第三章磁场教案
3.1 磁现象和磁场
第一节、磁现象和磁场
1．磁现象
磁性:能吸引铁质物体的性质叫磁性。
磁体：具有磁性的物体叫磁体。
磁极:磁体中磁性最强的区域叫磁极。
2．电流的磁效应
磁极间的相互作用规律:同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引.(与电荷类比）
电流的磁效应：电流通过导体时导体周围存在磁场的现象(奥斯特实验)。
3.磁场
磁场的概念：磁体周围存在的一种特殊物质（看不见摸不着，是物质存在的一种特殊形式)。
磁场的基本性质：对处于其中的磁极和电流有力的作用.
磁场是媒介物:磁极间、电流间、磁极与电流间的相互作用是通过磁场发生的。
磁场对电流的作用,电流与电流的作用，类比于库仑力和电场，形成磁场的概念，磁场虽然看不见、摸不着，但是和电场一样都是客观存在的一种物质，我们可以通过磁场对磁体或电流的作用而认识磁场。
4.磁性的地球
地球是一个巨大的磁体，地球周围存在磁场-－－地磁场。地球的地理两极与地磁两极不重合(地磁的N极在地理的南极附近,地磁的S极在地理的北极附近）,其间存在磁偏角。
地磁体周围的磁场分布情况和条形磁铁周围的磁场分布情况相似。
宇宙中的许多天体都有磁场。月球也有磁场。
例1、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
例2、如图表示一个通电螺线管的纵截面,ABCDE在此纵截面内5个位置上的小磁针是该螺线管通电前的指向,当螺线管通入如图所示的电流时，５个小磁针将怎样转动?
例３、有一矩形线圈，线圈平面与磁场方向成 角,如图所示。设磁感应强度为B,线圈面积为Ｓ，则穿过线圈的磁通量为多大?
例4、如图所示,两块软铁放在螺线管轴线上,
当螺线管通电后,两软铁将（填“吸引”、
“排斥”或“无作用力”），A端将感应出极。
3.2 磁感应强度
第二节 、 磁感应强度
1.磁感应强度的方向：小磁针静止时N 极所指的方向规定为该点的磁感应强度方向
思考:能不能用很小一段通电导体来检验磁场的强弱呢？
2．磁感应强度的大小
匀强磁场:如果磁场的某一区域里,磁感应强度的大小和方向处处相同,这个区域的磁场叫匀强磁场。
实验表明，通电导线和磁场方向垂直时，通电导线受力(磁场力)
写成等式为：F = B ＩL ①
注意:①Ｂ与导线的长度和电流的大小无关
②在不同的磁场中B 的值不同(即使同样的电流导线的受力也不样）
磁感应强度的大小(表征磁场强弱的物理量)：
（1)定义: 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的力（安培力)Ｆ跟电流Ｉ和导线长度L 的乘积IL 的比值叫磁感应强度。符号:B
说明:如果导线很短很短,B 就是导线所在处的磁感应强度。其中,I 和导线长度L 的乘积IL 称电流元。
（２)定义式:IL F B = ② （3）单位：在国际单位制中是特斯特，简称特，符号T. 1T=N/A ·m
（4）物理意义：磁感应强度B 是表示磁场强弱的物理量.
对Ｂ的定义式的理解：
【例】磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线,它的电流强度是2.5 A ，导线长１ cm ，它受
到的安培力为5×10－2 N ，则这个位置的磁感应强度是多大?
解答:T 2m
101A 5.2N 10522=???==--IL F B 小结:可类比磁场与静电场,小结出以下两个方面:
一是电场力与磁场力在方向上是有差异的。电场力的方向总是与电场强度E 的方向相同或相反;而磁场力的方向恒与磁感应强度Ｂ的方向垂直。
二是E 和B 在引入方法上也是有差异的。在电场强度Ｅ的引入中，考虑到的是电场中检验电荷所受的力F 与检验电荷所带电量q 之比;而在磁感应强度B 的引入中,考虑的是磁场中检验电流元所受的力F 与乘积IL 之比。
例题１、在纸面上有一个等边三角形ABC ，其顶点
处都通有相同电流的三根长直导线垂直于纸面位置,
电流方向如图所示，每根通电导线在三角形的中心O 产生的磁感应强度大小为B 0。则中心O 处的磁感应强度大小为 。
例题２、在同一平面内有四根彼此绝缘的通电直导线,如图所示,四根导线中电流i4=i3＞i2>i１，要使Ｏ点磁场增强,则应切断哪一根导线中的电流？()
A、ｉ1
B、ｉ２
C、i３
D、i4
例题3、如图,一通电直导线位于蹄形磁铁、磁极的正上方,
当通以电流Ｉ时，试判断导线的运动情况。
5、如图所示,两根平行放置的导电轨道,间距为L,倾角为 ，轨道间接有电动势为E（内阻不计）的电源,现将一根质量为m、电阻为R的金属杆ab与轨道垂直放于导电轨道上(忽略不计自身产生的磁场强度）,轨道的摩擦和电阻均不计,要使aｂ杆静止,所加匀强磁场的磁感应强度至少多大?什么方向？
S
N
A B
3.3 几种常见的磁场
第三节、集中常见的磁场
1.磁感线
（１)磁感线的定义
在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线叫做磁感线。
（2)特点：
A、磁感线是闭合曲线,磁铁外部的磁感线是从北极出来,回到磁铁的南极，内部是从南极到北极．
B、每条磁感线都是闭合曲线,任意两条磁感线不相交。
C、磁感线上每一点的切线方向都表示该点的磁场方向。
D、磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小
2.几种常见的磁场
（1)条形、蹄形磁铁,同名、异名磁极的磁场周围磁感线的分布情况(图见课本）
(２）电流的磁场与安培定则
①直线电流周围的磁场
在引导学生分析归纳的基础上得出
○直线电流周围的磁感线：是一些以导线上各点为圆心的同心圆,这些同心圆都在跟导线垂直的平面上.（图见课本)
○直线电流的方向和磁感线方向之间的关系可用安培定则(也叫右手螺旋定则)来判定:用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向.
②环形电流的磁场
○环形电流磁场的磁感线:是一些围绕环形导线的闭合曲线，在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直(图见课本)。
③通电螺线管的磁场.
○通电螺线管磁场的磁感线:和条形磁铁外部的磁感线相似，一端相当于南极，一端相当于北极;内部的磁感线和螺线管的轴线平行,方向由南极指向北极，并和外部的磁感线连接，形成一些环绕电流的闭合曲线(图见课本)
○通电螺线管的电流方向和它的磁感线方向之间的关系，也可用安培定则来判定：用右手握住螺线管,让弯曲四指所指的方向和电流的方向一致,则大拇指所指的方向就是螺线管的北极(螺线管内部磁感线的方向）.
电流磁场（和天然磁铁相比）的特点：磁场的有无可由通断电来控制；磁场的极性可以由电流方向变换;磁场的强弱可由电流的大小来控制。
3．安培分子电流假说
（1)安培分子电流假说(P９2)
对分子电流,结合环形电流产生的磁场的知识及安培定则,以便学生更容易理解“它的两侧相当于两个磁极”,这句话;并应强调“这两个磁极跟分子电流不可分割的联系在一起”，以便使他们了解磁极为什么不能以单独的N极或Ｓ极存在的道理。
(2）安培假说能够解释的一些问题
【说明】“假说”，是用来说明某种现象但未经实践证实的命题。在物理定律和理论的建立过程中,“假说”，常常起着很重要的作用，它是在一定的观察、实验的基础上概括和抽象出来的。安培分子电流的假说就是在奥斯特的实验的启发下，经过思维发展而产生出来的。
(3）磁现象的电本质:磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的.
