个电子在通过空间某个区域时不偏转，我们是否能肯定在该区域中没有磁场?如果一个电子在通过空间某个区域时发生侧向偏转，我们是否能肯定在该区域中有磁场? ●带电粒子以一定速度v进入电场E和磁场B共同存在的空间，若v、E、B彼此相互垂直，试分析带电粒子受到的作用力的方向及运动情况。 8．带电粒子在匀强磁场中的运动 (1)若带电粒子的速度方向与磁场方向平行，此时不受洛伦兹力，略去粒子的重力，带电粒子做匀速直线运动。 (2)垂直射入匀强磁场中的带电粒子，只在洛伦兹力F洛＝qvB作用下，做匀速圆周运动，运动轨迹为圆，如图所示。
由F洛充当向心力，即 又由匀速圆周运动学公式 (3)带电粒子做匀速圆周运动的圆心、半径及运动时间的确定 ①圆心的确定： 由于洛伦兹力F洛指向圆心，根据F洛⊥v，画出粒子运动轨迹中任意两点(一般是射入磁场的点和射出磁场的点)的F洛的方向，其延长线的交点即为圆心。 ②半径的确定和计算：一般是利用几何知识，常用解三角形的方法。 ③在磁场中运动时间的确定：利用圆心角和弦切角的关系，计算出圆心角q 的大小，由公式 例7 一电子以速度v0与x轴成q 角射入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后从x轴上的P点飞出磁场，如下图甲所示，则OP＝______。电子由O点射入到落到P点所需时间t＝______。(已知电子电量e和电子质量m)
分析与解：OP为电子进入磁场后圆周运动轨迹的弦，OP的中垂线与垂直于初速度的直线的交点为轨迹的圆心O′，画出半径R，q 为弦切角，圆心角为2q 。由上图乙得 OP＝2Rsinq 又因为洛伦兹力充当向心力 所以 由匀速圆周运动规律有 想一想： ●垂直射入匀强磁场中的带电粒子，只在洛伦兹力F洛＝qvB作用下，做匀速圆周运动，是否带电粒子的速度v越大，轨道半径R就越大?周期T也就越长? ●质谱仪是如何利用磁场和电场来改变和控制带电粒子的运动的? ●回旋加速器是如何利用磁场和电场来改变和控制带电粒子的运动的? 三、探究与拓展 做一做 1．找一些铁屑放在纸上，再把一条钢棒(或一块长条钢板)的一端靠近铁屑，它并不吸引铁屑，说明它不是磁体。然后，把钢棒按南北方向放好，再用铁锤猛力敲它几下。现在再把它的一端靠近铁屑，你会发现钢棒能吸引铁屑了(见左下图)。
2．不论是通电的直导线，还是通电的螺线管，在它的周围都能产生磁场。现在要你绕一个通电以后不产生磁场的线圈，你会吗? 具体绕法是：找一个圆纸筒，一段漆包线。把漆包线从中间对折回来(不能折断)，然后把双股线并绕在圆纸筒上，绕成线圈。给线圈接上电池，用细线吊个小磁针在线圈周围移动，你将会发现磁针不发生偏转，这说明线圈周围确实没有磁场(见图)。
3．做个有趣的游戏：把十几根缝衣针沿同一方向磁化后，用线穿起来，并把针尾集结于一点(松紧要合适)。结果针会自动散开，好像一朵开放的菊花。你能解释其中的道理吗? 读一读 地磁场的应用 地球是一个巨大的磁体，在它的周围存在地磁场。指南针总是指向南、北的事实，是地球磁场存在的最有力的证据。地磁场分布见右图。
1．地磁发电 据报道，1992年7月，美国“阿特兰蒂斯号”航天飞机进行了一次卫星悬绳发电实验。航天飞机在地球赤道上空离地面约3000km处自东向西飞行，相对地面的速度大约6.5×103m/s。从航天飞机上向地心方向发射一颗卫星，携带一根长20km，电阻为800W 的金属悬绳，使这根悬绳与地磁场垂直，做切割磁感线运动。假定这一范围内的地磁场是均匀的，磁感应强度约为4×10－5T，且认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同。根据理论设计，通过电离层(由等离子体组成)的作用，悬绳上可产生大约3A的感应电流。 计算表明：悬绳产生的电动势可达到5200V，悬绳两端的电压为2800V。航天飞机绕地球一周悬绳输出的电能为7.6×108J。实验取得了部分成功。 2．地磁探矿 地磁场的变化有一定的规律性。比如在我国境内，每向北走14米，地磁感应强度的变化约为一亿分之几特。小范围内陆磁感应强度和磁倾角几乎没有什么变化．但是，有时地磁场的变化非常明显，有的地方会出现磁针反常现象，磁针不再指向南北方向。在某些山区，磁针甚至变成直立状态。这种地磁场的剧变称作地磁异常。显然，出现地磁异常的区域，地下一定蕴藏着丰富的磁铁矿。 3．地磁预报 地壳中的岩石，有许多是具有磁性的。地震发生时，这些岩石受力变形，它的磁性也随之变化。