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1、第十一章磁场知识网络结构第一节磁场磁感线一、磁场磁场的来源1磁场是、或变化的电场周围存在的一种，磁场的基本性质是对放在磁场中的、具有力的作用。思考：谁发现电流周围存在磁场？2磁场的方向：规定在磁场中任一点小磁针受力的方向（或者小磁针时的指向）就是那一点的磁场方向。3磁现象电本质：一切磁场起源于，一切磁现象均是周围磁场间的相互作用产生的。4安培分子电流假说由安培的分子环流假说可知：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由运动的电荷而产生的。在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流即分子电流，分子电流使每个物质微粒成为微小的磁体。5磁性材料磁性材料可分为三类：顺磁性物质、抗磁性物质、铁磁性物质。前
2、两类称为弱磁性物质，第三类又称为强磁性物质。通常所说的磁性材料是指强磁性物质。二、磁感线1在磁场中画一些的曲线，曲线上每一点的切线方向，表示该点的，曲线的疏密能定性地表示磁场的。2在磁铁的磁场中，磁感线是由发出到，又从经过磁铁内部加到，磁感线是曲线。3任两条磁感线。4通电导线的磁场方向可由安培定则判断，掌握右手螺旋定则。5形磁铁，蹄形磁铁，直线电流，环形电流，通电螺线管磁场的特点及磁感线分布如下：（1）直线电流的磁场直线电流磁场的磁感线的立体图、横截面图、纵截面图如下图所示。特点：磁极、（填“匀”或“非匀”）强、且距导线越远处磁场越。（2）通电螺线管的磁场通电螺线管磁场的磁感线的立体图、横截面
3、图、纵截面图如下图所示。特点：与磁铁的磁场相似，管内为强磁场，且磁场最强，管外为强磁场。（3）环形电流的磁场环形电流磁场的磁感线的立体图、横截面图、纵截面图如图所示。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。6地磁场地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，其主要特点有三个：（1）地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近。磁感线分布如图所示。（2）地磁场B的水平分量（Bx）总是从地球南极指向北极，而竖直分量（By）则南北相反，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，距离地球表面相等的各点，磁感应强度相等，且方向水平向北。例1磁场中任意一点的磁场方向为小磁
4、针在该点（）A小磁针北极受磁场力的方向B小磁针南极受磁场力的反方向C小磁针北极的指向D小磁针受磁场力的方向例2如图所示，长通电螺线管中通以正弦交流电，一个电子（不计重力）沿着螺线管的中心轴线飞入，则电子在螺线管内的运动是（）A螺旋线运动B沿着轴线的振动C匀速直线运动D加速直线运动例3一飞机在北半球自东向西水平飞行，则驾驶员左边机翼的电势比右边机翼的电势（填“高”或“低”）。例4根据安培假说的思想，认为磁场是由于运动电荷产生的，这种思想如果对地磁场也适用，而目前在地球上并未发现相对地球定向移动的电荷，那么由此推断，地球应该（）A带负电B带正电C不带电D无法确定第二节磁感应强度1磁感应强度（1）定
5、义：磁感应强度是表示磁场的物理量，在磁场中磁场方向的通电导线，受到的跟和的比值，叫做通电导线所在处的磁感应强度，用B表示，即B。磁感应强度的单位由和的单位决定，在国际单位制中，B的单位是，简称，国际符号是。（2）磁感应强度是由本身所确定的，其大小及方向与力F、电流大小及导线长度均关。（3）磁感应强度是矢量，磁场中某点的磁感应强度方向就是该点的方向，即通过该点的的切线方向。2匀强磁场：各处磁感应强度都相同的区域叫匀强磁场，其磁感线彼此平行且分布均匀。3磁场的叠加。磁感应强度是矢量，常将它按矢量的运算法则进行分解，而以其分量来代替它的作用，这在求磁通量、磁场对电流的作用力等多处用到，当空间中某点处
6、有多个磁场相叠加时的合磁场也是按矢量合成的方法来求得的。4磁通量定义：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，公式BS注：如果面积S与B不垂直，应以B乘以在垂直磁场方向上的投影面积S cosa，即BSBS cosa物理意义：穿过某一面积的磁感线条线。5磁通密度：垂直穿过单位面积的磁感线的条线，叫磁通密度，即磁感应强度大小B。例1一根短导线放入磁场中，电流I，长度L，受磁场力为F，则下列说法正确的是（）A 磁感应强度一定等于F/ILB 磁感应强度一定大于或等于F/ILC F大的地方，磁感应强度B一定大D 某处磁感应强度的方向与F同向例2如图所示，在a、b、c三处垂直纸面放
7、置三根长直通电导线，abc是等边三角形的三个顶点，电流大小相等，a处电流在三角形中心O点的磁感应强度大小为B，求O处磁感应强度。例3在一个截面积不大的通电螺线管周围同心同平面放置1、2、3三个闭合圆环，圆环的面积SSS，如图所示。比较穿过三个圆环的磁通量123。第三节安培力一、安培力1定义磁场对的作用力，叫做安培力。思考：一个磁铁对另一个磁铁的作用力是不是安培力？2安培力的大小（1）如图所示，一根长为L的直导线，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，且与B的夹角为，当通过电流I时，安培力的大小可以表示为F式中为B与I(或L)的夹角。Bsin为B垂直于I的分量。当B900时，安培力最大，FmaxBIL