4.匀强磁场
（1)匀强磁场：如果磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同,这个区域的磁场叫匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的平行直线。
(2)两种情形的匀强磁场:即距离很近的两个异名磁极之间除边缘部分以外的磁场;相隔一定距离的两个平行线圈（亥姆霍兹线圈)通电时，其中间区域的磁场P9２图3.３－7,图3.３-8。
5.磁通量
(1)定义: 磁感应强度B与线圈面积Ｓ的乘积,叫穿过这个面的磁通量(是重要的基本概念）。(２)表达式：φ=BＳ
【注意】①对于磁通量的计算要注意条件,即B是匀强磁场或可视为匀强磁场的磁感应强度，S是线圈面积在与磁场方向垂直的平面上的投影面积。
②磁通量是标量，但有正、负之分,可举特例说明。
(3）单位：韦伯，简称韦，符号Wb 1Wb ＝１T·ｍ2
（4)磁感应强度的另一种定义（磁通密度):即B ＝φ／S
上式表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量,并且用Wb/m2做单位（磁感应强度的另一种单位）。所以:１Ｔ = 1 Ｗb/m2 ＝１N/A·ｍ
巩固练习
1.如图所示，放在通电螺线管内部中间处的小磁针,静止时N极指向右.
试判定电源的正负极.
解析:小磁针N极的指向即为该处的磁场方向,所以在螺线管内部磁感线
方向由ａ→b，根据安培定则可判定电流由c端流出，由ｄ端流入，故c端为电源的正极，ｄ端为负极.
3.4 、磁场对通电导线的作用力
第四节、磁场对通电导线的作用力
安培力:磁场对电流的作用力．
安培力是以安培的名字命名的,因为他研究磁场对电流的作用力有突出的贡献.
1．安培力的方向
（1）、安培力的方向和磁场方向、电流方向有关系.
(2)、安培力的方向既跟磁场方向垂直,又跟电流方向垂直,也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面.
如何判断安培力的方向呢?
安培力方向和电流方向、磁场方向存在着一个规律一一左手定则．
左手定则:伸开左手,使大拇指跟其余四个手指垂直,并且跟手掌在
同一个平面内，把手放人磁场中，让磁感线垂直穿人手心,并使伸开的四
指指向电流方向，那么,拇指所指的方向,就是通电导线在磁场中的受力
方向．（如图)。
＊一般情形的安培力方向法则介绍…
结论：电流和磁场可以不垂直,但安培力必然和电流方向垂直，也和
磁场方向垂直，用左手定则时,磁场不一定垂直穿过手心,只要不从手背
传过就行。
补充练习:判断下图中导线A所受磁场力的方向．
答案:
2、安培力的大小
通电导线(电流为I、导线长为Ｌ）和磁场（B）方向垂直时，
通电导线所受的安培力的大小：F = BIL（最大）
两种特例：即F = IＬB(I⊥B)和Ｆ= 0(I∥Ｂ)。
一般情况：当磁感应强度Ｂ的方向与导线成θ角时，有F = ILB
ｓinθ
注意:矢量的正交分解体现两个分量与原来的矢量是等效替
代的关系
3、磁电式电流表
（1）电流表的组成及磁场分布
电流表的组成:永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度
盘.（最基本的是磁铁和线圈）
（2)电流表的工作原理
３.5、磁场对运动电荷的作用（1课时）
第五节、磁场对运动电荷有作用
１、洛伦兹力的方向和大小
（１)、洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的作用力.
通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现.
（2）判定安培力方向.
②.电流方向和电荷运动方向的关系.(电流方向和正电荷运动方向相同，和负电荷运动方向相反)
③．Ｆ安的方向和洛伦兹力方向关系.（F安的方向和正电荷所受的洛伦兹力的方向相同，和负电荷所受的洛伦兹力的方向相反.)
④.电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系．(学生分析总结)
（2）、洛伦兹力方向的判断——左手定则
伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心,若四指指向正电荷运动的方向,那么拇指所受的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向；若四指指向是电荷运动的反方向，那么拇指所指的正方向就是负电荷所受洛伦兹力的方向.
（2）试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向.
[学生解答］
甲中正电荷所受的洛伦兹力
方向向上.
乙中正电荷所受的洛伦兹力
方向向下．
丙中正电荷所受的洛伦兹力
方向垂直于纸面指向读者.
丁中正电荷所受的洛伦兹力的方向垂直于纸面指向纸里
(３)、洛伦兹力的大小
设有一段长度为L的通电导线，横截面积为S，导线每单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为ｑ，定向移动的平均速率为ｖ,将这段导线垂直于磁场方向放入磁感应强度为B的磁场中.
洛伦兹力的计算公式
（1)当粒子运动方向与磁感应强度垂直时(v┴B) F = qvB
（2)当粒子运动方向与磁感应强度方向成θ时（ｖ∥Ｂ）Ｆ = ｑｖBsｉnθ上两式各量的单位：
Ｆ为牛（N），ｑ为库伦（Ｃ), v为米／秒(m／s), B为特斯拉（T)
由洛伦兹力所引起的带电粒子运动的方向总是与洛伦兹力的方向相垂直的,所以它对运动的带电粒子总是不做功的。
1．像管的工作原理
（1)原理 :应用电子束磁偏转的道理
(2)构造 :由电子枪（阴极)、偏转线圈、荧光屏等组成(介绍各部分的作用102页）
3.6、带电粒子在匀强磁场中的运动
第六节、带电粒子在匀强磁场中的运动
当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时,粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动．
带电粒子垂直进入匀强磁场中的受力及运动情况分析．
（１)在匀强磁场中垂直于磁场方向运动的带电粒子。
（2)用左手定则明确带电粒子初速度与所受到的洛伦兹力在同一平面内，所以只可能做平面运动。
(3）洛伦兹力不对运动的带电粒子做功,它的速率不变,同时洛伦兹力的大小也不变。
(4)根据牛顿第二定律,洛伦兹力使运动的带电粒子产生加速度(向心加速度)
１.带电粒子在匀强磁场中的运动
（１）、运动轨迹：沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，粒子在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动,此洛伦兹力不做功.
【注意】带电粒子做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供。
粒子做匀速圆周运动所需的向心力F =m r v 2是由粒子所受的洛伦兹力提供的，所以 qvB =mv 2/ r 由此得出r ＝qB mv T =qB
m v r ππ22=可得Ｔ=qB m π2 (２）、轨道半径和周期
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径及周期公式.
1、轨道半径r ＝qB
mv 2、周期T =2πm/ qB 例题1(质谱仪的运用)
如图所示，一质量为m ，电荷量为q 的粒子从容器A 下方小孔S １飘入
电势差为U 的加速电场,然后让粒子垂直进入磁感应强度为B 的磁场中,最
后打到底片D 上.
(1)粒子进入磁场时的速率。
(2)求粒子在磁场中运动的轨道半径。
解:(1)粒子在S 1区做初速度为零的匀加速直线运动.由动能定理知，粒子
在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，即
qu mv =22
1 由此可得v =m qu /2.
（2）粒子做匀速圆周运动所需的向心力是由粒子所受的洛伦兹力提供，即qv Ｂ=m r
v 2
所以粒子的轨道半径为 r =ｍv/qB =2/2qB mu
补充例题2:如图所示，半径为r的圆形空间内,存在着垂直于纸面向里的匀强磁场,一个带电粒子（不计重力），从A点以速度v0垂直磁场方向射入磁场中，并从Ｂ点射出，已知∠AOB＝１20°,求该带电粒子在磁场中运动的时间。
分析:首先通过已知条件找到所对应的圆心O′，画出粒子的运动轨迹并画出几何图形。
解：设粒子在磁场中的轨道半径为R，粒子的运动轨迹及几何图形如图所示。
粒子在磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，
有qvＢ=mv2/R ①
由几何关系有：Ｒ = ｒtａn60o②
粒子的运动周期T ＝2πR／v０③
由图可知θ=60°,得电粒子在磁场中运动的时间t = Ｔ／6 ④
联立以上各式解得：ｔ=3ｒπ/3ｖ0
回旋加速器:
磁场的作用:以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动,其周期在q、m、B不变的情况下与速度和轨道半径无关,带电粒子每次进入D形盒都运动相等的时间(半个周期）后平行电场方向进入电场加速。
电场的作用：回旋加速器的的两个Ｄ形盒之间的夹缝区域存在周期性
变化的并垂直于两个Ｄ形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时
被加速。
交变电压的作用：为保证交变电场每次经过夹缝时都被加速，使之能
量不断提高,须在在夹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。
带电粒子经加速后的最终能量：(运动半径最大为Ｄ形盒的半径R）
由R=mv/qB有v=qBR／m 所以最终能量为Ｅｍ=mv2/2 = q2Ｂ２Ｒ2/2m
例1、图中MN表示真空室中垂直于纸面的平板，它的一侧有匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁感应强度大小为B。一带电粒子从平板上狭缝O处以垂直于平板的初速ｖ射入磁场区域，最后到达平板上的P点。已知B、v以及P到Ｏ的距离l，不计重力,求此粒子的电荷e与质量ｍ之比。
例题 1 例题２
例２、一个负离子,质量为m，电量为q，以速率v垂直于屏S经小孔Ｏ射入有匀强磁场的真空室中,磁感应强度B的方向与离子运动方向垂直，并垂直于纸面向里，如图所示。如果离子进入磁场后经过时间ｔ到达P点，则直线OＰ与离子入射方向之间的夹角 跟t的关系式如何?
