第5章 磁场与回旋加速器
第1课时 磁与人类文明
1.下列关于磁场的说法正确的是 ( )
A．电流周围存在磁场
B．磁体周围存在磁场
C．电流对电流的作用是通过磁场发生的
D．以上说法都不对
答案：ABC
2．把小磁针N极向东置于地磁场中，放手后小磁针将(从上向下看)( )
A．顺时针转动 B．逆时针转动
C．不动 D．无法判定
解析：从上往下看，小磁针N极由指向东转为指向北，故为逆时针转动．故正确答案为B.
答案：B
3．下列说法正确的是 ( )
A．指南针指的“北”不是真正的北，两者有一定的差别
B．地理两极与地磁场两极并不重合，地磁场南极在地理南极附近，地磁场北极在地理北极附近
C．在任何星球上都能利用指南针进行方向的判断
D．我国是最早在航海上使用指南针的国家
答案：AD
4．如图5－1－4所示，假设将一个小磁针放在地球的北极点上，那么小磁针的N极将 ( )
A．指北 B．指南
C．竖直向上 D．竖直向下
解析：地理北极点上可以近似认为是地磁场的南极．根据磁体的性质，小磁针的N极将竖直向下．故正确答案为D.21教育网
答案：D
5．下列物体中，周围一定存在磁场的有 ( )
A．地球 B．通电直导线
C．钢条 D．带电金属球
答案：AB
6．下列说法中与实际情况相符的是 ( )
A．地球的磁偏角是一个定值
B．地磁场的北极在地理南极附近
C．除了地球外，到目前为止其他星球上还没有发现磁现象
D．郑和出海远航比哥伦布的远洋探险早
答案：BD
7．关于地磁场，下列叙述正确的是 ( )
A．地球的地磁场两极和地理两极重合
B．我们用指南针确定方向，指南的一极是指南针的北极
C．地磁场的北极与地理南极重合
D．地磁场的北极在地理南极附近
解析：地磁轴与地球自转轴之间存在磁偏角，因而地磁场的两极与地理的两极并不重合．地磁场的北极在地理南极的附近，指南针指南的磁极称为南极，指北的磁极称为北极．故正确答案为D.21cnjy.com
答案：D
8．关于宇宙中天体的磁场，下列说法正确的是 ( )
A．宇宙中的许多天体都有与地球相似的磁场
B．宇宙中的所有天体都有与地球相似的磁场
C．用指南针可以在任何一个天体上判别方向
D．用指南针只能在类似于地球磁场的天体上判别方向
解析：不但地球有磁场，宇宙中的许多天体也有磁场，但有些星球的磁场不是全球性的，指南针只能在有全球性磁场的星球上判别方向，否则指南针就不能工作．21世纪教育网版权所有
答案：AD
9．磁性水雷是用一个可绕轴转动的小磁针来控制起爆电路的，军舰被地磁场磁化后就变成了一个浮动的磁体，当军舰接近磁性水雷时，就会引起水雷的爆炸，其依据是 ( )21·cn·jy·com
A．磁体的吸铁性
B．磁极间的相互作用规律
C．电荷间的相互作用规律
D．磁场对电流的作用原理
解析：同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引．当军舰接近磁性水雷时，磁体间的相互作用引起小磁针的转动，与铁制引芯相吸引，接通电路，引起爆炸．
答案：B
10．关于磁铁的两个磁极，下列说法中正确的是 ( )
A．可以分开
B．不能分开
C．一定条件下可以分开
D．磁铁很小时就只有一个磁极
答案：B
课件23张PPT。第1课时 磁与人类文明图5-1-1信鸽千里归巢是一件再普通不过的事情(如图5－1－1所示)．可为鸽子导航的“地图”在哪儿？为什么在没有阳光的暴风雨天气或者在出现日食的日子鸽子不会迷路？课前自主学习1．磁体和电流都能在其周围空间产生_____，磁场是客观存在的物质．
2．磁极与磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间的相互作用是通过_____产生的．
3．磁场的方向：物理上规定，在磁场中任一点，小磁针________方向为该点磁场方向，亦即小磁针静止时_____所指的方向．
4．指南针静止时_____的磁极叫南极，又叫__极；_____的磁极叫北极，又叫___极．
5．地球由于________________________________叫做地磁场．小磁针静止时沿地球南北取向，这表明地球是一个大_____ ．地球磁体的北极位于地理_____附近；地球磁体的南极位于地理_____附近，但并不重合．知识梳理磁场磁场N极N极受力指南S指北N本身具有磁性而在其周围形成的磁场磁体南极北极1．首先发现电流磁效应的是 ( )
A．库仑 B．欧姆
C．焦耳 D．奥斯特
答案：D
2．关于磁场，下列说法正确的是 ( )
A．只有磁体周围有磁场
B．只有电流周围存在磁场
C．静止电荷周围存在磁场
D．以上说法都不正确
答案：D
基础自测3．关于地磁场，下列叙述正确的是 ( )
A．地球的地磁两极和地理两极重合
B．我们用指南针确定方向，指南针指南的一极是指南针的北极
C．地磁的北极与地理的南极重合
D．地磁的北极在地理的南极附近
答案：D
4．实验表明：磁体能吸引一元硬币，对这种现象解释正确的是 ( )
A．硬币一定是铁做的，因为磁体能吸引铁
B．硬币一定是铝做的，因为磁体能吸引铝
C．磁体的磁性越强，能吸引的物质种类越多
D．硬币中含有磁性材料，磁化后能被吸引
解析：一元硬币为钢芯镀镍，钢和镍是磁性材料，放在磁场中能够被磁化获得磁性，因而能够被磁体吸引．
答案：D5．在地球表面的位置，发现能自由转动的小磁针静止时S极指向地面，该位置是 ( )
A．地理南极附近 B．地磁场南极附近
C．赤道附近 D．无法确定
答案：A
课堂互动探究(1)物体能够吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性，具有磁性的物体叫做磁体.
(2)磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫磁极.
(3)同名磁极相斥，异名磁极相吸.
磁现象【例1】 铁棒A能吸引小磁针，铁棒B能排斥小磁针，若将铁棒A靠近铁棒B，则 ( )
A．A、B一定互相吸引
B．A、B一定互相排斥
C．A、B之间有可能无磁场力作用
D．A、B可能互相吸引，也可能互相排斥
解析：小磁针本身有磁性，能够吸引没有磁性的铁棒，故铁棒A可能有磁性，也可能没有磁性，铁棒B能排斥小磁针，说明铁棒B一定有磁性，若A无磁性，当A靠近B时，在B的磁场作用下也会被磁化而发生相互的吸引作用．若A有磁性，则A、B两磁体都分别有答案：D
【题后反思】 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引．磁铁也能吸引无磁性铁棒．北极和南极，当它们的同名磁极互相靠近时，互相排斥；当异名磁极互相靠近时，互相吸引．这说明不论A有无磁性，它们之间总有磁场力的作用，故只有D项正确． 有甲、乙两根外形相同的钢棒，用甲的一端靠近乙的一端，有相互吸引作用；用甲的一端靠近乙的中间，没有相互吸引作用．关于这两根钢棒的磁性，下列说法正确的是 ( )
A．甲棒有磁性，乙棒没有磁性
B．甲棒没有磁性，乙棒有磁性
C．甲、乙两棒都有磁性
D．无法确定哪根钢棒有磁性
答案：B
磁体与磁体之间，磁体与通电导体之间，以及通电导体之间的相互作用，是通过磁场发生的．
(1)定义
磁体或电流周围存在一种特殊物质，能够传递磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间的相互作用，这种特殊的物质叫磁场．
(2)磁场的基本性质：对放入其中的磁极和通电导线产生力的作用．
(3)磁场的产生
①永磁体周围存在磁场；②电流周围存在磁场——电流的磁效应．磁场【例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．电流与电流间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
解析：电流能产生磁场，在电流的周围有磁场存在，不论是磁极与磁极间还是电流与电流间、磁极与电流间，都有相互作用的磁场力．磁场是磁现象中的一种特殊物质，它的基本性质是对放入磁场中的磁极、电流有磁场力的作用；而电场是电荷周围存在的一种特殊物质，其最基本的性质是对放入电场中的电荷有电场力的作用，它不会对放入静电场中的磁极产生力的作用，因此，磁场和电场是两种不同的物质，各自具有其本身的特点．
答案：A
【题后反思】 磁体周围有磁场、电流周围也存在磁场，磁体与磁体之间、电流与电流之间、磁体与电流之间的相互作用都是通过磁场产生的．
以下说法正确的是 ( )
A．磁场是一种特殊的物质
B．磁场的基本特性是对置于其中的电流和磁体产生力的作用
C．磁体周围存在磁场
D．以上说法都不对
答案：ABC
(1)指南针在静止时沿地球南北方向取向，这表明地球是一个大磁体，如图5－1－2所示，地磁极的N极(北极)位于地理南极附近，地磁极的S极(南极)位于地理北极附近，但地磁两极与地理两极并不重合．有趣的是，地磁极有围绕地理极做周期运动的现象，其周期大概为数万年，在最近的五百万年间，地磁极均匀分布在地理极的四周，其平均地磁场地磁场示意图
图5-1-2位置与现代地理极重合．研究还发现，从地球形成迄今的漫长年代，地磁极曾多次发生极性倒转的现象．
(2)地磁的两极与地理的两极并不重合，并且地球的磁极在缓慢移动．地磁轴和地球自转轴两者的夹角约为11°.这个夹角叫磁偏角．如图5－1－3所示．
图5-1-3【例3】 下列说法正确的是 ( )
A．地球具有磁场
B．地球地理两极和地磁两极是重合的
C．由于地球磁极的缓慢移动，磁偏角也在缓慢变化
D．以上说法都不对
解析：地球地理两极与地磁两极并不重合，磁针并非准确地指南或指北，其间有一个交角，叫做磁偏角，由于地球磁极的缓慢移动，磁偏角也在缓慢变化，小磁针能够指向南北说明地球具有磁场．故正确答案为A、C.
答案：AC
【题后反思】 地球本身就是一个大磁体，但地理两极与地磁两极并不重合．
关于宇宙中的天体的磁场，下列说法正确的是 ( )
A．宇宙中的许多天体都有与地球相似的磁场
B．宇宙中的所有天体都有与地球相似的磁场
C．指南针在任何天体上都能像在地球上一样正常工作
D．指南针只有磁场类似于地球磁场的天体上正常工作
答案：AD知能综合训练第2课时 怎样描述磁场
1.关于磁感线，下列说法正确的是 ( )
A．两条磁感线的空隙处一定不存在磁场
B．磁感线总是由N极到S极
C．磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致
D．两个磁场叠加的区域，磁感线就可能相交
解析：磁感线是为了形象描述磁场而假想的一组有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向表示该点磁场方向，曲线的疏密程度表示磁场的强弱．在磁铁外部磁感线从N极到S极，内部从S极到N极，磁感线不相交．故正确答案为C.
答案：C
2．关于磁感线的概念和性质，以下说法中正确的是 ( )
A．磁感线上各点的切线方向就是该点的磁场方向
B．磁场中任意两条磁感线均不可相交
C．铁屑在磁场中分布所形成的曲线就是磁感线
D．磁感线总是从磁体的N极出发指向磁体的S极
答案：AB
3．关于磁通量，下列说法正确的有 ( )
A．磁感应强度大的地方，线圈的面积越大，则穿过线圈的磁通量一定大
B．穿过线圈的磁通量为零，表明该处的磁感应强度为零
C．穿过线圈的磁通量为零时，该处的磁感应强度不一定为零
D．磁通量的变化，可能是由于磁感应强度的变化而引起的，可能是由于线圈面积的变化而引起的，也可能是由于线圈与磁场方向间夹角的变化而引起的
答案：CD
4．关于磁场的下列说法中正确的是 ( )
A．磁场和电场一样，是同一种物质
B．磁场的最基本特性是对处在磁场里的磁极或电流有磁场力的作用
C．磁体与通电导体之间的相互作用是通过磁场进行的
D．电流和电流之间的相互作用是通过磁场进行的
答案：BCD
5．关于磁感线，下列说法正确的是 ( )
A．磁感线只可表示磁体磁场的强弱，不能表示电流磁场的强弱
B．磁感线是人为引入的、假想的、实际不存在的
C．顺着磁感线方向，磁场减弱
D．磁体内部无磁感线
答案：B
6．如图5－2－4所示，一半球面处于磁感应强度为B的匀强磁场中．已知球面半径为R，磁场方向与半球面的底面垂直，则穿过半球面的磁通量为多大？21世纪教育网版权所有
答案：BπR2
7．有一个矩形线圈，线圈平面与磁场方向成α角，如图5－2－5所示．设磁场为匀强磁场，磁感应强度为B，线圈面积为S，则穿过线圈的磁通量为多大？21教育网
答案：BSsin α
8．面积为S的矩形线框abcd处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框面成θ角(如图5－2－6所示)．当线框以ab为轴顺时针转90°时，求穿过abcd面的磁通量变化量．
答案：BS(cosθ＋sinθ)
9．如图5－2－7所示，矩形线圈的面积为S，置于磁感应强度为B，方向水平向右的匀强磁场中，开始时线圈与中性面重合，求线圈平面在下列情况下的磁通量的变化量．
(1)转过90°，(2)转过180°.
