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1、第八章 磁 场,一、磁场及其描述 1定义：磁场是磁体、电流周围存在的一种特殊物质 2方向：磁场中任一点小磁针N极所受 的方向为该点的磁场方向 3磁场的基本性质：磁场对放入其中的磁体、电流和运动电荷都有磁场力的作用 4磁感应强度： (1)物理意义：描述 的物理量 (2)方向：小磁针 时N极所指的指向,磁场力,磁场强弱,静止,5磁感线：在磁场中人为地画出一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的 的方向一致，这样的曲线就叫做磁感线磁感线的疏密程度表示磁场的 二、几种常见的磁场 1条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图所示),特斯拉,磁感应强度,强弱,2地磁场 地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，其主要特点
2、有三个： (1)地磁场的 在地理南极附近， 在地理北极附近 (2)地磁场B的水平分量(Bx)总是从地理 指向 ；而竖直分量(By)则南、北半球相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下 (3)在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感强弱相同，且方向水平向北,N极,S极,南极,北极,3几种电流周围的磁场分布,4.匀强磁场 (1)定义： 处处相同的磁场 (2)磁感线特点：匀强磁场的磁感线为间隔相同的平行直线，如图所示,(3)常见例子： 距离很近的两个异名磁极之间的磁场(边缘部分除外) 相隔一定距离的两个平行放置的通电线圈中间区域的磁场 5磁通量 (1)公式： . (2)单位：韦伯(韦)
3、，符号：Wb, 1 Wb1 Tm2. (3)适用条件：匀强磁场；S是垂直磁场并在磁场中的有效面积,强弱、方向,BS,三、安培力的大小和方向 1安培力的大小(如图所示) (1)F . (2)磁场和电流垂直时：F . (3)磁场和电流平行时：F0. 2安培力的方向 (1)用左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内让磁感线从掌心进入，并使四指指向 的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受 的方向 (2)安培力的方向特点：FB，FI，即F垂直于 决定的平面,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，但磁感应强度与电流不一定垂直,BILsin,BI
4、L,电流,安培力,B、I,四、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 2工作原理 如右图所示，磁场的方向总沿 着 均匀辐射地分布，在距轴线等距离 处的磁感应强度的大小总是 的，保证B的 大小不发生变化，且安培力的方向与线圈垂直 当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，线圈转动，螺旋弹簧变形，反抗线圈的转动，电流越大，安培力就 ，螺旋弹簧的形变也就 I与指针偏角成正比，表盘刻度均匀所以，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小 3优、缺点：优点是精确度高，能测出很弱的电流；缺点是线圈的导线很细，允许通过的电流很弱,线圈,半径方向,相等,越大,越大,1关于磁感应强度B，下列说法中正确
5、的是( ) A磁场中某点B的大小，跟放在该点的试探电流元的情况有关 B磁场中某点B的方向，跟放在该点的试探电流元所受磁场力方向一致 C在磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用时，该点B值大小为零 D在磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度越大 解析：磁感应强度是由磁场本身决定的，与试探电流元的情况无关，A错；电流元所受磁场力方向与磁感应强度B的方向垂直，B错；当磁场与电流平行时，安培力等于零，C错；磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度越大，D正确，故选D. 答案：D,2.(2012年滁州模拟)如图所示，环形金属软弹簧套在条形磁铁的中心位置若将弹簧沿半径向外拉，使其面
6、积增大，则穿过弹簧所包围面积的磁通量将( ) A增大 B减小 C不变 D无法确定如何变化 解析：穿过弹簧所围面积的磁通量应为总磁通量，磁铁内部由S极指向N极的磁通量不变，而其外部由N极指向S极的磁通量随面积的增大而增大，故总磁通量减小，选B. 答案：B,3一根容易形变的弹性导线，两端固定导线中通有电流，方向如下图中箭头所示当没有磁场时，导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，描述导线状态的四个图示中正确的是( ),解析：电流与磁场平行放置时不受磁场力，选项A错误；电流与磁场垂直放置时，由左手定则知选项D正确 答案：D,4.如图所示，PQ和MN为水平、平行放
7、置的金属导轨，相距1 m，导体棒ab跨放在导轨上，棒的质量为m0.2 kg，棒的中点用细绳经滑轮与物体相连，物体的质量M0.3 kg，棒与导轨间的动摩擦因数为0.5，匀强磁场的磁感应强度B2 T，方向竖直向下，为了使物体匀速上升，应在棒中通入多大的电流？方向如何？(g取10 m/s2),解析：导体棒ab受力如右图所示，由平衡条件： FNmg BILFfMg0 又FfFN 联立可得 I2 A， 由左手定则知电流方向由ab. 答案：2 A ab,对磁感应强度的理解,1磁感应强度是反映磁场性质的物理量，是用比值法定义的 2匀强磁场：磁感应强度处处相同，磁感线是一组平行且等间距的直线 3磁感应强度B与
