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1、磁场,概述,本章共有四个概念、两个公式、两个定则。五个概念： 磁场、磁感线、磁感强度 、 匀强磁场 两个公式：安培力 F=BIl (IlB)洛伦兹力 f =qvB (vB) 两个定则: 安培定则判断电流的磁场方向左手定则判断磁场力的方向,注：能力上多了“有空间想象能力”的要求。,产生 (安培定则),作用 (左手定则),知识结构,永 磁 体,磁场,磁感应强度B,磁极之间(同名斥),运动电荷受洛仑滋力作用,带电粒子在匀强磁场中的圆运动,带电质点在复合场中的运动,电流、运动电荷,通电直导线受安培力作用,通电矩形线圈受安培力矩作用,第一部分:磁现象的电本质,磁场的产生,在磁体周围存在磁场,一、磁场：,
2、磁场的产生,2、电流周围存在磁场,磁场：,直线电流周围的磁场-奥斯特实验,环形电流周围的磁场,通电螺线管周围的磁场,1、磁体周围存在磁场,二、安培分子电流假说,在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流-分子电流。 分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它相当于两个磁极,N,S,磁体被磁化,分子电流,磁场,磁体的周围存在磁场,电流周围存在磁场奥斯特实验,运动的电荷周围存在磁场罗兰实验,安培分子环流假说,所有磁场均产生于运动电荷。-磁现象的电本质,三、磁化现象,如果每个微小的磁体的取向大致相同，整个物体对外就显示磁性。 一个原来不具有磁性的物体，在磁场中它具的磁性，这种现象叫磁化。,N,S
3、,磁性材料,磁性材料的应用,软磁材料： 收音机的天线磁棒、录音磁头、记忆元件、变压器等。 硬磁材料： 磁电式仪表、扬声器、话简、永磁电动机等。,第二部分:磁感线,一. 磁感线,(1).磁感线是用来形象描绘磁场的一些列线,(2).磁感线是不存在的,(3).对磁体的磁感线，在磁体的外部是从N出发到S进入,(4).磁感线一定是闭合的曲线,(5).磁感线某点的切向方向为该点小磁针N的指向，即为该点的磁场方向,(6).磁感线越密的地方磁感应强度越大,1、磁体的磁感线,2、电流的磁感线,二、电流的磁场方向的判断 1：直线电流的磁场。 -安培定则 2：环形电流的磁场。 -安培定则 -右手螺旋定则 3：通电螺
4、线管的磁场。 -右手螺旋定则,1、直线电流的磁场方向的判断,安培定则右手螺旋定则,2、环形电流的磁场方向的判断,安培定则右手螺旋定则,3、通电螺线管的磁场方向的判断,安培定则右手螺旋定则,要熟记常见的几种磁场的磁感线,例：在图中，当电流逆时针通过圆环导体时，在导体中央的小磁针的N极将指向_,指向读者,例.如图所示，一小磁针静止在通电螺线管的内部，请分别标出通电螺线管和小磁针的南北极。,S,N,N,S,有两条垂直交叉但不接触的导线，通以大小相等的电流，方向如图所示，问哪些区域中某些点的磁感强度B可能为零？( )A仅在象限；B仅在象限；C在象限；D在象限、；E在象限、,E,磁感应强度的定义式 B的
5、大小与F、IL均无关 导线一定要垂直放置在磁场中 单位：特斯拉(1T=1N/Am) 地磁场：0.310-40.710-4T 磁场方向总是与F 的方向垂直，由左手定则进行判断。,第三部分：磁感应强度和磁通量,IL,、磁感应强度,磁通量：穿过某一面积磁感线的条数(用表示) 大小：=BS (S为垂直于磁场的面积) 标量：没有方向，它只是条数，但有正负 单位：韦伯(Wb) 磁通密度： B=/S -磁感应强度又叫磁通密度-垂直穿过1m2面积的磁感线条数 1T=1Wb/m2。在匀强磁场中，当B与S的夹角为时，有=BSsin。,2、磁通量,穿过两面积的磁通量相等吗？, R,穿过两面积的磁通量相等吗？,两面积