答案：(1)BS (2)2BS
课件29张PPT。第2课时 怎样描述磁场图5-2-1课前自主学习一、磁感应强度的方向
小磁针静止时N极所指的方向，或者说小磁针N极的_________为该点磁场的方向，也就是该点磁感应强度的方向．
二、磁感线
磁场也具有物质性和_____性，为了描述磁场的性质而引入了_______，它也是_____的曲线，在磁体外部，它由___极指向___极，在磁体内部由___极指向___极，形成____曲线．其疏密反映磁场的强弱，某点的切线方向为该点的________．知识梳理受力方向方向磁感线假想NSSN闭合磁场方向三、磁感应强度
1．穿过垂直于磁感线的____________________等于该处的磁感应强度．磁感应强度大的地方，磁感线___；磁感应强度小的地方，磁感线___ ；磁感线的疏密反映了磁感应强度的大小．
2．单位： _______，简称特，国际符号是__.
3．磁感应强度是____，既有大小，又有方向．磁场中某点磁感应强度的方向就是该点磁场的方向．
4．匀强磁场：如果在磁场的某一区域里，磁感应强度的____和____处处相同，这个区域的磁场叫做匀强磁场．单位面积的磁感线条数密疏特斯拉T矢量大小方向四、磁通量
1．定义：设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，我们把__与__的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通，用字母__表示．
2．定义：Φ＝ __.
3．单位：国际制单位为____ ，简称__，符号___.
1 Wb＝1 T·m2.
4．物理意义：磁通量表示穿过这个面的磁感线条数，对于同一个平面，当它跟磁场方向垂直时，磁场越强，穿过它的磁感线条数越多，磁通量就____ ，当它跟磁场方向平行时，没有磁感线穿过它，则磁通量为__．BSΦBSWb韦伯韦越大零1．关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是 ( )
A．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
B．磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向，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
C．磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止的
D．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的基础自测解析：磁感线是为了形象描述磁场而假设的一簇有方向的闭合的曲线，实际上并不存在，所以C、D不正确，磁场是客观存在的特殊物质，所以A正确；磁感线上每一点切线方向表示该点磁场方向，磁感线疏密表示该点磁场的强弱，小磁针静止时北极指向、北极受力方向均为磁场方向，所以B正确．
答案：AB2．下列关于磁感应强度的方向和电场强度的方向的说法，正确的是 ( )
A．电场强度的方向与电荷所受的电场力的方向相同
B．电场强度的方向与正电荷所受的电场力的方向相同
C．磁感应强度的方向与小磁针N极所受磁场力的方向相同
D．磁感应强度的方向与小磁针静止时N极所指的方向相同
解析：电场强度的方向就是正电荷受的电场力的方向，磁感应强度的方向是小磁针N极受力的方向．
答案：BCD3．关于磁感线下列说法正确的是( )
A．磁感线是磁场中实际存在的线
B．条形磁铁磁感线只分布于磁铁外部
C．当空中存在几个磁场时，磁感线有可能相交
D．磁感线上某点的切线方向就是放在这里的小磁针N极受力的方向
答案：D
4．关于磁场的方向，下列叙述中不正确的是 ( )
A．磁感线上每一点的切线方向
B．磁场N极到S极的方向
C．小磁针静止时北极所指的方向
D．小磁针的北极受力方向
解析：磁场方向规定为小磁针北极的受力方向或静止小磁针北极的指向，用磁感线表示则是磁感线的切线方向．
答案：B5．关于磁通量，下列说法中正确的是 ( )
A．磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量
B．磁通量越大，磁感应强度越大
C．穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零
D．磁通量就是磁感应强度
答案：C课堂互动探究关于磁感线的理解电场线与磁感线的比较(1)从电场、磁场的概念角度理解两种场线的相似点：矢量性——线的切线方向；强弱——线的疏密程度；方向的唯一性——空间任一点场线不相交．
(2)两种场的区别：电场线——电荷有正负——电场线有始终；磁感线——N、S极不可分离——磁感线闭合．
【例1】 下列说法正确的是 ( )
A．电场线越密的地方，电场越强；磁感线越密的地方，磁场越强
B．在电场中，任意两条电场线不会相交；在磁场中，任意两条磁感线也不会相交
C．电场线不是闭合的，而磁感线是闭合的
D．电场线某点的切线方向表示该点电场方向；磁感线某点的切线方向表示该点的磁场方向
答案：ABCD
【题后反思】 磁场是存在于磁体周围空间的一种真实的特殊物质，一个空间是否存在磁场，可以通过小磁针放入其中时是否受力来检验．而磁感线是为描述磁场而假想的曲线，并不真实存在． 下列关于磁感线的叙述，正确的是 ( )
A．磁感线是真实存在的，细铁粉撒在磁铁附近，我们看到的就是磁感线
B．磁感线始于N极，终于S极
C．磁感线和电场线一样，不能相交
D．沿磁感线方向磁场减弱
解析：本题考查磁感线，磁感线是为了形象地描绘磁场而假设的一组有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向表示该点磁场方向，曲线疏密表示磁场强弱，在磁铁外部磁感线从N极到S极到N，内部从S极至N极，磁感线不相交，故选C.
答案：C
(1)磁感应强度的方向是小磁针静止时N极指向或磁感线的切线方向．
(2)单位面积内穿过的磁感线条数越多，磁感应强度越大．
(3)磁感线越密集的地方磁感应强度越大．磁感应强度的理解【例2】 下列关于磁感应强度的方向的说法中，正确的是 ( )
A．某处磁感应强度的方向就是一小段通电导体放在该处时所受磁场力的方向
B．小磁针N极受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向
C．垂直于磁场放置的通电导线的受力方向就是磁感应强度的方向
D．磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向解析：磁场中某点磁感应强度的方向表示该点的磁场的方向，磁场方向也就是小磁针N极受力的方向．但电流受力的方向不代表磁感应强度和磁场方向．
答案：BD
【题后反思】 (1)磁感应强度的方向和小磁针N极受力方向相同，但绝非电流的受力方向．
(2)磁场中某点磁感应强度的大小和方向是确定的，和小磁针、电流的存在与否无关． 关于磁感线，下列说法正确的是 ( )
A．磁感线是真实存在的
B．磁感线是非闭合曲线
C．有磁感线的地方有磁场，没有磁感线的地方没有磁场
D．磁感线密集的地方磁场强，磁感线稀疏的地方磁场弱
答案：D
在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，我们把B和S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通．用字母Φ表示磁通量，则Φ＝BS.
(1)公式Φ＝BS中S与B垂直，且B是匀强磁场的磁感应强度．
(2)若在匀强磁场B中，有一个与磁场方向夹角为θ，面积为S的平面，则穿过这个平面的磁通量为Φ＝BSsinθ，当S与B平行时，Φ＝0.磁通量(3)磁通量的意义是表示穿过某一面积S的磁感线的条数．
(4)磁通量是标量，但有正负，其正负表示磁感线穿过面积的方向与规定的正方向相同还是相反．若有两个相反方向的磁场穿过某一面积时，则穿过这一面积的磁通量为合磁场的磁感线穿过这一面积的“净”条数．
(6)磁通量的变化一般有下列三种情况引起的
①磁感应强度B不变，有效面积S变化，则ΔΦ＝Φt－Φ0＝B·ΔS.
②磁感应强度B变化，磁感线穿过的有效面积S不变，则穿过回路中的磁通量的变化是：ΔΦ＝Φt－Φ0＝ΔB·S.
③磁感应强度B和回路面积S同时发生变化的情况，则ΔΦ＝Φt－Φ0.
特别提醒：(a)平面S与磁场方向不垂直时，要把面积S投影到与磁场垂直的方向上，即求出有效面积．(b)可以把磁通量理解为穿过面积S的磁感线的净条数．相反方向穿过面积S的磁感线可以互相抵消．
(c)当磁感应强度和回路面积同时发生变化时，ΔΦ＝Φt－Φ0，而不能用ΔΦ＝ΔB·ΔS计算．【例3】 如图5－2－2所示，两同心圆环A和B处在同一平面内，B的半径小于A的半径，一条形磁铁的轴线与圆环平面垂直，则穿过两圆环的磁通量ΦA与ΦB的大小关系是 ( )
A．ΦA>ΦB
B．ΦA＝ΦB
C．ΦA<ΦB
D．无法比较
图5-2-2解析：磁感线是闭合曲线，在磁体的外部是从N极到S极，在磁体的内部是从S极到N极．由图可知穿过两圆环的磁感线有磁体内部的全部磁感线(由S极指向N极)和磁体外部的部分磁感线(由N极回到S极)，二者方向相反，因此，穿过两圆环的磁通量应是两者抵消后的净磁通量，其磁感线方向是由S极指向N极．由于穿过环A的磁感线的净条数小于穿过环B的磁感线的净条数，故正确答案为C.
答案：C
【题后反思】 磁通量是标量，但有正负之分，方向相反的磁感线可以相互抵消，穿过线圈的磁通量是穿过这一面积的净磁通量． 如图5－2－3所示，线圈平面与水平方向成θ角，磁感线竖直向下，设磁感应强度为B，线圈面积为S，则穿过线圈的磁通量Φ＝________.
答案：BScosθ 图5-2-3知能综合训练第3课时 探究电流周围的磁场
1．在三维直角坐标系中，电子沿y轴正方向运动，如图5－3－14所示，由于电子的运动产生的磁场在a点的方向是 ( )
A．＋x方向 B．－x方向
C．＋z方向 D．－z方向
解析：电流能在其周围产生磁场，而电流是由电荷的定向运动所形成的，所以做定向运动的电子也能在其周围产生磁场，由安培定则可确定磁场的方向．沿＋y方向运动的电子，形成沿－y方向的直线电流，由安培定则可知，a点磁场方向沿－x方向．21世纪教育网版权所有
答案：B
2．铁环上绕有绝缘的通电导线，电流方向如图5－3－15所示，则在铁环中心O处的磁场方向为 ( )21·世纪*教育网
A．向下
B．向上
C．垂直纸面向里
D．垂直纸面向外
答案：A
3．一根电缆埋藏在一堵南北走向的墙里，在墙的西侧处，当放一指南针时，其指向刚好比原来旋转180°，由此可以判定，这根电缆中电流的方向为( )
A．可能是向北 B．可能是竖直向下
C．可能是向南 D．可能是竖直向上
解析：在地磁场的作用下，小磁针静止时N极指向地理上的北极，现旋转180°，即小磁针的N极现指向地理上的南极，小磁针的偏转是由通电导线产生的磁场引起的，说明通电电流在小磁针所在处产生的磁场方向向南，故应是竖直向上的通电电流．本题正确的答案为D.www.21-cn-jy.com
答案：D
4．如图5－3－16所示，a、b为两根垂直纸面的导体通以大小相等的电流，两导体旁有一点P，P点到a、b的距离相等，要使P处磁场方向向右，则a、b中的电流方向为 ( )
A．都向外
B．都向里
C．a中电流向外，b中电流向里
D．a中电流向里，b中电流向外
解析：要使P点磁场方向向右，就应使a中电流的磁场垂直aP斜向上，使b中电流的磁场垂直bP斜向下，如左图所示．由安培定则可知，正确选项为C.2-1-c-n-j-y
答案：C
5．取两个完全相同的长导线，用其中一根绕成如图5－3－17(a)所示的螺线管，当该螺线管中通以电流强度为I的电流时，测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B，若将另一根长导线对折后绕成如图(b)所示的螺线管，并通以电流强度也为I的电流时，则在螺线管内中部的磁感应强度大小为 ( )www-2-1-cnjy-com
图5－3－17
A．0 B．0.5B C．B D．2B
解析：用双线绕成的螺线管，双线中的电流刚好相反，其在周围空间产生的磁场相互抵消，所以螺线管内部磁感应强度为零．21·cn·jy·com
答案：A
6．根据安培假设的思想，认为磁场是由于运动电荷产生的，这种思想如果对地磁场也适用，而目前在地球上并没有发现相对地球定向移动的电荷，那么由此推断，地球应该 ( ) 21*cnjy*com
A．带负电 B．带正电
C．不带电 D．无法确定
答案：A
7．如图5－3－18所示，带负电的金属环绕轴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 ( )【来源：21cnj*y.co*m】
A．N极竖直向上
B．N极竖直向下
C．N极沿轴线向右
D．N极沿轴线向左
答案：C
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 ( )2·1·c·n·j·y
A．分子电流消失
B．分子电流取向变得大致相同
C．分子电流取向变得杂乱
D．分子电流减弱
答案：C
9．已知长直通电导线周围，离导线越远处磁场越弱，图中的中央小圆表示导线的截面，并标出了流过导线的电流的方向，其外围画的是磁感线，并标明了它的方向，图中正确的是 ( )21教育网
答案：C
10．如图5－3－19所示，弹簧秤下挂一条形磁棒，其中条形磁棒N极的一部分位于未通电的螺线管内，下列说法正确的是
( )
A．若将a接电源正极，b接负极，弹簧秤的示数将减小
B．若将a接电源正极，b接负极，弹簧秤的示数将增大
C．若将b接电源正极，a接负极，弹簧秤的示数将增大
D．若将b接电源正极，a接负极，弹簧秤的示数将减小
解析：当a接电源正极，螺线管内部磁场的方向向上，条形磁铁N极受力方向向上；当b接电源正极，螺线管内部磁场方向向下，磁铁N极受力向下．注意本题中条形磁铁的放置位置，S极受到的磁场力应小于N极受力．
答案：AC
11．如图5－3－20是一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图．其工作原理类似打点计时器．当电流从电磁铁的接线柱a流入，吸引小磁铁向下运动，以下选项中正确的是 ( )21cnjy.com
图5－3－20
A．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为N极
B．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为S极
C．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为S极
D．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为N极
解析：电流从电磁铁的接线柱a流入，根据安培定则，电磁铁的上端为S极，再根据异名磁极相互吸引，小磁铁下端为N极，故选项D正确．
答案：D
12．在图5－3－21中画出甲、乙两个通电螺线管的绕线方向，要求开关S1、S2闭合后甲、乙两通电螺线管互相排斥．【来源：21·世纪·教育·网】
解析：此题考查运用通电螺线管的磁极性质和电流方向的关系、磁极间相互作用规律解决问题的能力和作图能力，是一个结论开放题．从解题过程中可知，通电螺线管的极性不仅和电流从螺线管哪端流入有关，而且还和螺线管的绕线方向有关．解答本题时可以先画出甲螺线管的绕线方法，根据通电螺线管的极性和电流方向的关系判定甲螺线管右端的磁极性质，再根据同名磁极相互排斥确定乙螺线管左端的磁极性质，最后根据通电螺线管的极性和电流方向的关系确定乙螺线管的绕线方法；也可以先确定甲、乙螺线管相靠近端均为N极或均为S极，再根据通电螺线管的极性和电流方向的关系确定甲、乙两螺线管的绕线方法．综上所述，可得出到(1)(2)两种解法．
答案：甲、乙两个通电螺线管的绕线方向如图所示．
课件34张PPT。第3课时 探究电流周围的磁场1820年，丹麦物理学家奥斯特发现通电导线也能使小磁针偏转，终于揭示了电与磁的联系．为此，安培写道：“奥斯特先生……已经永远把他的名字和一个新纪元联系在一起了．”法拉第则评论说：“他突然打开了科学中一个黑暗领域的大门，使其充满光明．”那么电流周围的磁场有什么特征呢？如图5－3－1所示.
