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1、2第第1 1讲讲 磁场磁场对电流的作用磁场磁场对电流的作用磁磁 场场第十一章第十一章3内容内容要求要求说明说明电流的磁场电流的磁场磁感应强度磁感应强度.磁感线磁感线.地磁场地磁场磁性材料磁性材料.分子电流假说分子电流假说4内容内容要求要求说明说明磁场对通电导体的作用磁场对通电导体的作用.安培力安培力.左手左手定则定则1.安培力的计算安培力的计算只限于直导线跟只限于直导线跟力平行或垂直的力平行或垂直的两种情况两种情况2.洛伦兹力的计洛伦兹力的计算只限于算只限于v跟跟B平平行或垂直的两种行或垂直的两种情况情况磁电式电表原理磁电式电表原理磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用.洛伦兹力洛伦兹力.带
2、带电粒子在匀强磁场中的圆周运动电粒子在匀强磁场中的圆周运动质谱仪质谱仪.回旋加速器回旋加速器5磁磁场场磁场的产生磁场的产生磁体周围产生磁场磁体周围产生磁场电流周围产生磁场电流周围产生磁场安培磁性起源假说安培磁性起源假说磁场的描述磁场的描述定量描述：磁感应强度形象定量描述：磁感应强度形象描述：磁感线描述：磁感线几种典几种典型磁场型磁场条形磁铁的磁感线分布条形磁铁的磁感线分布蹄形磁铁的磁感线分布蹄形磁铁的磁感线分布匀强磁场的磁感线分布匀强磁场的磁感线分布均匀辐向磁场的磁感线分布均匀辐向磁场的磁感线分布直线电流的磁感线分布和安培定则直线电流的磁感线分布和安培定则环形电流的磁感线分布和安培定则环形电流
3、的磁感线分布和安培定则通电螺线管的磁感线分布和安培定则通电螺线管的磁感线分布和安培定则6磁场对电流的作用磁场对电流的作用大小大小 BL,F=0 BL,F=BIL方向：左手定则方向：左手定则电流表工作原理电流表工作原理磁场对运动磁场对运动电荷的作用电荷的作用大小大小 vB,F=0 vB,F=qvB方向：左手定则方向：左手定则带电粒子在匀强磁带电粒子在匀强磁场中做圆周运动场中做圆周运动轨道半径轨道半径运动周期运动周期重要应用重要应用质谱仪质谱仪回旋加速器回旋加速器磁磁场场7一、磁场一、磁场1.磁磁场的基本概念的基本概念:磁磁场是存在于磁体、是存在于磁体、电流和运流和运动电荷荷周周围空空间的一种特殊
4、形的一种特殊形态的物的物质.磁磁场对处于其中的磁体、于其中的磁体、电流和运流和运动电荷有磁荷有磁场力的作力的作用用.磁极与磁极、磁极与磁极与磁极、磁极与电流、流、电流与流与电流之流之间的相互的相互作用是通作用是通过磁磁场发生的生的.82.磁磁场的方向的方向:规定磁定磁场中的任一点，小磁中的任一点，小磁针N极受力的极受力的方向，即小磁方向，即小磁针在磁在磁场中静止中静止时N极所指的方向极所指的方向.3.磁感磁感线:在磁在磁场中画出的一系列假想的曲中画出的一系列假想的曲线，该曲曲线的切的切线方向表示方向表示该位置的磁位置的磁场方向，曲方向，曲线的疏密能的疏密能定性描述磁定性描述磁场的的强弱，磁感弱
5、，磁感线在空在空间不相切、不相不相切、不相交交,磁感磁感线是是闭合曲合曲线.9二、电流的磁场、右手螺旋定则（安培定则）二、电流的磁场、右手螺旋定则（安培定则）1.直直线电流的磁流的磁场:右手握住直右手握住直导线，伸直大拇指方向，伸直大拇指方向与与电流方向一致，弯曲四指方向就是直流方向一致，弯曲四指方向就是直线电流在周流在周围空空间激激发的磁的磁场的方向的方向.102.环形形电流的磁流的磁场:右手弯曲的四指方向和右手弯曲的四指方向和环形形电流方流方向一致，伸直大拇指所指方向向一致，伸直大拇指所指方向为环形形电流中心流中心轴线上的磁上的磁场方向方向.3.通通电螺螺线管的磁管的磁场:右手弯曲的四指方
