1. Campo magnético
Un campo magnético es una sustancia objetiva que existe alrededor de imanes y cargas (o corrientes) en movimiento.
La dirección del campo magnético (intensidad de inducción magnética) se define como la dirección de la fuerza del polo N de la pequeña aguja magnética en el campo magnético (la dirección tangente de la línea de inducción magnética).
3. La propiedad básica de un campo magnético es que tiene un fuerte efecto sobre el imán y las cargas (o corrientes) en movimiento que se introducen en él.
2. Líneas de inducción magnética
Las líneas de inducción magnética son curvas imaginarias que se utilizan para describir visualmente el campo magnético y no existen objetivamente.
La línea de inducción magnética es una curva cerrada.
3. La densidad de las líneas de inducción magnética representa la fuerza del campo magnético, y la dirección tangente de un punto en la línea de inducción magnética representa la dirección del campo magnético en ese punto.
2. No hay dos líneas de inducción magnética que se crucen o sean tangentes.
3. La regla de Ampere se utiliza para determinar la relación entre la dirección de la corriente y la dirección del campo magnético.
Representado por cuatro dedos doblados.
4. La hipótesis de la corriente molecular de Ampere revela la naturaleza eléctrica de los fenómenos magnéticos, es decir, el campo magnético de un imán se genera por el movimiento de cargas eléctricas, al igual que el campo magnético de una corriente eléctrica.
5. Varios campos magnéticos comunes
1. Campo magnético de corriente lineal: sin polos magnéticos, intensidad desigual, cuanto más lejos del conductor, más débil es el campo magnético.
Campo magnético de un solenoide energizado: la distribución de las líneas de inducción magnética fuera del tubo es similar a la de una barra magnética, y hay un campo magnético uniforme en el interior del tubo.
13. El campo geomagnético (similar a una barra magnética)
(1) El polo N del campo geomagnético está cerca del polo sur de la Tierra y el polo S está cerca del polo norte de la tierra.
La componente horizontal del campo geomagnético B siempre apunta desde el polo sur de la Tierra hacia el polo norte, mientras que la componente vertical es opuesta de norte a sur. El hemisferio sur es perpendicular al suelo y al. El hemisferio norte es perpendicular al suelo.
⑵ En el plano ecuatorial, la intensidad de la inducción magnética en cada punto igual a la superficie terrestre es igual y la dirección es horizontalmente norte.
(3) Si el campo geomagnético es generado por la carga en la superficie terrestre, entonces la carga en la superficie terrestre es negativa (según la ley de Ampere, la dirección del campo geomagnético y la dirección del rotación de la Tierra).
Verbo intransitivo intensidad de inducción magnética: (1) Fórmula de definición (al definir B) (2) B es un vector en la misma dirección que el campo magnético, no la dirección de la fuerza ejercida por la corriente allí , y la operación sigue el algoritmo vectorial.
7. Flujo magnético
1. Definición 1: φ=BS, S es el área perpendicular a la dirección del campo magnético, es decir, φ = B. Si el plano no es perpendicular a la dirección del campo magnético, debe ser Proyecte el área en la dirección perpendicular al campo magnético y encuentre el área proyectada.
2. Definición: Indica el número de líneas de inducción magnética que pasan por una determinada zona.
El flujo magnético es una cantidad escalar, pero tiene signo positivo y negativo. Los signos positivos y negativos no representan la dirección, solo representan la penetración o penetración de las líneas de inducción magnética.
Cuando una superficie tiene líneas de inducción magnética en dos direcciones, el cálculo del flujo magnético debe considerarse como "ganancia neta", es decir, ф = ф-ф (ф es el número de líneas de inducción magnética positivas , ф es la inducción magnética inversa. El número de líneas)
8. Tamaño de la fuerza en amperios
Fórmula sinθ (θ es el ángulo entre B e I)
9. Cuando está energizado La fuerza en amperios es mayor cuando el cable es perpendicular a la dirección del campo magnético.
3. Fuerza en amperios cuando el cable por el que circula corriente es paralelo a la dirección del campo magnético.
2.b es la intensidad de inducción magnética del campo magnético externo colocado en el cable energizado.
