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1、一.电流的磁场奥斯特实验表明， 通电直导线周围存在磁场。 直线电流、 环形电流以及通电螺线管周围的磁场方向都可以用右手螺旋定则来判断。右手螺旋定则又叫安培定则。1.直线电流的磁场著名的奥斯特实验表明通电直导线周围存在着磁场，这个磁场是由电流产生的。直线电流的磁感线分布如图甲所示。电流方向和磁感线的方向之间的关系可以用安培定则 (右手螺旋定则 )来判定。如图乙所示，用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流方向一致， 弯由的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。2.环形电流和通电螺线管产生的磁场环形电流的磁感线分布如图甲所示，其方向也可以用右手螺旋定则来判断。具体方法如图乙所示， 用右手握住单
2、匝线圈， 让四指指向电流的环绕方向，拇指则指向单匝线圈内部磁感线的方向。精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页，共 29 页 - - - - - - - - -由于通电螺线管可以看成由多个单匝线圈组成，并且这些单匝线圈中电流的环绕方向相同，那么它产生的磁场磁感应线的方向也可以用右手螺旋定则来判断，判断方法和单匝线圈磁感线的判断方法完全相同，如图所示。较长的通电螺线管内部磁场近似匀强磁场，外部磁感线的分布与条形磁铁的磁感线分布相似。【例题 3-1】如图所示，当 S闭合时，在螺线管的上方的一只小磁针稳定后的指向。试判断通电螺线管的极性和电
3、源的正负极，这时用绝缘线悬挂的通电圆环将怎样转动 (俯视)？精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页，共 29 页 - - - - - - - - -二.磁感应强度磁感线 地磁场 磁通量在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力 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。所谓磁感线， 就是在磁场中画出的一些有方向的曲线，在这些曲线上， 每一点的切线方向都在该点的磁场方向上。地球本身是个大磁体，地球周围存在着磁场，这一磁场叫地磁场。磁感应强度 B 与和磁场方向垂直的平面的面积S 的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量
4、。1.磁感应强度磁感应强度的方向磁感线：磁场和电场一样， 描述磁场强弱和方向的物理量是磁感应强度，磁感应强度精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页，共 29 页 - - - - - - - - -B 是一个矢量。 B 的大小表示磁场的强弱，B 的方向表示磁场的方向。物理学中规定， 在磁场中的任意一点， 小磁针北极的受力方向， 亦即小磁针静止时北极所指的方向为该点的磁场方向。磁场的方向可以形象地用磁感线来表示，在磁场中画一些有方向的曲线， 在这些曲线上， 每一点的切线方向都在该点的磁场方向上，磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线不会相交，
5、也不会相切，磁感线永远是闭合曲线，在条形磁铁产生的磁场中， 处于磁铁纵向对称轴上的磁感线从N 极出来指向无穷远， S极一侧的磁感线则由无穷远指向S极，我们认为无穷远处是一点。磁感应强度的大小磁感应强度的定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力 F 跟电流 I 和导线长度的乘积 IL 的比值叫做磁感应强度。定义式：B =FIL单位：在国际单位制中，磁感应强度单位是特斯拉，符号用“T”表示。由定义式可知： 1T=1N/(A m)。2.地磁场地球本身是一个大磁体， 它的 N 极位于地理南极附近， S 极位于地理北极附近，即地磁南极和地理北极是不重合的，如图所示，因此，地球表面磁感线的方向
6、和地球的经线方向在大部分地区并不平行，两者偏离的角度称为地磁偏角， 在不同地区，地磁偏角可以不同，我国大部分地区的地磁偏角在5左右。精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页，共 29 页 - - - - - - - - -3.磁通量设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，磁场的磁感应强度为B，平面的面积为 S，磁感应强度 B 与面积 S的乘积，叫做穿过这个面的磁通量，简称磁通，用 表示， =BS。 如果面积 S和与磁场 B 垂直的平面间的夹角为 ，那么，= BS cos 。对于磁通量，可以这样理解：磁通量就是穿过某一面积S的磁感线的条
7、数。 因此，同一个平面， 当它跟磁场方向垂直时， 穿过它的磁感线条数最多， 所以磁通量最大； 当它跟磁场方向平行时，没有磁感线穿过它，所以磁通量为零。磁通量是标量，却只有大小(多少)，没有方向。为了比较磁通量的改变量方便起见，往往规定当磁感线从某一个方向穿过时，取正值，当磁感线从这一方向的反方向穿过时， 取负值。例如：当穿过某一线圈平面的磁通量为，当此平面在磁场中翻转了180时，规定穿过线圈平面的磁通量为 -，这样，磁通量的变化量为=-(-)=2。在学习电磁感应现象时要用到磁通量的变化率t， 它是表示磁通量变化快慢的物理量。另外，根据 =BS，可得 B=S，即磁感应强度等于垂直穿过单位面积的磁
8、精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页，共 29 页 - - - - - - - - -通量，因此常把磁感应强度叫做磁通密度。【例题 3-2】如图所示，在条形磁铁外面套一闭合金属圆环，在圆环由位置a 经 O 平移到 b的过程中， 圆环内的磁通量如何变化？若金属环可以形变，它在位置 O 面积扩大后，圆环内的磁通量如何变化？三.磁性材料分子电流假说任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，但被磁化的程度不同。把其中磁化程度最强的铁磁性物质即强磁性物质通常称为磁性材料。精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - -
9、- - - - 第 6 页，共 29 页 - - - - - - - - -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，它的两侧相当于两个磁极， 这就是著名的分子电流假说。1.磁性材料磁性物质的分类：根据物质在外磁场中表现出的特性，物质可粗略地分为三类：顺磁性物质，抗磁性物质，铁磁性物质。顺磁性物质被磁化后的强度很弱，磁场方向和原磁场方向一致， 外磁场撤去后磁性几乎完全消失。抗磁性物质被磁化后的强度也很弱，磁场方向和原磁场方向相反， 外磁场撤去后磁性几乎完全消失。铁磁性物质是强磁性物质， 被磁化后强度很强， 并且磁场方向和原磁场方向一致，撤
10、去外磁场后，磁性仍剩余一部分，这种材料就是平常所说的磁性材料。磁性材料按磁化后去磁的难易程度可分为两类：磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，磁化后不容易去磁的物质叫硬磁性材料。磁性材料的应用：软磁性材料被磁化后容易去磁，而且剩磁较弱， 适用于需要反复磁化、 退磁的场合。硬磁性材料被磁化后不容易去磁，而且剩磁较强， 适用于需要永磁体的场合。2.分子电流假说安培的分子电流假说：精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页，共 29 页 - - - - - - - - -安培在研究螺线管通电后的磁场分布时，认为磁场分布之所以和条形磁铁分布相似，
11、是因为在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流，环形电流就是分子电流， 分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于条形磁铁的两个磁极。分子电流假说能够解释物质被磁化和撤去磁场后容易退磁的机理。当环形电流产生的相当于“小磁体”的排列杂乱无序时，整体不表现磁性；当环形电流产生的相当于“小磁体”的排列取向大致相同时，整体则表现磁性。当外磁场撤去后，“小磁体”如果仍然排列有序，则表现为“剩磁”； 当外磁场撤去后，“小磁体”排列又恢复到无序，则表现为“退磁”。分子电流假说的意义：安培的分子电流假说， 揭示了磁铁磁性的起源， 它使我们认识到： 磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动
12、产生的。【例题 3-3】19 世纪 20 年代，以塞贝克 (数学家 )为代表的科学家已认识到：温度差会引起电流，安培考虑到地球自转造成了太阳照射正面与背面的温度差，从而提出了如下假设： 地球磁场是由绕地球的环形电流引起的。该假设中电流的方向是：A.由西向东垂直磁子午线B.由东向西垂直磁子午线C.由南向北沿磁子午线D.由赤道向两极沿磁子午线方向(注：磁子午线是地球磁场N 极与 S 极在地球表面的连线 ) 精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页，共 29 页 - - - - - - - - -【例题 3-4】关于磁现象的电本质，下列说法正
13、确的是：A.一切磁现象都起源于电流或运动电荷，一切磁作用都是电流或运动电荷之间 通过磁场而发生的相互作用B.除永久磁铁外，一切磁场都是由运动电荷或电流产生的C.据安培的分子环流假说， 在外界磁场作用下， 物体内部分子电流取向变得大 致相同，物体就被磁化，两端形成磁极D.磁就是电，电就是磁，有磁必有电，有电必有磁精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页，共 29 页 - - - - - - - - -四.磁场对通电直导线的作用安培力 左手定则在匀强磁场中， 在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，电流所受的安培力F 等于磁感应强度B、电流 I
14、 和导线长度 L 三者的乘积。左手定则：伸开左手， 使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中， 让磁感线垂直穿入手心， 并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向磁场对通电直导线的作用安培力1.安培力的大小安培力的大小可用公式来计算F=BIL 这个公式的适用条件是： 磁场必须是匀强磁场， 通电直导线必须和磁场方向垂直。 在非匀强磁场中， 此公式适用于很短的一段通电导线。如果在匀强磁场精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页，共 29 页 - - - - - -
15、- - -中，通电直导线和磁场不垂直， 则要将磁场 B 分解为和 IL 平行分量和垂直分量，其中 B 的垂直分量和 IL 之间的作用力仍可用此公式计算(当然将 L 分解为和 B 平行及垂直的两个分量亦可)。2.安培力的方向安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直， 或者说安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面，这一结果同样适用于导线和磁场不垂直的情况。通电直导线所受的安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系可以用左手定则来判断。具体方法是：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内， 把手放入磁场中， 让磁感线垂直穿入手心， 并使伸开的四指指向电流的方向， 那
16、么，大拇指所指的方向就是通电直导线在磁场中所受安培力的方向。【难点突破】判定安培力方向以及物体在安培力作用下的运动方向的几种常用方法：1.模型法“同向平行电流相互吸引”模型。“反向平行电流相互排斥”模型。“垂直电流转动至同向平行”模型。以上三种模型的受力图分别如图甲、乙、丙所示。各种比较复杂的直线电流受力情况都可以利用甲、乙、丙三个模型来帮助分析、研究，使得问题简化。精品学习资料 可选择p d f - - - - - - - - - - - - - - 第 11 页，共 29 页 - - - - - - - - -2.电流元受力分析法如果所研究的电流并非直线电流，这时可以把整段电流“分割”成很多段电流元，这样的电流元是可以看作直线电流的，先用左手定则判断出每小段电流元受到的安培力方向，并结合受力的对称性，从而判断出整段电流所受合力的方向，最后确定运动方向。如图所示，一直线电流固定， 电流方向竖直向下， 在它右方有一悬挂于天花板上的环形电流，电流方向右视顺时针方向。那么环形电流如何运动呢？首先用右手螺旋定则判断出电流I1在它的右侧空间产生向外的磁场， 再将环形电流以悬线方轴，分割成里外两
