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1、磁场 第一课时 磁场及其描述 一、磁场 1.磁场:一种看不见、摸不着、存在于电流或磁体周围 的特殊物质,它传递着磁相互作用 2.基本性质:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷 有力的作用 3.磁场的方向:小磁针N极所受磁场力的方向,或小磁 针静止时N极所指的方向 5.地球的磁场:地球本身就是一个大磁体, 4.磁现象的电本质:磁铁的磁场和电流的磁场都是由 电荷的运动产生的 地磁场的N极在地理南极附近,S极在地理北极附近 地球的地磁场两极和地理两极不重合,形成了磁偏 角; 地磁场B的水平分量总是从地球南极指向北极,而竖 直分量则南北相反,在南半球垂直地面向上,在北半 球垂直地面向下; 在赤道平面上
2、,距离地球表面相等的各点,磁感应 强度相等,且方向均水平 地磁场的三个特点是: 磁感线是闭合曲线,磁体的外部是从N极到S极,内部 是从S极到N极; 磁感线的疏密表示磁场的强弱,磁感线上某点的切线 方向表示该点的磁场方向; 磁感线是人们为了形象描述磁场而假想的 二、磁感线 1.磁感线:在磁场中画出的一些有方向的假想曲线,使 曲线上的任意一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同 ,都代表磁场中该点小磁针北极受力的方向 2.磁感线的特点 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,在内部也有相同条数的磁感线( 图中未画出)与外部磁感线衔接并组成闭合曲线 3.常见磁场的磁感线分布
3、几种电流周围的磁场分布 直线电流的磁场 特点:无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越弱 立体图 横截面图 纵截面图 判定:安培定则 通电螺线管的磁场 特点:与条形磁铁的磁场相似,管内为匀强磁场且磁 场由S极指向N极,管外为非匀强磁场。 立体图 横截面图 纵截面图 判定:安培定则 立体图 横截面图 纵截面图 判定:安培定则 环形电流的磁场 特点:环形电流的两侧是N极和S极且离圆环中心越远 磁场越弱。 【例 题】如图所示,带负电的金属环绕轴 OO以角 速度匀速旋转,在环左侧轴线上的小磁针最后平衡 的位置是( ) AN 极竖直向上 BN 极竖直向下 CN 极沿轴线向左 DN 极沿轴线向右 【例 题】如图
4、所示,a、b、c 三枚小磁针分别放在通 电螺线管的正上方、管内和右侧当这些小磁针静止 时,小磁针 N 极的指向是( ) Aa、b、c 均向左 Ba、b、c 均向右 Ca 向左,b 向右,c 向右 Da 向右,b 向左,c 向右 C C 定义式: 三、磁感应强度、磁通量 1、磁感应强度 物理意义:磁感应强度B是描述磁场强弱和方向的物 理量 定义:在磁场中垂直于磁场方向的通电元电流,所 受的力F跟电流I和导线长度l的乘积Il的比值叫做磁感 应强度 垂直穿过单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应 强度磁感应强度大的地方,磁感线密,磁感应强度 小的地方,磁感线疏 磁感应强度B是矢量 说明:磁感应强度是用
5、比值法定义的,其大小由磁 场本身的性质决定,与放入的直导线的电流I的大小 、导线的长短l的大小无关 单位:特斯拉,简称:特,符号为T. 方向:磁场中某点B的方向就是该点的磁场方向,也 就是放在该点的小磁针N极受力方向 说明:由定义式 计算B时,通电导线必须垂 直于磁场;若通电导线平行放入磁场,则不受作用力 ,但不能说该处磁感应强度为零磁感应强度的方向 不是通电导线所受磁场作用力的方向,而是与作用力 的方向垂直 磁感应强度B与电场强度E的比较:电场强度的方 向和电荷受力方向相同或相反,而磁感应强度的方向 和电流元受力方向垂直 电荷在电场中一定受静电力作用,而电流在磁场中 不一定受作用力 2、匀强