图5-3-1课前自主学习一、几种常见的磁场
电流的磁场可以用安培定则来判定：
1．用安培定则判定直线电流的磁场方向：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是_________________．
2．用安培定则判定通电螺线管内部的磁场方向：右手握住螺线管，让弯曲的四指方向与电流方向一致，_____所指的方向就是螺线管内部的磁场的方向．知识梳理磁感线环绕的方向拇指3．用安培定则判定环形电流的磁场方向：右手握住环形导线，弯曲的四指所指的方向与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上的_____________．
二、安培分子电流假说
内容：在原子、分子等物质微粒的内部存在着一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，分子的两侧相当于两个_____．磁感线的方向磁极三、匀强磁场
在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应强度____和_____相同，这个区域的磁场叫做匀强磁场．距离很近的两个异名磁极之间的磁场，除边缘部分外，可以视为匀强磁场，通电螺线管内部的磁场也可以视为匀强磁场．匀强磁场的磁感线是_______________________．
大小方向一些间隔相同的平行直线1．下列说法中正确的是 ( )
A．只有磁铁周围才有磁场
B．电荷的周围一定有电场和磁场
C．永久磁铁的磁场与电流周围的磁场是两种不同的磁场
D．电流能产生磁场说明电和磁是有联系的
解析：磁铁和电流周围都有磁场且性质相同，而电流是电荷定向移动形成的．所以，运动电荷周围既有电场又有磁场，静止电荷周围只有电场，A、B、C不对，电流产生磁场就是电和磁有关的证明，所以D对．
答案：D基础自测2．关于电场线与磁感线的概念，以下说法中正确的是 ( )
A．电场线与磁感线都是不封闭的曲线
B．沿着磁感线的方向，磁感应强度越来越小
C．任意两条电场线或磁感线都不会相交
D．通电螺线管内部的小磁针静止时N极的指向与该处磁感线的方向相反
解析：电场线是由正电荷出发终止于负电荷，而磁感线是封闭曲线，故A错误，磁感应强度的大小是看疏密而不是看方向，故B错误．电场线或磁感线的切线方向为该处的场的方向，而场只有一个方向，所以两条电场线或磁感线不能相交，C正确．无论是在螺线管内部还是外部，小磁针静止时N极指向为该处的磁场方向，故D错误．
答案：C3．如图5－3－2所示，一矩形线圈与通有相同大小的电流的平行直导线在同一平面，而且处在两导线的中央，则 ( )
A．两电流同向时，穿过线圈的磁通量为零
B．两电流反向时，穿过线圈的磁通量为零
C．两电流同向或反向，穿过线圈的磁通量都为零
D．两电流产生的磁场是不均匀的，因此不能判定穿过线圈的磁通量大小
答案：A 图5-3-24．如图5－3－3所示，当有电流通过线圈时，磁针将发生偏转，以下判断正确的是 ( )
A．当线圈通以沿顺时针方向的电流时，磁针N极将指向读者
B．当线圈通以沿逆时针方向的电流时，磁针S极将指向读者
C．当磁针N极指向读者时，线圈中的电流沿逆时针方向
D．以上判断均不正确
答案：C
图5-3-35．关于磁现象的电本质，正确的说法是 ( )
A．磁现象是运动电荷(电流)之间通过磁场发生的相互作用
B．除永磁铁外，一切磁场都是运动电荷(电流)产生的
C．磁就是电，电就是磁
D．安培根据原子结构理论，进行严格推理得出分子电流的概念，提示了磁现象的电本质
答案：AD课堂互动探究在掌握各类磁场的分布时，要牢记地磁场、条形磁铁、蹄形磁铁等永磁体的磁场分布以及直线电流、环形电流和通电螺线管周围空间的磁场分布，要能熟练地用磁感线正确表示，以图示方法画出磁感线的分布情况(包括正确的方向和大致的疏密程度)，还要能根据解题的需要选择不同的图示(如立体图、纵剖面图或横断面图等).
(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场
在磁体的外部，磁感线从N极射出进入S极(如图5-3-4所示)，在内部也有相应条数的磁感线(图中未画出)与外部磁感线衔接并组成闭合曲线.几种常见的磁感线图5-3-4(2)直线电流的磁场
直线电流的磁感线是在垂直于导线平面上的以导线上某点为圆心的同心圆(如图5－3－5所示)，其分布呈现“中心密边缘疏”的特征，从不同角度观察，如图5－3－6所示．磁感线分布
图5-3-5 图5-3-6(3)环形电流的磁场
如图5－3－7中甲、乙、丙从不同角度观察，环形电流的磁感线是一组穿过环所在平面的曲线，在环形导线所在平面处，各条磁感线都与环形导线所在的平面垂直．
图5-3-7(4)通电螺线管的磁感线与条形磁铁相似，一端相当于北极N，另一端相当于南极S.
小磁针在通电螺线管周围空间的指向，不论是在管内还是在管外，都可以根据磁感线的方向加以判断，如图5－3－8甲所示．
图5-3-8(5)匀强磁场
在磁场的某些区域内，若磁感线为同向、等间距的平行的直线，则这个区域的磁场叫做匀强磁场．
图5-3-9通有稳恒电流的长直螺线管内的中央区域的磁场可看作匀强磁场，如图5－3－8乙所示．当条形磁铁N和S两磁极端面相互平行，且距离较近时，磁极间的磁场也可看作匀强磁场，如图5－3－9所示．【例1】 关于磁场和磁感线的描述，下列哪些是正确的 ( )
A．磁感线从磁体的N极出发到磁体的S极终止
B．自由转动的小磁针放在通电螺线管内部，其N极指向螺线管的北极
C．磁感线的方向就是磁场方向
D．两条磁感线空隙处不存在磁场
解析：磁感线与电场线不同，它是一条闭合曲线，在磁体的外部由N极到S极，而在磁体的内部则由S极到N极，故选项A是不正确的．
螺线管内部的磁感线和条形磁铁相似，是由S极到N极，即磁场方向也就是从S极指向N极，所以放置其中的小磁针N极必然是指向磁场方向，即螺线管的北极，故选项B正确．
只有磁感线是直线时，磁感线的方向才与磁场方向一致；如果磁感线是曲线，那么某点的磁场方向是用该点的切线方向来表示的，故选项C不正确．磁感线是为研究问题方便而假想的曲线，磁场中磁感线有无数条，故提出两条磁感线之间是否有空隙，是否存在磁场等类似的问题是毫无意义的，故选项D不正确．
答案：B【题后反思】 磁感线是闭合曲线，在磁体外部由N极指向S极，在内部由S极指向N极，磁感线上任一条切线方向表示该点磁场方向．
下列说法中正确的是 ( )
A．磁感线上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．磁场真实分布在立体空间，所以磁感线也真实存在于立体空间中
C．磁感线从磁体的N极出发，到S极终止
D．两条磁感线的空隙处一定不存在磁场
E．两个磁场叠加的区域，磁感线就可能相交
F．磁感线的方向就是磁场方向
解析：根据物理学的规定，小磁针北极受力方向或小磁针静止时北极所指的方向就是那一点的磁场方向，而磁感线上每一点的切线方向都在该点的磁场方向上，故A正确．磁感线是为了形象地描述磁场而人为引入的，并非真实存在的，故B错．磁感线与电场线不同，它是封闭曲线，在磁体外部由N极到S极，而在磁体内部则由S极到N极，并无终止，C错．磁感线是为了研究问题方便而假想的曲线，磁场并不依赖于磁感线而存在，所以讨论磁感线间是否有空隙、是否存在磁场等类似的问题是毫无意义的，D错．磁场叠加后性质发生变化，相应的磁感线形状可能会发生变化，但无论怎样，磁感线一定不会相交，E错．只有磁感线是直线时，磁感线的方向才与磁场方向一致，磁感线是曲线时，磁场的方向是用该点的磁感线的切线方向来表示的，F错．
答案：A关于电流磁场方向的判定，要求能正确掌握安培定则的两种用法，自直线电流的磁场过渡到环形电流的磁场，再到通电螺线管的磁场，由简到繁，领会安培定则两种用法的一致性．例如对环形电流，我们可以看作由很多小的直线电流组成，让伸直的大拇指指向电流方向，则弯曲的四指所指为磁感线环绕方向，结果同让弯曲的四指指向电流方向，伸直的大拇指指向为中心轴线上的磁感线方向一致．这说明安培定则(1)和安培定则(2)是一致的．安培定则的应用在正确判定通电螺线管内部磁场方向的基础上，依据螺线管内部与外部的磁感线衔接形成一些闭合曲线并且环绕方向一致，明确其N、S极的相对位置，理解内部“磁感线是由S极指向N极的”．【例2】 如图5－3－10所示，一束带电粒子沿水平方向沿虚线飞过磁针上方，并与磁针方向平行，能使磁针的N极转向读者，那么这束带电粒子可能是 ( )
A．向右飞的正离子
B．向右飞的负离子
C．向左飞的正离子
D．向左飞的负离子
图5-3-10解析：小磁针N极的指向即是磁针所在处的磁场方向．题中磁针S极向纸内偏转，说明离子束下方的磁场方向由纸内指向纸外．由安培定则可判定由离子束的定向运动所产生的电流方向由右向左，故若为正离子，则应是自右向左运动，若为负离子，则应是自左向右运动．
答案：BC
【题后反思】 带电粒子束的定向移动可以看作“等效电流”，正电荷定向移动方向和“等效电流”方向相同，负电荷相反；“等效电流”的磁场也可以应用安培定则判定． 在蹄形铁芯上绕有线圈，如图5－3－11所示，根据小磁针的指向，画出线圈的绕线方向．
图5-3-11解析：首先由小磁针静止时N极的指向可以确定，绕在蹄形铁芯上的线圈通电后，产生的磁场方向，是从铁芯左方到右方，即蹄形铁芯左方为N极，右方为S极，再根据电源标出电流方向，铁芯左方上端为N极，铁芯左方线圈中电流方向如图所示，由安培定则可知，左侧线圈的绕线方向如图所示．同理，铁芯右侧上端为S极，线圈中电流方向如图所示，根据安培定则可知，线圈绕线方向如图所示．
答案：线圈的绕线方向如图所示．(1)磁场是矢量，不仅有大小而且有方向．
(2)磁场的迭加遵循平行四边形定则．
磁场的迭加问题【例3】 如图5－3－12所示，两个完全相同的通电圆环A、B圆心O重合、圆面相互垂直的放置，通电电流相同，电流方向如图所示，设每个圆环在其圆心O处独立产生的磁感应强度都为B0，则O处的磁感应强度大小为 ( )
A．0 B．2B0
C.B0 D．无法确定
图5-3-12答案：C
【题后反思】 磁场是矢量，在合成时遵循平行四边形定则，熟练应用右手定则判定电流周围的磁场分布． 如图5－3－13所示，环中电流方向是上半圆顺时针，下半圆是逆时针，且I1＝I2，则环中心O点磁场是 ( )
A．最大，方向是垂直纸面向外
B．最大，方向是垂直纸面向里
C．为零
D．无法确定
答案：C 图5-3-13知能综合训练第4课时 探究安培力
1.在图中，标出了磁场的方向、通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受安培力F的方向，其中正确的是 ( )21世纪教育网版权所有
答案：C
2．关于磁场对通电直导线的作用力(安培力)，下列说法中正确的是 ( )
A．通电直导线在磁场中一定受到安培力的作用
B．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟磁场的方向垂直
C．通电直导线在磁场中所受安培力的方向一定跟电流的方向垂直
D．通电直导线在磁场中所受安培力的方向垂直于由B和I所确定的平面
答案：BCD
3．有检验电流元长1 cm，并通以1 A的电流，把它垂直于磁场方向放于磁场中的某点时，受到的磁场力为0.1 N，则该点的磁感应强度的大小为 ( )21教育网
A．10 T B．5 T C．2 T D．2.5 T
解析：根据F＝BIL，B＝＝ T＝10 T.