⒌ L en la fórmula es la longitud efectiva del cable perpendicular a la dirección del campo magnético. Por ejemplo, un alambre semicircular de radio r se coloca perpendicular al campo magnético b. La longitud equivalente del alambre es 2r, amperio fuerza.
La dirección x de la fuerza de Ampere
La dirección está determinada por la regla de la mano izquierda.
2. La fuerza en amperios siempre es perpendicular al plano determinado por la intensidad de inducción magnética B y la corriente I, pero B e I no son necesariamente perpendiculares.
11. El objeto determina la dirección del movimiento bajo la acción de la fuerza de Ampere.
Método de análisis del elemento actual
Toda la corriente se divide de manera equivalente en muchos componentes actuales. Primero use la regla de la izquierda para determinar la dirección de la fuerza en amperios en cada componente de corriente corta y luego determine la dirección de la fuerza resultante en toda la corriente. Finalmente, determine la dirección del movimiento y preste atención al análisis simétrico de los elementos actuales.
[Ejemplo] Como se muestra en la figura, dos rectas M y N que son perpendiculares al papel y paralelas entre sí transportan corrientes equivalentes en la misma dirección si se conecta otro conductor vivo ab; líneas rectas M y N a lo largo del papel. Si N se colocan a distancias iguales, el movimiento del cable cargado ab bajo la acción de la fuerza de Ampere es el siguiente:
Gira en sentido antihorario a lo largo del papel. Gire en el sentido de las agujas del reloj a lo largo del papel.
C. El extremo a saca el papel, el extremo b gira el papel hacia dentro, D. El extremo a gira el papel hacia dentro y el extremo b saca el papel.
3. Método de análisis equivalente.
Una corriente de anillo puede ser equivalente a una pequeña aguja magnética (o barra magnética), una barra magnética también puede ser equivalente a una corriente de anillo y un solenoide energizado puede ser equivalente a múltiples corrientes de anillo o barras. imán en forma.
3. Utilice el método de resumen.
(1) Cuando dos corrientes son paralelas entre sí, no hay tendencia a girar. Las corrientes en la misma dirección se atraen y las corrientes en la dirección opuesta se repelen.
⑵ Cuando dos corrientes de agua no son paralelas, tienden a girar paralelas entre sí y en el mismo sentido.
[Ejemplo] Como se muestra en la figura, cuelgue dos anillos metálicos idénticos M y N en una varilla aislante lisa ab colocada horizontalmente. Como se muestra en la figura, cuando las direcciones de conexión actuales de los dos anillos son las mismas, cuál de las siguientes afirmaciones es correcta []
A. Los dos anillos están cerca uno del otro.
C. Los dos anillos están muy separados. d. Ambos anillos se mueven hacia la izquierda al mismo tiempo.
3. Método especial de análisis de ubicación.
De acuerdo con la dirección de la fuerza en amperios sobre el conductor cargado en una posición especial, se puede determinar su dirección de movimiento y luego extenderla a posiciones generales.
Doce. Equilibrio y movimiento acelerado de conductores cargados en campos magnéticos y campos de gravedad
1. Ideas para la resolución de problemas: al igual que los problemas de equilibrio mecánico y movimiento acelerado, la clave es un análisis de fuerza correcto y completo del objeto. a solucionar el problema. Al mismo tiempo, cabe señalar que al realizar un análisis de fuerzas, primero se debe convertir la vista tridimensional a una vista en planta.
3. Analizar el problema de la fuerza sobre un conductor cargado sobre un carril guía paralelo, aplicando principalmente conocimientos de la ley de Ohm en circuito cerrado, fórmula de fuerza de Ampere, condiciones de equilibrio del objeto y otros conocimientos.
13. La magnitud de la fuerza de Lorentz
La magnitud de la fuerza de Lorentz cuando la dirección de la velocidad de la carga es perpendicular a la dirección del campo magnético.
4. Cuando corresponde, es decir, el campo magnético no tiene fuerza sobre cargas estáticas y sólo tiene fuerza sobre cargas en movimiento. Esto es diferente al efecto de los campos eléctricos sobre cargas estáticas o cargas en movimiento.