6、磁场 定义:在磁场的某个区域内,各点的磁感应强度大 小、方向都相同的磁场; 磁感线特点:是一组平行且等间距的直线; 存在:a.两个相距很近的异名磁极之间,b.通电长 直螺线管内部:如图所示 3、磁通量 定义:磁场中穿过磁场某一面积S的磁感线条数, 用表示; 计算公式:BS; 单位:韦伯,符号Wb,1 Wb1 Tm2. 说明:磁通量是标量,但有正负,其正负代表磁感线是 正穿还是反穿,若正穿为正,则反穿为负 对磁通量的理解 BS的含义 BS只适用于磁感应强度B与面积S垂直的情况当 S与垂直于B的平面间的夹角为时,则有BScos. 可理解为B(Scos),即 等于B与S在垂直于B方向上投影面 积的乘
7、积如图所示;也可理解为 (Bcos)S,即等于B在垂直于 S方向上的分量与S的乘积 S不一定是某个线圈的真正面积,而 是线圈在磁场范围内的面积如图所 示,S应为线圈面积的一半 面积S的含义: 多匝线圈的磁通量:多匝线圈内磁通量的大小与线 圈匝数无关,因为不论线圈匝数多少,穿过线圈的磁 感线条数相同,而磁感线条数可表示磁通量的大小 合磁通量求法 若某个平面内有不同方向和强弱的磁场共同存在,当 计算穿过这个面的磁通量时,先规定某个方向的磁通 量为正,反方向的磁通量为负,平面内各个方向的磁 通量的代数和等于这个平面内的合磁通量 4、磁场的叠加:磁感应强度是矢量,计算时与力的 计算方法相同,利用平行四
8、边形定则或正交分解法 进行合成与分解 【例 题】如图 所示,两个同心放置的金属圆环 ,条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直,通过 两圆环的磁通量a、 b 的关系为( ) Aab Ba b Ca b D不能确定 A 【例 题】有一小段通电导线,长为1 cm,电流强度5 A,把它置于磁场中,受到的磁场力为0.1 N,则该处 的磁感应强度B一定是( ) A.B=2T B.B2 T C.B2T D.以上情况均可能 C 【例 题】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。过c点的导线所受安培力的方 向( ) A.与ab边平行,竖直向上 B.
9、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 C 第二课时 磁场对电流的作用 一安培力的大小和方向 1、定义:磁场对电流的作用力称为安培力 2、安培力的大小 FILBsin 磁场和电流方向垂直时:FmaxILB. 磁场和电流方向平行时:Fmin=0 注意:F不仅与 B、I、L有关,还与夹角有关;L是 有效长度,不一定是导线的实际长度弯曲导线的有 效长度L等于两端点所连直线的长度,所以任意形状 的闭合线圈的有效长度L0. I B I B 注意:安培力的方向垂直于磁感应 强度B和电流I所决定的平面,但磁 感应强度B与电流I不一定垂直B 与I垂直时产生的安培力最大
10、用左手定则判定:伸展开左手,让大拇指与其余四 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,大拇指所指方向即 为通电直导线在磁场中的受力方向 3、安培力的方向 安培力的方向特点:FB,FI, 即F垂直于B和I决定的平面 【例 题】判断下面各图F、B、I三个中未知的一个 F B 乙 B 甲 I F (F垂直纸面向外) 丙 丙图中磁场B的方向大致向左,具体不能确定。 F I 【例 题】画出图中通电导线棒所受安培力的方向。 B . B B F F 将立体图将立体图 形转换成形转换成 平面图形平面图形 4、电流间的相互作用 II I I 同向电流相互吸引 电流间的相互作用