6、向跟右手弯曲的四指方向跟电流方向流方向一致，伸直大拇指所指的方向一致，伸直大拇指所指的方向为通通电螺螺线管内部的管内部的磁磁场方向方向.11 说明：明：应用安培定用安培定则时首先首先应特特别注意伸的是右手，注意伸的是右手，其次注意不同情况下四指其次注意不同情况下四指环绕方向、大拇指指向的意方向、大拇指指向的意义不同不同.下表下表为以上各种不同磁以上各种不同磁场的比的比较:直线电流的磁直线电流的磁场场通电螺线管的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场环形电流的磁场特点特点无磁极、非匀无磁极、非匀强且距导线越强且距导线越远处磁场越弱远处磁场越弱与条形磁铁的磁场相与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场似，
7、管内为匀强磁场且磁场最强，管外为且磁场最强，管外为非匀强磁场非匀强磁场环形电流的两侧是环形电流的两侧是N极和极和S极且离圆极且离圆环中心越远，磁场环中心越远，磁场越弱越弱12直线电流的磁场直线电流的磁场通电螺线管的磁通电螺线管的磁场场环形电流的磁环形电流的磁场场立体图立体图横截面图横截面图纵截面图纵截面图13三、磁感三、磁感应强度度1.磁磁场的基本性的基本性质:是是对放入其中的放入其中的电流有磁流有磁场力的力的作用，作用，电流垂直于磁流垂直于磁场时受磁受磁场力最大，力最大，电流与流与磁磁场方向平行方向平行时，磁，磁场力力为零零.142.磁感磁感应强度度:(1)定定义:在磁在磁场中某点垂直磁中某
8、点垂直磁场方向放置一小段方向放置一小段长为L的通的通有有电流流I的的导线，该点磁点磁场对通通电导线的磁的磁场力力F与与电流流I和和长度度L的乘的乘积的比的比值被定被定义为该点的磁感点的磁感应强度度B，即，即 磁感磁感应强度度B是由磁是由磁场自身性自身性质决定的，与磁决定的，与磁场中是否中是否存在存在电流及流及IL的乘的乘积大小无关大小无关.在国在国际单位制中，磁感位制中，磁感应强度的度的单位是位是T(特特)，15(2)方向方向:磁感磁感应强度是矢量，其方向是小磁度是矢量，其方向是小磁针静止静止时N极极的指向，不是磁的指向，不是磁场中中电流所受磁流所受磁场力方向力方向.(3)匀匀强磁磁场:如果磁
9、感如果磁感应强度大小度大小处处相等，方向都相同，相等，方向都相同，那么那么这个区域里的磁个区域里的磁场叫匀叫匀强磁磁场.(4)磁磁场的叠加的叠加:空空间如果同如果同时存在两个以上的存在两个以上的电流或磁体流或磁体激激发的磁的磁场，某点的磁感，某点的磁感应强度度B是各是各电流或磁体在流或磁体在该点激点激发的磁的磁场的磁感的磁感应强度的矢量和度的矢量和.16(5)地磁地磁场主要有三个特点主要有三个特点:地磁地磁场的的N极在地球南极附近，极在地球南极附近，S极在地球北极附近，磁极在地球北极附近，磁感感线分布如分布如图11-1-1所示所示.图图11-1-117地磁地磁场B的水平分量的水平分量Bx总是从