例3、如图，在某装置中有一匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直于Ｏｘｙ所在的纸面向外。某时刻在x=ｌ0、y＝0处,一质子沿y轴的负方向进入磁场；同一时刻,在ｘ=-l0、ｙ=0处，一个α粒子进入磁场,速度方向与磁场垂直。不考虑质子与α粒子的相互作用。设质子的质量为ｍ,电荷量为e。
(1)如果质子经过坐标原点Ｏ，它的速度为多大?
(２)如果α粒子与质子经最短时间在坐标原点相遇,α粒子的速度应
为何值？方向如何？
有界磁场问题分析:
1、如图所示一电子以速度ｖ垂直射入磁感应
强度为B ，宽度为d 的匀强磁场中,穿透磁场时
速度方向与电子原来入射方向夹角为30°，则电 子做圆周运动的半径为 ，电子的质量为
，运动时间为 。
【典型例题】
1、求带电粒子在有界磁场中的运动的时间
例1、如图所示,在半径为r 的圆形区域内，
有一个匀强磁场,一带电粒子以速度v 0从Ｍ点
沿半径方向射入磁场区,并由N 点射出，O 点为
圆心,∠MON=1２０°时,求：带电粒子在磁场区域的偏转半径R 及在磁场区域中的运动时间。
2、求有界磁场的磁感应强度
例2、如图所示有一边长为a 的等边三角形与匀
强磁场垂直，若在三角形某边中点处以速度v 发射一
个质量为m 、电量为e 的电子，为了使电子不射出这
个三角形匀强磁场,则该磁场磁感应强度的最小值为多少?
例3、如图所示，一束质子沿同方向从正方形的顶点a 射入匀强磁场，分成两
部分，分别从bc 边和cd 边的中点e 、f 点射出磁场,求两部分质子的速度之比。（已
知ｓｉｎ37°=0.６,cos37°=0．8)
例４、长为L 、间距也为L 的两平行金属板间有垂直纸面向里的匀强磁场,如
图所示,磁感应强度为B 。今有质量为m 、带电荷量为q 的正离子从平行板左端中
点以平行于金属板的方向射入磁场。欲使离子不打在极板上，入射离子的速度大小应满足的条件是
( )
①m 4qBL v < ②m 4qBL 5v > ③m qBL v >?④< 4qBL 5 以上正确的是( ） A 、①②?? B 、②③?? C 、只有④? D 、只有② 极值、多解问题: 1、求带电粒子在有界磁场中运动的速度 例1、如图所示,宽为d的有界匀强磁场的边界为 PＱ、ＭN,一个质量为m,带电量为-ｑ的微粒子沿 图示方向以速度ｖ0垂直射入磁场,磁感应强度为Ｂ, 要使粒子不能从边界ＭＮ射出，粒子的入射速度v0 的最大值是多大? 2、求带电粒子通过磁场的最大偏转角 例2、如图所示,ｒ=10cｍ的圆形区域内有匀强磁场,其边界跟y轴在坐标Ｏ处相切，磁感应强度Ｂ=0.332T,方向垂直纸面向外,在O 处有一放射源S,可沿纸面向各个方向射出速率均 为v=３．2×106m／s的α粒子，已知ｍa＝６.6４×10－２7ｋg， q＝3.2×10-19Ｃ，则α粒子通过磁场最大偏转角等于 多少？ 例3、某电子以固定的正电荷为圆心在匀强磁场中做匀速圆周运动,磁场方向垂直它的运动平面，电子所受电场力恰是磁场对它的作用力的３倍,若电子电荷量为e，质量为m,磁感应强度为Ｂ,那么,电子运动的可能角速度是( ) A、4ｅＢ/m ?Ｂ、3eB/m?Ｃ、2eB／m??Ｄ、ｅB/ｍ 洛仑兹力的应用： １、粒子速度选择器怎样选择粒子的速度？ 例:如图所示,a 、ｂ是位于真空中的平行金属板,a 板带正电,b 板带负电，两板间的电场为匀强电场,场强为E 。同时在两板之间的空间中加匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度为B 。一束电子以大小为v 0的速度从左边Ｓ处沿图中虚线方向入射，虚线平行于两板，要想使电子在两板间能沿虚线运动,则v ０、Ｅ、B 之间的关系应该是（ ） A 、 B E v 0=? B 、E B v 0= C 、B E v 0= ?D 、E B v 0= 2、质谱仪怎样测量带电粒子的质量？ 例:如图所示,质谱仪主要是用来研究同位素 (即原子序数相同原子质量不同的元素）的仪器, 正离子源产生带电量为ｑ的正离子，经Ｓ1、S 2两 金属板间的电压Ｕ加速后，进入粒子速度选择器P 1、Ｐ2之间,Ｐ1、Ｐ2之间有场强为E 的匀强电场和与之正交的磁感应强度为B 1的匀强磁场，通过速度选择器的粒子经S １细孔射入磁感应强度为B 2的匀强磁场沿一半圆轨迹运动，射到照相底片M 上,使底片感光,若该粒子质量为m,底片感光处距细孔S ３的距离为x,试证明m=q Ｂ１B 2ｘ／2Ｅ。 例：沿水平方向放置的平行金属板的间距为d ，两板之间是磁感应强度为B 的匀强磁场，如图所示,一束在高温下电离的气体（等离子体），以v 射入磁场区,在两板上会聚集电荷出现电势差,求： （1)M 、N 两板各聚集何种电荷？ （2)M 、N 两板间电势差可达多大? 带电粒子在复合场中的运动： 【典型例题】 例1、如图所示，套在绝缘棒上的小球,质量为0.1g ， 带有q=4×１０－4Ｃ的正电荷,小球在棒上可以自由滑动， 直棒放在互相垂直且沿水平方向的匀强电场E=1０N/C 和匀强磁场B=0．5T 之中，小球和直棒之间的动摩擦 因数为μ=0．２，求小球由静止沿棒竖直下落的最大加速度和最大速度。(设小球在运动过程中电量不变)。 例2、如图所示,质量Ｍ=３.0kg 的小车静止在光滑的水平面上，ＡD 部分是表面粗糙的水平导轨， DC 部分是光滑的41圆弧且半径为Ｒ＝５m 导轨,整个导轨都是由绝缘材料制成的，小车所在平面内有竖直向上E=4０Ｎ／C 的匀强电场和垂直纸面向里B=2.0T 的匀强磁场。今有一质量为m=１.0k ｇ带负电的滑块(可视为质点）以v 0=8m/s 的水平速度向右冲上小车，当它即将过D 点时速度达到 v 1=5m/s,对水平导轨的压力为15．5N ，(g 取１0m/ｓ２） (1）求滑块的电量。 （２）求滑块从Ａ到Ｄ的过程中, 小车、滑块系统损失的机械能。 (3)若滑块能过D 时立即撤去磁场,求此后小车所能获得的最大速度。 例3、ab 、cd 为平行金属板，板间存在正交的匀强电场和匀强磁场,电场强度E=1０0V/m,磁感应强度B=4T 。如图所示,一带电荷量ｑ＝1.0×１０-８ C 、质量m=1.0×10-10kg 的微粒，以初速度v 0=30m/s 、垂直板进入板间场区,粒子做曲线运动至M 点时速度方向与极板平行,在Ｍ点这一带电粒子恰与另一质量和它相等的不带电微粒吸附在一起,之后一起做匀速直线运动，不计重力，求: （1)微粒带何种电荷？ （2）微粒在M 点吸咐另一微粒前速度多大? (３）M 点距ａb 板的距离是多大? 例４、在相互垂直的匀强磁场和匀强电场中,有一倾角为θ, 足够长的光滑绝缘斜面,磁感应强度为B ，方向垂直纸面向外， 电场强度为Ｅ，方向竖直向上,一质量为m、带电量为+q的小 球静止在斜面顶端，这时小球对斜面的正压力恰好为零，如图 所示。若迅速使电场方向竖直向下时,小球能在斜面上连续滑行多远?所用时间是多少？ 例５、如图所示，一质量为m，带电荷量为+q的粒子以速度v０从O点沿y轴正方向射入磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向外,粒子飞出磁场区域后,从点b处穿过x轴，速度方向与x轴正方向的夹角为30°，同时进入场强为E、方向沿x轴负方向成60°角斜向下的匀强电场中,通过了b点正下方的c点,如图所示。粒子的重力不计，试求: （1）圆形匀强磁场的最小面积。 (2)c点到b点的距离s。 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 第三单元 自然界的水 课题1 水的组成 一、水的组成 1、水的组成： （1）电解水的实验 A.