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第八章磁场电流的磁场Ⅰ磁感应强度．磁感线．地磁场Ⅱ磁性材料．分子电流假说Ⅰ磁场对通电直导线的作用．安培力．左手定则.Ⅱ磁电式电表原理Ⅰ磁场对运动电荷的作用，洛伦兹力．带电粒子在匀强磁场中的运动Ⅱ质谱仪和回旋加速器Ⅰ说明：①安培力的计算只限于电流与磁感应强度垂直的情形．②洛伦兹力的计算只限于速度与磁场方向垂直的情形．第一讲磁场及通电导线在磁场中受到的力一、磁场、磁感应强度1．磁场(1)基本性质：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有_________的作用．(2)方向：小磁针的_____所受磁场力的方向．磁场力N极2．安培的分子电流假说安培认为，在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种___________——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(如右图)．环形电流3．磁感应强度(1)物理意义：描述磁场___________．(2)大小：B＝____(通电导线垂直于磁场)．(3)方向：小磁针静止时______的指向．(4)单位：特斯拉(T)．FIL强弱和方向N极4．匀强磁场(1)定义：磁感应强度的大小_________、方向__________的磁场称为匀强磁场．(2)特点①匀强磁场中的磁感线是疏密程度相同的、方向相同的平行直线．②距离很近的两个异名磁极之间的磁场和通电螺线管内部中心轴线附近的磁场(边缘部分除外)，都可以认为是匀强磁场．处处相等处处相同二、磁感线及几种常见的磁场分布1．磁感线：在磁场中画出一些曲线，使典线上每一点的______方向都跟这点的磁感应强度的方向一致．2．磁感线的特点(1)磁感线是为了形象地描述磁场而人为假设的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线．(2)磁感线在磁体(螺线管)外部由_____到__极，内部由_____到___极，是__________．切线N极S闭合曲线NS极(3)磁感线的疏密表示磁场的_____，磁感线较密的地方磁场较强，磁感线较疏的地方磁场较弱．(4)磁感线上任何一点的_________，都跟该点的磁场(磁感应强度)方向一致．(5)磁感线不能_____，也不能相切．强弱切线方向相交3．几种常见的磁场(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如下图所示)(2)几种电流周围的磁场分布直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点无磁极、非匀强且距导线越远处磁场______与______磁铁的磁场相似，管内中心轴线附近为_____磁场且磁场______，管外为_______磁场环形电流的两侧是N极和S极且离圆环中心越远，磁场_____越弱条形匀强最强非匀强越弱安培定则立体图横截面图4.安培定则(1)直线电流和环形电流及通电螺线管的磁场磁感线的方向可以用_____定则确定．(2)对于通电直导线，可用_____握住导线，大拇指指向电流方向，弯曲的四指指向___________的方向．(3)对于环形电流和通电螺线管，则用弯曲的四指指向_____环绕的方向，右手拇指指向螺线管_______的磁感线的方向．安培右手磁感线环绕电流轴线上三、通电导线在磁场中受到的力——安培力1．安培力的大小(1)磁场和电流垂直时：F＝_____.(2)磁场和电流平行时：F＝0.2．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BIL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：F⊥B，F⊥I，即F垂直于______决定的平面．电流安培力B和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．线圈径向相等当电流通过线圈时，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θ成正比，表盘刻度_____(均匀、不均匀)．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_______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_____．越大越大均匀灵敏度很弱一、磁感线和电场线的比较磁感线电场线不同点闭合曲线起始于正电荷，终止于负电荷相似点引入目的形象描述场而引入的假想线，实际不存在疏密场的强弱切线方向场的方向相交不能相交(电场中无电荷空间不相交)二、对磁感应强度的理解1．磁感应强度由磁场本身决定，就像电场强度由电场本身决定一样，跟该位置放不放通电导线无关．2．不能根据公式B＝FIL就说B与F成正比，与IL成反比．3．磁感应强度B的定义式也是其度量式，但用来测量的小段通电导线必须垂直放入磁场，如果小段通电直导线平行放入磁场，所受安培力为零，但不能说该点的磁感应强度为零．4．磁感应强度是矢量，其方向是放入其中的小磁针静止时N极的指向，不是磁场中电流所受磁场力的方向，而是与受到磁场力的方向垂直．三、应用公式F＝BIL时应注意的问题因F＝BIL是由B＝FIL导出的，所以在应用时要注意：1．B与L垂直；2．L是有效长度；3．B并非一定为匀强磁场，但它应该是L所在处的磁感应强度．如下图甲所示．折线abc中通入电流I，ab＝bc＝L，折线所在平面与匀强磁场磁感应强度B垂直．abc受安培力等效于ac(通有a→c的电流I)所受的安培力，即F＝BI·2L，方向同样由等效电流ac判断为在纸面内垂直于ac斜向上．同理推知①如图乙所示，半圆形通电导线受安培力F＝BI·2R；②如图丙所示闭合的通电导线框受安培力F＝0.