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新人教版物理必修1知識梳理
第九章　磁場
第1講　磁場的描述　磁場對電流的作用
一、磁場、磁感應強度
1.磁場
(1)定義:磁場是①　 　、②　 　周圍存在的一種特殊物質。
(2)基本性質:磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有③　 　的作用。
(3)方向:小磁針的N極所受磁場力的方向。
2.磁感應強度
(1)物理意義:描述磁場的④　 　。
(2)定義式:B=(通電導線垂直于磁場)。
(3)方向:小磁針在磁場中靜止時N極所指的方向。
(4)單位:⑤　 　,符號為T。
二、磁感線及其特點
1.磁感線:在磁場中畫出一些曲線,使曲線上每一點的⑥　 　方向都跟這點的磁感應強度的方向一致。
2.磁感線的特點
(1)磁感線上某點的⑦　 　就是該點的磁場方向。
(2)磁感線的疏密程度定性地表示磁場的⑧　 　,在磁感線較密的地方磁場⑨　 　,在磁感線較疏的地方磁場⑩　 　。
(3)磁感線是閉合曲線,沒有起點和終點。在磁體外部,磁感線從　 　指向　 　;在磁體內部,磁感線由　 　指向　 　。
(4)同一磁場的磁感線不　 　,不　 　,不相切。
(5)磁感線是假想的曲線,客觀上不存在。
3.電流周圍的磁場
項目 直線電流的磁場 通電螺線管的磁場 環形電流的磁場
特點 非勻強磁場,且距導線越遠處磁場越弱 與條形磁鐵的磁場相似,管內為勻強磁場且磁場最強,管外為非勻強磁場 環形電流的兩側是N極和S極,且離圓環中心越遠,磁場越弱
安培定則
立體圖
橫截面圖
三、安培力的大小和方向
1.安培力
(1)方向:根據左手定則判斷。
(2)大小:由公式　 　計算,其中L為通電導線在磁場中的有效長度。如彎曲通電導線的有效長度L等于連接兩端點的線段長度,相應的電流方向沿兩端點連線由始端流向末端,如圖所示。
2.左手定則
伸開左手,使拇指與其余四個手指　 　,并且都與手掌在同一個平面內;讓磁感線從　 　進入,并使四指指向　 　的方向,這時　 　所指的方向就是通電導線在磁場中所受安培力的方向。
答案：①　磁體　、②　電流　③　力　④　強弱和方向　⑤　特斯拉　⑥　切線　⑦　切線方向　⑧　強弱　⑨　較強　⑩　較弱　　N極　　S極　　S極　　N極　　中斷　　相交　　F=BIL　　垂直　　掌心　　電流　　拇指　
第2講　磁場對運動電荷的作用
一、洛倫茲力
1.洛倫茲力:①　 　在磁場中所受的力叫洛倫茲力。
2.洛倫茲力的方向
(1)判定方法:左手定則。
掌心——磁感線從掌心進入;
四指——指向正電荷運動的方向或負電荷運動的②　 　;
拇指——指向③　 　的方向。
(2)方向特點:F⊥B,F⊥v,即F垂直于B和v決定的 ④　 　。
3.洛倫茲力的大小
F=qvBsinθ,θ為v與B的夾角,如圖所示。
二、帶電粒子在勻強磁場中的運動
1.洛倫茲力的特點
洛倫茲力不改變帶電粒子速度的大小,或者說,洛倫茲力對帶電粒子⑤　 　。
2.帶電粒子的運動性質
(1)若v0∥B,則帶電粒子⑥　 　,在磁場中做勻速直線運動。
(2)若v0⊥B,則帶電粒子在勻強磁場中做⑦　 　。
3.半徑和周期公式(v⊥B)
答案：①　運動電荷　②　反方向　③　洛倫茲力　④　平面　⑤　不做功　⑥　不受洛倫茲力　⑦　勻速圓周運動　
第三講　帶電粒子在組合場中的運動
考點一　質譜儀與回旋加速器
1.質譜儀
(1)構造:如圖所示,由粒子源、加速電場、偏轉磁場和照相底片等構成。
(2)原理
粒子由靜止被加速電場加速,有qU=mv2。
粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動,有qvB=m。
由以上兩式可得r=,m=,=。
2.回旋加速器
(1)構造:如圖所示,D1、D2是半圓形金屬盒,D形盒的縫隙處接交流電源。D形盒處于勻強磁場中。
(2)原理:交流電的周期和粒子做圓周運動的周期相等,粒子經電場加速,經磁場回旋。
(3)最大動能
由qvmB=、Ekm=m得Ekm=,粒子獲得的最大動能由磁感應強度B和D形盒半徑R決定,與加速電壓無關。
(4)總時間(忽略在電場中加速時間)
粒子在磁場中運動一個周期,被電場加速兩次,每次增加動能qU,加速次數n=,粒子在磁場中運動的總時間t=T=·=。
考點二　帶電粒子在組合場中的運動
1.組合場
電場與磁場各位于一定的區域內,并不重疊,電場、磁場交替出現。
2.“電偏轉”和“磁偏轉”的比較
項目 電偏轉 磁偏轉
偏轉條件 帶電粒子以v⊥E進入勻強電場(不計重力) 帶電粒子以v⊥B進入勻強磁場(不計重力)
受力情況 只受恒定的電場力F=Eq 只受大小恒定的洛倫茲力F=qvB
運動情況 類平拋運動 勻速圓周運動
運動軌跡 拋物線 圓弧
求解方法 利用類平拋運動的規律x=v0t,y=at2,a=,tan θ= 牛頓第二定律、向心力公式r=,T=,t=