3. Cuando la dirección del movimiento de la carga es igual o opuesta a la dirección del campo magnético, es decir, paralela al campo magnético.
4. Cuando el ángulo entre la dirección del movimiento de la carga y la dirección del campo magnético es θ, la magnitud de la fuerza de Lorentz es senθ.
Nota: (1) V en la fórmula anterior debe entenderse como la velocidad de la carga en relación con el campo magnético. ⑵ Derive la fórmula de la fuerza de Lorentz.
Catorce. La dirección de la fuerza de Lorentz
1 Utilice la regla de la mano izquierda para determinar: deje que las líneas del campo magnético pasen por la palma, los cuatro dedos apunten en la dirección de las cargas positivas (o en la dirección opuesta a las de Lorentz). cargas negativas), y el pulgar apunta en la dirección de la fuerza de Lorentz.
2. La fuerza de Lorentz es siempre perpendicular a la dirección del movimiento de la carga y al campo magnético al mismo tiempo, sea perpendicular o no.
[Ejemplo] Los rayos catódicos son corrientes de partículas de alta velocidad emitidas desde el cátodo de un tubo de rayos catódicos. Estas partículas microscópicas son _ _ _ _. Si se aplica un campo magnético perpendicular al papel en el medio del tubo de rayos catódicos como se muestra en la figura, los rayos catódicos se desviarán _ _ _ _ (rellene "superior", "inferior", "interior", " exterior").
15. Características de la fuerza de Lorentz
La dirección de la fuerza de Lorentz es siempre perpendicular a la dirección del movimiento de las partículas. La fuerza de Lorentz solo cambia la dirección de la velocidad, no la magnitud de la velocidad, por lo que la fuerza de Lorentz nunca funciona.
16. La relación entre la fuerza de Ampere y la fuerza de Lorentz
La fuerza de Ampere es la manifestación macroscópica de la fuerza de Lorentz, y la fuerza de Lorentz es la esencia microscópica de la fuerza de Ampere. La dirección está determinada por la regla de la mano izquierda.
La fuerza de Lorentz no realiza trabajo, pero la fuerza de Ampere sí puede realizar trabajo.
Diecisiete. Movimiento bajo la acción de la fuerza de Lorentz
Cuando una partícula cargada entra perpendicularmente en un campo magnético, la fuerza de Lorentz no realiza ningún trabajo y la partícula se mueve con un movimiento circular uniforme. De la segunda ley de Newton, podemos obtener:, entonces, el período de movimiento de las partículas
[Ejemplo] Como se muestra en la figura, MN es una placa de metal delgada en un campo magnético uniforme. Las partículas cargadas (excluida la gravedad) se mueven en un campo magnético uniforme y atraviesan la placa de metal. Las líneas de puntos representan sus trayectorias de movimiento. Se puede ver en la figura:
a. La dirección del movimiento de las partículas es abcde.
c. La dirección del movimiento de la partícula es edcba D. La primera mitad del recorrido de la partícula dura más que la segunda mitad.
Movimiento de partículas cargadas en campos eléctricos y magnéticos mutuamente perpendiculares
Selector de velocidad.
⑴ Función: Puedes seleccionar partículas con una determinada velocidad.
⑵ Las características de fuerza de las partículas: se aplican fuerzas eléctricas y magnéticas en direcciones opuestas al mismo tiempo.
(3) Las condiciones para que las partículas pasen por el selector de velocidad a una velocidad constante: el equilibrio entre la fuerza del campo eléctrico y la fuerza de Lorentz: es decir, sólo las partículas que cumplan la velocidad pueden pasar por el selector de velocidad a velocidad constante en línea recta.
⑶El selector de velocidad es adecuado para cargas positivas y negativas. El hecho de que una partícula cargada pueda atravesar un campo eléctrico y un campo magnético a una velocidad uniforme no tiene nada que ver con la carga, las propiedades eléctricas y la masa de la partícula, sino que sólo depende de la velocidad de la partícula (no de la velocidad).
5] Si o, la partícula se desviará de la línea recta.