答案：A
4．如图5－4－12所示，用两根相同的细绳水平悬挂一段均匀载流直导线MN，电流I方向从M到N，绳子的拉力均为F.为使F＝0，可能达到要求的方法是 ( )21·世纪*教育网
图5－4－12
A．加水平向右的磁场
B．加水平向左的磁场
C．加垂直纸面向里的磁场
D．加垂直纸面向外的磁场
答案：C
5．在测定某磁场中一点的磁场强弱时，得到下图中的几个关系图像，正确的是 ( )21·cn·jy·com
答案：AD
6．停在十层的电梯底板上放有两块相同的条形磁铁，磁铁的极性如图5－4－13所示．开始时两块磁铁在电梯底板上处于静止状态 ( )www.21-cn-jy.com
图5－4－13
A．若电梯突然向下开动(磁铁与底板始终相互接触)，并停在一层，最后两块磁铁可能已碰在一起
B．若电梯突然向下开动(磁铁与底板始终相互接触)，并停在一层，最后两块磁铁一定仍在原来位置
C．若电梯突然向上开动，并停在二十层，最后两块磁铁可能已碰在一起
D．若电梯突然向上开动，并停在二十层，最后两块磁铁一定仍在原来位置
解析：两块磁铁原来静止，则磁铁所受静摩擦力大于或等于磁铁间的吸引力，当电梯突然向下开动，由于失重，最大静摩擦力会减小，当最大静摩擦力减小到小于磁铁间的吸引力时，两磁铁会相互靠近而碰在一起，故A对B错；若电梯向上开动，当电梯在最后减速运动时，磁铁同样处于失重状态，故C对D错．
答案：AC
7．一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘，垂直放置，且两个线圈的圆心重合，当两线圈都通过如图5－4－14 所示方向的电流时，则从左向右看，线圈L1将 ( )21cnjy.com
A．不动 B．顺时针转动
C．逆时针转动 D．向纸外平动
答案：C
8．在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图5－4－15.过c点的导线所受安培力的方向 ( )2·1·c·n·j·y
A．与ab边平行，竖直向上
B．与ab边平行，竖直向下
C．与ab边垂直，指向左边
D．与ab边垂直，指向右边
解析：因a、b处的导线中的电流方向垂直纸面向内，根据右手螺旋定则可以判断a处导线中的电流在c处产生的磁场方向为与ac边垂直且指向左下方；b处导线中的电流在c处产生的磁场方向为与bc边垂直且指向右下方．由几何知识可得两个磁场方向的夹角为60°，又由于c点距a、b两点的距离相等，a、b处导线中的电流相等，所以产生的两个磁感应强度大小也相等，由平行四边形定则合成后的磁场方向竖直向下．由左手定则可以判断c处导线受到的安培力与ab边垂直，指向左边，故选项C正确．【来源：21·世纪·教育·网】
答案：C
9．如图5－4－16所示，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央上方固定一根长直导线，导线与条形磁铁垂直．当导线中通以垂直于纸面向里的电流时，用N表示磁铁对桌面的压力，f静表示桌面对磁铁的摩擦力，则导线通电后与通电前受力相比较是 ( )2-1-c-n-j-y
A．N减小，f静＝0 B．N减小，f静≠0
C．N增大，f静＝0 D．N增大，f静≠0
解析：如右图所示，画出一条通电电流为I的导线所在处的磁感线，导线处的磁场方向水平向左，由左手定则知，导线受安培力方向竖直向上．根据牛顿第三定律可知，电流对磁铁的反作用力方向竖直向下，所以磁铁对桌面压力增大，而桌面对磁铁无摩擦力作用，故正确答案为C. 21*cnjy*com
答案：C
10．如图5－4－17所示，在条形磁铁的S极附近悬挂一个线圈，磁铁水平放置，其轴线与线圈共面并通过线圈的圆心．当线圈中通以沿图示方向的电流时，将会出现什么现象 ( )【来源：21cnj*y.co*m】
A．线圈向磁铁平移
B．线圈远离磁铁平移
C．从上往下看，线圈顺时针转动，同时靠近磁体
D．从上往下看，线圈逆时针转动，同时靠近磁体
解析：本题可以先利用电流元法，然后再利用结论法．
答案：D
11．如图5－4－18所示，PQ和MN为水平放置的平行金属导轨，相距1 m．导体棒ab跨放在导轨上，棒的质量为m＝0.2 kg.棒的中点用细绳经滑轮与物体相连，物体的质量M＝0.3 kg，棒与导轨的动摩擦因数μ＝0.5.匀强磁场的磁感应强度B＝2 T，方向竖直向下．为了使物体匀速上升，应在棒中通入多大的电流？方向如何？(取g＝10 m/s2)www-2-1-cnjy-com
答案：2 A 方向为a→b
12．如图5－4－19是导轨式电磁炮实验装置示意图．两根平行长直金属导轨沿水平方向固定，其间安放金属滑块(即实验用弹丸)，滑块可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨保持良好接触．电源提供的强大电流从一根导轨流入，经过滑块，再从另一导轨流回电源，滑块被导轨中的电流形成的磁场推动而发射．在发射过程中，该磁场在滑块所在位置始终可以简化为匀强磁场，方向垂直于纸面，其强度与电流的关系为B＝kI，比例常量k＝2.5×10－6 T/A.
已知两导轨内侧间距l＝1.5 cm，滑块的质量m＝30 g，滑块沿导轨滑行x＝ 5 m后获得的发射速度v＝3.0 km/s(此过程视为匀加速运动)．
图5－4－19
(1)求发射过程中电源提供的电流是多大？
(2)若电源输出的能量有4%转换为滑块的动能，则发射过程中电源的输出功率和输出电压各是多大？
解析：(1)由匀加速运动公式有
a＝＝9×105 m/s2
由安培力公式和牛顿第二定律，有
F＝IlB＝kI2l＝ma
因此I＝＝8.5×105 A.
(2)滑块获得的动能是电源输出能量的4%，即
PΔt×4%＝mv2
发射过程中电源供电时间Δt＝＝×10－2 s
所需的电源输出功率为P＝＝1.0×109 W
由功率P＝UI，解得输出电压U＝＝1.2×103 V.
答案：(1)8.5×105 A (2)1.0×109 W 1.2×103 V
课件44张PPT。第4课时 探究安培力 图5-4-1课前自主学习一、探究影响通电导线受力的因素
1．在物理学中，把很短的一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL称作_______．
知识梳理电流元不变的无关二、磁感应强度
1．定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力跟电流I和导线长度L的乘积IL的_____叫磁感应强度．它是表示磁场的强弱和方向的物理量，通常用字母B表示．
比值3．物理意义：B是描述_____性质的物理量．
4．单位：国际单位制中是_______，简称特，符号是T.
5．B是矢量，其方向就是磁场方向，即小磁针静止时N极的指向或N极的_____方向．
三、安培力的方向
1．安培力： __________在磁场中受到的力称为安培力．
安培力是磁场对电流的作用力，是一种性质力，它与静电力、摩擦力、重力、弹力等一样是一种性质力，不是按效果命名的力．磁场特斯拉受力通电导线2．用左手定则判断通电导线在磁场中受到的安培力的方向：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并使四指指向_____的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．
四、安培力的大小
磁场中的通电导线，通常会受到安培力的作用，但并不等于“总是要受到安培力的作用”，安培力的大小不仅仅是由B、I、L三者决定，还与电流I和B之间的_____有关．电流夹角1．当通电导线与磁感线垂直时，即电流方向与磁感线方向垂直时，所受的安培力最大：F＝ ____.
2．当通电导线与磁感线不垂直时，如图5－4－2所示，电流方向与磁感线方向成θ角，通电导线所受的安培力为F＝ _______.
3．当通电导线与磁感线平行时，所受安培力为__.
图5-4-2BILBILsinθ0五、磁电式电流表
1．构造：主要构件有蹄形磁铁、圆柱形铁芯、铝框、线圈、转轴、螺旋弹簧、指针、接线柱．
2．工作原理：当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用．由左手定则可以判断，线圈左右两边所受的安培力方向相反，所以架在轴上的线圈就要_____ ．
3．线圈转动时，螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力就越大，线圈偏转的角度越大，所以从线圈偏转的角度就能判断通过的电流大小；线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随之改变，指针的偏转方向也随之_____ ．转动改变基础自测A．随IL的乘积的增大而减小
B．随F的增大而增大
C．与F成正比，与IL成反比
D．与F及IL无关，由F和IL的比值确定
解析：磁场中某一点的磁感应强度是由形成磁场的磁体或电流的强度与分布情况决定的，与放入其中的电流元无关，电流元所起的作用仅仅是对磁场进行探测，从而确定该点磁场的磁感应强度，因此本题答案为D.
答案：D2．有一小段通电导线，长为1 cm，电流强度为5 A，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为0.1 N，则该点的磁感应强度B一定是 ( )
A．B＝2 T B．B≤2 T
C．B≥2 T D．以上情况都有可能
答案：C
3．如图5－4－3所示，把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽的水银接触．通电后，你预计会发生什么现象？怎样解释这个现象？
解析：注意两个隐含条件：
(1)柔软的弹簧——弹簧有伸缩性．
(2)弹簧下端刚好与水银接触——弹簧很容易离开水银． 图5-4-3答案：弹簧上下振动，电流交替通断．发生这种现象的原因是：弹簧通入电流时，弹簧各相邻线圈中电流方向相同，线圈之间相互吸引，使弹簧收缩，则电路断开；电路断开后，因电流消失，线圈之间相互作用消失，因而弹簧恢复原来状态，电路又被接通，这个过程反复出现，使得弹簧上下振动，电路交替通断．
4．如图5－4－4所示，A为一水平旋转的橡胶盘，带有大量均匀分布的负电荷，在圆盘正上方水平放置一通电直导线，电流方向如图．当圆盘高速绕中心轴OO′转动时，通电直导线所受磁场力的方向是 ( )
A．竖直向上
B．竖直向下
C．水平向里
D．水平向外
答案：C
图5-4-45．关于通电直导线所受安培力F，磁感应强度B和电流I三者方向之间的关系，下列说法正确的是
( )
A．F、B、I三者必定均保持垂直
B．F必定垂直于B、I，但B不一定垂直于I
C．B必定垂直于F、I，但F不一定垂直于I
D．I必定垂直于F、B，但F不一定垂直于B
答案：B
课堂互动探究
(1)在定义式 中，通电导线必须垂直于磁场方向放置.因为磁场中某点通电导线受力的大小，除和磁场强弱有关以外，还和导线的方向有关.导线放入磁场中的方向不同，所受磁场力也不相同.通电导线受力为零的地方，磁感应强度B的大小不一定为零.
(2)磁感应强度B的大小只决定于磁场本身的性质，与F、I、L无关.
