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1、翰林汇翰林汇翰林汇翰林汇 磁 场第1课 磁场基本性质一、磁场的描述1、磁场的物质性:与电场一样,也是一种物质,是一种看不见而又客观存在的特殊物质。存在于(磁体、通电导线、运动电荷、变化电场、地球的)周围。2、基本特性:对放入其中的(磁极、电流、运动的电荷)有力的作用,它们的相互作用通过磁场发生。3、方向规定:磁感线在该点的切线方向;磁场中任一点小磁针北极(N极)的受力方向(小磁针静止时N的指向)为该处的磁场方向。对磁体:外部(NS),内部(SN)组成闭合曲线;这点与静电场电场线(不成闭合曲线)不同。用安培左手定则判断4、磁感线:电场中引入电场线描述电场,磁场中引入磁感线描述磁场。定义: 磁场中
2、人为引入的一系列曲线来描述磁场,曲线的切线表示该位置的磁场方向,其蔬密表示磁场强弱。物理意义:描述磁场大小和方向的工具(物理摸型),磁场是客观存在的,磁感线是一种工具.不能认为有(无)磁感线的地方有(无)磁场。5、磁场的来源:(1)永磁体(条形、蹄形) (2)通电导线(有各种形状:直、曲 、环形电流、通电螺线管)(3)地球磁场(和条形磁铁相似)有三个特征:(磁极位置? 赤道处磁场特点?南北半球磁场方向?)地磁的N极的地理位置的南极,地磁B(水平分量:(南北) 坚直分量:南半球:垂直地面而上向;北半球:垂直地面而向下。)在赤道平面上:距地球表面相等的各点,磁感强度大小相等、方向水平向北(4)变化
3、的电场(后面再讲法拉第电磁感应定律和电磁波)二、电流磁场的方向叛断:安培右手定则(重点)、直、环、通电螺线管)一定要熟悉五种典型磁场的磁感线空间分布(正确分析解答问题的关健)脑中要有各种磁源产生的磁感线的立体空间分布观念能够将磁感线分布的立体、空间图转化成不同方向的平面图(正视、符视、侧视、剖视图)会从不同的角度看、画、识 各种磁感线分布图三、磁现象的电本质(磁产生的实质)后面讲到光现象的电本质安培分子环型电流假说:分子、原子等物质的微粒内部存在一种环形电流,叫分子电流。这种环形电流使得每个物质微粒成为一个很小的磁体。这就是安培分子电流假说。它能解释各种磁现象: 软铁棒的磁化、高温,猛烈的搞击
4、而失去磁性等。本质:(磁体、电流、运动电荷)的磁场都是由运动电荷产生的,并通过磁场相互作用的。任何磁现象的出现都以“电荷的运动(有形无形)”为基础。一切磁现象归结为:运动电荷(或电流)之间通过磁场发生相互作用。“电本质”实质为运动电荷(成形电流):静止的电荷在磁场中不会受到磁场力;有磁必有电(对),有电必有磁(错)。实验:奥斯特沿南北方向放置的导线下面放置小磁针,导线通电后,小磁针发生偏转。罗兰实验:把大量的电荷加在橡胶盘上,然后使盘绕中心轴线转动,如图:在盘在附近用小磁针来检验运动电荷产生的磁场.结果发现:带电盘转动时,小磁针发生了偏转,而且改变转盘方向,小磁针偏转方向也发生转变。此实验说明
5、;电荷运动时产生磁场,即磁场是由运动电荷产生;(即:一切磁场都来源于运动电荷,揭示了磁现象的电本质。)四、磁感线为了描述磁场的强弱与方向,人们想象在磁场中画出的一组有方向的曲线1疏密表示磁场的强弱2每一点切线方向表示该点磁场的方向,也就是磁感应强度的方向3是闭合的曲线,在磁体外部由N极至S极,在磁体的内部由S极至N极磁线不相切不相交。4匀强磁场的磁感线平行且距离相等没有画出磁感线的地方不一定没有磁场5安培定则:姆指指向电流方向,四指指向磁场的方向.注意这里的磁感线是一个个同心圆,每点磁场方向是在该点切线方向 *熟记常用的几种磁场的磁感线:两个重要概念:磁感强度B,磁通量磁感强度(B)从力的角度