Si las partículas se inyectan desde la derecha, es imposible atravesar el campo electromagnético a una velocidad uniforme, lo que significa que el selector de velocidad no solo selecciona la velocidad, sino también la dirección de la velocidad.
4. Generador de fluido magnético
⑴ Función: La energía interna del plasma se puede convertir directamente en energía eléctrica.
(2) Principio: inyectar plasma de alta velocidad (es decir, gas ionizado a alta temperatura, que contiene una gran cantidad de partículas cargadas positiva y negativamente, y en general neutro) en un campo magnético, y bajo la acción de la fuerza de Lorentz, respectivamente concentrada en la placa A y en la placa B, se forma un campo eléctrico entre las placas. Cuando la fuerza del campo eléctrico entre las placas de la carga es igual a la fuerza de Lorentz sobre la carga, se forma una cierta diferencia de potencial entre las dos placas. Después de cerrar el interruptor K, se puede suministrar energía a la carga.
⑶Fuerza electromotriz del generador MHD: Derivación: cuando se desconecta el circuito externo, la fuerza electromotriz de la fuente de alimentación es igual al voltaje del terminal del circuito.
3. La velocidad inicial de las partículas cargadas es cero: las partículas cargadas se mueven siguiendo una curva.
19. [Ejemplo] Supongamos que hay un campo eléctrico uniforme vertical hacia abajo y un campo magnético uniforme vertical hacia adentro en el espacio (como se muestra en la figura). Se sabe que una partícula se mueve a lo largo de la curva ACB desde el punto estacionario A bajo la acción de la fuerza del campo eléctrico y la fuerza de Lorentz. La velocidad es cero cuando llega al punto B. El punto C es el punto más bajo de movimiento. Haciendo caso omiso de la gravedad, la siguiente afirmación es correcta ().
A. Esta partícula debe estar cargada positivamente. B. El punto A y el punto B están a la misma altura.
C. La partícula tiene la velocidad máxima en el punto c y en el punto d. Cuando la partícula llegue al punto B, regresará a lo largo de la curva original.
20. Movimiento de partículas cargadas en un campo magnético uniforme acotado
Tres preguntas
1. Determinación del centro del círculo: El centro del círculo. debe ser perpendicular a la dirección de la velocidad En línea recta, dibuje una línea vertical basada en las direcciones de velocidad del punto de incidencia y el punto de salida, y el punto de intersección es el centro del círculo.
Cálculo de radio: Generalmente, los conocimientos de geometría se utilizan para resolver triángulos rectángulos.
13. Determinación del tiempo de movimiento de partículas cargadas en un campo magnético acotado: la suma de los ángulos interiores del cuadrilátero es igual a 360 grados o el centro del círculo de velocidad (el ángulo entre los dirección de la velocidad de la partícula cargada que sale del campo magnético y la dirección de la velocidad de entrada al campo magnético) La relación entre el ángulo y el ángulo tangente o ángulo de desviación es igual al ángulo central de la órbita del arco, y luego se calcula el tiempo de movimiento usando la fórmula.
21. Espectrómetro de masas
El espectrómetro de masas se utiliza principalmente para analizar isótopos y determinar su masa y su relación carga-masa. La siguiente imagen es un espectrómetro de masas ordinario, que consta de una fuente de partículas, un campo eléctrico acelerador (U), un selector de velocidad (E, B1) y un campo magnético de desviación (B2). Si se mide que el diámetro orbital de la partícula en el ciclotrón es D, encuentre la relación carga-masa de la partícula. ()
[Pregunta de ejemplo] La figura 15-6 es un diagrama esquemático de un dispositivo de espectrómetro de masas para medir la masa de partículas cargadas. En el selector de velocidad (también llamado filtro de velocidad), la dirección de la intensidad del campo E es verticalmente hacia abajo, la dirección de la intensidad de inducción magnética B1 es perpendicular a la superficie del papel y la dirección de la intensidad de inducción magnética B2 en el separador es perpendicular a la superficie del papel. En S, hay cuatro iones positivos monovalentes A, B, C y D perpendiculares a E y B6544. Si no se considera la gravedad, los iones que golpean los cuatro puntos P1, P2, P3 y P4 son () respectivamente.
