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1、磁场,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：,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
2、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,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
3、垂直地面向下； 在赤道平面上，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：,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：通电螺线管的磁场。 -右手螺旋定则,1、直线
4、电流的磁场方向的判断,安培定则右手螺旋定则,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,2、环形电流的磁场方向的判断,安培定则右手螺旋定则,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。,3、通电螺线管的磁场方向的判断,安培定则右手螺旋定则,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,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
5、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
6、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,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
7、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，利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解,【例与练】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 C
8、a b D不能确定,A,【例与练】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,两面积内的磁通量相等吗？,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
9、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？,一、安培力 1.安培力大小的计算 (1)通电导线垂直于磁场方向时，F=BIL (2)通电导线与磁场方向平行时，F= . (3)若B与I(L)夹角为时，F= . 注：公式的适用条件一般只适用于匀强磁场.,0,BILsin,一、安培力有什么特点？ 1.大小特点 (1)不仅与B、I、L有关，还与放置方式有关. (2)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(如图所示)，相应的电
10、流方向，沿L由始端流向末端.因为任意形状的闭合线圈，其有效长度L=0，所以通电后在匀强磁场中，受到的安培力的矢量和一定为零.,3.安培力做功的特点 (1)安培力做功与路径有关，绕闭合回路一周，安培力做的功可以为正，可以为负，也可以为零，而不像重力和电场力做功一定为零. (2)安培力做功的实质：起传递能量的作用，将电源的能量传递给通电直导线，而磁场本身并不能提供能量，安培力这种传递能量的特点，与静摩擦力做功相似.,2、安培力方向的判断： 安培力的方向左手定则 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
11、姆指所指的 方向就是通电导线所受的安培力 方向。,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.逆时针方向转动，同时下降； D.逆时针方向转动，同时上升；,A,例2：,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
12、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，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 B0.5BI
13、r CBIr D不能求解,C,3.安培力作用下物体的平衡问题 质量为m、长度为L的导体棒MN静止于水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与导轨平面成角斜向上， 如图所示，求MN 受到的支持力和摩擦力.,【补充,的光滑斜面上，垂直纸面,.在导体棒中的电流,】,如图所示，在倾角为,放置一根长为L,，质量为,m,的直导体棒,.,I,方向垂直纸面向里，欲使导体棒静止在斜面上，下列,外加匀强磁场的磁感应强度,B,的大小和方向正确的是（,）,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
14、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
15、(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,