装置―――水电解器 B.电源种类---直流电 C.加入硫酸或氢氧化钠的目的----增强水的导电性 D.化学反应：文字表达式：：水（H 2O ）氢气（H 2） + 氧气（O 2） 化学方程式：2H 2O 通电 2H 2↑+ O 2↑ 产生位置 负极 正极 体积比 2 ： 1 质量比 1 ： 8 E.检验：O 2---出气口置一根带火星的木条----木条复燃 H 2---出气口置一根燃着的木条------气体燃烧，发出淡蓝色的火焰 （2）结论： ①水是由氢、氧元素组成的。 ②化学变化中，分子可分而原子不可分。 2、水的性质 物理性质：无色无味的液体、40C 时密度最大，为1g/cm 3 化学性质：通电分解 文字表达式：水（H 2O ）氢气（H 2） + 氧气（O 2） 化学方程式： 2H 2O 通电 2H 2↑+O 2↑ 3、氢气 1、物理性质：密度最小的气体（向下排空气法）（氢气与其它气体的显著区别之处）；难溶 于水（排水法）、无色无臭的气体 证明氢气密度比空气小的方法：用氢气吹肥皂泡，若肥皂泡上升，则密度比空气小 2、化学性质： 可燃性（用途：高能燃料；氢氧焰焊接，切割金属） 文字表达式：氢气（H 2） + 氧气（O 2）水（H 2O ） 化学方程式：2H 2 + O 2 点燃 2H 2 O 点燃前，要验纯 现象：发出淡蓝色火焰，放出热量，有水珠产生 注意：混有一定量的空气或氧气的氢气遇明火会发生爆炸，因此点燃前必须验纯。 二、物质的分类 1、概念 单质：由同种元素组成的纯净物 例：氢气、氧气、红磷等 化合物：由不同种元素组成的纯净物 例：水、高锰酸钾等 氧化物：由两种元素组成，且含有氧元素的纯净物 例：二氧化硫、氧化铁等 注意:单质、化合物前提必须是纯净物，即划分单质、化合物的标准是根据纯净物的元素种类来划分的。若只含一种元素的纯净物就属于单质；若含有几种元素的纯净物就属于化合物 2、物质分类的步骤 ①根据物质种类分为纯净物与混合物②写出纯净物的化学符号③根据元素种类将纯净物分点燃 通电 通电 电解水口诀： 材料科学概论考点总结 1·材料: 材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质(Materials is the stuff from which a thing is made for using.) 2·材料的分类及类型: 按服役领域分类：结构材料 (受力，承载)，功能材料 (半导体，超导体以及光、电、声、磁等) 按化学组成分：金属材料，无机非金属材料，高分子材料，复合材料 按材料尺寸分：零维材料，一维材料，二维材料，三维材料 按结晶状态分：晶态材料，非晶态材料，准晶态材料 3·材料科学：是一门以实体材料为研究对象，以固体物理，热力学，动力学，量子力学，冶金，化工为理论基础的交叉型应用基础学科。4·材料的发展要素：材料的成分、组织结构、合成加工、性质与使用性能5·材料的力学性能：弹性模量，强度，塑性，断裂韧性，硬度 6·塑性变形：材料在外力作用下产生去除外力后不能恢复原状的永久性变形称为塑性变形。塑性变形具有不可逆性 7·能带：满带，空带，价带，禁带 8·磁性的分类： 磁滞回线： H c ：矫顽力 H m ：饱和磁场强度 B r ：剩余磁感应强度 B s ：饱和磁感应强度 9·不同材料的热导率特性：金属材料有很高的热导率，无机陶瓷或其它绝缘材料热导率较低，半导体材料的热传导，高分子材料热导率很 低 10·固溶体：合金的组元以不同的比例相互混合混合后形成的固相的晶体结构与组成合金的某一组元的相同这种相就称为固溶体. 11·断裂韧度：是衡量材料在裂纹存在的情况下抵抗断裂的能力 12·影响断裂失效的因素： （1）材料机械性能的影响 （2）零件几何形状的影响 （3）零件应力状态的影响 （4）加工缺陷的影响 （5）装配、检验产生缺陷的影响 13·穿晶断裂：裂纹在晶粒内部扩展，并穿过晶界进入相邻晶粒继续扩展直至断裂 第三章相互作用 一．力 1.定义：力是物体之间的相互作用。力的作用效果有两个，一是使物体发生形变，二是改变物体的运动状态。在国际单位制中，力的单位是牛顿，简称牛，符号是N。力的大小用弹簧测力计测量。 2. 力的本质 (1)力的物质性：力是物体对物体的作用，力不能离开物体而独立存在。每个力的产生必然同事联系两个物体——施力物体和受力物体。 (2)力的相互性：物体之间力的作用是相互的，施力物体同时也是受力物体。力总是成对出现的，分别作用在两个物体上，作用效果不能抵消。 (3)力的矢量性：力既有大小又有方向。 (4)力作用的独立性：几个力作用在同一物体上，每个力对物体的作用效果均不会因其它力的存在而受到影响。 3．力的三要素包括力的大小、方向、作用点。 4. 力的图示：力可以用一条有向线段表示，线段的长度表示力的大小，它的指向表示力的方向，箭头或箭尾表示力的作用点，线段所在的直线叫做力的作用线。 5.力的分类 按性质命名的力，例如：重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力。按效果命名的力，例如：拉力、压力、支持力、动力、阻力。二．重力 1.定义：由于地球的吸引而使物体受到的力。它的施力物体是地球。 2.重力的大小G=mg，方向竖直向下。作用点叫物体的重心。重心的位置与物体的质量分布和形状有关。质量均匀分布，形状规则的物体的重心在其几何中心处。薄板类物体的重心可用悬挂法确定。 注意：重力是万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力，在两极处重力等于万有引力．由于重力远大于向心力，一般情况下近似认为重力等于万有引力。 四种基本相互作用：万有引力、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。这四种基本相互作用是不需要物体相互接触就能产生作用的，称为非接触力。 三．弹力 1.接触力：接触力按照性质可以分为弹力和摩擦力，他们在本质上都是由电磁力引起的。 2.形变：物体在力的作用下形状或者体积会发生改变，这种变化叫做 形变。有些物体在撤去力之后形变可以恢复，称为弹性形变。3.发生形变的物体，由于要恢复原状，会对跟它接触的且使其发生形 变的物体产生力的作用，这种力叫弹力。弹力产生的条件是与物体直接接触并且发生形变。但物体的形变不能超过弹性限度。弹力的方向和产生弹力的那个形变方向相反。 4.胡克定律弹簧发生形变时，弹力的大小F与弹簧的伸长量（或缩短 量）成正比，即F=Kx，其中K称作弹簧的劲度系数，单位是N/m,劲度系数由弹簧本身的结构决定。 四．摩擦力 选修3-5知识梳理 一．量子论的建立黑体和黑体辐射Ⅰ （一）量子论 1.创立标志：1900年普朗克在德国的《物理年刊》上发表《论正常光谱能量分布定律》的论文，标志着量子论的诞生。 2.量子论的主要内容： ①普朗克认为物质的辐射能量并不是无限可分的，其最小的、不可分的能量单元即“能量子”或称“量子”，也就是说组成能量的单元是量子。 ②物质的辐射能量不是连续的，而是以量子的整数倍跳跃式变化的。 3.量子论的发展 ①1905年，爱因斯坦奖量子概念推广到光的传播中，提出了光量子论。 ②1913年，英国物理学家玻尔把量子概念推广到原子内部的能量状态，提出了一种量子化的原子结构模型，丰富了量子论。 ③到1925年左右，量子力学最终建立。 4.量子论的意义 ①与量子论等一起，引起物理学的一场重大革命，并促进了现代科学技术的突破性发展。 ②量子论的革命性观念揭开了微观世界的奥秘，深刻改变了人们对整个物质世界的认识。 ③量子论成功的揭示了诸多物质现象，如光量子论揭示了光电效应 ④量子概念是一个重要基石，现代物理学中的许多领域都是从量子概念基础上衍生出来的。 