6、内的磁通量相等吗？,B,B,S,S,例1、如图所示，大圆导线环A中通有电流 I，方向如图。另在导线环所在的平面画了一个圆B，它的一半面积在A环内，一半面积在A环外。则圆B内的磁通量下列说法正确的是： （A）圆B内的磁通量垂直纸面向外 （B）圆B内的磁通量垂直纸面向里 （C）圆B内的磁通量为零 （D）条件不足，无法判断,B,A,答案：,B,安培力：磁场对电流的作用力-安培力(磁场力) (1).当电流与磁场垂直时，安培力的大小： FBIL,第四部分：安培力,1、安培力的大小F=ILBSin,不受力,受力最大,受力,a,b,b,c,b图中安培力如何计算？,2、安培力方向的判断： 安培力的方向左手定则
7、 伸开左手，使大姆指跟其余四指 垂直，并且都跟手掌在一个平面 内，把手放入磁场中，让磁感线 穿过手心，并使伸开的四指指向 电流的方向，那么大姆指所指的 方向就是通电导线所受的安培力 方向。,F,B,I,I,3.通电导体在安培力作用下的运动 情况的分析方法： (1).电流元分析法 (2).特殊位置法 (3).等效法 (4).推论法,方法：,电流元分析法： 【 例1】如图11-2-7所示，把一重力不计的通电导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的运动情况是(从上往下看)( ),A.顺时针方向转动，同时下降； B.顺时针方向转动，同时上升； C.逆时针方
8、向转动，同时下降； D.逆时针方向转动，同时上升；,A,例2：,N,N,S,S,例3：,电流之间的相互作用,磁场：,反相电流相互排斥,同相电流相互吸引,推论法,通以如图所示的电流弹簧会发生什么现象？,第五部分： 有关安培力的定性 分析和定量计算,例1：如图所示的条形磁铁放置在水平桌面上，它的中央正方固定一条直导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直线面向外的电流，磁铁仍然静止的桌面上，则：（ ）,A磁铁对桌面压力减小， 它仍不受桌面摩擦力作用B磁铁对桌面压力增大， 它要受桌面摩擦力作用C磁铁对桌面压力增大， 它仍不受桌面摩擦力作用D磁铁对桌面压力减小， 它要受桌面摩擦力作用,A,例2：一圆形线圈，
9、半径为r，通以电流强度为I的电流，放在光滑水平面上，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向竖直向下，如图所示（俯视图），则线圈截面上张力大小为： （ ）A2BIr B0.5BIr CBIr D不能求解,C,例:画出通电导体ab所受的磁场力的方向,例：如图所示，空间有匀强磁场，将一导线OA放在xoy平面上通以电流I，导线与ox轴夹角为45，AO导线受到安培力的方向沿z轴的负方向。若将此导线改放在oz轴上并通以沿zo方向的电流，这时导线受安培力的方向沿x轴正方向，则磁场方向为：（ ）A沿x轴正方向 B沿y轴正方向 C沿z轴正方向 D与AO不垂直,BD,例5：如图，相距20cm的两根光滑平行铜导轨，导轨
10、平面倾角为=370，上面放着质量为80g的金属杆ab，整个装置放在B=0.2T的匀强磁场中.(1)若磁场方向竖直向下， 要使金属杆静止在导轨上， 必须通以多大的电流.(2)若磁场方向垂直斜 面向下，要使金属杆静止在 导轨上，必须通以多大的电流。,能力思维方法,【解析】此类问题的共性是先画出侧视图，并进行受力分析.如图所示由平衡条件得 (1)F=BIL=mgtan I=mgtan/BL=15A (2)当磁场垂直斜面向 下时F=BIL=mgsin I=mgsin/BL=12A,【解题回顾】要明确在该题中最后结果并不是很重要，相比而言，此题中的处理问题的方法却是重点，即要先以侧视的方式画出受力图，切