6、描述磁场性质,磁通量()从能量角度描述磁场的性质。一、磁感应强度1磁场的最基本的性质:对放入其中的(磁极,电流,运动的电荷)有力的作用, 都称为磁场力。 IB时,F最大=BIL;I/B时,F=0。2定义B:注意情境和条件:当IB时, B= 矢量F(B和I构成的平面)。即既FB;也FI在磁场中垂直于磁场方向的通电导线受到的磁场力F跟电流强度I和导线长度L的乘积IL的比值,叫做通电导线所在处的磁感应强度 当面积SB时,B= 单位面积的磁感线条数,B的蔬密反映磁场的强弱注意:磁场某位置B的大小,方向是客观存在的,是磁场本身特性的物理量。与(I大小、导线的长短,受力)都无关。即使导线不载流,B照样存在
7、。表示磁场强弱的物理量是矢量大小:B=F/IL (电流方向与磁感线垂直时的公式)方向:左手定则:是磁感线的切线方向;是小磁针N极受力方向;是小磁针静止时N极的指向不是导线受力方向;不是正电荷受力方向;也不是电流方向 单位:牛/安米,也叫特斯拉,国际单位制单位符号T点定B定:B只与产生磁场的源及位置有关。就是说磁场中某一点定了,则该处磁感应强度的大小与方向都是定值匀强磁场的磁感应强度处处相等磁场的叠加:空间某点如果同时存在两个以上电流或磁体激发的磁场,则该点的磁感应强度是各电流或磁体在该点激发的磁场的磁感应强度的矢量和,满足矢量运算法则.典型的比值定义:( B= B=k ) ( E= E= k
8、) ( u= ) ( R= R=) ( C= C=)磁感强度B: B= B= qBv = m R = B = qBv = qe B= E=BLv B= B=k(直导体) B=NI (螺线管)匀强磁场:是最简单,同时也是最重要的磁场。大小相等方向处处相同,用平行等间距的直线来表示。分布地方:异名磁极间(边缘除外),通电螺线管内部。二、磁通量与磁通密度(分析法拉第电磁感应的基础)1磁通量:概念:磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的乘积叫穿过这个面积的磁通量,BS若面积S与B不垂直,应以B乘以S在垂直磁场方向上的投影面积S,即BSBScos,磁通量的物理意义:穿过某一面积的磁感线条数也叫做穿过这个面
9、积的磁通量。是标量说明:对某一面积的磁通量,一定要指明“是哪一个面积的、方向如何”2磁通密度B:垂直磁场方向穿过单位面积磁力线条数,即磁感应强度,是矢量3在匀强磁场中求磁通量类型有:公式的适用条件:(1) 当面积SB时。=BS 单位:韦伯Wb=T m2(2) S/B时, =0(3)B与S不垂直:应该为B乘以S在磁场垂直方向上投影的面积。=BS影=BSCos(为B与投影面的夹角)说明:计算平面在匀强磁场中的。一定要明确?面积的,(方向如何)没有指明那一面积的,无意义。曲面的磁通量等于对应投影平面的,不与线圈平面垂直,应该算投影面积。是双向标量:当有磁感线沿相反方向通过同一平面时,穿过平面的磁通量
10、应该为合,面积越大,低消越多。例:由于磁感线是闭合曲线,外部(NS)内部(SN)组成闭合曲线,不同与静电场电场线(不闭合)。所以穿过任一闭合曲面的合为零,穿过地球表面的为零。第2课散 磁场对电流的作用安培力(左手定则)基础知识 一、安培力1.安培力:通电导线在磁场中受到的作用力叫做安培力说明:磁场对通电导线中定向移动的电荷有力的作用,磁场对这些定向移动电荷作用力的宏观表现即为安培力实验:注意条件IB时 A:判断受力大小(由偏角大小判断)改变I大小,偏角改变;I大小不变,改变垂直磁场的那部分导线长度;改变B大小.B:F安方向与I方向B方向关系:(改变I方向;改变B方向;同时改变I和B方向)F安方
