第 1 关看不见的磁场,怎么画?
先别背公式。拿一枚小磁针,放到磁体旁边转一圈。
小磁针每到一个位置,N 极指向都不一样。把这些方向顺着连起来,就得到磁感线。它不是空中真的有一根线,只是咱们画磁场的办法。
蓝点:磁场垂直纸面向外
图上的符号怎么认· 像箭头尖朝你,表示垂直纸面向外;× 像箭尾的羽毛,表示垂直纸面向里。点/叉越密,只是在说 B 越大。
- 某点的磁场方向:看磁感线在这一点的切线方向。
- 磁感线越密,磁场越强;磁感线不相交,而且是闭合曲线。
- 条形磁体外部从 N 极指向 S 极,内部从 S 极回到 N 极。
- B 的单位是特斯拉,符号 T。
热身:下面哪句话对?
第 2 关通电导线为什么会被推?
电流放进磁场,磁场会横着推它。这股力叫安培力。
磁场强弱
B
×
电流大小
I
×
有效长度
L
=
安培力
F
F = BIL (导线与 B 垂直时)
斜着放时是 F = BIL sin θ。平行时 θ = 0,力就是 0;垂直时力最大。
左手定则:判受力
让 B 穿入手心,四指指向电流 I,拇指就是安培力 F。
右手螺旋定则:判电流的磁场
握住直导线,拇指指电流,弯曲四指就是导线周围磁场方向。别拿它判安培力。
判方向:磁场向里(×),电流向右,安培力朝哪?
再用一次右手:直导线电流垂直纸面向外(·)。在导线正上方,磁场朝哪?
第 3 关一粒电荷,也会被磁场推
把“一根导线”缩小到“一粒运动电荷”,安培力就变成洛伦兹力。
f = qvB (v 与 B 垂直;这里 q 指电荷量的大小)
q 是带多少电,单位 C;v 是跑多快,单位 m/s;B 是磁场强弱,单位 T。一般式是 f = qvB sin θ。
正负电荷是判向开关正电荷:四指顺着速度 v,用左手定则。负电荷:先按正电荷判,再把结果整个反过来。电流方向本来就是正电荷定向移动的方向。
判方向:速度向右,磁场向里,这粒正电荷受力朝哪?
磁场永远不做功洛伦兹力始终和瞬时速度垂直,只拐弯,不推着它加速。所以磁场单独作用时,粒子的速率和动能不变,速度方向会变。
第 4 关模拟台:看粒子在磁场里打圈
四个控件都拖一遍。重点盯住半径 r 和周期 T。
轨道半径 r = mv/(qB)
2.50 cm
周期 T = 2πm/(qB)
0.079 μs
速率(磁场不改它)
4.0×10⁶ m/s
刚进入时向哪弯
正电荷:向上
|q| 固定为 e = 1.60×10⁻¹⁹ C
现在看到的规律速度变大,半径变大;周期不含 v,所以周期不变。
实验结论:只把 v 从 2×10⁶ m/s 调到 4×10⁶ m/s,哪个量不变?
第 5 关易错坑:这 4 句话别踩
每题选“对”或“错”。交卷后会告诉你错因,不只报答案。
最短防坑口诀磁场只拐弯,不加速;负电荷反向判;v 大只让圆变大,不让周期变长;平行进入不受磁力。
第 6 关三台机器,都在“挑粒子”
速度选择器挑速度,质谱仪辨质量,回旋加速器把速度越推越大。
被选中的速度 v = E/B = 2.0×10⁶ m/s。
质谱仪同一 q、v、B 下,r = mv/(qB)。质量越大,轨道半径越大。它真正测的是比荷 q/m(或质荷比 m/q),不是“只看半径就一定知道质量”。
回旋加速器磁场只负责拐弯,交变电场才负责加速。非相对论范围内 T = 2πm/(qB) 与速度无关,电场就能按固定节拍在缝隙里一次次推它。
配对:给每句话选对机器。
挑战调 B,让粒子从出口飞出
正电荷从左边水平射入,磁场垂直纸面向里。只准调 B。
绿色缺口是出口。轨迹越弯,说明 B 越大。
通关测10 题,把整条线串起来
每次生成一套新数据。交卷后逐题讲,做对的题会把对应 3 分补上。
小抄考前 60 秒看这里
- B 的单位 T;磁感线切线给方向,疏密说强弱,线不相交。
- 安培力:垂直时 F = BIL;左手掌心迎 B,四指 I,拇指 F。
- 洛伦兹力:垂直时 f = qvB;正电荷按左手,负电荷反向。
- 磁场不做功,只改速度方向,不改速率和动能。
- 垂直入场:r = mv/(qB),T = 2πm/(qB)。v 越大圆越大,但周期不变。
- 速度选择器 v = E/B;质谱仪用半径辨 m/q;回旋加速器用电场加速、磁场转弯。