在强烈地震前夕，地磁感应强度、磁倾角等都会发生变化，造成局部地磁异常，这就是所谓的“震磁效应”。掌握了震磁效应的规律，利用测量仪器监测地磁变化，就可以根据震磁效应对地震做出较准确的预报。 4．解释自然现象 当太阳黑子活动剧烈的时候，太阳喷射出大量兆电子伏能量级的带电粒子(电子、质子、离子等)。这些带电粒子在掠过地球时，有许多被地磁场“捕获”。带电粒子掠过地球时形成的磁场造成地磁场和地球外围电离层的剧烈变化，从而出现无线电短波衰减和通讯中断等异常现象，这就是所谓的地磁暴。 地磁场洛伦兹力对保护地球上生命起着很大的作用。从太阳和宇宙空间来的高能量带电粒子大量向地球倾泻，如果到达地面，所有生命就不可能存在。但是地球的磁场对这些粒子来说，就像一个奇怪的陷阱，粒子的轨道在里面就像螺旋线似的卷在一起，并且偏离了原来的轨道。较为准确的观察和测量证明，这些粒子在地球的南北极之间沿着像图中那样的螺旋线运动。一直到它们的能量在大气层中碰撞损失掉为止。这个辐射环带叫做阿伦(Allen)带(下图)。
Ⅲ 探究反馈 第一节 磁现象和磁场 第二节 磁感应强度 1．奥斯特实验说明了( ) A．磁场的存在 B．磁场具有方向性 C．通电导线周围存在磁场 D．磁体间有相互作用 2．以下说法中，正确的是( ) A．磁极与磁极间的相互作用是通过磁场产生的 B．电流与电流的相互作用是通过电场产生的 C．磁极与电流间的相互作用是通过电场与磁场而共同产生的 D．磁场和电场是同一种物质 3．磁场中的任一点的磁场方向规定为：小磁针在磁场中( ) A．受磁场力的方向 B．N极受磁场力的方向 C．S极受磁场力的方向 D．静止时N极所指方向 4．对磁感应强度的理解有如下几种说法，其中正确的是( ) A．磁感应强度和磁场力F成正比，和检验电流元IL之乘积成反比 B．在检验电流元不受磁场力处，磁感应强度必为零 C．磁感应强度的方向也就是检验电流元所受磁场力的方向 D．磁场中各点磁感应强度大小和方向是一定的，与检验电流元IL无关 5．下列说法中正确的是( ) A．电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场强度为零 B．一小段通电导线在某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零 C．表征电场中某点电场的强弱，是检验电荷放在该点时受到的电场力与检验电荷本身电荷量的比值 D．表征磁场中某点磁场的强弱，是小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导体长度和电流乘积的比值 6．根据定义式 A．B的大小与F成正比，与L、I成反比 B．B的方向由F的方向所决定 C．处在磁场中的通电导线L，在任何情况下所受磁场力F与L、I之比都恒定，且不为零 D．只有当B与L垂直时，定义式才有意义 7．磁体之间通过磁体周围的______发生相互作用。 8．丹麦物理学家奥斯特发现了______，著名的奥斯特实验是把导线沿南北方向放置在指南针上方，通电时______。 9．某地地磁场的磁感应强度的水平分量是3.0×10－5T，竖直分量是4.0×10－5T，则地磁场磁感应强度的大小B＝______，B与水平方向的夹角为______。 第三节 几种常见磁场 1．关于磁感线，以下说法中正确的是( ) A．磁感线是一系列不相交的闭合曲线 B．磁感线是客观存在的线，可以用实验证明它的存在 C．磁感线总是从磁体N极出发终止于磁体的S极 D．磁感线可以直观形象地反映出磁场的方向和强弱 2．下列说法正确的是( ) A．直线电流周围的磁感线和点电荷周围的电场线是相同形状的曲线 B．小磁针只受磁场力作用时，将沿磁感线运动 C．磁感线是通电导体受到的磁场力的作用线 D．磁感线上任意一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同 3．指南针静止时，其位置如图中虚线所示。若在其上方放置一水平方向的导线，并通以恒定电流，则指南针转向图中实线所示位置。据此可能是( )
A．导线南北放置，通有向北的电流 B．导线南北放置，通有向南的电流 C．导线东西放置，通有向西的电流 D．导线东西放置，通有向东的电流 4．一束带电粒子沿水平方向飞过悬挂着的可自由转动的小磁针的正下方，如图所示，磁针S极向纸内偏转，这束带电粒子可能是( )
A．向右飞行的电子束 B．向右飞行的正离子束 C．向左飞行的正离子束 D．向右飞行的负离子束 5．如图所示，带负电的橡胶环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是( )