量子论的形成标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界；同时，在量子论的基础上发展起来的量子论学，极大地促进了原子物理、固体物理和原子核物理等科学的发展。 （二）黑体和黑体辐射 1．热辐射现象 任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。 这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。 ①.物体在任何温度下都会辐射能量。 ②.物体既会辐射能量，也会吸收能量。物体在某个频率范围内发射电磁波能力越大，则它吸收该频率范围内电磁波能力也越大。 辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。此时温度恒定不变。 实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度（T）、辐射的波长、时间的长短和发射的面积。 2.黑体 物体具有向四周辐射能量的本领，又有吸收外界辐射 来的能量的本领。 黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的 物体。 3．实验规律： 1）随着温度的升高，黑体的辐射强度都有增加； 2）随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动。 二．光电效应光子说光电效应方程Ⅰ 1、光电效应 第三章相互作用 专题一:力的概念、重力和弹力 1．力的本质 (1)力的物质性：力是物体对物体的作用。提到力必然涉及到两个物体:施力物体和受力物体，力不能离开物体而独立存在,(不离开不是一定要接触)有力时物体不一定接触。 (2)力的相互性：力是成对出现的，作用力和反作用力同时存在。作用力和反作用力总是等大、反向、共线，分别作用在两个物体上，作用效果不能抵消. (3)力的矢量性：力有大小、方向，对于同一直线上力的矢量运算，同向相加，反向相减。 (4)力作用的独立性：几个力作用在同一物体上，每个力对物体的作用效果均不会因其它力的存在而受到影响。 2．力的作用效果 $ 力对物体作用有两种效果：一是使物体发生形变，二是改变物体的运动状态。这两种效果可各自独立产生，可同时产生。 3．力的三要素：大小、方向、作用点 完整表述一个力时，三要素缺一不可。当力 F1、F2的大小、方向均相同时，我们说F1=F2。 力的大小可用弹簧秤测量，也可通过定理、定律计算，力的单位是牛顿，符号是N。 4．力的图示和力的示意图 力的图示：用一条有向线段表示力的方法叫力的图示，用带有标度的线段长短表示大小，用箭头指向表示方向，作用点用线段的起点表示。 5.重力 （1）．重力的产生： - 重力是由于地球的吸收而产生的,重力的施力物体是地球。 （2）．重力的大小： ○由G=mg计算，g为重力加速度，通常g取米／秒方。 ○由弹簧秤测量：物体静止时弹簧秤的示数为重力大小。 （3）．重力的方向： 重力的方向总是竖直向下的，不一定指向地心。 （4）．重力的作用点——重心 ○物体的各部分都受重力作用，效果上,认为各部分受到的重力作用都集中于一点，叫做物体的重心。(假设的点) $ ○重心跟物体的质量分布、物体的形状有关，重心不一定在物体上。质量分布均匀、形状规则的物体其重心在物体的几何中心上。 （5）．重力和万有引力 重力是地球对物体万有引力的一个分力，万有引力的另一个分力提供物体随地球自转的向心力，同一物体在地球上不同纬度处的向心力大小不同，但由此引起的重力变化不大，一般情况可近似认为重力等于万有引力，即：mg=GMm/R2。除两极和赤道外，重力的方向并不指向地心。 重力的大小及方向与物体的运动状态无关，在加速运动的系统中，例如：发生超重和失 半导体物理知识点总结 本章主要讨论半导体中电子的运动状态。主要介绍了半导体的几种常见晶体结构，半导体中能带的形成，半导体中电子的状态和能带特点，在讲解半导体中电子的运动时，引入了有效质量的概念。阐述本征半导体的导电机构，引入了空穴散射的概念。最后，介绍了Si、Ge和GaAs的能带结构。 在1.1节，半导体的几种常见晶体结构及结合性质。（重点掌握）在1.2节，为了深入理解能带的形成，介绍了电子的共有化运动。介绍半导体中电子的状态和能带特点，并对导体、半导体和绝缘体的能带进行比较，在此基础上引入本征激发的概念。（重点掌握）在1.3节，引入有效质量的概念。讨论半导体中电子的平均速度和加速度。（重点掌握）在1.4节，阐述本征半导体的导电机构，由此引入了空穴散射的概念，得到空穴的特点。（重点掌握）在1.5节，介绍回旋共振测试有效质量的原理和方法。（理解即可）在1.6节，介绍Si、Ge的能带结构。（掌握能带结构特征）在1.7节，介绍Ⅲ-Ⅴ族化合物的能带结构，主要了解GaAs的能带结构。（掌握能带结构特征）本章重难点： 重点： 1、半导体硅、锗的晶体结构（金刚石型结构）及其特点； 三五族化合物半导体的闪锌矿型结构及其特点。 2、熟悉晶体中电子、孤立原子的电子、自由电子的运动有何不同：孤立原子中的电子是在该原子的核和其它电子的势场中运动，自由电子是在恒定为零的势场中运动，而晶体中的电子是在严格周期性重复排列的原子间运动（共有化运动），单电子近似认为，晶体中的某一个电子是在周期性排列且固定不动的原子核的势场以及其它大量电子的平均势场中运动，这个势场也是周期性变化的，而且它的周期与晶格周期相同。 3、晶体中电子的共有化运动导致分立的能级发生劈裂，是形成半导体能带的原因，半导体能带的特点： ①存在轨道杂化，失去能级与能带的对应关系。杂化后能带重新分开为上能带和下能带，上能带称为导带，下能带称为价带②低温下，价带填满电子，导带全空，高温下价带中的一部分电子跃迁到导带，使晶体呈现弱导电性。 选修3-1知识点 第三章磁场 3.1磁现象和磁场 一、磁现象，最初发现的磁体是被称为“天然磁石”的矿物，其中含有主要成分为Fe3O4。注意：天然磁石和人造磁铁都是永磁体。 ①磁性：能够吸引铁质物体的性质。 ②磁极：磁体上磁性最强的部分叫磁极。小磁针静止时指南的磁极叫做南极，又叫S极；指北的磁极叫做北极，又叫N极。 二、电流的磁效应 1、奥斯特通电直导线实验。 ①导线：要南北方向放置 ②磁针要平行的放置于导线的下方或者上方。 2、实验现象，当给导线通时，与导线平行放 置的小磁针发生转动。 3、实验结论，电可以生磁，即电流的磁效应。 三、磁场 1、定义：磁体和电流周围空间存在的一种特殊物质，客观存在。 2、基本性质：磁场对放入其中的磁体或通电导体会产生磁力作用。 四、地球的磁场 1、地球是一个巨大的磁体。（类似条形磁体） 2、地球周围空间存在的磁场叫地磁场。 3、磁偏角：地磁的北极在地理的南极附近，地磁的南极在地理的北极附近，但两者并不完全重合，它们之间的夹角称为磁偏角。 3.2磁感应强度 一、磁感应强度，为描述磁场强弱的物理量，用符号“B”表示。 二、磁感应强度的方向 1、物理学中把小磁针在磁场中静止时 N 极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向，简称为磁场的方向。 2、因为 N 极不能单独存在。小磁针静止时是所受的合力为零，因而不能用测量 N 极受力的大小来确定磁感应强度的大小。 三、磁感应强度的大小 1、电流元：很短的一段通电导线中的电流 I 与导线长度 L 的乘积IL。（也可以叫点电流） 2、通电指导线在磁场中受力大小为BIL F （1）式中B 是比例系数，它与导线长度和电流大小都没有关系。 