11、记.,例6：如图所示，有一金属棒ab，质量为m = 5g，电阻R = 1，可以无摩擦地在两条平行导轨上滑行。导轨间距离为d = 10cm，电阻不计。导轨平面与水平面的夹角=30，整个装置放在磁感应强度B = 0.4T的匀强磁场中， 磁场方向竖直向上。电源的 电动势E = 2V，内电阻 r = 0.1，试求变阻器取值 是多少时，可使金属棒静止 在导轨上。,例7:如图所示,粗细均匀的金属杆长为0.5m,质量为10g,悬挂在两根轻质绝缘弹簧下端,并处于垂直纸面向外的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B = 0.49T.弹簧的劲度系数k = 9.8N/m.试求弹簧不伸长时,通入金属杆中的电流大小和方向?要使
12、金属杆下降落1cm后能够静止下来,通入金属杆中的电流大小和方 向?要使金属杆上升1cm后静 止,则通入的电流大小和方向 又如何?,例8:在磁感应强度B = 0.08T,方向竖直向下的匀强磁场中,一根长l1 = 20cm,质量m = 24g的金属横杆水平地悬挂在两根长均为24cm的轻细导线上,电路中通以图示的电流,电流强度保持在2.5A,横杆在悬线偏离竖直位置 =300处时由静止开始摆 下,求横杆通过最低点 的瞬时速度大小.,延伸拓展,例9:如图所示,两根平行光滑轨道水平放置，相互间隔d=0.1m,质量为m=3g的金属棒置于轨道一端.匀强磁场B=0.1T,方向竖直向下,轨道平面距地面高度h=0.
13、8m,当接通开关S时,金属棒由于受磁场力作用而被水平抛出,落地点水平距离s=2m,求接通S瞬间,通过金属棒的电量.,【解析】此题导体运动的过程实际上分为两个，一是加速度过程，此过程中牵涉到安培力的问题；二是平抛运动.而问题的关键在两种运动连结点上的 速度，此速度可以说是承上启下.先由平抛运动确定其平抛初速度：h=gt/2、s=vt解得：v=5m/s而该速度亦为水平加速的末速此后的问题可用动量定理来求解：即：BILt=mv且q=It=mv/BL=1.5C,【解题回顾】对于短时间内的打击或冲击问题是动量定理最应当优先考虑的，而在此题中似乎并无电量问题，但有电流，电流与电量的关系中恰好有时间关系，即
14、要考虑力的时间作用效果，综合上述内容，故考虑用动量定理.,第六部分： 安培力矩与电流表的工作原理,磁力矩,N,S,a,I,b,右视：,前视：,磁力矩,N,S,前视：,磁力矩,N,S,前视：,磁力矩,N,S,前视：,I,磁力矩,N,S,前视：,I,磁力矩,1.线圈在匀强磁场中任意位置，其合外力为零 2.在线圈平行于磁场时，其磁力矩最大；垂直于磁场时磁力矩最小并为零。一般位置磁力矩 M= nBIScos 3.磁力矩的大小只跟面积有关，与线圈形状无关 4.磁力矩的大小与转动轴的位置无关 5.其中是线圈平面与磁场的夹角,1、磁力矩,2、电流表的工作原理,电流表的工作原理,1.辐向磁场使得线圈在任意位置所受的磁力矩总是：M=nBIS 与转动的角度无关，只跟电流强度成正比 2.螺旋弹簧的扭转力矩与转动角成正比 3.电流表的指针的偏转角度与电流强度成正比。因此电流表的刻度是均匀的。,例1：一矩形线圈通电框abcd，可绕其中心轴OO转动，它处在与OO垂直的匀强磁场中，如图所示，在磁场作用下开始转动，后静止在平衡位置，则平衡后： A.线框都不受磁场力的作用 B.线框四边受到指向线框外部 的磁场作用力，但合力为零 C.线框四边受到指向线框内部 的磁场作用力，但合力为零 D.线框的一对边受到指向线框 外部的磁场作用力，另一对边受到指向线框内部磁场作用力，但合力为零,