A．N极竖直向下 B．N极竖直向上 C．N极沿轴线向左 D．N极沿轴线向右 6．如下图，在通电螺线管中，放有两个小磁针，当小磁针静止时，N极指向正确的是 ( )
7．安培定则是用来判断____________________________________的法则。安培定则用于通电螺线管时，弯曲的四指表示______的方向，大拇指表示______的方向，即大拇指指向通电螺线管的______极。 8．用铅笔画出以下磁场磁感线的分布情况。
9．按要求填画：
10．离开你向前运动的质子流产生的磁场是怎样的?向着你运动的电子流产生的磁场是怎样的?试画图表示。 11．竖直放置的直导线中通以向下的电流，在导线的正东方某处，该导线的磁场方向是____________________________________。 12．关于分子电流，下面说法中正确的是( ) A．分子电流假设最初是法国学者法拉第提出的 B．分子电流假设揭示了磁铁的磁场与电流的磁场具有共同的本质，即磁场都是由电荷的运动形成的 C．“分子电流”是指原子、分子等物质微粒内部存在的一种环形电流 D．分子电流假设无法解释加热“去磁现象” 13．关于磁通量的概念，下面正确的说法有( ) A．磁场中某处的磁感应强度越大，其中线圈的面积越大，则穿过线圈的磁通量也越大 B．放在磁场中某处的一个平面，穿过它的磁通量为零，则该处的磁感应强度一定为零 C．磁通量的变化不一定是由磁场的变化而产生 D．磁场中某处的磁感应强度不变，放在该处的线圈的面积也不变，则磁通量一定不变 14．如图所示，矩形线圈abcd放在磁感应强度匀强磁场中，线圈面积为0.05m2，磁感应强度为0.06T。
(1)当线圈平面与磁场方向垂直时，穿过线圈的磁通量是__________________。 (2)将线圈平面绕OO′轴转过60°时，穿过线圈的磁通量为__________________。 单元练习(一) 1．以下哪些地方存在磁场( ) A．磁铁周围的空间 B．磁铁内部 C．静止的带电体周围的空间 D．一束电子射线周围的空间 2．磁体与磁体间、磁体和电流间、电流和电流间相互作用的示意图正确的是( ) A．磁体 C．电流 3．磁场中某点磁感应强度的方向( ) A．与放在该点的小磁针北极受力方向相同 B．与放在该点的小磁针北极所指的方向相同 C．与通过该点的磁感线的切线方向相同 D．与垂直于该点的磁场方向放置的通电直导线所受的磁场力的方向相同 4．有关磁感线的叙述，错误的是( ) A．直线电流的磁感线是以通电导线上各点为圆心的同心圆，在跟导线垂直的同一面上的磁感线彼此距离相等 B．直线电流的磁感线是闭合曲线，而磁铁的磁感线起于N极，终于S极，不是闭合曲线 C．匀强磁场的磁感线是均匀分布的平行直线 D．非匀强磁场的磁感线是分布不均匀的曲线，可以相交 5．在如图中，只画出了某磁场中的一条磁感线，由此可以判定( )
A．磁感线上a、b两点的磁感应强度方向一定相同 B．a点的磁感应强度一定大于b点磁感应强度 C．c点的磁感应强度方向一定与a点的相同 D．c点的磁感应强度大小可能与a点的相等 6．有一束电子流沿x轴正方向高速运动，如图所示，电子流在z轴上的P点处产生的磁场方向是沿( )
A．y轴正方向 B．y轴负方向 C．z轴正方向 D．z轴负方向 7．如图所示，在A点的东、西、南、北方向相同距离处，各有一无限长直线电流，电流大小相同，方向如图，则A点的磁场方向为( )
A．正北方 B．东南方 C．正东方 D．正南方 8．磁铁在高温下或者受到敲击时会失去磁性，根据安培的分子电流假说，其原因是( ) A．分子电流消失 B．分子电流的取向变得大致相同 C．分子电流的强度减弱 D．分子电流的取向变得杂乱 9．如图所示为电视机显像管偏转的示意图，圆环上的偏转线圈通以图示方向的电流时，圆心O处的磁场方向为( )
A．向下 B．向上 C．垂直纸面向里 D．垂直纸面向外 10．如图所示，线圈通电后，在其内部C点放置的小磁针的N极，指向线圈的A端，可以判定线圈中的电流是从______端流入，线圈正上方的小磁针静止时D端为______极。
11．在下图所示的磁场中，与磁场方向垂直放置的一个含有铁芯的小螺线管，当螺线管通电时，它的P端向纸里运动，Q端向纸外运动，试标出螺线管的电流方向。
12．有一矩形线圈，线圈平面与磁场方向所在的直线成a 角，如图所示。设磁感应强度为B，线圈面积为S，则穿过线圈的磁通量为多少?
