人教版高中物理选修知识点——第三章《磁场》

人教版高中物理选修3-1部分知识点
内部资料
第三章《磁场》
一、磁现象和磁场
1）磁体分为天然磁石和人造磁体。

磁体吸引铁质物体的性质叫做磁性。

磁体磁性最强的区域叫做磁极。

同名磁极相互排斥；异名磁极相互吸引。

2）电流的磁效应
奥斯特发现，电流能使磁针偏转，因此，电流就等效成磁体。

3）磁场
①磁场与电场一样，都是看不见摸不着，客观存在的物质。

电流和磁体的周围都存在磁场。

②磁体与磁体之间、磁体与电流之间，以及电流与电流之间的相互作用，是通过磁场发生的。

③地球的磁场
地球的地理两极与地磁两极并不重合，其间有一个夹角，这就是地磁偏角。

地理南极附近是地磁北极；地理北极附近是地磁南极。

二、磁感应强度B
1）物理意义：磁感应强度B 为矢量，它是描述磁场强弱的物理量。

2）方向：小磁针静止时N 极所指的方向或者小磁针N 极的受力方向规定为该点的磁感应强度的方向。

3）大小：IL
F B ，单位：特斯拉（T ） 条件：磁场B 的方向与电流I 的方向垂直。

其中：IL 为电流元，F 为电流元受到的磁场力。

三、几种常见的磁场
1）磁感线
为了形象地描述磁场，曲线上每一点的切线方向都是该点的磁感应强度B 的方向。

2）安培定则（右手螺旋定则）
①第一种描述：对于直线电流，右手握住导线，1、拇指指向电流的方向；2、弯曲的四指指向磁感线的方向。

直线电流的磁感线都是以电流为轴的同心圆，越远离电流磁场越弱。

②第二种描述：对于环形电流，1、弯曲的四指指向环形电流的方向；2、拇指指向环内部的磁感线方向。

环形电流内部的磁场恰好与外部的磁场反向。

3）安培分子电流假说
分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。

安培分子电流假说揭示了磁的电本质。

一条铁棒未被磁化的时候，内部分子电流的取向是杂乱无章的；当分子电流的取向一致时，铁棒被磁化。

磁体受到高温或猛烈撞击时会失去磁性。

4）磁通量Φ
①定义式：BS =φ，单位：韦伯（Wb ） 其中：S 为在磁场中的有效面积。

②磁通量是标量，但有正负，正负不表示大小。

四、安培力
（1）大小：θsin BIL F =
其中：θ为磁场B 与电流I 的方向夹角。

当B 与I 垂直时，0
90=θ，安培力最大F=BIL ；当B 与I 平行时，00=θ，安培力最小F=0。

（2）方向：左手定则
①磁感线垂直穿过手心；②四指指向电流的方向；③拇指所指的方向就是安培力的方向。

注意：安培力不但垂直于磁场B 的方向，而且垂直于电流I 的方向。

五、洛伦兹力
（1）大小：θsin qvB f =
其中：θ为磁场B 与运动电荷的速度v 的方向夹角。

当B 与v 垂直时，090=θ，安培力最大f=qvB ；当B 与v 平行时，00=θ，安培力最小f=0。

（2）方向：左手定则
①磁感线垂直穿过手心；②四指指向正电荷运动的方向；③拇指所指的方向就是洛伦兹力的方向。

注意：洛伦兹力不但垂直于磁场B 的方向，而且垂直于运动电荷速度v 的方向。

因此，洛伦兹力不做功。

六、带电粒子在电磁场中的运动
1、带电粒子的种类
①带电粒子，如电子、质子、α粒子、粒子等，一般情况下，不考虑重力。

②带电微粒，如液滴、尘埃、小球等，一般情况下，必须考虑重力。

2、带电粒子在场中的运动
（1）带电粒子在匀强磁场中的运动
①当v 平行于磁场B 进入时，粒子做匀速直线运动。

②当v 垂直于磁场B 进入时，粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。

r
v m qvB 2
= 所以，粒子的轨道半径qB mv r =
，粒子运动的角速度m qB r v ==ω，粒子运动的周期
qB
m T πωπ
22==。

（2）质谱仪
质谱仪的结构：
由动能定理可得221mv qU =，所以带电粒子进入磁场的速度m
qU v 2=，在磁场中做匀速圆周运动，轨道半径q mU B qB mv r 21==，所以带电粒子射出的位置q
mU B r x 222==。

由此我们可以得到，（1）质谱仪可以测量带电粒子的质量；（2）如果带电粒子的电荷量q 相同，质量m 不同，带电粒子的射出位置就不同，因此质谱仪也可以发现同位素。

（3）回旋加速器
回旋加速器的结构：
回旋加速器能帮助我们获得高能粒子，带电粒子的最大动能m
R B q mv E m K 2212222max ==。

要使带电粒子持续加速，加速电场的电压必须是交变电压，并且交变电压的周期恰好等于带电粒子的运动周期qB
m T π2=。

（4）带电粒子运动轨迹对解题的帮助
解决粒子的运动问题关键是：
画出粒子的运动轨迹（左手定则+圆周运动知识）→确定圆心和半径（做两个速度的垂线，交点即为圆心）。

如图所示：
粒子在磁场中运动的时间t 与轨迹所对应的圆心角θ密切相关，
πθ2T t =，所以带电粒子在磁场中的运动时间T t π
θ2=。

两种重要情况下的轨迹问题：
①直线边界的匀强磁场
其轨迹可能是优弧也可能是劣弧，但是出射速度与边界的夹角等于入射速度与边界的夹角。

②圆形边界的匀强磁场
入射磁场的速度和出射磁场的速度方向必过磁场的圆心。

第四章《电磁感应》。