8、。当00或1800时，安培力为零。3安培力的方向判断（1）左手定则：伸开左手，让大拇指跟其余的四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿入手掌；以四指指向电流方向，那么拇指所指的方向就是通电导线所受的安培力方向。（2）安培力F、磁感应强度B、电流I三者的方向关系。通电导线在磁场中所受的安培力F，总垂直于电流与磁感线所确定的平面。已知电流、磁感应强度的方向，（填“能”或“不能”）唯一确定F的方向。已知F和B的方向，当导线的位置确定时，唯一确定电流I的方向。已知F和I的方向时，唯一确定磁感应强度B的方向。二、电流表工作原理如图所示，蹄形磁铁和圆柱形铁芯间的磁场是均匀辐向磁场，不管通电线圈在
9、磁场中转到什么位置，线圈平面都跟磁感线平行、线圈受到的安培力矩不随转动角度的改变而改变，安培力矩MnBIS保持不变当线圈转动某一角度，螺旋弹簧的阻力矩M与安培力矩大小相等时，线圈停止转动，指针指示一个确定的读数I=MlnBS；由于M，与指针（或线圈）转过的角度B成正比，所以电流越大，偏转角也越大，B与I成正比因通电线圈中的电流方向改变时，指针（或线圈）偏转的方向随之改变，故根据电流表指针偏转方向可判定电路中的电流方向。三、电场强度与磁感应强度的对比电场强度E是描述电场的力的特性的物理量，磁感应强度B是描述磁场的力的性质的物理量。为了加深对磁感应强度B的理解，现把这两个物理量比较如下：思考：电场
10、线与磁场线的区别？四、安培力的应用1通电导线或线圈在安培力作用下运动方向的判断（1）电流元分析法：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，从而判断出整段电流所受合力方向，最后确定运动方向。例1如图所示，用细绳悬于O点的可自由转动的通电导线AB放在蹄形磁铁的上方，当导线中通以图示方向电流时，从上向下看AB的转动方向及细绳中张力如何变化（）A AB顺时针转动，张力变大B AB逆时针转动，张力变小C AB顺时针转动，张力变小D AB逆时针转动，张力变大（2）等效分析法：环形电流可等效为小磁针，条形磁铁也可等效为环形电流，通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁
11、。例2如图所示，轻质导体环用细线挂在条形磁铁附近，磁铁的轴线穿过圆环圆心且与环共面，当通以图示方向电流时，导体环将（）A 不发生转动，同时靠近磁铁B 不发生转动，同时离开磁铁C 发生转动，同时靠近磁铁D 发生转动，同时离开磁铁注意：“等效”绝非“等同”，其实导体环和磁铁之间的相互作用还是属于电流和磁体的作用，而非两磁体的作用，相互间为吸引力的原因是磁场磁感线不是垂直于导体环平面，导致导体环受的安培力并非在导体环所在平面内，使导体环沿垂直环面方向受力，发生移动。（3）特殊位置分析法：把通电导体转到一个便于分析的特殊位置后判断其安培力方向，从而确定运动方向。（4）转换研究对象法：因为电流之间，电流
12、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。例4如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在其上方靠近左端固定一根与磁铁垂直的水平直导线，当导线通以图示方向电流时（）A 磁铁对桌面的压力将减小B 磁铁对桌面的压力将增大C 磁铁将受到向左的摩擦力D 磁铁将受到向右的摩擦力2安培力与力学知识的综合运用通电导体在磁场、重力场中的平衡与加速运动问题的处理，要注意两点：（1）受力分析时安培力的方向千万不可跟着感觉走，牢记安培力方向既跟磁感应强度方向垂直又
13、和电流方向垂直。（2）画出导体受力的平面图；做好这两点，剩下的问题就是纯力学问题了。例5如图所示，电动势E2V，r0.5，竖直导轨宽L0.2m，导轨电阻不计，另有一金属棒m=0.1kg，电阻R0.5，它与导轨间的动摩擦因数0.4，靠在导轨的外面，为使金属棒静止不下滑，加一与纸面夹角为300且与导体棒垂直并指向纸内的匀强磁场，g=10m/s2。求：磁感应强度的方向及取值范围。3安培力做功的特点（1）安培力做功与路径有关，所以绕闭合回路一周，安培力做功可以为正，可以为负，也可以为零，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导线，而磁场本身并不提
14、供能量。如上图示，导体ab在安培力作用下向右运动，安培力做功的结果是将电能转化为导体的动能。思考：一个磁铁对另一个磁铁的作用力做功吗？第四节磁场对运动电荷的作用一、洛仑兹力1定义：磁场对运动电荷的作用力叫洛仑兹力。2洛仑兹力的大小：FBqvsin, 为v与B的夹角。当v/B时，F0当vB时，FBqv3洛仑兹力的方向左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入掌心，四指指向正电荷运动的方向（或负电荷运动的反方向），那么，拇指所指的方向就是运动电荷所受洛仑兹力的方向。4洛仑兹力与安培力的关系洛仑兹力是单个运动电荷受到的磁场力，而安培力是导体中所有定向移动的自由电荷受到的洛仑兹力的宏观表现。洛仑兹力总不做功，但安培力却可以做功。二、带电粒子在磁场中运动1若v/B，带电粒子以速度v做匀速直线运动（此情况下洛仑兹力F=0）。2若vB，带电粒子在垂直磁感线的