(3)通电导线受力的方向不是磁场磁感应强度的方向.关于磁感应强度B的定义式的理解(4)磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L应很短很短，IL称作“电流元”，相当于静电场中的“点电荷”.
【例1】 有关磁感应强度的下列说法中，正确的是 ( )
A．磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量
B．若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零答案：AA．B由F、I和L决定 B．F由B、I和L决定
C．I由B、F和L决定 D．L由B、F和I决定
答案：B(1)内容：伸开左手，让拇指与其余四个手指垂直，并与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，那么，拇指所指方向即为通电直导线在磁场中所受安培力的方向．
(2)应用：左手定则反映了磁场方向、电流方向以及电流受力方向三者之间的关系，在电流方向与磁场方向相垂直的情况下，知道这三个方向中的任意两个，就可以用左手定则判断出第三个的方向．
安培力方向的判断(3)注意事项：不管电流方向与磁场方向是否垂直，安培力方向总垂直于电流方向与磁场方向所确定的平面，当电流方向与磁场方向不垂直时，仍可用左手定则来判断安培力的方向，只是磁感线不再垂直穿过手心.
(4)安培力的特点
F⊥B，F⊥I，即F垂直于B和I确定的平面.
(1)知道电流、磁感应强度的方向，可用左手定则唯一确定F的方向.
(2)知道F和电流的方向，不能唯一确定磁感应强度B的方向，此时磁场B的方向可能是垂直于F而与I成任意角(θ≠0°)的方向.【例2】 如图5－4－5所示，一金属直杆MN两端接有导线悬挂于线圈上方，MN与线圈轴线均处于竖直平面内，为使MN垂直纸面向外运动，可以 ( )
图5-4-5A．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端接在交流电源的一端，b、d端接在交流电源的另一端解析：A项中接法，螺线管上端由安培定则知为N极，MN中电流方向向右，由左手定则知MN垂直纸面向外运动．
B项中接法使螺线管上端为S极，MN中电流由N到M，由左手定则可判断B项正确．同理可知C项错误．
D项，当ac端为正极、bd端为负极时，同A项；当ac端变为负极，bd端变为正极时，同B项；故D项正确．
答案：ABD【题后反思】 (1)安培定则、左手定则往往同时应用．应特别注意，安培定则是判断电流的磁场方向，又称右手螺旋定则，用右手判断，而左手定则是用左手判断电流的受力情况的．
(2)受到安培力作用的电流，也产生磁场，这一磁场对产生原磁场的磁场(或电流、或运动电荷)也有力的作用，这个力就是安培力的反作用力． 如图所示，表示磁场方向、电流方向及导线受力方向正确的图是 ( )
解析：磁场方向和电流方向垂直时，安培力方向、磁场方向和电流方向三者是两两垂直的，满足左手定则．故正确答案为A.
答案：A 安培力的大小：安培力的大小不仅与B、I、L有关，还与导线在磁场中的放置方向有关．
(1)当通电导线与磁场方向平行时，通电导线不受安培力．
(2)当通电导线与磁场方向垂直时，所受安培力最大，Fmax＝BIL.
(3)当通电导线与磁场方向斜交时，其所受安培力介于零和最大值之间．如图5－4－6所示．
安培力大小的计算 图5-4-6将B正交分解成B⊥＝Bsinθ和B∥＝Bcosθ，而B∥对电流没有作用，在此种情况下，F＝B⊥IL即F＝BILsinθ.(4)注意事项：
①公式适用于匀强磁场．
②弯曲导线的有效长度l，等于两端点所连直线的长度(如图5－4－7所示)；相应的电流方向，沿l由始端流向末端，因为任意形状的闭合线圈，其有效长度l＝0，所以通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和一定为零．
图5-4-7【例3】 如图5－4－8所示，将长度为20 cm，通有0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中，已知磁感应强度B＝1 T，试求出各图中导线所受安培力的大小和方向．
图5-4-8解析：本题考查左手定则的应用及安培力大小的计算，由左手定则和安培力的计算公式可知．
解：(1)因导线与磁感线平行，所以安培力为零．
(2)由左手定则知：安培力方向垂直导线水平向右，大小F＝BIL＝1×0.1×0.2 N＝0.02 N.
(3)磁场方向与电流方向仍是垂直的，由左手定则可知安培力的方向在纸面内垂直导线斜向上，大小F＝BIL＝0.02 N.【题后反思】 (1)用左手定则判断安培力的方向时，要注意安培力既与导线垂直又与磁场方向垂直，但磁场方向与导线方向可成任意角．
(2)在利用F＝BILsinθ计算安培力的大小时，注意θ角为导线与磁场方向的夹角．
如图5－4－9所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒，在导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是 ( )
图5-4-9答案：A(1)电流元法
即把整段电流等效为多段直线电流元，运用左手定则判断出每小段电流元受安培力的方向，从而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向．
(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所受安培力方向，从而确定运动方向．通电导体在安培力作用下的运动(3)等效法
环形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成环形电流或通电螺线管．通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析．
(4)利用结论法
①两电流相互平行时无转动趋势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥．?
②两电流不平行时，有转动到相互平行且方向相同的趋势．
利用这些结论分析，可事半功倍．
【例4】 如图5－4－10所示，把轻质导线圈用绝缘细线悬挂在磁铁N极附近，磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入如图所示方向的电流后，判断线圈如何运动？
解析：解法一：把圆形线圈分成很多小段，每一小段可以看作一段直线电流，取其中的上下两小段分析，其截面图和受安培力的情况如右图所示．根据其中心对称性可知，线圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向磁铁运动． 图5-4-10解法二：我们还可以用等效法来分析．将题图中的环形电流根据安培定则可等效为一个小磁针，如下图(1)所示，所以磁铁和线圈相互吸引，线圈将向磁铁运动．我们还可以将题图中的条形磁铁等效为环形电流，根据安培定则，其等效环形电流方向如下图(2)所示．由同向平行电流相互吸引可知，磁铁和线圈相互吸引，线圈将向磁铁运动．
答案：向磁铁运动【题后反思】 把整段电流分成很多段小直线电流，其中每一小段就是一个电流元．先用左手定则判断出每一小段电流元受到的安培力的方向，再判断整段电流所受安培力的方向，从而确定导体的运动方向．这种方法叫电流元法．
环形电流可以等效为小磁针(或条形磁铁)，条形磁铁也可等效成环形电流，通电螺线管可以等效成很多的环形电流来分析．这种方法称为等效法．
如图5－4－11所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流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
?
图5-4-11解析：(1)电流元法：把直线电流等效为AO、OB两段电流元，由左手定则可以判断出AO段受力方向垂直纸面向外，OB段受力方向垂直纸面内，因此，从上向下看AB将以中心O为轴顺时针转动．
(2)特殊位置法：用导线转过90°的特殊位置来分析，根据左手定则判得安培力的方向向下，故导线在顺时针转动的同时向下转动．
答案：A知能综合训练第5课时 探究洛伦兹力
1.一个电子穿过某一空间而未发生偏转，则 ( )
A．此空间一定不存在磁场
B．此空间可能有磁场，方向与电子速度平行
C．此空间可能有磁场，方向与电子速度垂直
D．以上说法都不对
答案：B
2．如图5－5－11所示，某空间匀强电场竖直向下，匀强磁场垂直纸面向里，一金属杆AB从高h处自由下落，则
( )
A．A端先着地
B．B端先着地
C．两端同时着地
D．以上说法均不正确
解析：此题虽然是导体杆自由下落，但是考虑导体中有大量自由电子，因而在下落过程中相当于大量的电子向下运动，因而要受到洛伦兹力的作用而运动．金属杆中的许多自由电子，随杆一起向下运动，利用左手定则可以判断出这些自由电子因向下运动而受到向左的洛伦兹力，因此洛伦兹力将使电子向A端聚集，B端因此而出现正电荷．A端带负电，B端带正电，杆AB的A端因受到向上的电场力而阻碍它向下运动，B端因受到向下的电场力而加快运动，B端先着地．故正确答案为B.21世纪教育网版权所有
答案：B
3．初速度为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图5－5－12 所示，则 ( )【来源：21·世纪·教育·网】
A．电子将向右偏转，速率不变
B．电子将向左偏转，速率改变
C．电子将向左偏转，速率不变
D．电子将向右偏转，速率改变
答案：A
4．如图5－5－13所示，一个带正电的小球以速度v0沿光滑、水平的绝缘桌面向右运动．飞离桌子边缘后，通过匀强磁场区域，落在地板上．磁场方向垂直于纸面向里，其水平射程为s1，落地速度为v1；若撤去磁场，其他条件不变，水平射程为s2，落地速度为v2.则 ( )21cnjy.com
A．s1＝s2 B．s1>s2 C．v1＝v2 D．v1>v2
解析：带正电的小球运动过程中洛伦兹力不做功，据动能定理知两种情况下动能增量均为mgh，所以v1＝v2，故C正确．带正电的小球在磁场中运动时洛伦兹力虽然不做功，但落地时间增大，所以水平射程s1>s2，B正确．故正确答案为B、C.21·cn·jy·com
答案：BC
5．带电粒子进入云室会使云室中的气体电离，从而显示其运动轨迹，如图5－5－14是在有匀强磁场的云室中观察到的粒子的轨迹，a和b是轨迹上的两点，匀强磁场B垂直纸面向里．该粒子在运动时，其质量和电量不变，而动能逐渐减少．下列说法正确的是 ( )2·1·c·n·j·y
A．粒子先经过a点，再经过b点
B．粒子先经过b点，再经过a点
C．粒子带负电
D．粒子带正电
解析：从粒子运动的轨迹可以判断，粒子在a点的曲率半径大于在b点的曲率半径．由R＝知，半径越小，速度越小，所以粒子在b点的速度小于在a点的速度，故粒子先经过a点，再经过b点，A项正确B项错误；根据左手定则可以判断粒子带负电，C项正确D项错误．21·世纪*教育网
答案：AC
6．如图5－5－15所示，在真空中匀强电场的方向竖直向下，匀强磁场的方向垂直纸面向里，三个油滴a、b、c带有等量同种电荷，其中a静止，b向右做匀速运动，c向左做匀速运动，比较它们的重力Ga、Gb、Gc的关系，正确的是 ( )
A．Ga最大 B．Gb最大 C．Gc最大 D．Gb最小
答案：CD
7．如图5－5－16所示，一只阴极射线管左侧不断有电子射出．若在管的正下方放一通电直导线AB，发现射线的径迹往下偏，则 ( )www-2-1-cnjy-com
A．导线中的电流从A流向B
B．导线中的电流从B流向A
C．若要使电子束的径迹向上偏，可以通过改变导线AB中的电流方向来实现
D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关
答案：BC
8.在图5－5－17中，虚线所围的区域内存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场．已知从左方水平射入的电子，穿过该区域时未发生偏转，设重力可忽略不计，则在该区域中的E和B的方向不可能是 ( ) 21*cnjy*com
A．E和B都沿水平方向，并与电子运动的方向相同
B．E和B都沿水平方向，并与电子运动的方向相反
C．E竖直向上，B垂直纸面向外
D．E竖直向上，B垂直纸面向里
答案：D
9．地面附近空间存在着水平方向的匀强电场和匀强磁场，已知磁场方向垂直于纸面向里，一个带电油滴沿着与竖直方向成α角的直线MN运动，如图5－5－18所示，由此可以判断 ( )【来源：21cnj*y.co*m】
A．油滴一定做匀速直线运动
B．油滴可能做变速运动
C．如果油滴带正电，它是从M点运动到N点
D．如果油滴带正电，它是从N点运动到M点
答案：AC
10．如图5－5－19所示，半径为r的圆形空间内，存在着垂直于纸面向外的匀强磁场，一个带电粒子(不计重力)，从A点沿半径方向以速度v0垂直于磁场方向射入磁场中，并由B点射出，且∠AOB＝120°，则该粒子在磁场中运动的时间为 ( )21教育网
A. B. C. D.
答案：D
11．在两平行金属板之间，有方向如图5－5－20所示的互相正交的匀强电场和匀强磁场，α粒子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入，且恰好能沿直线匀速通过(不计粒子重力)．供下列各小题选择的答案有：www.21-cn-jy.com
A．不偏转
B．向上偏转
C．向下偏转
D．向纸内偏转
(1)若质子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，质子将 ( )【出处：21教育名师】
(2)若电子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，电子将 ( )【版权所有：21教育】
(3)若质子以大于v0的速度从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，质子将 ( )2-1-c-n-j-y
(4)若增大匀强磁场的磁感应强度，其他条件不变，电子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，电子将 ( )21*cnjy*com
解析：设带电粒子的质量为m，带电荷量为q，匀强电场的电场强度为E、匀强磁场的磁感应强度为B.带电粒子以速度v0垂直射入互相正交的匀强电场和匀强磁场中时，若粒子带正电，则所受电场力方向向下，大小为qE；所受洛伦兹力方向向上，大小为Bqv0.沿直线匀速通过时，显然有Bqv0＝qE，v0＝，即匀速直线通过时，带电粒子的速度与其质量、电荷量无关．如果粒子带负电，电场力方向向上，洛伦兹力方向向下，上述结论仍然成立．所以，(1)(2)两小题应选A.当质子以大于v0的速度射入两板之间时，由于洛伦兹力F洛＝Bqv0，洛伦兹力将大于电场力，质子带正电，将向上偏转，故第(3)小题应选择B.磁场的磁感应强度B增大时，电子射入时的其他条件不变，所受洛伦兹力F洛＝Bqv0也增大．电子带负电，所受洛伦兹力方向向下，将向下偏转，所以第(4)小题应选择C.