10、地球南极指向地球北是从地球南极指向地球北极，而极，而竖直分量直分量By，在南半球垂直地面向上，在北，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下半球垂直地面向下.在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感感应强度相等，且方向均匀水平向北度相等，且方向均匀水平向北.18(2011新新课课标标卷卷)为为了了解解释释地地球球的的磁磁性性，19世世纪纪安安培培假假设设：地地球球的的磁磁场场是是由由绕绕过过地地心心的的轴轴的的环环形形电电流流I引引起起的的在在下下列列四四个个图图中中，正正确确表表示示安培假设中环形电流方向的是安培假设中环形电流方向的是( )
11、 19 首先明确地磁首先明确地磁场的北极在地理南极附近，再根据的北极在地理南极附近，再根据安培定安培定则即可得出即可得出结论 20关于磁感关于磁感应强度，下列度，下列说法正确的是法正确的是( )A.一小段通一小段通电导线放在放在B为零的位置，那么它受到的磁零的位置，那么它受到的磁场力力也一定也一定为零零B.通通电导线所受的磁所受的磁场力力为零，零，该处的磁感的磁感应强度也一定度也一定为零零C.放置在磁放置在磁场中中1m长的通的通电导线，通，通过1A的的电流，受到的流，受到的磁磁场力力为1N，则该处的磁感的磁感应强度就是度就是1TD.磁磁场中某中某处的的B的方向跟通的方向跟通电导线在在该处受到磁
12、受到磁场力力F的方的方向相同向相同A21 根据磁感根据磁感应强度的定度的定义，A选项对；通；通电导线(电流流I)与磁与磁场平行平行时，磁，磁场力力为零，零，B选项错；通；通电导线(电流流I)与磁与磁场不一定垂直，不一定垂直，C选项错；B与与F方向一定垂直，方向一定垂直，D选项错.22四、磁场对电流的作用力四、磁场对电流的作用力1.安培力的大小：安培力的大小：F=BILsin(1)IL和和B可成任意可成任意夹角，但角，但导体所受的磁体所受的磁场力力F的方向永的方向永远与与IL和和B的方向垂直的方向垂直.(2)当当IL与与B平行平行时，即，即=0或或=180，这时F=0，不受磁，不受磁场力；当力；
13、当IL与与B垂直垂直时，=90，这时F=BIL，所受磁，所受磁场力最大力最大.232.安培力的方向安培力的方向:由左手定由左手定则判定，伸开左手，使大拇判定，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，把手放入磁内，把手放入磁场中，中，让磁感磁感线垂直穿入手心，并垂直穿入手心，并使伸开的四指指向使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指所指流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通的方向就是通电导线在磁在磁场中所受安培力的方向中所受安培力的方向.243.适适应范范围:该公式一般适用于匀公式一般适用于匀强磁磁场，或通，或通电导线所在区域的
14、所在区域的B大小和方向相同大小和方向相同.如果如果导线各部分所各部分所处的位置的位置B的大小和方向不相同，的大小和方向不相同，应将将导体分成若干体分成若干段段(电流元流元)，使每段，使每段导线所所处范范围B的大小和方向的大小和方向近似相等，求出各段近似相等，求出各段导线所受的磁所受的磁场力，然后再求力，然后再求合力合力.25 如如图11-1-2所示，条形磁所示，条形磁铁平放于水平桌面上，在平放于水平桌面上，在它的正中央上方固定一根直它的正中央上方固定一根直导线，导线与磁与磁场垂直，垂直，现给导线中通以垂直于中通以垂直于纸面向外的面向外的电流，流，则下列下列说法法正确的是正确的是( )A.磁磁铁
