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第八章磁场一、磁场基本概念1、磁场由什么产生？磁体、电流、变化的电场、运动电荷2、磁场的基本性质是什么？对放入磁场中的磁体、通电导线、运动电荷有力的作用磁体与电流的作用电流与电流的作用磁体与磁体的作用作用本质：磁场对磁场的作用常见的磁作用3、最早揭示磁现象的电本质的科学家是谁？它提出了什么假说？安培安培分子电流假说: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.为什么有的物体无磁性，有的物体有磁性？如下图，小铁钉被吸向右侧，而加热后却吸不住了，为什么？4、最早发现电流也能产生磁场的科学家是谁？奥斯特【总结】导线应当南北方向放置，若东西方向放置则导线产生的磁场和地磁场在统一直线上【例题】．在重复奥斯特的电流磁效应实验时，为使实验方便且效果明显，通电直导线应()A．平行于南北方向，位于小磁针上方B．平行于东西方向，位于小磁针上方C．平行于东南方向，位于小磁针下方D．平行于西南方向，位于小磁针下方APQ二、磁场描述(定性)1、磁场的方向是如何规定的？BPBQ1）小磁针静止时N极指向2）小磁针N极的受力方向3）磁感线在该点的切线方向二、磁场描述(定性)-磁感线2、常见磁场磁感线特点1、疏密表示强弱，切线方向表示B的方向2、闭合，磁体外N到S磁体内S到N3、非实际存在4、不相交、不相切知识简析电流磁场的确定方法－右手安培定则握住！安培定则：判断电流产生磁场的法则（两种不同形式）从前向后看？从下向上看？从前向后看（剖面图）？从左向右看？从前向后看？从上向下看？立体图平面图画想象基本技能：立体图参见三维设计149页右上【例题】．对于磁感线的认识，下列说法中正确的是()A．磁场是由磁感线组成的B．画出磁感线的地方一定存在着磁场，没画出磁感线的地方一定不存在磁场C．磁感线上任一点的切线方向就是该点的磁场方向D．在有磁场的空间内，任何一点只能画出一条磁感线CD地磁场特点6．地球的磁场：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11.1-1所示．●(2)地磁场B的水平分量(Bx)总是从地球南极指向地球北极，而竖直分量(By)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，磁感应强度相等，且方向水平向北．例3如图11.1-2所示，图（甲）（乙）是两种结构不同的环状螺线管的示意图．其中（乙）图是由两个匝数相同、互相对称的、半圆环形螺线管串联而成的．给它们按图示方向通以电流．试画出磁感线的分布情况示意图．图11.1-2解析（甲）图所示的通电螺线管中的磁场，只能存在于环形螺线管的空腔中，磁感线都是圆形；根据右手螺旋定则，磁感线方向是顺时针方向．如图中的虚线所示．（乙）图为两个对称的半圆环形的螺线管组合而成．左边的通电半圆环形螺线管中的磁场是顺时针方向的；右边的通电半圆环形螺线管中的磁场是逆时针方向的；由于磁感线都是闭合曲线，两个半圆环形螺线管磁场的磁感线在环顶相遇都转弯竖直向下，各自闭合，环面中间部分的磁场方向向下．【点评】磁感线是闭合曲线，图（甲）中比较容易判断磁感线方向是顺时针的．图（乙）中要注意导线的绕向．由于左、右两半圆形螺线管中电流方向不同，应先判断环内磁感线的方向，然后根据磁感线闭合的特点来判断磁感线的形状．三、磁场的描述（定量）定义：一小段通电直导线，垂直磁感线放在磁场某处时，受到的安培力F与IL的比值称为该处的磁感应强度B。1、磁感强度B方向：磁场方向定义式：此公式不是决定式！思考：某点的磁感应强度大小的决定因素是什么？点定B定：就是说磁场中某一点定了，则该处磁感应强度的大小与方向都是定值．●匀强磁场的磁感应强度处处相等．●磁场的叠加:空间某点如果同时存在两个以上电流或磁体激发的磁场,则该点的磁感应强度是各电流或磁体在该点激发的磁场的磁感应强度的矢量和,满足矢量运算法则.练习：三维设计151页右下练习12、磁通量Φ（1）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。