考點三　帶電粒子在疊加場中運動的科技應用
項目 原理圖 規律
速度 選擇器 若qv0B=Eq,即v0=,粒子做勻速直線運動
磁流體 發電機 等離子體射入,受洛倫茲力偏轉,使兩極板分別帶正、負電,兩極板間電壓為U,穩定時,則有q=qv0B,得U=v0Bd
電磁 流量計 當q=qvB,有v= 所以Q=vS=
霍爾 元件 當磁場方向與電流方向垂直時,導體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現電勢差
考點四　帶電粒子在疊加場中的運動
1.三種場的比較
項目 力的特點 功和能的特點
重力場 大小:G=mg 方向:豎直向下 重力做功與路徑無關 重力做功改變物體的重力勢能
電場 大小:F=qE 方向:正電荷受力方向與場強方向相同,負電荷受力方向與場強方向相反 電場力做功與路徑無關 W=qU 電場力做功改變電勢能
磁場 大小:F=qvB(v⊥B) 方向:可用左手定則判斷 洛倫茲力不做功,不改變帶電粒子的動能
　　2.帶電粒子在疊加場中的運動分類
(1)靜止或勻速直線運動:當帶電粒子在疊加場中所受合外力為零時,將處于靜止狀態或做勻速直線運動。
(2)勻速圓周運動:當帶電粒子所受的重力與電場力大小相等,方向相反時,帶電粒子在洛倫茲力的作用下,在垂直于勻強磁場的平面內做勻速圓周運動。
(3)一般變速曲線運動:當帶電粒子所受合外力的大小和方向均變化,且與初速度方向不在同一條直線上,粒子做非勻變速曲線運動,這時粒子運動軌跡既不是圓弧,也不是拋物線。
(4)分階段運動:帶電粒子可能依次通過幾個情況不同的復合場區域,其運動情況隨區域發生變化,其運動過程由幾種不同的運動階段組成。
“三步”解決疊加場問題
考點五　有軌道約束的疊加場問題
帶電體在重力場、磁場、電場中運動時,從整個物理過程上看有多種不同的運動形式,其中從運動條件上看分為有軌道約束和無軌道約束。可從力、運動和能量的觀點研究有軌道約束的帶電體的運動。
　把握三點,解決“約束運動”問題
(1)對帶電體受力分析,把握已知條件。
(2)掌握洛倫茲力的公式和特點,理清彈力和摩擦力、洛倫茲力和速度、摩擦力與合力、加速度與速度等幾個關系。
(3)掌握力和運動、功和能在疊加場中的應用。
“數學圓”模型在電磁學中的應用
　　1.“放縮圓”模型的應用
適用 條件 速度方向一 定,大小不同 粒子源發射速度方向一定、大小不同的帶電粒子進入勻強磁場時,這些帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的軌跡半徑隨速度的變化而變化
軌跡圓 圓心共線 如圖所示(圖中只畫出粒子帶正電的情景),速度v越大,運動半徑也越大。可以發現這些帶電粒子射入磁場后,它們運動軌跡的圓心在垂直初速度方向的直線PP'上
界定 方法 以入射點P為定點,圓心位于PP'直線上,將半徑放縮作軌跡圓,從而探索出臨界條件,這種方法稱為“放縮圓”法
2.“旋轉圓”模型的應用
適 用 條 件 速度大小一定,方向不同 粒子源發射速度大小一定、方向不同的帶電粒子進入勻強磁場時,它們在磁場中做勻速圓周運動的半徑相同,若射入初速度為v0,則軌跡半徑為R=。如圖所示
軌跡圓 圓心共圓 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的圓心在以入射點P為圓心、半徑R=的圓上
界定 方法 將一半徑為R=的圓以入射點為圓心進行旋轉,從而探索粒子運動的臨界條件,這種方法稱為“旋轉圓”法
3.“平移圓”模型的應用
適 用 條 件 速度大小一定,方向一定,但入射點在同一直線上 粒子源發射速度大小、方向一定,入射點不同但在同一直線的帶電粒子進入勻強磁場時,它們做勻速圓周運動的半徑相同,若入射速度大小為v0,則半徑R=,如圖所示(粒子帶負電)
軌跡圓 圓心共線 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的圓心在同一直線上,該直線與入射點的連線平行或共線
界定方法 將半徑為R=的圓進行平移,從而探索粒子運動的臨界條件,這種方法叫“平移圓”法
4.突破“磁發散”和“磁聚焦”兩大難點
磁發散 磁聚焦
帶電粒子從圓形有界勻強磁場邊界上同一點射入,如果軌跡半徑與磁場半徑相等,則粒子出射方向與入射點的切線方向平行 帶電粒子平行射入圓形有界勻強磁場,如果軌跡半徑與磁場半徑相等,則粒子從磁場邊界上同一點射出,該點切線與入射方向平行
考點六　帶電粒子在交變電場、磁場中的運動
1.解決帶電粒子在交變電場、磁場中的運動問題時,關鍵要明確粒子在不同時間段內、不同區域內的受力特性,對粒子的運動情境、運動性質作出判斷。
2.這類問題一般都具有周期性,在分析粒子運動時,要注意粒子的運動周期、電場周期、磁場周期的關系。
3.解決帶電粒子在交變電場、磁場中運動問題的基本思路

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