15、对桌面的桌面的压力减小力减小B.磁磁铁对桌面的桌面的压力增大力增大C.磁磁铁对桌面的桌面的压力不力不变D.以上以上说法都不可能法都不可能图图11-1-2A26 通通电导线置于条形磁置于条形磁铁上方使通上方使通电导线置于磁置于磁场中中如下如下图(a)所示，由左手定所示，由左手定则判断通判断通电导线受到向下的受到向下的安培力作用，同安培力作用，同时由牛由牛顿第三定律可知，力的作用是相第三定律可知，力的作用是相互的，磁互的，磁铁对通通电导线有向下作用的同有向下作用的同时，通，通电导线对磁磁铁有反作用力，作用在磁有反作用力，作用在磁铁上，方向向上，如下上，方向向上，如下图(b).对磁磁铁做受力分析，由
16、于磁做受力分析，由于磁铁始始终静止，无通静止，无通电导线时，N=mg，有通，有通电导线后后N+F=mg，N=mg-F，磁磁铁对桌面桌面压力减小力减小.27五、电流表的工作原理五、电流表的工作原理1.磁磁电式式电流表流表测电流的工作原理流的工作原理:如如图11-1-3所示所示图图11-1-328(1)磁磁场的方向的方向总沿着径向均匀地分布，在距沿着径向均匀地分布，在距轴线等距离等距离处的的磁感磁感应强度的大小度的大小总是相等的，不管是相等的，不管线圈圈转到什么位置，到什么位置，线圈平面圈平面总跟它所在位置的磁感跟它所在位置的磁感线平行平行.(2)I与指与指针偏角偏角成正比，成正比，I越大指越大指
17、针偏偏转角度越大，因而角度越大，因而电流流表可以量出表可以量出电流流I的大小，且刻度是均匀的的大小，且刻度是均匀的.(3)当当线圈中的圈中的电流方向改流方向改变时，安培力的方向随着改，安培力的方向随着改变，指，指针偏偏转方向也随着改方向也随着改变，又可知道被，又可知道被测电流的方向流的方向.292.磁磁电式式仪表的主要构成表的主要构成磁磁电式式电流表流表(构造示意构造示意图如如图11-1-4所示所示)，主要由五部分，主要由五部分组成成:(1)蹄形磁蹄形磁铁.(2)圆柱形柱形铁芯芯.图图11-1-430(3)铝框，套在框，套在铁芯外，可芯外，可绕轴转动.(4)线圈，圈，绕在在铝框上框上.(5)两
18、个螺旋两个螺旋弹簧及一个指簧及一个指针，装在，装在铝框的框的转轴上，被上，被测电流流经过两个两个弹簧接入簧接入线圈圈.指指针用于指示用于指示电流流值.3.磁磁电式式电流表的流表的优缺点缺点优点是灵敏度高，可以点是灵敏度高，可以测出很弱的出很弱的电流；流；缺点是缺点是绕制制线圈的圈的导线很很细，允，允许通通过的的电流很弱流很弱.31 如如图11-1-10所示，所示，质量量为m=50g，长l=10cm的的铜棒，棒，用用长度亦度亦为l的两根的两根轻软导线水平水平悬吊在吊在竖直向上的匀直向上的匀强磁磁场中，磁感中，磁感应强度度 未通未通电时，轻线在在竖直直方向，通入恒定方向，通入恒定电流后，棒向外偏流
19、后，棒向外偏转的最大角度的最大角度=37，求此棒中恒定，求此棒中恒定电流的大小流的大小(g=10m/s2).图图11-1-1032同学甲的解法如下同学甲的解法如下:对铜棒棒进行受力分析，通行受力分析，通电时导线向向外偏外偏转，说明安培力方向垂直明安培力方向垂直电流和磁流和磁场方向向外，方向向外，受力如受力如图(a)所示所示(侧视图).33当最大偏当最大偏转角角=37时，棒受力平衡，有，棒受力平衡，有:所以所以同学乙的解法如下同学乙的解法如下:铜棒向外偏棒向外偏转过程中，程中，导线拉力不做拉力不做功，如功，如图(b)所示所示.F做功做功为:WF=Fs1=BIllsin37重力做功重力做功为:WG