B是反映磁场性质的物理量，是由磁场自身决定的，与是否引入电流元、引入的电流元是否受力及受力大小无关。（客观存在） （2）不同磁场中，B 一般不同。 3、磁感应强度的表达式： （1）定义：在导线与磁场垂直的情况下，所受的磁场力 F 跟电流 I 高中物理磁场知识点汇总 一、磁场 磁体是通过磁场对铁一类物质发生作用的，磁场和电场一样，是物质存在的另一种形式，是客观存在。小磁针的指南指北表明地球是一个大磁体。磁体周围空间存在磁场；电流周围空间也存在磁场。电流周围空间存在磁场，电流是大量运动电荷形成的，所以运动电荷周围空间也有磁场。静止电荷周围空间没有磁场。磁场存在于磁体、电流、运动电荷周围的空间。磁场是物质存在的一种形式。磁场对磁体、电流都有磁力作用。与用检验电荷检验电场存在一样，可以用小磁针来检验磁场的存在。如图所示为证明通电导线周围有磁场存在? ?奥斯特实验，以及磁场对电流有力的作用实验。 1．地磁场地球本身是一个磁体，附近存在的磁场叫地磁场，地磁的南极在地球北极附近，地磁的北极在地球的南极附近。 2．地磁体周围的磁场分布与条形磁铁周围的磁场分布情况相似。 3．指南针放在地球周围的指南针静止时能够指南北，就是受到了地磁场作用的结果。 4．磁偏角地球的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，叫地磁偏角，简称磁偏角。说明：①地球上不同点的磁偏角的数值是不同的。 ②磁偏角随地球磁极缓慢移动而缓慢变化。③地磁轴和地球自转轴的夹角约为11°。 二、磁场的方向 在电场中，电场方向是人们规定的，同理，人们也规定了磁场的方向。规定：在磁场中的任意一点小磁针北极受力的方向就是那一点的磁场方向。确定磁场方向的方法是：将一不受外力的小磁针放入磁场中需测定的位置，当小磁针在该位置静止时，小磁针 N 极的指向即为该点的磁场方向。磁体磁场：可以利用同名磁极相斥，异名磁极相吸的方法来判定磁场方向。 电流磁场：利用安培定则（也叫右手螺旋定则）判定磁场方向。 三、磁感线 第一类知识点 1. 大量微观粒子的无规则运动称作物质的热运动. 2. 宏观物理量是微观物理量的统计平均值. 3. 熵增加原理可表述为：系统经绝热过程由初态变到终态，它的熵永不减小.系统经可逆绝热过程后熵不变. 系统经不可逆绝热过程后熵增加. 孤立系中所发生的不可逆过程总是朝着熵增加的方向进行. 4. 在某一过程中，系统内能的增量等于外界对系统所做的功与系统从外界吸收的热量之和. 5. 在等温等容条件下，系统的自由能永不增加. 在等温等压条件下，系统的吉布斯函数永不增加. 6. 理想气体的内能只是温度的函数，与体积无关，这个结论称为焦耳定律. 7. V S S p V T ??? ????-=??? ???? 8. V T T p V S ??? ????=??? ???? 9. p S S V P T ??? ????=??? ???? 10. p T T V P S ??? ????-=??? ???? 11. pdV TdS dU -= 12. Vdp TdS dH += 13. pdV SdT dF --= 14. Vdp SdT dG +-= 15. 由pdV TdS dU -=可得，V S U T ??? ????= 16. 由Vdp TdS dH +=可得，S p H V ???? ????= 17. 单元复相系达到平衡所要满足的热平衡条件为各相温度相等. 18. 单元复相系达到平衡所要满足的力学平衡条件为各相压强相等. 19. 单元复相系达到平衡所要满足的相变平衡条件为各相化学势相等. 20. 对于一级相变，在相变点两相的化学势相等.在相变点两相化学势的一阶偏导数不相等. 21. 对于二级相变，在相变点两相的化学势相等.在相变点两相化学势的一阶偏导数相等.在相变点两相化学势的二阶偏导数不相等. 第三章 水溶液中的离子平衡 一、弱电解质的电离 1、定义：电解质： 在水溶液中或熔化状态下能导电的化合物,叫电解质 。 非电解质 ： 在水溶液中或熔化状态下都不能导电的化合物 。 强电解质 ： 在水溶液里全部电离成离子的电解质 。 弱电解质： 在水溶液里只有一部分分子电离成离子的电解质 。 2、电解质与非电解质本质区别： 电解质——离子化合物或共价化合物 非电解质——共价化合物 注意：①电解质、非电解质都是化合物 ②SO 2、NH 3、CO 2等属于非电解质 ③强电解质不等于易溶于水的化合物（如BaSO 4不溶于水，但溶于水的BaSO 4全部电离，故BaSO 4为强电解质）——电解质的强弱与导电性、溶解性无关。 3、弱电解质的电离平衡：在一定的条件下，当弱电解质分子电离成 离子的速率 和离子结合成 分子的速率相等 时，电离过程就达到了平衡状态，这叫弱电解质的电离平衡。 4、影响电离平衡的因素： A 、温度：电离一般吸热，升温有利于电离。 B 、浓度：浓度越大，电离程度 越小 ；溶液稀释时，电离平衡向着电离的方向移动。 C 、同离子效应：在弱电解质溶液里加入与弱电解质具有相同离子的电解质，会 减弱 电离。 D 、其他外加试剂：加入能与弱电解质的电离产生的某种离子反应的物质时，有利于电离。 5、电离方程式的书写： 用可逆符号 弱酸的电离要分布写（第一步为主） 6、电离常数：在一定条件下，弱电解质在达到电离平衡时，溶液中电离所生成的各种离子浓度的乘积，跟溶液中未电离的分子浓度的比是一个常数。叫做电离平衡常数，（一般用Ka 表示酸，Kb 表示碱。 ） 物质 单质 电解质 非电解质： 非金属氧化物，大部分有机物 。如SO 3、CO 2、C 6H 12O 6、CCl 4、CH 2=CH 2 强电解质： 强酸，强碱，大多数盐 。如HCl 、NaOH 、NaCl 、BaSO 4 弱电解质： 弱酸，弱碱，极少数盐，水 。如HClO 、NH 3·H 2O 、Cu(OH)2、 混和物 纯净物 第三章第1节磁现象和磁场 一、磁现象 磁性、磁体、磁极：能吸引铁质物体的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体，磁体中磁性最强的区域叫磁极。 二、磁极间的相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引.（与电荷类比） 三、磁场 1.磁体的周围有磁场 2.奥斯特实验的启示： ——电流能够产生磁场， 运动电荷周围空间有磁场 导线南北放置 3.安培的研究：磁体能产生磁场，磁场对磁体有力的作用；电流能产生磁场，那么磁场对电流也应该有力的作用。 磁场的基本性质 ①磁场对处于场中的磁体有力的作用。 ②磁场对处于场中的电流有力的作用。 第三章第3节几种常见的磁场 一、磁场的方向 物理学规定： 在磁场中的任一点，小磁针北极受力的方向，亦即小磁针静止时北极所指的方向，就是该点的磁场方向。 二、图示磁场 1.磁感线——在磁场中假想出的一系列曲线 ①磁感线上任意点的切线方向与该点的磁场方向一致； （小磁针静止时N极所指的方向） ②磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。 2.常见磁场的磁感线 永久性磁体的磁场：条形，蹄形 直线电流的磁场 剖面图（注意“”和“×”的意思） 箭头从纸里到纸外看到的是点 从纸外到纸里看到的是叉 环形电流的磁场（安培定则：让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。） 螺线管电流的磁场（安培定则：用右手握住螺旋管，让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺旋管内部磁感线的方向。） 