第四节 磁场对通电导线的作用力 1．放在匀强磁场中的通电直导线与磁场方向垂直。电流强度I，导线长度L，磁感应强度B和导线所受磁场力F，它们四个量之间( ) A．B由F、I、L来决定 B．F由B、I、L来决定 C．I由B、F、L来决定 D．L由B、F、I来决定 2．下列说法正确的是( ) A．安培力的方向一定垂直于磁场方向 B．安培力的方向一定垂直于电流方向 C．电流方向一定垂直于磁场方向 D．电流的方向有可能与安培力方向平行 3．如图所示，表示通电导线在磁场内受磁场力作用时F、I、B三者方向的关系，其中正确的是( )
4．如图，ab和cd是两根可以自由移动的平行导线。用直流电源给它们同时供电( )
A．当a、c接正极，b、d接负极时，它们相互吸引 B．当a、c接负极，b、d接正极时，它们相互排斥 C．当a、d接正极，b、c接负极时，它们相互吸引 D．当a、d接负极，b、c接正极时，它们相互排斥 5．如图，A是一个通以逆时针方向电流的通电圆环，MN是一段直导线，它水平地放在环中并与环共面，当有电流i从N流向M时，MN所受的安培力的方向是( )
A．沿纸面向上 B．沿纸面向下 C．垂直于纸面向外 D．垂直于纸面向内 6．如图所示，正方形线圈有一半处在匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直。当线圈中通以顺时针方向的电流时，线圈将( )
A．向上平动 B．向下平动 C．向左平动 D．向右平动 7．如图所示，在用软线悬挂的圆形线圈近旁有一水平放置的条形磁铁，线圈平面与磁铁的中轴线重合，当线圈通以顺时针方向的电流后( )
A．线圈向左摆动靠近磁铁 B．线圈向右摆动远离磁铁 C．从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁铁 D．从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁铁 8．如图所示，KN和LM是同心圆弧，其圆心是O，在O处垂直于纸面放置一载流长直导线，电流方向垂直于纸面向外，用一根导线围成图中KLMN所示的回路，当在回路中通以沿图示方向的电流I2时，此时回路( )
A．将向右移动 B．将在纸面内绕通过O点并垂直纸面的轴转动 C．各边所受安培力：KL边受力垂直于纸面向外，MN边受力垂直于纸面向里，LM和KN边不受力 D．各边所受安培力：LM和KN边不受力，KL边受力与NM边受力方向与C中所述的相反 9．如图所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘线水平吊起通电直导线A。A与螺线管垂直，“⊙”表示导线中的电流方向垂直于纸面向外。电键S闭合后，A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是( )
A．水平向左 B．水平向右 C．竖直向下 D．竖直向上 10．一根通电直导线放在水平面上，匀强磁场的方向竖直向上。在下述各种情况下，导线受到的磁场力的大小如何变化?(在括号中填“变大”、“变小”、“不变”) (1)将导线在水平面内转过90°( ) (2)将磁场方向变为竖直向下( ) (3)将导线的一端抬起一些( ) (4)将导线变为竖直方向，同时磁场变为水平方向( ) (5)将导线水平沿东西方向放置，磁场沿水平向北( ) 11．如图中的天平可以测出线圈ab边所处匀强磁场的磁感强度B的大小。设ab边水平，长度为L，通以由a向b的电流I 时，左盘砝码质量为m1，天平平衡；仅将电流方向改为由b向a时，天平左盘砝码质量为m2天平才平衡。可知被测磁场的磁感应强度为
A． C． 12．把一个可以绕水平轴转动的铝盘放在水平方向的匀强磁场中，匀强磁场的方向与铝盘平面垂直，盘的下边浸在水银槽内，将转轴和水银用导线直接连在电源的两极上，如图所示，则下列说法正确的是 ( )
A．由于磁场对电流的作用，铝盘将顺时针转动 B．由于磁场对电流的作用，铝盘将逆时针转动 C．将电源两极对调，铝盘的转动方向不会改变 D．将电流及磁场方向同时改变，铝盘的转动方向改变 13．关于磁电式电流表，下列说法中正确的有( ) A．电流表的线圈处于匀强磁场中 B．电流表的线圈处于均匀辐向磁场中 C．电流表的线圈转动时，安培力大小不变 D．电流表的指针的偏转角与所测电流成正比 14．在匀强磁场中有一通电导体水平放置，如图所示，已知磁感应强度B＝0.02T，导体的单位长度的质量为1.4×10－5kg/m，为使该导体悬在空中处于静止状态，则通过导体的电流的大小为______，方向为______。
15．如图所示，两平行光滑金属导轨间距10 cm与电源连通。导轨平面与水平面成30°角，导轨上放置一质量为0.2kg的金属棒MN。当金属棒上通过10A的电流时，为使其能静止在导轨上，需在导轨所在空间加一匀强磁场。若要磁场的磁感应强度最小，所加磁场方向如何?磁感应强度多大?(g取10m/s2)
16．如图所示，在同一水平面的两导轨相互平行，放在竖直向上的磁场中，一根质量为 3.6kg，有效长度2m的金属棒放在导轨上，当金属棒中的电流为5A时，金属棒做匀速运动；当金属棒中的电流强度增大到8A时，金属棒能获得2m/s2的加速度，则磁场的磁感应强度为多少?