答案：(1)A (2)A (3)B (4)C
12．长为L的水平极板间，有垂直纸面向里的匀强磁场，如图5－5－21 所示，磁感应强度为B，板间距离也为L，极板不带电．现有质量为m、电荷量为q的带正电的粒子(不计重力)，从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，其入射速度是多少？21教育名师原创作品
解析：当粒子刚好能从上极板右边缘飞出时(如右图所示)，半径为R，则L2＋(R－)2＝R2，R＝L.由R＝，v＝＝，即当粒子的速度v>时，粒子就打不到极板上．
当粒子刚好能从上极板左边缘飞出时(如图所示)，R＝，由R＝，v＝＝，即当粒子的速度v<时，粒子也不能打到极板上，故欲使粒子不打到极板上，则v<或v>.
答案：v<或v>
课件57张PPT。第5课时 探究洛伦兹力课前自主学习一、洛伦兹力的方向
1．洛伦兹力：运动电荷在磁场中所受的力称为_________．
2．用左手定则判断洛伦兹力的方向：伸开左手，使拇指与其余四指垂直且都与手掌在同一个平面内，让磁感线_____穿过掌心，并使四指指向_______运动的方向，则拇指所指的方向就是运动的_______在磁场中所受洛伦兹力的方向．若电荷为负电荷，则四指指向负电荷运动的_______ ．知识梳理洛伦兹力正电荷正电荷反方向垂直二、洛伦兹力的大小
1．计算大小
(1)若已知运动电荷的速度v的方向与磁感应强度B的方向垂直时，则电荷所受的洛伦兹力大小为f＝____.
(2)若已知运动电荷的速度v的方向与磁感应强度B的方向不垂直时，设夹角为θ，则电荷所受的洛伦兹力大小为f＝_______.
(3)若已知运动电荷的速度v的方向与磁感应强度B的方向平行，则电荷所受的洛伦兹力大小为f＝__.qvBqvBsinθ02．洛伦兹力与安培力的关系
(1)安培力是洛伦兹力的_________，洛伦兹力是安培力的_________ ．
(2)方向关系：洛伦兹力f的方向与安培力F安的方向_____．
(3)大小关系：F安＝___，式中的N是导体中定向运动的电荷数．
三、洛伦兹力与电场力的比较
1．在电场中的电荷，不管其运动与否，始终受到电场力作用；而磁场仅对_________________________ _________的电荷有洛伦兹力作用．宏观表现微观解释相同Nf运动着的、且速度与磁场方向不平行2．电场力的大小F＝qE，与电荷运动的速度_____；而洛伦兹力的大小与电荷运动速度v _____ ．(填有关或无关)
3．电场力的方向与电场的方向相同或相反；而洛伦兹力的方向始终和磁场的方向_____ ，又和速度的方向___ __．
4．电场力既可以改变电荷运动速度的方向，也可以改变电荷运动速度的大小；而洛伦兹力只改变电荷运动速度的_____ ，不能改变其速度的_____ ．
5．电场力可以对电荷做功，且电场力做功与_____无关，能改变电荷的_____ ；洛伦兹力_______，不能改变电荷的动能．但洛伦兹力能影响其他力的功．无关有关垂直垂直方向大小路径不做功动能四、带电粒子在匀强磁场中的运动
1．运动轨迹
(1)匀速直线运动：带电粒子的速度方向与磁场方向平行(相同或相反)，此时带电粒子所受洛伦兹力为__，粒子将以速度v做_____________ ．
(2)匀速圆周运动：带电粒子垂直射入匀强磁场，由于洛伦兹力始终和运动方向垂直，因此，带电粒子速度大小不变，但是速度方向不断在变化，所以带电粒子做_________运动，洛伦兹力提供_______．
0匀速直线运动匀速圆周向心力洛伦兹力3．带电粒子做匀速圆周运动的圆心、半径以及运动时间的确定．
(1)圆心的确定：因为洛伦兹力始终与粒子_________垂直，洛伦兹力提供粒子做圆周运动的_______，即总是指向圆心．根据此点我们可以很容易地找到圆周运动的圆心．其方法是：画出粒子运动的任意两点所受洛伦兹力的方向，其延长线的交点即为_____．
(2)半径的确定和计算：半径的确定一般是利用几何知识、三角函数关系及三角形知识来求解．
运动方向向心力圆心1．关于电荷在磁场中受力，下列说法中正确的是 ( )
A．静止的电荷一定不受洛伦兹力的作用，运动电荷一定受到洛伦兹力的作用
B．洛伦兹力的方向有可能与磁场方向平行
C．洛伦兹力的方向一定与带电粒子的运动方向垂直
D．带电粒子运动方向与磁场平行时，一定不受洛伦兹力的作用基础自测解析：本题考查判断洛伦兹力的方向，因当B∥v时，F洛＝0；当v＝0时，F洛＝0，故A错，D对．F洛一定垂直于B，故B错，C对，故正确选项为C、D.
答案：CD2．来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将 ( )
A．竖直向下沿直线射向地面
B．相对于预定地点，稍向东偏转
C．相对于预定地点，稍向西偏转
D．相对于预定地点，稍向北偏转
解析：地球表面地磁场方向由南向北，质子是氢原子核，带正电．根据左手定则可判定，原子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向东．
答案：B
3．试判断下图中带电粒子所受洛伦兹力的方向向上的是 ( )
解析：A图中带电粒子受力方向向上
B图中带电粒子受力方向向外
C图中粒子受力方向向左
D图中粒子受力方向向里
答案：A4．如图5－5－2所示，在真空中，水平导线中有恒定电流I通过，导线的正下方有一质子初速度方向与电流方向相同，则质子可能的运动情况是 ( )
A．沿路径a运动
B．沿路径b运动
C．沿路径c运动
D．沿路径d运动
解析：由安培定则，电流在下方产生的磁场方向指向纸外，由左手定则，质子刚进入磁场时所受洛伦兹力方向向上．则质子的轨迹必定向上弯曲，因此C、D必错；由于洛伦兹力方向始终与电荷运动方向垂直，故其运动轨迹必定是曲线，则B正确，A错误．
答案：B图5-5-25．两个电子以大小不同的初速度沿垂直磁场的方向射入一匀强磁场中．设r1、r2为这两个电子的运动轨迹半径，T1、T2是它们的运动周期，则 ( )
A．r1＝r2，T1≠T2 B．r1≠r2，T1≠T2
C．r1＝r2，T1＝T2 D．r1≠r2，T1＝T2
答案：D
课堂互动探究左手定则：伸开左手，拇指与其余四指垂直，且处于同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向正电荷运动的方向(或负电荷运动的反方向)，那么拇指所指的方向就是正电荷(负电荷)所受洛伦兹力的方向.
说明：(1)洛伦兹力的方向既与电荷的运动方向垂直，又与磁场方向垂直，所以洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷的速度方向和磁场方向所确定的平面.洛伦兹力方向的判定(2)洛伦兹力方向总垂直于电荷运动方向，当电荷运动方向发生变化时，洛伦兹力的方向随之变化.
(3)由于洛伦兹力方向总与电荷运动方向垂直，所以洛伦兹力对电荷不做功.
【例1】 如图5－5－3，在阴极射线管正下方平行放置一根通有足够强直流电流的长直导线，且导线中电流方向水平向右，则阴极射线将会 ( )
A．向上偏转
B．向下偏转
C．向纸内偏转
D．向纸外偏转图5-5-3解析：本题首先需要判断通电直导线周围磁场情况，再由左手定则判断电子受力方向．题目设置巧妙，灵活考查了左手定则对电子所受力方向的判断．在阴极射线管所处位置处，直导线产生的磁场方向垂直纸面向外，由左手定则可以判断阴极射线中的电子受力方向向上，故选A.
答案：A
【题后反思】 阴极射线是电子流，电子带负电，应用左手定则时应将四指指向电子束运动相反的方向．即负电荷受力的方向和正电荷受力的方向相反．
如图所示是表示磁感应强度B、负电荷运动方向v和磁场对电荷的洛伦兹力F洛的相互关系图，这四个图中画得正确的是(B，v，F洛两两垂直)
( )
解析：利用左手定则判断时注意四指所指方向与负电荷的运动方向相反．故正确答案为A、B、C.
答案：ABC这两种力都是电荷在两种不同的场中所受的力，反映了磁场和电场都具有力的性质，但这两种力也有十分明显的区别.
洛伦兹力与电场力的比较【例2】 关于带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动，下列说法正确的是 ( )
A．带电粒子沿电场线方向射入时，电场力对带电粒子做正功，粒子动能一定增加
B．带电粒子垂直于电场线方向射入时，电场力对带电粒子不做功，粒子动能不变
C．带电粒子沿磁感线方向射入时，洛伦兹力对带电粒子做正功，粒子动能一定增加
D．不管带电粒子怎样射入磁场，洛伦兹力对带电粒子都不做功解析：带电粒子在电场中受到的电场力只与电场有关，与粒子的运动状态无关，功的正负由力与位移方向的夹角决定．对选项A，只有粒子带正电时才成立．垂直射入匀强电场的带电粒子，不管带电性质如何，电场力都会做正功，动能增加．带电粒子在磁场中所受洛伦兹力大小除与运动状态有关外，还与θ角(磁场方向与速度方向之间的夹角)有关，带电粒子平行磁感线方向射入时，不受洛伦兹力作用．由于洛伦兹力方向始终与速度方向垂直，故洛伦兹力对带电粒子始终不做功．故正确答案为D.
答案：D
【题后反思】 将电荷放入电场中肯定受电场力作用，与粒子的运动无关．而电荷是否受到洛伦兹力与粒子射入磁场时速度的方向有关．但洛伦兹力的方向始终与粒子速度方向垂直，对粒子不做功．不改变粒子的运动，但可以改变粒子速度方向．
在只受洛伦兹力的条件下，关于带电粒子在匀强磁场中运动，下列说法正确的有( )
A．只要粒子的速度大小相同，带电荷量相同，粒子所受洛伦兹力大小就相同
B．洛伦兹力只改变带电粒子的运动轨迹
C．洛伦兹力始终与速度垂直，所以洛伦兹力不做功
D．洛伦兹力始终与速度垂直，所以粒子在运动过程中的动能、速度保持不变解析：带电粒子在匀强磁场中所受的洛伦兹力的大小不但与速度的大小有关，而且还与速度的方向有关，当带电粒子的速度方向与磁场方向垂直时，粒子所受的洛伦兹力最大；当粒子的速度方向与磁场方向平行时，带电粒子不受洛伦兹力的作用，速度大小相同的粒子，沿不同方向进入磁场时所受的洛伦兹力的大小不同，所以选项A不正确．洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直，所以洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，动能保持不变，洛伦兹力不做功；但在洛伦兹力的作用下，粒子的运动方向要发生变化，速度就要发生变化．
答案：BC(1)若带电粒子平行于磁场方向运动，带电粒子不受洛伦兹力的作用，若带电粒子不受其他外力作用，则带电粒子在磁场中平行于磁场方向运动时，做匀速直线运动．
(2)若带电粒子速度方向与磁场方向垂直，粒子受洛伦兹力作用，要使粒子做匀速直线运动，则带电粒子必然受平衡力作用．带电粒子在磁场中的直线运动【例3】 如图5－5－4所示，套在很长的绝缘直棒上的带正电荷的小球，其质量为m，带电荷量为q，小球可在棒上滑动，现将此棒竖直放在互相垂直，且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中，电场强度为E，磁感应强度是B，小球与棒的动摩擦因数为μ，求小球由静止沿棒下滑的最大加速度和最大速度(设小球电荷量不变)．
图5-5-4解析：球在下滑过程中将受到重力、电场力、杆对球的弹力、杆对球的滑动摩擦力和洛伦兹力作用．其中重力向下，滑动摩擦力向上，电场力向右，下滑之前，球运动速度为零，洛伦兹力为零，杆对球的弹力向左，且弹力等于电场力(注意此时并不是弹力最小，加速度最大时刻)．当球开始下滑后，水平方向除受电场力、弹力外，还受到向左的洛伦兹力，此时，弹力等于电场力和洛伦兹力之差．由于刚开始下滑，球速度较小，洛伦兹力小于电场力．随着下滑的速度变大，洛伦兹力变大，导致弹力变小，球下滑的加速度将变大．当球速度大到使洛伦兹力等于电场力时，弹力为零，球受到的摩擦力为零．此时，球下滑的加速度达到最大值，且刚好等于重力加速度g.随着球的速度继续变大，洛伦兹力大于电场力，弹力等于洛伦兹力和电场力之差，随着球的速度增加，弹力变大，摩擦力变大，球下滑的加速度变小，当摩擦力大到等于重力时，球将匀速下滑，此时球的速度为最大下滑速度．小球下滑的开始阶段受力情况如图甲所示，根据牛顿第二定律有：mg－μN＝ma，
且N＝Eq－F洛＝Eq－qvB，
当v大到使F洛＝Eq 将倾角为θ的光滑绝缘斜面放到一个足够大的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为B，一个质量为m、带电荷量为q的小物体在斜面上由静止开始下滑(设斜面足够长)，如图5－5－5所示．滑到某一位置离开斜面．则物体带________电荷(填“正”或“负”)；物体离开斜面时的速度为________；物体在斜面上滑行的长度为________．
图5-5-5在带电粒子(不计重力)以一定的速度进入匀强磁场中时，中学阶段只研究两种情况：
1．若带电粒子的速度方向与磁场方向平行(相同或相反)，带电粒子以入射速度v做匀速直线运动．
2．若带电粒子的速度方向与磁场方向垂直，带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速率v做匀速圆周运动．
考虑到粒子所受的洛伦兹力就是它做匀速圆周运动的向心力，列出方程来不难解出几个物理量的关系式．然后就可以分别判断粒子速度、磁场的强弱对圆半径的影响．【例4】 有三束粒子，分别是质子(p)、氚核(13H)和α粒子束，如果它们以相同的速度沿垂直于磁场方向射入匀强磁场(磁场方向垂直纸面向里)，在下图中，能正确表示出这三束粒子的运动轨迹的是 ( )
答案：C
【题后反思】 运动轨迹问题的分析通常利用半径公式来分析．
已知氢核与氦核的质量之比m1∶m2＝1∶4，电荷量之比q1∶q2＝1∶2，氢核与氦核以v1∶v2＝4∶1的速度，垂直于磁场方向射入磁场后，分别做匀速圆周运动，则氢核与氦核的半径之比r1∶r2＝________，周期之比T1∶T2＝________.若它们以相同的动能垂直射入磁场，则氢核与氦核的半径之比r1′∶r2′＝________，周期之比T1′∶T2′＝________.