11、向:安培左手定则,F安作用点在导体棒中心。(通电的闭合导线框受安培力为零) I/B时, F安=0,该处并非不存在磁场。 I与B成夹角时,F=BILSin (为磁场方向与电流方向的夹角)。有用结论:“同向电流相互吸引,反向电流相排斥”。不平行时有转运动到方向相同且相互靠近的趋势。2.安培力的计算公式:FBILsin(是I与B的夹角); IB时,即900,此时安培力有最大值;公式:FBIL I/B时,即00,此时安培力有最小值,F=0; I与B成夹角时,00B900时,安培力F介于0和最大值之间.3.安培力公式的适用条件:公式FBIL一般适用于匀强磁场中IB的情况,对于非匀强磁场只是近似适用(如对
12、电流元)但对某些特殊情况仍适用如图所示,电流I1/I2,如I1在I2处磁场的磁感应强度为B,则I1对I2的安培力FBI2L,方向向左, I1I2同 理I2对I1,安培力向右,即同向电流相吸,异向电流相斥根据力的相互作用原理,如果是磁体对通电导体有力的作用,则通电导体对磁体有反作用力两根通电导线间的磁场力也遵循牛顿第三定律二、左手定则1.安培力方向的判断左手定则:伸开左手,使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内,让磁感线垂直穿过手心,并使四指指向电流方向,这时手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直,大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向2.安培力F的方向:F(B和I所在的平面);即既
13、与磁场方向垂直,又与通电导线垂直但B与I的方向不一定垂直3.安培力F、磁感应强度B、电流1三者的关系已知I,B的方向,可惟一确定F的方向;已知F、B的方向,且导线的位置确定时,可惟一确定I的方向;已知F,1的方向时,磁感应强度B的方向不能惟一确定4.由于B,I,F的方向关系常是在三维的立体空间,所以求解本部分问题时,应具有较好的空间想象力,要善于把立体图画变成易于分析的平面图,即画成俯视图,剖视图,侧视图等规律方法 1。安培力的性质和规律;公式F=BIL中L为导线的有效长度,即导线两端点所连直线的长度,相应的电流方向沿L由始端流向末端如图所示,甲中:,乙中:L/=d(直径)2R(半圆环且半径为
14、R) 如图所示,弯曲的导线ACD的有效长度为l,等于两端点A、D所连直线的长度,安培力为:F = BIl安培力的作用点为磁场中通电导体的几何中心;安培力做功:做功的结果将电能转化成其它形式的能2、安培力作用下物体的运动方向的判断(1)电流元法:即把整段电流等效为多段直线电流元,先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向,从而判断整段电流所受合力方向,最后确定运动方向(2)特殊位置法:把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向,从而确定运动方向(3)等效法: 环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁,条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管,通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析(4)利用结论法:两电流相互平行时无转动趋势,同向电流相互吸引,反向电流相互排斥;两电流不平行时,有转动到相互平行且电流方向相同的趋势(5)转换研究对象法:因为电流之间,电流与磁体之间相互作用满足牛顿第三定律,这样,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,再确定磁体所受电流作用力,从而确定磁体所受合力及运动方向(6)分析在安培力作用下通电导体运动情况的一般步骤:画出通电导线所在处的磁感线方向及分布情况用左手定则确定各段通电导线所受安培力)据初速方向结合牛顿定律确定导体运动情