第五节 磁场对运动电荷的作用力 1．如图所示，电子射线管(A为其阴极)，放在蹄形磁轶的N、S两极间，射线管的AB两极分别接在直流高压电源的______极和______极。此时，荧光屏上的电子束运动径迹______偏转。(填“向上”、“向下”“不”)。
2．下面各图分别表示一个带电粒子在磁场中某时刻的运动情况，请说明该粒子的偏转方向，(填“向上偏”、“向下偏”、“向左偏”、“向右偏”、或“不偏转”)
电子，速度向右，则______。
正电荷，在线圈中间速度水平向右，则______。
正电荷，垂直纸面向里运动，则______。 3．电子以初速度v0垂直进入匀强磁场中，则( ) A．磁场对电子的作用力是恒力 B．磁场对电子的作用力不做功 C．电子的动量保持不变 D．电子的动能保持不变 4．电荷q以速度v通过磁感应强度为B的磁场中的某点，在此瞬间，它所受的洛伦兹力为F。如果发生下列变化之一，洛伦兹力F将有什么变化? (1)电荷q变为－q； (2)电荷q的速度v变为－v： (3)磁感应强度B变为－B； (4)电荷q变为－q，且速度v变为－v。 5．如下图所示，一束正离子从S点沿水平方向射出，在没有电场、磁场时恰好击中荧光屏上的坐标原点O。若同时加上电场和磁场后，正离子束最后打在荧光屏上坐标系的Ⅲ象限中，则所加电场E和磁场B的方向可以是(不计重力和其他力)( )
A．E向上，B向上 B．E向下，B向下 C．E向上，B向下 D．E向下，B向上 6．测得一太阳黑子的磁场B为0.4T，当电子以5.0×107cm/s的速度垂直于B运动时，受到的洛伦兹力有多大?已知电子电荷e＝－1.6×10－19C。 7．速度选择器内有正交的匀强磁场B和匀强电场E，如下图所示。一束离子(电量q，质量m)水平地由小孔进入场区。进入场区的正离子受到的电场力大小为______，磁场力大小为______，路径不发生偏转的离子一定满足______，即能沿直线通过速度选择器的带电粒子必须是速度为______的粒子，与它______和______、______均无关。
单元练习(二) 1．下列说法正确的是( ) A．磁感线从磁体的N极出发，终止于S极 B．磁场的方向就是通电导体在磁场中某点受磁场作用力的方向 C．沿磁感线方向，磁场逐渐减弱 D．磁场强的地方同一通电导体受的安培力可能比在磁场弱的地方受的安培力小 2．带电粒子(不计重力)可能出现的情景有( ) ①在磁场中处于平衡状态 ②在电场中做匀速圆周运动 ③在匀强磁场中做匀加速运动 ④在匀强电场中做匀速直线运动 A．①② B．①③ C．②③ D．②④ 3．如图所示，两根相互平行放置的长直导线a和b通有大小相等、方向相反的电流，a受到磁场力的大小为F1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a受到的磁场力大小变为F2则此时b受到的磁场力大小为( )
A．F2 B．F1－F2 C．F1＋F2 D．2F1－F2 4．每时每刻都有大量带电的宇宙射线向地球射来，地球磁场可以有效地改变这些宇宙射线中大多数射线粒子的运动方向，使它们不能到达地面。假设有一个带正电的宇宙射线粒子垂直于地面向赤道射来(如图，地球由西向东转，虚线表示地球自转轴，上方为地理北极)，在地球磁场的作用下，它将向什么方向偏转?