答案：2∶1 1∶2 1∶1 1∶2(1)圆心的确定
带电粒子进入一个有界匀强磁场后的轨迹是一段圆弧，如何确定圆心是解决问题的前提，也是解题的关键．
首先，应有一个最基本的思路：即圆心一定在与速度方向垂直的直线上．
在实际问题中圆心位置的确定极为重要，通常有两种方法：
①已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨迹的圆心(如图5－5－6所示，图中P为入射点，M为出射点)．带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹 图5-5-6 图5-5-7②已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图5－5－7所示，P为入射点，M为出射点)．(2)半径的确定和计算(如图5－5－8 所示)
利用平面几何关系，求出该圆的可能半径(或圆心角)．并注意以下两个重要的几何特点：
①粒子速度的偏向角(φ)等于回旋角(α)，并等于AB弦与切线的夹角(弦切角θ)的2倍(如图5－5－8)，即φ＝α＝2θ＝ωt.
②相对的弦切角(θ)相等，与相邻的弦切角(θ′)互补，即θ＋θ′＝180°.
图5-5-8【例5】 在以坐标原点O为圆心、半径为r的圆形区域内，存在磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里的匀强磁场，如图5－5－9 所示．
一个不计重力的带电粒子从磁场边界与x轴的交点A处以速度v沿－x方向射入磁场，它恰好从磁场边界与y轴的交点C处沿＋y方向飞出． 图5-5-9(2)若磁场的方向和所在空间范围不变，而磁感应强度的大小变为B′，该粒子仍从A处以相同的速度射入磁场，但飞出磁场时的速度方向相对于入射方向改变了60°角，求磁感应强度B′是多大？此次粒子在磁场中运动所用时间t是多少？
解析：(1)由粒子的飞行轨迹，利用左手定则可知，该粒子带负电荷．
答案：见解析【题后反思】 分析带电粒子在有界磁场中的问题，注意以下几点，再借助几何知识分析．
(1)圆心的确定：洛伦兹力过圆心，与速度方向垂直，画出任意两点洛伦兹力的方向，其延长线交点为圆心，或洛伦兹力的方向延长线与轨迹上任两点连成的弦的垂直平分线的交点为圆心．
(2)半径的确定和计算：利用三角函数关系或勾股定理．(4)刚好穿出磁场边界的条件是，带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切．
(5)当速率一定时，弧长(或弦长)越长，圆周角越大，带电粒子在有界磁场中运动时间越长．
(6)当速率变化时，圆周角大的运动时间长． 如图5－5－10所示，PN和MQ两板平行且板间存在垂直纸面向里的匀强磁场，两板间距离及PN和MQ长均为d，一带正电的质子从PN板的正中间O点以速度v0垂直射入磁场，为使质子能射出两板间，试求磁感应强度B的大小．已知质子带电荷量为e，质量为m.
图5-5-10解析：分析质子在磁场中运动，寻找质子射出两板间的条件．
由左手定则确定，质子向上偏转，所以质子能射出两板间的条件是：B较弱时，质子从M点射出(如右图所示)，此时轨道的圆心为O′点，由平面几何知识得知能综合训练第6课时 洛伦兹力与现代科技
1.质子(p)和α粒子以相同的速率在同一匀强磁场中做匀速圆周运动，轨道半径分别为Rp和Rα，周期分别为Tp和Tα.则下列选项正确的是 ( )21·cn·jy·com
A．Rp∶Rα＝1∶2 Tp∶Tα＝1∶2
B．Rp∶Rα＝1∶1 Tp∶Tα＝1∶1
C．Rp∶Rα＝1∶1 Tp∶Tα＝1∶2
D．Rp∶Rα＝1∶2 Tp∶Tα＝1∶1
解析：由洛伦兹力提供向心力，
则qvB＝m，R＝，
由此得：＝·＝·＝
由周期T＝得：
＝·＝＝，故A选项正确．
答案：A
2．回旋加速器是利用较低电压的高频电源，使粒子经多次加速获得巨大速度的一种仪器，工作原理如图5－6－10.下列说法正确的是 ( )21世纪教育网版权所有
A．粒子在磁场中做匀速圆周运动
B．粒子由A0运动到A1，比粒子由A2运动到A3所用时间少
C．粒子的轨道半径与它被电场加速的次数成正比
D．粒子的运动周期和运动速率成正比
答案：A
3．如图5－6－11所示，场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直于纸面向里，磁感应强度B2的方向垂直纸面向外，在S处有四个二价正离子甲、乙、丙、丁以垂直于场强E和磁感应强度B1的方向射入，若四个离子质量m甲＝m乙A．甲乙丙丁 B．甲丁乙丙
C．丙乙丁甲 D．甲乙丁丙
解析：偏向P1的电场力大，偏向P2的洛伦兹力大，进入B2的是速度相等的，所以落在P1的是甲，P2的是丁；由R＝质量大的半径大，落在P3的是乙，P4的是丙． 21*cnjy*com
答案：B
4．如果回旋加速器的内部磁场磁感应强度为B，带电粒子的质量为m，带电荷量为q，则关于回旋加速器的电场的周期下列说法中正确的是 ( )【来源：21cnj*y.co*m】
A．所加电压为直流电压，因此周期T为无穷大
B．所加电压为交变电压，其周期为带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期的一半，即T＝
C．所加电压为交变电压，其周期为带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期，即T＝
D．所加电压为交变电压，其周期为带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期的2倍，即T＝
答案：C
5．一电子与质子速度相同，都从O点射入匀强磁场区，则图5－6－12中画出的四段圆弧，哪两个是电子和质子运动的可能轨迹 ( )【版权所有：21教育】
A．a是电子运动轨迹，d是质子运动轨迹
B．b是电子运动轨迹，c是质子运动轨迹
C．c是电子运动轨迹，b是质子运动轨迹
D．d是电子运动轨迹，a是质子运动轨迹
答案：C
6．如图5－6－13所示，在xOy平面内，匀强电场的方向沿x轴正向，匀强磁场的方向垂直于xOy平面向里．一电子在xOy平面内运动时，速度方向保持不变，则电子的运动方向沿 ( )【来源：21·世纪·教育·网】
A．x轴正向 B．x轴负向
C．y轴正向 D．y轴负向
解析：电子受静电力方向一定水平向左，所以需要受向右磁场力才能匀速运动，根据左手定则进行判断可得电子应沿y轴正向运动．www.21-cn-jy.com
答案：C
7．如图5－6－14所示，设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，已知一粒子在重力、电场力和洛伦兹力作用下从静止开始自A点沿曲线ACB运动，到达B点时速度为零，C点是运动的最低点，以下说法正确的是 ( )【出处：21教育名师】
A．此粒子必带正电荷
B．A点和B点在同一高度
C．粒子在C点时速度最大
D．粒子到达B点后，将沿曲线返回A点
答案：ABC
8．质量为m、电荷量为e的电子的初速为零，经电压为U的加速电场加速后进入磁感应强度为B的偏转磁场(磁场方向垂直纸面)，其运动轨迹如图5－6－15所示，则 ( )
A．加速电场的场强方向竖直向上
B．偏转磁场的磁场方向垂直纸面向里
C．能求出电子经加速电场加速后，开始进入磁场时的动能
D．能求出电子在磁场中所受的洛伦兹力的大小
答案：CD
9．如图5－6－16所示，a和b带电荷量相同，以相同动能从A点射入磁场，在匀强磁场中做圆周运动的半径ra＝2rb，则可知(重力不计) ( )www-2-1-cnjy-com
A．两粒子都带正电，质量比ma/mb＝4
B．两粒子都带负电，质量比ma/mb＝4
C．两粒子都带正电，质量比ma/mb＝1/4
D．两粒子都带负电，质量比ma/mb＝1/4
答案：B
10．如图5－6－17所示，正方形区域abcd中充满匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里．一个氢核从ad边的中点m沿着既垂直于ad边又垂直于磁场的方向，以一定速度射入磁场，正好从ab边中点n射出磁场．若将磁场的磁感应强度变为原来的2倍，其他条件不变，则这个氢核射出磁场的位置是 ( )2-1-c-n-j-y
A．在b、n之间某点 B．在n、a之间某点
C．a点 D．在a、m之间某点
解析：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，当氢核垂直于ad边从中点m射入，又从ab边的中点n射出，则速度必垂直于ab边，a点为圆心，且R＝，当磁场的磁感应强度变为原来的2倍，则半径变为原来的1/2，氢核从a点垂直于ad边射出，所以选项C正确．2·1·c·n·j·y
答案：C
11．如图5－6－18所示为测量某种离子的比荷的装置．让中性气体分子进入电离室A，在那里被电离成离子．这些离子从电离室的小孔飘出，从缝S1进入加速电场被加速，然后让离子从缝S2垂直进入匀强磁场，最后打在底片上的P点．已知加速电压为U，磁场的磁感应强度为B，缝S2与P之间的距离为a.离子从缝S1进入电场时的速度不计．该离子的比荷为多少？21教育网
解析：粒子经电场加速、磁场偏转两个过程，其中速度v把这两个过程联系起来，对两个过程分别建立有关方程联立即可求解．21·世纪*教育网
从轨迹可知，离子带正电，设它进入匀强磁场时速度为v，在电场中加速
qU＝mv2
在磁场中偏转qvB＝m，而r＝
由以上各式得＝.
答案：
课件35张PPT。第6课时 洛伦兹力与现代科技 图5-6-1课前自主学习一、回旋加速器
1．结构：回旋加速器主要由圆柱形磁极、________金属盒、 ________电源、粒子源和粒子引出装置等组成．知识梳理两个D形高频交变二、质谱仪
1．质谱仪的作用
利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量、轨道半径确定其质量的仪器．
2．构造
如图5－6－2所示，主要由以下几部分组成：
①带电粒子注入器
②加速电场(U) 图5-6-2③速度选择器(B1、E)
④偏转磁场(B2)
⑤照相底片
3．速度选择器原理
(1)粒子受力特点：同时受方向相反的电场力和磁场力作用．注意：①速度选择器两极板间距离极小，粒子稍有偏转，即打到极板上．
②速度选择器对正、负电荷均适用．
③速度选择器中的E、B1的方向具有确定的关系，仅改变其中一个方向，就不能对速度做出选择．4．质谱仪的工作原理
如图5－6－2所示，设进入加速电场的带电粒子带电荷量为＋q、质量为m，电场两板间电压U、粒子出电场后垂直进入磁感应强度为B2的匀强磁场．
1．如图5－6－3所示，水平导线中有电流I通过，导线正下方的电子初速度的方向与电流I的方向相同，则电子将 ( )
A．沿路径a运动，轨迹是圆
B．沿路径a运动，轨迹半径越来越大
C．沿路径a运动，轨迹半径越来越小
D．沿路径b运动，轨迹半径越来越小
答案：B基础自测图5-6-32．电子在匀强磁场中做匀速圆周运动．下列说法正确的是 ( )
A．速率越大，周期越大
B．速率越小，周期越大
C．速度方向与磁场方向平行
D．速度方向与磁场方向垂直答案：D3．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图5－6－4所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是 ( )
A．离子由加速器的中心附近进入加速器
B．离子由加速器的边缘进入加速器?