A.a, B, B.
Butil etil butil butil butil butil butil butil butil
22 Ciclotrón
Principio de funcionamiento
El papel del campo magnético: Después. las partículas cargadas ingresan al campo magnético a una cierta velocidad perpendicular a la dirección del campo magnético, realizan un movimiento circular uniforme bajo la acción de la fuerza de Lorentz. El período no tiene nada que ver con la velocidad y el radio (). Cada vez que una partícula cargada ingresa a la caja D, el tiempo de movimiento es igual (medio ciclo) y luego ingresa al campo eléctrico paralelo a la dirección del campo eléctrico para acelerar.
Tensión alterna: Para conseguir que las partículas cargadas se aceleren y la energía siga aumentando cada vez que pasan por la rendija, se utiliza una tensión alterna con el mismo periodo que las partículas cargadas en la caja D. añadido a la hendidura.
Energía final de las partículas cargadas
Cuando la velocidad de una partícula cargada es máxima, su radio de movimiento también lo es. Si el radio de la caja D es R, la energía cinética final de la partícula cargada
Nota: (1) La energía final de la partícula cargada no tiene nada que ver con el voltaje de aceleración, solo es relacionado con la intensidad de inducción magnética B y el radio de la caja D. ⑵Se puede ignorar el tiempo de aceleración de las partículas cargadas en el campo eléctrico. Los períodos de cambio positivo y negativo de la diferencia de potencial entre las dos cajas en forma de D deben ser iguales que el período de movimiento circular de las partículas.
23. Las partículas cargadas se mueven en campos compuestos (campo eléctrico, campo magnético, campo gravitacional).
1. Cuando la fuerza neta de las partículas cargadas es cero, se moverán en línea recta con velocidad uniforme o estarán en reposo.
(1) La fuerza de Lorentz es cero (es decir, cuando es paralela), las fuerzas de gravedad y del campo eléctrico están equilibradas y el objeto se mueve en línea recta a una velocidad uniforme.
⑵La fuerza de Lorentz es perpendicular a la velocidad y está equilibrada con la fuerza resultante de la gravedad y la fuerza del campo eléctrico, y se mueve en línea recta a una velocidad uniforme.
[Ejemplo] Como se muestra en la Figura 11-4-11, en el vacío, la dirección del campo eléctrico uniforme es verticalmente hacia abajo y la dirección del campo magnético uniforme es perpendicular a la superficie del papel. Las tres gotas de aceite A, B y C tienen la misma carga. Se sabe que A está estacionario, B se mueve hacia la derecha con rapidez uniforme y C se mueve hacia la izquierda con rapidez uniforme. Compara su calidad.
La gota de aceite de A.a tiene la masa más grande, y la gota de aceite de B.B tiene la masa más grande.
C.c tiene la mayor masa de gotas de aceite y d.a.b.c tiene la misma masa.
3. Cuando la fuerza resultante de las partículas cargadas actúa como fuerza centrípeta, las partículas cargadas se mueven con un movimiento circular uniforme.
Porque en circunstancias normales, la gravedad y la fuerza del campo eléctrico son fuerzas constantes, por lo que no pueden actuar como una fuerza centrípeta. Por lo tanto, en circunstancias normales, la gravedad y la fuerza del campo eléctrico están simplemente equilibradas y la fuerza de Lorentz. actúa como una fuerza centrípeta.
3. Si la fuerza resultante no es cero, pero la dirección y la velocidad están en la misma línea recta, la partícula se moverá en línea recta con aceleración o desaceleración uniforme (afectada por la gravedad, la fuerza del campo eléctrico). , fuerza de Lorentz y elasticidad); si hay varillas o restricciones de superficie, realice un movimiento lineal con aceleración variable (basándose en la gravedad, la fuerza del campo eléctrico, la fuerza de Lorentz, la elasticidad y la fricción)
[Ejemplo] Como se muestra en En la figura, una ranura aislante triangular suave Los ángulos con el plano horizontal son α y β (α < β) respectivamente, y se agrega un campo magnético perpendicular a la superficie del papel. Las bolas A y B con igual masa y cargas positivas y negativas iguales se liberan desde la parte superior de dos planos inclinados en secuencia. La afirmación correcta de que las dos bolas se mueven sobre la ranura es ().