常见的图示： 磁感线的特点： 1、磁感线的疏密表示磁场的强弱 2、磁感线上的切线方向为该点的磁场方向 3、在磁体外部，磁感线从N极指向S极；在磁体内部，磁感线从S极指向N极 4、磁感线是闭合的曲线（与电场线不同） 5、任意两条磁感线一定不相交 6、常见磁感线是立体空间分布的 7、磁场在客观存在的，磁感线是人为画出的，实际不存在。 四、安培分子环流假说 1.分子电流假说 任何物质的分子中都存在环形电流——分子电流，分子电流使每个分子都成为一个微小的磁体。 2.安培分子环流假说对一些磁现象的解释： 未被磁化的铁棒，磁化后的铁棒 永磁体之所以具有磁性，是因为它内部的环形分子电流本来就排列整齐. 永磁体受到高温或猛烈的敲击会失去磁性，这是因为在激烈的热运动或机械振动的影响下，分子电流的取向又变得杂乱无章了。 3.磁现象的电本质 晶格(定义)：理想晶体具有长程有序性，在理想情况下，晶体是由全同的原子团在空间无限重复排列而构成的。晶体中原子排列的具体形式称之为晶格，原子、原子间距不同，但有相同排列规则，这些原子构成的晶体具有相同的晶格；由等同点系所抽象出来的一系列在空间中周期排列的几何点的集合体空间点阵；晶格是属于排列方式范畴，而空间点阵是属于晶格周期性几何抽象出来的东西。 晶面指数：晶格所有的格点应该在一簇相互平行等距的平面，这些平面称之为晶面。将一晶面族中不经过原点的任一晶面在基矢轴上的截距分别是u、v、w，其倒数比的互质的整数比就是表示晶面方向的晶面指数，一般说来，晶面指数简单的晶面，面间距大，容易解理。Miller 指数标定方法：1)找出晶面系中任一晶面在轴矢上的截距；2)截距取倒数；3)化为互质整数，表示为(h,k,l)。注意：化互质整数时，所乘的因子的正、负并未限制，故[100]和[100]应视为同一晶向。 晶向指数：从该晶列通过轴矢坐标系原点的直线上任取一格点，把该格点指数化为互质整数，称为晶向指数，表示为[h,k,l]。要弄清几种典型晶体结构中(体心、面心和简单立方)特殊的晶向。 配位数： 在晶体学中，晶体原子配位数就是一个原子周围最近邻原子的数目，是用以描写晶体中粒子排列的紧密程度物理量。将组成晶体的原子看成钢球，原子之间通过一定的结构结合在一起，形成晶格；所谓堆积比就是组成晶体的原子所占体积与整个晶体结构的体积之比，也是表征晶体排列紧密程度的物理量。密堆积结构的堆积比最大。 布拉格定律： 假设：入射波从晶体中平行平面作镜面反射，每一各平面反射很少一部分辐射，就像一个轻微镀银的镜子，反射角等于入射角，来自平行平面的反射发生干涉形成衍射束。(公式)。其中：n为整数，称为反射级数；θ为入射线或反射线与反射面的夹角，称为掠射角，由于它等于入射线与衍射线夹角的一半，故又称为半衍射角，把2θ称为衍射角。当间距为d的平行晶面，入射线在相邻平行晶面反射的射线行程差为2dsinθ，当行程差等于波长的整数倍时，来自相继平行平面的辐射就发生相长干涉，根据图示，干涉加强的条件是：，这就是所谓布拉格定律，布拉格定律成立的条件是波长λ≤2d。 布拉格定律和X射线衍射产生条件之间的等价性证明 假设：若X射线光子弹性散射，光子能量守恒，出射束频率：入射束频率： 2dSinθ= nλ Hω ω'= ck' ω= ck因此，有散射前后波矢大小相等k’=k 和k’2=k2根据X射线衍射产生条件得到(k’-k)=G 及k+G=k’两个等式；第二个式子两边平方并化简得到：2k.G+G2=0;将G用-G替换得到2k.G＝G2也成立；因此得到了四个等价式子：；k+G=k’；2k.G+G2=0;以及2k.G＝G2上面说明了X衍射产生条件的四个表达式等价性；下面就进一步证明布拉格定律与X射线衍射产生条件等价：证明：由 可以推出: 即可以得到即： 即：，命题得证 布里渊区定义 为维格纳-赛茨原胞(Wigner-Seitz Cell)。任选一倒格点为原点，从原点向它的第一、第二、第三……近邻倒格点画出倒格矢，并作这些倒格矢的中垂面，这些中垂面绕原点所围成的多面体称第一B.Z，它即为倒易间的Wigner-Seitz元胞，其“体积”为Ω※＝b1·(b2×b3)布里渊区边界上波矢应该满足的方程形式为(公式) 因此，布里渊区实际上包括了所有能在晶体上发生布拉格反射的波的波矢k。 范德华耳斯－伦敦相互作用 答：对于组成晶体的原子，尤其是惰性气体原子，由于原子电子云是瞬间变化的，因此各个原子电子云间存在互感偶极矩，这种互感偶极矩将原子之间联系在一起形成晶体。也就是通过互感偶极矩作用即耦合作用后比没有耦合作用时要来得低，这种由于原子之间互感偶极矩所产生的相互吸引作用称之为范德华耳斯－伦敦相互作用 离子晶体中存在的相互作用： ? 异号离子间的静电吸引相互作用(主要组成部分)? 同号离子间的静电排斥相互作用(主要组成部分)? 对于具有惰性气体电子组态的离子，他们之间排斥作用有类似于惰性气体原子间的排斥相互作用? 存在很小部分的吸引性相互作用的范德华耳斯作用(大约占1％～2％)离子晶体中，吸引性相互作用的范德华耳斯部分对于晶体内聚能贡献比较小，大约1％～2％范德华耳斯相互作用是一种互感偶极相互作用，只要存在正负中心不重合的偶极子，就会存在这种相互作用，只是在离子晶体中，这种相互作用较小。 第三单元 物质构成的奥秘 第一节 分子和原子 一、 分子和原子的异同 分子 原子 定义 分子是保持物质化学性质的最小粒子。 原子是化学变化中的最小粒子。 性质 质量小、体积小；不断运动；有间隔；同种粒子的化学性质相同。 联系 分子是由原子构成的。分子、原子都是构成物质的微粒。 区别 在化学变化中，分子可以再分，而原子不可以再分。 备注 1. 所有金属、稀有气体、金刚石（石墨）和硅是由原子构成的，其他大多数物质是由分子构成的。 2. 在受热的情况下，粒子能量增大，运动速率加快。 3. 物体的热胀冷缩现象，原因是构成物质的粒子的间隔受热时增大，遇冷时缩小。 4. 气体容易压缩是因为构成气体的粒子的间隔较大。 5. 不同液体混合后总体积小于原体积的和，说明粒子间是有间隔的。 6. 一种物质如果由分子构成，那么保持它化学性质的最小粒子是分子；如果它由原子构成，那么保持它化学性质的最小粒子是原子。 二、 验证分子运动的探究实验 【实验操作】如右图，取适量的酚酞溶液，分别倒入A 、B 两个小烧杯中，另取一个小烧杯C ，加入约5mL 浓氨水。用一个大烧杯罩住A 、C 两个小烧杯，烧杯B 置于大烧杯外。观察现象。 【实验现象】烧杯A 中的酚酞溶液由上至下逐渐变红。 【实验结论】分子是不断运动的。 【注意事项】浓氨水显碱性，能使酚酞溶液变红。浓氨水具有挥发性，能挥发出氨气。 三、 从微观角度解释问题 1. 用分子观点解释由分子构成的物质的物理变化和化学变化 物理变化：没有新分子生成的变化。（水蒸发时水分子的间隔变大，但水分子本身没有变化，故为物理变化） 化学变化：分子本身发生变化，有新分子生成的变化。（电解水时水分子变成了新物质的分子，故为化学变化） 2. 纯净物和混合物（由分子构成的物质）的区别：纯净物由同种分子构成，混合物由不同 种分子构成。 3. 分子和原子的联系：分子是由原子构成的，同种原子结合成单质分子，不同种原子结合 成化合物分子。 4. 分子和原子的本质区别：在化学变化中，分子可以再分，而原子不能再分。 5. 化学变化的实质：在化学变化过程中，分子裂变成原子，原子重新组合，形成新物质的 分子。 第二节 原子的结构 1. 原子的构成 磁场 一、基本概念 1．磁场的产生 ⑴磁极周围有磁场。⑵电流周围有磁场（奥斯特)。 安培提出分子电流假说(又叫磁性起源假说)，认为磁极的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产生的。 ⑶变化的电场在周围空间产生磁场(麦克斯韦)。 