A．向东 B．向南 C．向西 D．向北 5．如图所示，若将匀强磁场中的一段通电导线在纸平面内转过q 角，则它受到的磁场力的大小将( )
A．增大 B．减小 C．不变 D．条件不足，无法确定 6．如图所示，软铁芯上绕着两个匝数相同的线圈P和Q，为了使图中通电导线L(其电流方向已在图中标明)受到向上的磁场力F的作用，线圈P、Q的端点a、b和c、d与电源正、负极e、f连接的顺序应是( )
A．e→a，b→c，d→f B．e→a，b→d，c→f C．e→b，a→c，d→f D．e→b，a→d，c→f 7．长L＝60cm，质量为m＝6.0×10－2kg，粗细均匀的金属棒，两端用完全相同的弹簧挂起，放在磁感强度为B＝0.40T，方向垂直纸面向里的匀强磁场中，如下图，若不计弹簧重力， 求：(1)要使弹簧不伸长，金属棒中电流的大小和方向如何? (2)如在金属中通入自左向右、大小为I＝0.20A的电流，与弹簧原长相比金属棒下降x1＝1.0cm，若通入金属棒中的电流仍为0.20A，但方向相反，这时金属棒下降了多少?(g取10m/s2)
8．如图所示，为实验用磁流体发电机原理图，两板间距d＝20cm，磁场的磁感应强度B＝5T，若接入额定功率P＝100W的灯，正好正常发光，且灯泡正常发光时电阻R＝100W ，不计发电机内阻。求等离子体的流速。
第六节 带电粒子在匀强磁场中的运动(上) 1．将空心线圈通以大小和方向改变的电流，由某一端沿轴线方向射入一束电子流，则电子在线圈内的运动情况是( ) A．简谐运动 B．匀速直线运动 C．匀变速直线运动 D．匀速圆周运动 2．如下图所示，有三束粒子，分别是质子(p)、氚核(
3．质子和a 粒子在同一匀强磁场中做半径相同的圆周运动，由此可知质子的动能E1和a 粒子的动能E2之比E1∶E2等于( ) A．4∶1 B．1∶1 C．1∶12 D．2∶1 4．质量和带电量都相同的两个粒子，以不同的速率垂直于磁感线方向射入匀强磁场中，两粒子的运动轨迹如图中①、②所示，粒子的重力不计，下列对两个粒子的运动速率v和在磁场中运动时间t及运动周期T、角速度的说法中正确的是 ( )
A．v1＞v2 B．t1＜t2 C．T1＞T2 D．w 1＝w 2 5．在半径为r的圆形空间内有一匀强磁场，O为圆心。一带电粒子以速度v从A沿半径方向入射，并从C点射出，如图所示，已知∠AOC＝120°，若在磁场中粒子只受洛伦兹力作用，则粒子在磁场中运行的时间( )
A． C． 6．带电粒子穿过过饱和蒸汽时，在它走过的路径上，过饱和蒸汽便凝结成小液滴，从而使得它运动的轨迹(径迹)显示出来，这就是云室的原理。今在云室中有B＝1T的匀强磁场，观测到一个质子的径迹是圆弧，半径r为20cm。已知质子的电荷为1.6×10－19C，质量为1.67×10－27kg，求它的动能。 7．在x轴上方有匀强磁场B＝0.8T，方向垂直纸面向里，如下图所示。一质量m＝9.0×10－15kg、带负电q＝1.5×10－10C的粒子以速度v0＝2.0×103m/s从坐标原点O以与x轴正方向间夹150°角的方向射入磁场。试确定它在磁场中回旋后穿过x轴飞出磁场时所经位置P的坐标值。
8．如图有一个宽度为d，磁感应强度为B的有界磁场。方向垂直于纸面向里。有一带电量为－q，质量为m的带电粒子垂直于磁场边界射入磁场。问(1)要使粒子从右侧飞出磁场，速率至少为多少? (2)要使粒子从右侧飞出磁场，最长的时间是多少?