A. En la ranura, las bolas A y B experimentan un movimiento lineal uniforme y un movimiento lineal acelerado.
B En la ranura, las bolas A y B experimentan una aceleración variable, pero allí. siempre lo es.
C. El desplazamiento máximo de la bola a y la bola b en línea recta es
D Si el tiempo que tardan las dos bolas en moverse a lo largo de la ranura es la suma, entonces <. /p>
Veinte 4. Soluciones múltiples a la fuerza de Lorentz
1. La incertidumbre de las partículas cargadas conduce a múltiples soluciones.
Las partículas cargadas bajo la acción de la fuerza de Lorentz pueden quedar cargadas positiva o negativamente. En el caso de la misma velocidad inicial, las trayectorias de las partículas positivas y negativas en el campo magnético son diferentes, lo que da como resultado múltiples soluciones.
La incertidumbre en la dirección del campo magnético crea múltiples soluciones.
3. Los estados críticos no forman de forma única soluciones múltiples.
Cuando una partícula cargada vuela a través de un campo magnético acotado bajo la acción de la fuerza de Lorentz, dado que la trayectoria de la partícula es circular, puede atravesarlo o puede girar 1800 y retroceder desde un lado. del campo magnético. Las direcciones salen volando, dando como resultado múltiples soluciones.
La naturaleza repetitiva del movimiento crea múltiples soluciones.
Cuando parte de la partícula cargada se mueve en el campo eléctrico y otra en el campo magnético, a menudo se mueve repetidamente, formando múltiples soluciones.
25. Respecto al problema de los valores extremos de las partículas cargadas que se mueven en un campo magnético acotado, preste atención a las siguientes conclusiones.
La condición para que una partícula cargada atraviese el límite del campo magnético es que la trayectoria de la partícula cargada en el campo magnético sea tangente al límite.
Cuando la velocidad permanece constante, cuanto mayor es la longitud del arco (o longitud de la cuerda), mayor es el ángulo central y más se mueven las partículas cargadas en el campo magnético delimitado.
3. Cuando cambia la velocidad, cuanto mayor es el ángulo central, mayor es el tiempo de movimiento.
Veintiséis. El efecto instantáneo de la fuerza de Ampere
Cuando una corriente pasa a través de un conductor, las cargas en el conductor deben moverse en una dirección.
Si la corriente solo pasa por un instante, la intensidad de la corriente no se puede medir debido al tiempo extremadamente corto. Sin embargo, podemos usar el "método indirecto" para medir la cantidad de electricidad que fluye a través de la sección transversal del conductor instantáneamente, es decir, usando. leyes o fórmulas como el teorema del impulso.
27. Deflexión eléctrica y deflexión magnética
Conclusiones secundarias
1. Área del campo magnético circular: Cuando las partículas cargadas entran en dirección radial, la velocidad al salir el campo magnético La dirección debe pasar por el centro del círculo.
2. Cálculo del área mínima del campo magnético circular: Encuentre dos puntos en el límite del campo magnético. La distancia entre estos dos puntos es el área circular más pequeña.
13. El ángulo de deflexión máximo de las partículas cargadas que vuelan en un área de campo magnético circular es que la línea que conecta el punto de entrada y el punto de salida sea exactamente el diámetro del campo magnético.
4. Si las partículas cargadas se mueven en línea recta en un campo eléctrico uniforme, un campo magnético uniforme o un campo gravitacional, entonces deben moverse en línea recta a una velocidad uniforme. Si realiza un movimiento circular uniforme, las fuerzas de gravedad y del campo eléctrico deben estar equilibradas, y sólo la fuerza de Lorentz proporciona fuerza centrípeta.
5. Cuando cargas con las mismas propiedades eléctricas giran en el mismo campo magnético, el sentido de rotación es el mismo, independientemente del sentido de la velocidad inicial.