2.磁场的基本性质 磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用（对磁极一定有力的作用；对电流可能有力的作用，当电流和磁感线平行时不受磁场力作用)。 ３．磁感应强度 IL F B (条件是L ⊥Ｂ；在匀强磁场中或ΔL 很小。) 磁感应强度是矢量。单位是特斯拉,符号为T ，1T=１N/(Ａ?m)＝1kg/(A ?s 2） 4.磁感线 ⑴用来形象地描述磁场中各点的磁场方向和强弱的曲线。磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向，也就是在该点小磁针N 极受磁场力的方向。磁感线的疏密表示磁场的强弱。 ⑵磁感线是封闭曲线（和静电场的电场线不同）。 ⑶要熟记常见的几种磁场的磁感线: 地磁场的特点:两极的磁感线垂直于地面；赤道上方的磁感线平行于地面；除两极外,磁感线的水平分量总是指向北方;南半球的磁感线的竖直分量向上，北半球的磁感线的竖直分量向下。 ⑷电流的磁场方向由安培定则(右手螺旋定则）确定：对直导线,四指指磁感线方向；对环行电流,大拇指指中心轴线上的磁感线方向；对长直螺线管大拇指指螺线管内部的磁感线方向。 二、安培力 （磁场对电流的作用力） 1．安培力方向的判定 ⑴用左手定则。 ⑵用“同向电流相吸，反向电流相斥”（适用于两电流互相平行时）。 ⑶可以把条形磁铁等效为长直通电螺线管（不要把长直通电螺线管等效为条形磁铁)。 例１.条形磁铁放在粗糙水平面上，其中点的正上方有一导线，在 导线中通有图示方向的电流后,磁铁对水平面的压力将会______（增 条形磁铁蹄形磁铁 通电环行导线周围磁场 通电长直螺线管内部磁场 通电直导线周围磁场 固体物理重要知识点总结 晶体：是由离子，原子或分子（统称为粒子）有规律的排列而成的，具有周期性和对称性非晶体：有序度仅限于几个原子，不具有长程有序性和对称性点阵：格点的总体称为点阵晶格：晶体中微粒重心，周期性的排列所组成的骨架，称为晶格格点：微粒重心所处的位置称为晶格的格点（或结点）晶体的周期性和对称性：晶体中微粒的排列按照一定的方式不断的做周期性重复，这样的性质称为晶体结构的周期性。晶体的对称性指晶体经过某些对称操作后，仍能恢复原状的特性。（有轴对称，面对称，体心对称即点对称）密勒指数：某一晶面分别在三个晶轴上的截距的倒数的互质整数比称为此晶面的密勒指数配位数：可用一个微粒周围最近邻的微粒数来表示晶体中粒子排列的紧密程度，称为配位数致密度：晶胞内原子所占体积与晶胞总体积之比称为点阵内原子的致密度固体物理学元胞：选取体积最小的晶胞，称为元胞：格点只在顶角，内部和面上都不包含其他格点，整个元胞只含有一个格点：元胞的三边的平移矢量称为基本平移矢量（或者基矢）；突出反映晶体结构的周期性元胞:体积通常较固体物理学元胞大；格点不仅在顶角上，同时可以在体心或面心上；晶胞的棱也称为晶轴，其边长称为晶格常数,点阵常数或晶胞常数；突出反映晶体的周期性和对称性。布拉菲格子：晶体由完全相同的原子组成，原子与晶格的格点相重合而且每个格点周围的情况都一样复式格子：晶体由两种或者两种以上的原子构成，而且每种原子都各自构成一种相同的布拉菲格子，这些布拉菲格子相互错开一段距离，相互套购而形成的格子称为复式格子，复式格子是由若干相同的布拉菲格子相互位移套购而成的声子：晶格简谐振动的能量 化，以hv l来增减其能量，hv l就称为晶格振动能量的量子叫声子非简谐效应：在晶格振动势能中考虑了δ2以上δ高次项的影响，此时势能曲线能是非对称的，因此原子振动时会产生热膨胀与热传导点缺陷的分类：晶体点缺陷：①本征热缺陷：弗伦克尔缺陷，肖脱基缺陷②杂质缺陷：置换型，填隙型③色心④极化子布里渊区：在空间中倒格矢的中垂线把空间分成许多不同的区域，在同一区域中能量是连续的，在区域的边界上能量是不连续的，把这样的区域称为布里渊区 爱因斯坦模型在低温下与实验存在偏差的根源是什么？ 答：按照爱因斯坦温度的定义，爱因斯坦模型的格波的频率大约为1013Hz，属于光学支频率，但光学格波在低温时对热容的贡献非常小，低温下对热容贡献大的主要是长声学格波，也就是说爱因斯坦没考虑声学波对热容的贡献是爱因斯坦模型在低温下与实验存在偏差的根源。 陶瓷中晶界对材料性能有很大的影响，试举例说明晶界的作用 答：晶界是一种面缺陷，是周期性中断的区域，存在较高界面能和应力，且电荷不平衡，故晶界是缺陷富集区域，易吸附或产生各种热缺陷和杂质缺陷，与体内微观粒子（如电子）相比，晶界微观粒子所处的能量状态有明显差异，称为晶界态。 在半导体陶瓷，通常可以通过组成，制备工艺的控制，使晶界中产生不同起源的受主态能级，在晶界产生能级势垒，显著影响电子的输出行为，使陶瓷产生一系列的电功能特性（如PTC特性，压敏特性，大电容特性等）。这种晶界效应在半导体陶瓷的发展中得到了充分的体现和应用。 从能带理论的角度简述绝缘体，半导体，导体的导电或绝缘机制 第三章磁场 第1 节磁现象和磁场 、磁现象磁性：能吸引铁质物体的性质叫磁性。 磁体：具有磁性的物体叫磁体磁极：磁体中磁性最强的区域叫磁极。 、磁极间的相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引. （与电荷类比） 三、磁场 1.磁体的周围有磁场 2.奥斯特实验的启示：——电流能够产生磁场，运动电荷周围空间有磁场 导线南北放置 3.安培的研究：磁体能产生磁场，磁场对磁体有力的作用；电流能产生磁场，那么磁场对电流也 应该有力的作用 性质：①磁场对处于场中的磁体有力的作用。 ②磁场对处于场中的电流有力的作用。 第2 节磁感应强度 F 跟电流I 和导线长度L 的乘积IL 、定义：当通电导线与磁场方向垂直时，通电导线所受的安培力 的比值叫做磁感应强度． 对磁感应强度的理解 1．描述磁场的强弱 2．公式B＝F/IL 是磁感应强度的定义式，是用比值定义的，磁感应强度B的大小只决定于 磁场本身的性质，与F、I、L 均无关． 3．单位：特，符号T 1T=1N/AM 4.定义式B＝FIL 成立的条件是：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 了与磁场强弱有关外，还与导线的方向有关．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，这可能是电流方 向与B 的方向在一条直线上的原因造成的． 5．磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L 应很短，IL 称作“电流元”，相当于静电场中的试探电 荷． 6．通电导线受力的方向不是磁场磁感应强度的方 向． 7. 磁感应强度与电场强度的区别磁感应强度B 是描述 磁场的性质的物理量，电场强度E 是描述电场的性质的物 理量，它们都是矢量，现把它们的区别列表如下： 磁感应强度是矢量，其方向为该处的磁场方向遵循平行四边形定则。如果空间同时存在两个或两个以上的磁场时，某点的磁感应强度B 是各磁感应强度的矢量和． 高中数学必修二第三章知识点总结 一、直线与方程 １．直线的倾斜角 定义：x 轴正向与直线向上方向之间所成的角叫直线的倾斜角。特别地，当直线与x 轴平行或重合时,我们规定它的倾斜角为0度。因此，倾斜角的取值范围是0°≤α＜180° ２．直线的斜率 ①定义：倾斜角不是90°的直线，它的倾斜角的正切叫做这条直线的斜率。直线的斜率常用k 当[) 90,0∈α时，0≥k ； 当() 180 ,90∈α时，0人教版高中物理选修知识点——第三章《磁场》
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