C．离子从磁场中获得能量
D．离子从电场中获得能量
答案：AD
图5-6-44．经过回旋加速器加速后，带电粒子获得的动能 ( )
A．与D形盒的半径无关
B．与高频电源的电压无关
C．与两D形盒间的缝隙宽度无关
D．与匀强磁场的磁感应强度无关
答案：BC
5．如图5－6－5是质谱仪的工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是 ( ) 图5-6-5A．质谱仪是分析同位素的重要工具
B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B
D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小
答案：ABC
课堂互动探究工作原理
利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的两个D形盒和其间的窄缝内完成，如图5－6－6所示．回旋加速器图5-6-6(2)电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的匀强电场，方向垂直于两D形盒正对的截面，带电粒子经过该区域时被加速．
(3)交变电压：为了保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，使之能量不断提高，须在窄缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压．
带电粒子的最终能量 可见，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R.【例1】 有一回旋加速器，它的高频电源的频率为1.2×107 Hz，D形盒的半径为0.532 m，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3.3×10－27 kg，氘核的电荷量为1.6×10－19 C)
答案：1.55 T 2.64×10－12 J【题后反思】 回旋加速器中粒子在磁场中做圆周运动的周期等于D形盒所加交变电压的周期． 用一台回旋加速器来加速质子时，为使质子获得的动能增加为原来的4倍，则可以采取的方法是 ( )
A．将回旋加速器的磁感应强度B增大到原来的2倍
B．将磁感应强度B提高到原来的4倍
C．将D形盒的直径增大到原来的4倍
D．将D形盒的直径和磁感应强度B各增大到原来的 2倍
解析：本题的关键是知道回旋加速器使粒子获得的最大动能与哪些客观因素(回旋加速器构造)有怎样的关系． 答案：A(1)质谱仪是用来测定比荷，以鉴定同位素的装置．该装置包含三部分：其一是粒子加速器，其二是速度选择器，其三是偏转磁场．如图5－6－7 所示．
质谱仪 图5-6-7【例2】 如图5－6－8所示是一种质谱仪的示意图，从离子源S产生的正离子，经过S1和S2之间的加速电场，进入速度选择器，P1和P2间的电场强度为E，磁感应强度为B1，离子由S3射出后进入磁感应强度为B2的匀强磁场区域，由于各种离子轨道半径R不同，而分别射到底片上不同的位置，形成谱线． 图5-6-8(2)若已知速度选择器中的电场强度E和磁场强度B1，R和B2也知道，则离子的比荷为多少？
(3)要使氢的同位素氘和氚的正离子经加速电场和速度选择器以相同的速度进入磁感应强度为B2的匀强磁场．(设进入加速电场时速度为零)
①若保持速度选择器的E和B1不变，则加速电场S1、S2间的电压比应为多少？
②它们谱线位置到狭缝S3间距离之比为多少？【题后反思】 质谱仪首先选取速度相同的粒子．由于不同粒子有不同的比荷，因此打在底片上的不同位置，所以质谱仪可以分开同位素． 质谱仪原理如图5－6－9所示，a为粒子加速器，电压为U1，b为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，板间距离为d，c为偏转分离器，磁感应强度为B2.今有一质量为m，电荷量为＋e的粒子(不计重力)经加速后，该离子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动．求：
图5-6-9
(1)粒子的速度v.
(2)速度选择器的电压U2.
(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R.
知能综合训练课件35张PPT。章 末 整 合知识网络磁场
磁场的产生
磁场的描述
磁场力
专题归纳(1)有安培力参与的物体平衡，此平衡与前面所讲的物体平衡一样，也是利用物体平衡条件解题．其中安培力是众多受力中的一个．
(2)与闭合电路欧姆定律相结合的题目．主要应用：
①全电路欧姆定律；②安培力求解公式F＝BIL；③物体平衡条件．
(3)在安培力作用下的物体平衡的解题步骤和前面我们学习的共点力平衡相似，一般也是先进行受力分析，再根据共点力平衡的条件列出平衡方程．其中重要的是在受力分析过程中不要漏掉了安培力．安培力作用下的平衡安培力作为通电导线所受的外力参与受力分析，产生了通电导体在磁场中的平衡、加速及做功问题，这类问题与力学知识联系很紧．解题时，把安培力等同于重力、弹力、摩擦力等性质力；对物体进行受力分析时，注意安培力大小和方向的确定；求解时注意运用力学中静力学、动力学及功和能等有关知识解此类题可以有效地培养综合运用能力，必须引起重视．【例1】 如图5－1所示，铜棒质量为m＝0.1 kg，静放在相距L＝8 cm的水平导轨上，两者之间的动摩擦因数μ＝0.5，现在铜棒中通以I＝5 A的电流，要使铜棒滑动，可在两导轨间加一个匀强磁场，求所加匀强磁场的磁感应强度B的最小值(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)．
图5-1有界匀强磁场指在局部空间存在着匀强磁场，带电粒子从磁场区域外垂直磁场方向射入磁场区域，在磁场区域内经历一段匀速圆周运动，也就是通过一段圆弧后离开磁场区域．由于运动的带电粒子垂直磁场方向，从磁场边界进入磁场的方向不同，或磁场区域边界不同，造成它在磁场中运动的圆弧轨道各不相同．如图5－2中几种常见情景：
带电粒子在有界磁场中的运动 图5-2解决这一类问题时，找到粒子在磁场中一段圆弧运动对应的圆心位置、半径大小以及与半径相关的几何关系是解题的关键．
1．三个(圆心、半径、时间)关键确定
研究带电粒子在匀强磁场中做圆周运动时，常考虑的几个问题：
(1)圆心的确定
已知带电粒子在圆周中两点的速度方向时(一般是射入点和射出点)，沿洛伦兹力方向画出两条速度的垂线，这两条垂线相交于一点，该点即为圆心．(弦的垂直平分线过圆心也常用到)
(2)半径的确定
一般应用几何知识来确定． (4)粒子在磁场中运动的角度关系：
粒子的速度偏向角(φ)等于圆心角(α)，并等于AB弦与切线的夹角(弦切角θ)的2倍，即φ＝α＝2θ＝ωt；相对的弦切角(θ)相等，与相邻的弦切角(θ′)互补，即θ′＋θ＝180°.如图5－3所示． 图5-32．两类典型问题
(1)极值问题：常借助半径R和速度v(或磁场B)之间的约束关系进行动态运动轨迹分析，确定轨迹圆和边界的关系，找出临界点，然后利用数学方法求解极值．
注意：①刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切．
②当速度v一定时，弧长(或弦长)越长，圆周角越大，则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长．
③当速率v变化时，圆周角大的，运动时间长．(2)多解问题：多解形成的原因一般包含以下几个方面：
①粒子电性不确定；②磁场方向不确定；③临界状态不唯一；④粒子运动的往复性等．
关键点：①审题要细心．②重视粒子运动的情景分析．【例2】 如图5－4所示，在半径为R的半圆形区域中有一匀强磁场，磁场的方向垂直于纸面，磁感应强度为B、一质量为m，带电荷量为q的粒子以一定的速度沿垂直于半圆直径AD方向经P点(AP＝d)射入磁场(不计重力影响)．
图5-4(1)如果粒子恰好从A点射出磁场，求入射粒子的速度．
(2)如果粒子经纸面内Q点从磁场中射出，出射方向与半圆在Q点切线的夹角为φ(如图所示)，求入射粒子的速度．
解析：(1)由于粒子由P点垂直射入磁场，故圆弧轨迹的圆心在AP上，又由粒子从A点射出，故可知AP是圆轨迹的直径．
(2)如下图所示，设O′是粒子在磁场中圆弧轨迹的圆心．连接O′Q，设O′Q＝R′.
由几何关系得∠OQO′＝φ
OO′＝R′＋R－d ①
由余弦定理得(OO′)2＝R2＋R′2－2RR′cosφ ②复合场是指电场、磁场和重力场并存，或其中某两场并存，或分区域存在的某一空间．粒子经过该空间时可能受到的力有重力、静电力和洛伦兹力．处理带电粒子(带电体)在复合场中运动问题的方法：
1．正确分析带电粒子(带电体)的受力特征．带电粒子(带电体)在复合场中做什么运动，取决于带电粒子(带电体)所受的合外力及其初始速度．带电粒子(带电体)在磁场中所受的洛伦兹力还会随速度的变化而变化，而洛伦兹力的变化可能会引起带电粒子(带电体)所受的其他力的变化，因此应把带电粒子(带电体)的运动情况和受力情况结合起来分析，注意分析带电粒子(带电体)的受力和运动的相互关系，通过正确的受力分析和运动情况分析，明确带电粒子(带电体)的运动过程和运动性质，选择恰当的运动规律解决问题．带电粒子在复合场中的运动2．灵活选用力学规律
(1)当带电粒子(带电体)在复合场中做匀速运动时，就根据平衡条件列方程求解．
(2)当带电粒子(带电体)在复合场中做匀速圆周运动时，往往同时应用牛顿第二定律和平衡条件列方程求解．
(3)当带电粒子(带电体)在复合场中做非匀变速曲线运动时，常选用动能定理或能量守恒定律列方程求解．(4)由于带电粒子(带电体)在复合场中受力情况复杂，运动情况多变，往往出现临界问题，这时应以题目中的“恰好”、“最大”、“最高”、“至少”等词语为突破口，挖掘隐含条件，根据隐含条件列出辅助方程，再与其他方程联立求解．
(5)若匀强电场和匀强磁场是分开的独立的区域，则带电粒子在其中运动时，分别遵守在电场和磁场中运动规律，处理这类问题的时候要注意分阶段求解．
【例3】 如图5－5所示，在y>0的空间中存在匀强电场，场强沿y轴负方向；在y<0的空间中，存在匀强磁场，磁场方向垂直于xOy平面(纸面)向外．一电荷量为q、质量为m的带正电的运动粒子，经过y轴上y＝h处的点P1时的速率为v0，方向沿x轴正方向；经过x轴上x＝2h处的P2点进入磁场，并经过y轴上y＝－2h处的P3点．不计粒子重力．求：
图5-5(1)电场强度的大小．
(2)粒子到达点P2时速度的大小和方向．
(3)磁感应强度的大小．解析：(1)粒子在电场、磁场中运动的轨迹如右图所示，设粒子从P1到P2的时间为t，电场强度的大小为E，粒子在电场中的加速度为a，由牛顿第二定律，得qE＝ma ①
由牛顿定律有2h＝v0t ②
(2)粒子到达P2时速度沿x轴方向的分量仍为v0，以v1表示速度沿y轴负方向分量的大小，v表示速度的大小，θ表示速度与x轴的夹角，则有
v12＝2ah ④
答案：见解析带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，由于受多种因素的影响，会出现多解情况．形成多解的原因一般包含下述几个方面：
1．带电粒子的电性不确定形成多解．受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电荷，也可能带负电荷，在相同的初速度的条件下．正、负粒子在磁场中的运动轨迹不同．
2．磁场方向不确定形成多解．有些题目只告诉了磁感应强度的大小，而未具体指出磁感应强度的方向，此时必须要考虑不同的磁感应强度方向．洛伦力的多疑问题3．临界状态不唯一形成多解．带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时，由于粒子的运动轨迹是圆弧状，因此，它可能穿出有界磁场，也可能转过一定角度，从入射界面这边反向飞出，如图5－6所示． 图5-6 4．运动的重复性形成多解．带电粒子在部分是电场、部分是磁场的空间中运动时，往往运动具有往复性．【例4】 如图5－7所示，一带负电荷的质点在固定的正点电荷作用下绕该正电荷做匀速圆周运动，周期为T0，轨道平面位于纸面内，质点的速度方向如图中箭头所示．现加一垂直于轨道平面的匀强磁场，已知轨道半径并不因此而改变，则 ( )
图5-7A．若磁场方向指向纸里，质点运动的周期将大于T0
B．若磁场方向指向纸里，质点运动的周期将小于T0
C．若磁场方向指向纸外，质点运动的周期将大于T0
D．若磁场方向指向纸外，质点运动的周期将小于T0
答案：AD