8、电场强度E的比较,(1)电场强度的方向与电荷的受力方向相同或相反，而磁感应强度的方向与电流元受安培力方向垂直，满足左手定则 (2)电荷在电场中一定受到电场力的作用，而电流在磁场中如果电流方向与磁场方向平行，则不受安培力的作用,例1 如图所示，在a、b、c三处垂直于纸面放置 三根长直通电导线，电流大小相等，a、b、c是等边 三角形的三个顶点，a处电流在三角形中心O点产生 的磁场的磁感应强度大小为B，求O处的磁感应强度 思路点拨 首先求出a、b、c三根导线电流在O处各自形成的磁场的磁感应强度的大小和方向，然后利用平行四边形定则进行合成 自主解答 由于OaObOc，所以在各电流等大 的前提下，各处的
9、电流在O点的磁感应强度大小也 都为B，根据安培定则，各电流在O处的磁感应强度 应垂直于各点和O的连线，如图所示，由图中几何关 系知Ba与Bb夹角为120，所以根据平行四边形定则，a、b在O处的合磁感应强度为B，方向水平向右，所以O处的总磁感应强度大小为2B，方向平行ab连线向右 答案 2B，方向平行ab连线向右,答案：D,对磁通量的理解,1BS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方向上分量的乘积；也可理解为(Bcos )S，即等于B在垂直于S方向上的分量与S的乘积如图甲所示,2面积
10、S的含义 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 如图乙所示，S应为线圈面积的一半 3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 4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,(1)磁通量是标量，其正、负值仅表示磁感线是正向还是反向穿过线圈平面 (2)同一线圈平面，如果正向穿过平面的磁感线条数与反向穿过平面的条数一样多，则0.,例2 如图，矩
11、形线圈有N匝，面积大小为S，放在水平面内，加一个竖直向下的范围较大的匀强磁场，磁感应强度为B，则穿过平面的磁通量是多少？若使线圈绕ab边转过60，则穿过线圈平面的磁通量是多少？若线圈绕ab边转过180，则穿过线圈的 磁通量改变了多少？ 思路点拨 解决此题应把握以下两点： (1)明确磁感线方向与线圈平面的角度关系 (2)求解磁通量变化时应考虑磁感线正穿和反穿的情况,2如图有一正方形线圈边长为10 cm，与水平面夹角为37，匀强磁场竖直向下，已知通过线圈平面的磁通量为0.04 Wb，则匀强磁场的磁感应强度B为多少？如果线圈的匝数变为原来的N倍，则其磁通量变为多少？为什么？,答案：5 T 0.04
12、Wb 原因见解析,通电导体在安培力作用下运动的判断,判定通电导体在安培力作用下的运动或运动趋势，首先必须弄清楚导体所在位置的磁场分布情况，然后利用左手定则准确判定导体的受力情况，进而确定导体的运动方向或运动趋势的方向现对五种常用的方法列表如下：,(1)在应用左手定则判定安培力方向时，磁感线方向不一定垂直于电流方向，但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直，即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面 (2)有时导体在安培力作用下会出现平动和转动，这时可以应用特殊位置法,例3 如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁两极的正上方，导线可以自由转动，当导线通入图示方向电流I时，导线的
13、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 思路点拨 首先明确常见磁场的磁感线分布情况，然后取“电流元”，用左手定则判定其受力方向，特别注意电流旋转后，有了垂直于纸面的分量而导致向下受力,自主解答 (1)电流元法：如图所示，把直线电流 等效为AO、OO、OB三段(OO段极短)电流元， 由于OO段电流方向与该处磁场方向平行，所以不受 安培力作用；AO段电流元所在处的磁场方向倾斜向 上，根据左手定则可知其所受安培力方向垂直于纸面 向外；OB段电流元所在处的磁场方向倾斜向下，同理可知其所受安培力方向垂
14、直于纸面向里综上可知导线将以OO段为轴顺时针转动(俯视) (2)特殊位置法：把导线转过90的特殊位置来分析，根据左手定则判得安培力方向向下，故导线在顺时针转动的同时向下运动综上所述，选项A正确 答案 A,3.将一个质量很小的金属圆环用细线吊起来，在其附近放一条形磁铁，磁铁的轴线与圆环在同一个平面内，且通过圆环中心，如图所示，当圆环中通以顺时针方向的电流时，从上往下看 A圆环顺时针转动，靠近磁铁 B圆环顺时针转动，远离磁铁 C圆环逆时针转动，靠近磁铁 D圆环逆时针转动，远离磁铁 解析：该通电圆环相当于一个垂直于纸面的小磁针，N极在内，S极在外，根据同极相互排斥，异极相互吸引，可得C项正确 答案：C,与安培力有关的力学综合问题,1安培力的大小 安培力常用公式FBIL，要求两两垂直，应用时要满足： (1)B与L垂直； (2)L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度 如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)，相应的电流方向沿L由始端