11、是电流在彼此形成的磁场中受到 磁场力的作用。 反向电流相互排斥 结论: 【例 题】如图所示,用两条一样的弹簧秤吊着一根 铜棒,铜棒所在的虚线框范围内有垂直纸面的匀强磁 场,棒中通入自左向右的电流。当棒静止时,弹簧秤 示数为F1;若将棒中电流反向,当棒静止时,弹簧秤 的示数为F2,且F2F1,根据上面所给的信息,可以 确定 ( ) A磁场的方向 B磁感应强度的大小 C安培力的大小 D铜棒的重力 ACD 【例 题】如图所示,用两条一样的弹簧秤吊着一根 铜棒,铜棒所在的虚线框范围内有垂直纸面的匀强磁 场,棒中通入自左向右的电流。当棒静止时,弹簧秤 示数为F1;若将棒中电流反向,当棒静止时,弹簧秤 的
12、示数为F2,且F2F1,根据上面所给的信息,可以 确定 ( ) A磁场的方向 向里的磁场 B磁感应强度的大小 C安培力的大小 D铜棒的重力 ACD 【例 题】如图所示,两平行光滑导轨相距0.2m,与 水平面夹角为450,金属棒MN的质量为0.1kg,处在 竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中,电源电动势 为6V,内阻为1,为使MN处于静止状态,则电阻R 应为多少?(其他电阻不计) 解:受力分析如图 【例 题】如图所示,用两根轻细金 属丝将质量m,长为l的金属棒a、b悬 挂在c、d两处,置于竖直向上的匀强 磁场内。当棒中通以从a到b的电流I 后,两悬线偏离竖直方向角处于平 衡状态。则磁感应强度B
13、为 。为 了使棒平衡在该位置上,所需的最小 磁场的磁感应强度B为 ,方向 。 I l ab cd B 平行悬线向上 通电导体(线圈)在安培力作用下运动方向的判断 1、电流元分析法:把整段电流分成很多小段直线电流,其中每 一小段就是一个电流元。先用左手定则判断出其中每小段电流 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。 例:如图把轻质导线圈挂在 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 方向的电流后,判断线圈如 何运动? NS 2、等效分析法:环形电流可等效为小磁针,条形磁铁或小磁 针也可以等效为环形电流,通电螺线管可等效
14、为多个环形电流 或条形磁铁。 例:如图在条形磁铁N极处悬挂一个线圈,当线圈中通 有逆时针方向的电流时,线圈将向哪个方向偏转? NS 结论:左侧向外转,右侧向里转, 同时,线圈向左偏转。 3、结论法: 两电流平行时无转动趋势,同向电流相互吸引,反 向电流相互排斥。 两电流不平行相互作用时,有转到相互平行且电流 方向相同且靠近的趋势。 例: 4 、特殊位置法:根据通电导体在特殊位置所受安培力 的方向,判断其运动方向,然后推广到一般位置。 例:如图所示,蹄形磁铁固定,通电直导线AB可自 由运动,当导线中通以图示方向的电流时,俯视导 体,导体AB将(AB的重力不计) A、逆时针转动,同时向下运动 B、
15、顺时针转动,同时向下运动 C、顺时针转动,同时向上运动 D、逆时针转动,同时向上运动 N S I 5、转换研究对象法:对于定性分析磁体在电流磁场作 用下如何运动的问题,可先分析电流在磁体磁场中所 受的安培力,然后由牛顿第三定律确定磁体所受电流 磁场的作用力,从而确定磁体所受合力及运动方向。 例:如图所示,条形磁铁平放于水平桌面 上。在它的正中央上方偏右固定一根直导 线,导线与磁铁垂直。现给导线中通以垂 直纸面向内的电流,磁铁保持静止,那么 磁铁受到的支持力和摩擦力如何变化? NS 安培力的特点 方向:安培力的方向与线圈平 面垂直 大小:安培力的大小与通过的 电流成正比 二磁电式电流表 1、基本组成部分:磁铁和放在磁铁两极之间的线圈 2、工作原理 磁场特点 方向:沿径向均匀辐射地分布 大小:在距轴线等距离处的磁 感应强度大小相等 3、优、缺点:优点是灵敏度 高,能测出很弱的电流;缺 点是线圈的导线很细,允许 通过的电流很小 表盘刻度特点 由于导线在安培力作用下带动线圈转动,游丝变形, 反抗线圈的转动,电流越大,安培力越大,形变就越 大,所以指针偏角与通过线圈的电流I成正比,表盘刻 度均匀 【例 题】 电磁轨道炮工作原理