9．如下图所示，等离子体以相同的速率v从孔O垂直ad和磁场方向射入磁感强度为B的匀强磁场中，磁场区域是边长为L的正方形，O是ad边的中点，等离子体在b、c间射出磁场，试推导等离子的比荷q/m与v、B、L的关系。
10．如下图所示的矩形abcd范围内有垂直纸面向外的磁感应强度为B的匀强磁场，且ab长度为L，现有比荷为q/m的正离子在a处沿ab方向射入磁场，求离子通过磁场后的横向偏移y和偏向角
第六节 带电粒子在匀强磁场中的运动(下) 1．质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。电荷电量相同质量有微小差别的带电粒子，经过相同的加速电压U加速后，垂直进入同一匀强磁场B，它们在匀强磁场中做匀速圆周运动，由qU＝ 2．如图所示，有a、b、c、d四个离子，它们带等量同种电荷，质量为ma＝mb＜mc＝md，以不等的速率va＜vb＝vc＜vd进入速度选择器后，有两种离子从速度选择器中射出，进入B2磁场，由此可判定( )
A．射向P1的是a离子 B．射向P2的是b离子 C．到达A1的是c离子 D．到达A2的是d离子 3．回旋加速器是用来获得高能粒子的实验设备，核心部分是两个D形金属扁盒，两D形盒的直径相对且留有一个窄缝，D形盒装在______(填“真空”或“空气”)容器中，整个装置放在巨大的电磁铁两极间，磁场方向______(填“垂直”或“平行”)于D形盒的底面。两D形盒分别接在高频交流电源的两极上，且高频交流电的______与带电粒子在D型盒中做圆周运动的______相同，带电粒子就可一次次地被加速。 4．有一回旋加速器，它的高频电源的频率为1.2×107Hz。D形盒的半径为0.532m，求加速氘核时所需的磁感应强度为多大?氘核所能达到的最大动能为多少?(氘核的质量为3.3×10－27kg，氘核的电荷量为1.6×10－19C) 5．电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。在电子枪中产生的电子经过加速电场加速后射出，从P点进入并通过圆形区域后，打到荧光屏上，如下图所示。如果圆形区域中不加磁场，电子一直打到荧光屏上的中心O点的动能为E；在圆形区域内加垂直于圆面、磁感应强度为B的匀强磁场后，电子将打到荧光屏的上端N点。已知ON＝h，PO＝L。电子的电荷量为e，质量为m。求：
(1)电子打到荧光屏上的N点时的动能是多少?说明理由。 (2)电子在电子枪中加速的加速电压是多少? (3)电子在磁场中做圆周运动的半径R是多少? (4)试推导圆形区域的半径r与R及h、L的关系式。 6．如图所示为质谱仪的示意图。速度选择器部分的匀强电场场强E，匀强磁场的磁感强度为B1。偏转分离器的磁感强度为B2。试写出
(1)能通过速度选择器的粒子速度的表达式； (2)质子和氘核进入偏转分离器后打在照相底片上的条纹之间的距离d的表达式。(质子和氘核带电量为e，质子质量mP，氘核mD) 全章练习 一、选择题 1．下列说法中正确的是( ) A．磁感线的指向是磁场的磁感应强度减小的方向 B．通电导线受安培力大的地方磁感应强度一定大 C．某处磁感线的方向即小磁针N极在该处受磁场力的方向 D．磁感应强度的大小和方向与放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关 2．关于磁感线的概念，下面说法正确的是( ) A．磁场中任意两条磁感线不能相交 B．铁屑在磁场中的分布曲线就是磁感线 C．磁感线上各点的切线方向就是各点的磁感应强度的方向 D．磁感线总是从磁体N极指向磁体S极 3．下列关于磁场的说法，正确的是( ) A．通电直导线不受磁场力的作用，说明它所在的空间没有磁场 B．通电直导线周围空间的磁场是非匀强磁场 C．长直通电螺线管内部磁场是匀强磁场 D．磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量 4．在进行奥斯特的电流磁效应的实验时，要使效果明显，通电直导线的放置位置应该是( ) A．西南方向，在小磁针上方 B．东南方向，在小磁针上方 C．平行东西方向，在小磁针上方 D．平行南北方向，在小磁针上方 5．如图所示，两根平行的直导线，通以相反方向的电流。则( )
A．在区域②内存在磁场，其方向垂直于纸面向里 B．在区域②内存在磁场，其方向垂直于纸面向外 C．两根导线间存在相互引力 D．在区域①、③内的磁感应强度一定为零 6．螺线管中电流的方向如图所示，则( )
A．此通电螺线管的S极在a端 B．将小磁针放在b处，其S极指向右 C．将小磁针放在c处，其S极指向左 D．将小磁针放在管芯内部d处，小磁针S极指向左 7．电子在赤道处竖直向下运动时，由于地磁场的影响，电子将(不计重力)( ) A．向东偏转 B．向西偏转 C．向南偏转 D．向北偏转 8．通电直导线中的电流方向竖直向上，导线恰好穿过一通电圆环的圆心，并与环面垂直，如图所示。导线对圆环的磁场作用力( )
A．为零 B．方向向上 C．使圆环收缩 D．使圆环扩张 9．带电量q的粒子在匀强磁场中运动，下面说法中正确的是( ) A．无论运动方向如何，所受洛伦兹力都相同 B．若带电量反号，且速度反向大小不变，则所受洛伦兹力的大小和方向均不变 C．洛伦兹力方向和磁场方向一定都与电荷运动方向垂直 D．粒子在运动中的动能和动量都不会改变 10．如图所示，a、b两根垂直于纸面的长直导体通有等值电流，两导线旁有一点P，P到a、b距离相等。要使P点的磁场方向向右，则a、b中电流的方向为( )