四、安培力做功的实质——能量的传递1．安培力做正功：是将电源的能量传递给通电导线或转化为导线的动能或其他形式的能．2．安培力做负功：是将其他形式的能转化为电能，或储存或再转化为其他形式的能．1.关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是()A．磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致B．磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种看得见、摸得着客观存在的物质C．磁感线总是从磁铁的北极出发，到南极终止的D．磁感线就是细铁屑连成的曲线解析：磁感线是为了描述磁场而假想的线，是闭合曲线，故C、D错误．磁感线的疏密反映场的强弱，曲线上某点的切线反映场的方向，故A正确，磁场是在磁体和电流周围客观存在的看不见、摸不着的特殊物质，故B项错误．答案：A2．关于磁感应强度B，下列说法中正确的是()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，该点的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：磁感应强度是磁场本身的属性，在磁场中某处为一恒量，其大小可由B＝FIL(B⊥I)计算，但与试探电流元的F、I、L的情况无关，A错．磁感应强度的方向规定为小磁针静止时，N极所受磁场力的方向，与放在该处电流元受力方向垂直，B错．当试探电流元的方向与磁场方向平行时，虽电流元受的磁场力为零，但磁感应强度却不为零，C错．磁感线的疏密是根据磁场的强弱画出的，磁感线越密集的地方，磁感应强度越大，磁感线越稀疏的地方，磁感应强度越小，故D正确．答案：D3．19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后正面与背面的温度差从而提出如下假设：地球磁场是由绕地球的环形电流引起的．该假设中的电流方向是()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解析：如右图所示考虑地球自转方向，利用安培定则可以判定地磁场是由东向西的环形电流产生的，故B项正确．答案：B4.如右图所示，直导线AB、螺线管C、电磁铁D三者相距较远，它们的磁场互不影响，当电键S闭合后，则小磁针的北极N(黑色的一端)指示出的磁场方向正确的是()A．a、bB．b、cC．a、cD．b、d解析：为了便于判断所标出的小磁针N极的指向是否正确，先根据安培定则在图中画出相关磁场中经过小磁针的磁感线及其方向，如图所示．答案：D当电键S闭合后，直导线AB周围的磁感线是以AB上各点为圆心的同心圆，且都在跟导线垂直的平面上，其方向是逆时针方向，显然磁针a标示得不对；螺线管C内的磁感线是由左指向右，外部的磁感线是由右向左，故b所示正确，c所示不对；电磁铁D(与蹄形磁铁相似)的左端为N极，右端为S极，可见小磁针d标示正确，因此答案为D.5．(2009·全国Ⅰ卷)如右图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线abcd所受到的磁场的作用力的合力()A．方向沿纸面向上，大小为(2＋1)ILBB．方向沿纸面向上，大小为(2－1)ILBC．方向沿纸面向下，大小为(2＋1)ILBD．方向沿纸面向下，大小为(2－1)ILB解析：该导线可以用a和d之间的直导线长为(＋1)L来等效代替，根据F＝BIL，可知大小为(＋1)BIL，根据左手定则判定方向沿纸面向上，A正确．答案：A6.(2010·上海单科)如右图，长为2l的直导线折成边长相等，夹角为60°的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B.当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为()A．0B．0.5BIlC．BIlD．2BIl答案：C解析：V形导线通入电流I时每条边受到的安培力大小均为BIl，方向分别垂直于导线斜向上，再由平行四边形定则可得其合力F＝BIl，答案为C.安培定则的应用及磁感应强度的叠加三个平行的直导线，分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点，如右图所示，现使每条通电导线在斜边中点O所产生的磁感应强度的大小为B.则该处的实际磁感应强度的大小和方向如何？解析：根据安培定则，I1与I3在O点处产生的磁感应强度相同，l2在O点处产生的磁感应强度的方向与B1(B3)相垂直．又知B1、B2、B3的大小相等均为B，根据矢量的运算可知O处的实际磁感应强度的大小B0＝2B2＋B2＝5B，设B0在三角形平面内与斜边夹角为θ，满足tanθ＝2，如右图所示．答案：5B方向见解析空间中磁场叠加，在某一点的磁场方向即该点的磁感应强度的方向只有一个，即合磁场方向，应用平行四边形定则来求．1－1：(2011·宁夏部分学校联考)有两条长直导线垂直于水平纸面放置，与纸面相交于a、b两点，其中通有大小相等的恒定电流，方向如上图所示．a、b连线水平，c是ab的中点，d点与c点关于b点对称．已知c点的磁感应强度为B1，d点的磁感应强度为B2，则关于a处导线在d点产生的磁感应强度的大小和方向，下列说法正确的是()答案：BA.B12＋B2，竖直向上B.B12－B2，竖直向下C．B1＋B2，竖直向下D．B1－B2，竖直向上通电导线在安培力作用下运动情况的判定如右图所示，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．解析：(1)电流元法如右图所示，把直线电流等效为AO′、O′O、OB三段(O′O段极短)元流元，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