20、=-mgs2=-mgl(1-cos37)34由由动能定理得能定理得:BIl2sin37-mgl(1-cos37)=0所以所以请你判断，他你判断，他们的解法哪个正确？的解法哪个正确？错误的的请指出指出错在哪里在哪里. 安培力及平衡状安培力及平衡状态的受力分析的受力分析. 乙同学的解法正确，甲同学的乙同学的解法正确，甲同学的错误.错误原因原因:认为物体速度物体速度为零零时，一定，一定处于平衡状于平衡状态，或者，或者认为偏角最偏角最大的是平衡位置大的是平衡位置.35在原子反在原子反应堆中抽堆中抽动液体液体时，由于不允，由于不允许传动的机械部的机械部分与分与这些液体相接触，常使用一种些液体相接触，常使
21、用一种电磁磁泵，如，如图11-1-11表示表示这种种电磁磁泵的的结构，将构，将导管放在磁管放在磁场中，当中，当电流穿流穿过导电液体液体时，这种液体即被种液体即被驱动.图图11-1-1136(1)试论述述这种种电磁磁泵的原理的原理.(2)判断液体流判断液体流动方向方向.(3)若若导管内截面管内截面积为ah,磁磁场的的宽度度为L，磁感，磁感应强度度为B，液体穿，液体穿过磁磁场区域的区域的电流流强度度为I，求，求驱动力造成的力造成的压强差差为多少多少?37 此此题主要考主要考查安培力知安培力知识点点:(1)当当电流流流流过液体液体时，液体即成，液体即成为载流流导体，在磁体，在磁场中中受磁受磁场力作用
22、力作用(2)由左手定由左手定则，液体在管中向右流，液体在管中向右流动(3)驱动力造成的力造成的压强差差p=F安安/S=BIh/ah=BI/a38如如图11-1-12所示，两根平行金属所示，两根平行金属导轨M、N，电阻不阻不计，相距相距0.2m，上面沿，上面沿导轨垂直方向放一个垂直方向放一个质量量为m=510-2kg的金属棒的金属棒ab，ab的的电阻阻为0.5.两金属两金属导轨一端通一端通过电阻阻R和和电源相源相连.电阻阻R=2，电源源电动势E=6V，电源内阻源内阻r=0.5，如果在装置所在的区域，如果在装置所在的区域加一个匀加一个匀强磁磁场,使使ab对导轨的的压力恰好是零，并使力恰好是零，并使
23、ab处于静止于静止(导轨光滑光滑)，求，求:图图11-1-1239(1)ab中的中的电流流I有多大有多大;(2)ab杆所受的安培力杆所受的安培力F的大小的大小;(3)所加磁所加磁场磁感磁感应强度度B的大小和方向的大小和方向. 考考查安培力安培力 、欧姆定律及受力分析知、欧姆定律及受力分析知识点点. (1)根据欧姆定律根据欧姆定律(2)因因ab静止，故静止，故F=mg=0.5N,方向方向竖直向上直向上.40(3)因因电流从流从a到到b，由左手定，由左手定则可知可知B方向水平向右，且因方向水平向右，且因F=BIL，得，得:B=F/IL=1.25T. 答案：答案：I=2A，F=0.5N， B=1.2
24、5T， 方向水平向右方向水平向右41如如图11-1-13所示，一水平所示，一水平导轨处于与水平方向成于与水平方向成45角向角向左上方的匀左上方的匀强磁磁场中，一根通有恒定中，一根通有恒定电流的金属棒，由流的金属棒，由于受到安培力作用而在粗糙的于受到安培力作用而在粗糙的导轨上向右做匀速运上向右做匀速运动.现将磁将磁场方向沿方向沿顺时针缓慢慢转动至至竖直向上，在此直向上，在此过程程中，金属棒始中，金属棒始终保持匀速运保持匀速运动，已知棒与，已知棒与导轨间动摩擦摩擦因数因数45因因为从从45减小到减小到0，所以，所以B先先变小后小后变大大.同学们来学校和回家的路上要注意安全来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全来学校和回家的路上要注意安全