A．都向纸里 B．都向纸外 C．a中电流方向向纸外，b中电流方向向纸里 D．a中电流方向向纸里，b中电流方向向纸外 11．如图所示，在半径为R的圆内有一磁感应强度为B的向里的匀强磁场，一质量为m，电量为q的粒子(不计重力)，从A点对着圆心O垂直射入磁场，从C点飞出，则下列说法中错误的是( )
A．粒子带正电 B．粒子的轨道半径为R C．AC两点相距 D．粒子在磁场中运动时间为pm/3Bq 12．在回旋加速器中( ) A．电场用来加速带电粒子 B．磁场用来使带电粒子偏转 C．电场和磁场同时用来加速带电粒子 D．电场和磁场同时用来使带电粒子偏转 二、作图、填空 13．安培的磁性起源假说，揭示了磁现象的本质。它使我们认识到磁铁的磁场和电流磁场一样都是由_____________________产生的。 14．如下图所示a、b、c为磁场中的三条磁感线。用箭头标出小磁针在P点静止时N极所指的方向。P与Q两点相比，磁感强度大的应是_______点。
15．在上图中，通电螺线管内、外各有一块软铁，请标出它们被磁化后的N极和S极。
16．下面各图中均有一根在磁场中的通电导线。分别标明了电流方向、磁场力的方向和磁场方向中的两个物理量的方向。导线与磁场方向垂直。请标出另一个物理量的方向。
17．如图正方形空腔内有匀强磁场。a，c，d处都有缝隙。有一束带电的同种粒子流从a处垂直于磁感线方向进入磁场，结果从c，d处均有粒子射入。则从c、d两处射出的粒子速率之比______，在磁场中飞行的时间之比为______，在磁场中运动时的加速度之比______。
18．如图，在MN的正上方有方向垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。电子经过电压U加速后，从A孔垂直射入磁场。最后打在MN线上的C点。已知AC＝L，则电子的电量e与质量m之比
19．如下图，通电直导线沿水平方向放在倾角为q 的光滑斜面上，图中圆圈表示导线的横截面。匀强磁场的方向竖直向上，磁感应强度为B，导线质量为m，导线在磁场中的长度为L。要使导线静止在斜面上，标出导线中电流方向，并求出电流强度。
20．如下图，金属导轨MN、PQ互相平行放在同一水平面上，其电阻不计。直导线ab与导轨垂直放置，其电阻为0.4W 。导轨间距L＝10cm，导轨所在区域处在匀强磁场中，磁场方向竖直向下，磁感应强度B＝0.2T。电源电动势E＝1.5V，内电阻r＝0.18W ，电阻R＝1.6W ，电键S接通后ab仍静止不动。求ab所受的摩擦力的大小和方向。
参考答案 第三章 磁场 第一节 磁现象和磁场 第二节 磁感应强度 1．C 2．A 3．BD 4．D 5．AC 6．D 7．磁场 8．电流的磁效应，磁针转动了 9．5.0×10－5T，53° 第三节 几种常见磁场 1．AD 2．D 3．B 4．B 5．C 6．D 7．电流方向与磁场方向之间的关系；线圈中的电流；螺线管内部磁感线；N 8．略 9．略 10．略 11．正南方 12．BC 13．C 14．3.0×10－3Wb，15×10－3Wb 单元练习(一) 1．ABD 2．ABD 3．AC 4．ABD 5．AD 6．A 7．D 8．D 9．A 10．B；S 11．略 12．BSsina 第四节 磁场对通电导线的作用力 1．B 2．AB 3．D 4．AD 5．A 6．C 7．D 8．C 9．D 10．(1)不变 (2)不变 (3)变小 (4)不变 (5)不变 11．D 12．B 13．BCD 14．I＝6.86×10－3A，从a向b 15．1T，垂直于导轨斜向下 16．B＝1.2T 第五节 磁场对运动电荷的作用力 1．负 正 向下 2．向下；不偏转；向左 3．BD 4．(1)F大小不变，反向 (2)F大小不变，反向 (3)F大小不变，反向 (4)F大小方向均不变 5．D 6．3.2×10－14N 7．qE，qvB，qE＝qvB，E/B，m，q，电荷正负 单元练习(二) 1．D 2．A 3．A 4．A 5．C 6．C 7．(1)I＝2.5A方向向右 (2)x2≈1.2cm 8.100m/s 第六节 带电粒子在匀强磁场中的运动(上) 1．B 2．C 3．B 4．D 5．D 6．约3.1×10－13J(约2.0×106eV) 7．0.15m 8．Bqd/m pm/2Bq 9． 第六节 带电粒子在匀强磁场中的运动(下) 1． 2．A 3．真空垂直周期运动周期 4．约1.6T，约2.6×10－12J 5．(1)E (2)E/e (3) 6．(1) 全章练习 1．CD 2．AC 3．BCD 4．D 5．A 6．D 7．B 8．A 9．B 10．C 11．AB 12．AB 13．电荷的运动 14．图中小磁针N极指向：水平向右，P 15．上方的软铁左边为N极；在螺线管中的软铁右边为N极 16．略 17．2∶1 1∶2 2∶1 18．8U/(L2B2) 19．垂直于纸面向外， 20．0.048N，方向向左 |
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