（2）定义式：Φ=BS（3）对此定义式的理解：a、适用匀强磁场；b、B和S垂直；C、S为磁场实际占有的面积d、与线圈匝数无关规律方法【例】如图所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁N极附近下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在这个过程中，线圈中的磁通量A．是增加的；B．是减少的C．先增加，后减少；D．先减少，后增加解析：解析：条形磁铁在N极附近的分布情况如图所示，由图可知线圈中磁通量是先减少，后增加．D选项正确例2、如图所示，两个同心圆线圈a、b在同一平面内，半径RaRb，一条形磁铁穿过圆心垂直于圆面，穿过两个线圈的磁通量分别为Φa和Φb，则…………（）A、ΦaΦbB、Φa=ΦbC、ΦaΦbD、无法确定NSab注意（1）磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数；（2）注意区分S是磁场面积还是回路面积。A1.（1）安培力2.磁场对通电导线的作用力称安培力，其大小为F=BILsinθ，其中θ表示电流方向与磁感强度方向的夹角．四、安培力---磁场通电导线的作用四、安培力---磁场通电导线的作用1、方向：左手定则2、大小当B∥L时当B⊥L时3、适用条件F=BILF=0θ匀强磁场中F=BILsinθ由左手定则可知：安培力F一定垂直B、I所组成的平面．4、安培力的大小特点：★不仅与B、I、L有关，还与放置方式有关，夹角★L是有效长度，不一定是导线实际长度注意：闭合的通电线圈在磁场中的受到的合的磁场力为零【总结】●两同向电流互相吸引，两反向电流互相排斥；●螺线管通电后，在轴向上有收缩趋势，径向有扩张的趋势两导线间的相互作用力？通电后沿轴线方向和半径方向的力的方向？NS解题方法：1）选取一小段电流元2）确定该点的磁场3）应用左手定则判断其受力4）确定其运动情况方法2：环形电流等效小磁针或小磁针等效环形电流【重要】最终同向吸引【典型题】、两条直导线相互垂直，如图所示，但相隔一个小距离，其中一条AB是固定的，另一条CD能自由转动，当直流电流按图示方向通入两条导线时，CD导线将……（）A、顺时针方向转动，同时靠近导线ABB、顺时针方向转动，同时离开导线ABC、逆时针方向转动，同时离开导线ABD、逆时针方向转动，同时靠近导线ABABCDIIA【结论】：两通电导线有达到电流方向相同，并靠近的趋势例5：如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，它的正中央上方固定一长直导线，导线与磁铁垂直．给电线通以垂直纸面向外的电流，则A、磁铁对桌面压力增大，要受桌面摩擦力作用B、磁铁对桌面压力增大，不受桌面摩擦力作用C、磁铁对桌面压力减小，要受桌面摩擦力作用D、磁铁对桌面压力减小，不受桌面摩擦力作用I如果导线不在磁铁的中心呢？D例:如图所示，MN、PQ为平行光滑导轨，其电阻忽略不计，与地面成30°角固定．NQ间接一电阻R′=1.0Ω，MP端与电池组和开关组成回路，电动势E=6V，内阻r=1.0Ω，导轨区域加有与两导轨所在平面垂直的匀强磁场．现将一条质量m=40g，电阻R=1.0Ω的金属导线置于导轨上，并保持导线ab水平．已知导轨间距L=0.1m，当开关S接通后导线ab恰静止不动．试计算磁感应强度大小；BBILFNmg若轨道有粗糙，欲使金属杆静止在轨道上，B的取值范围？三维设计152页练习3规律方法【典型题】质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的平行导轨上，导轨宽度为d，杆ab与导轨间的摩擦因数为μ．有电流时aB恰好在导轨上静止，如图所示，如图所示是沿ba方向观察时的四个平面图，标出了四种不同的匀强磁场方向，其中杆与导轨间摩擦力可能为零的是对A图:对B图:对C图:对D图:若F安cosθ=mgsinθ,则f=0.若F安=mg,则N=0,f=0.N≠0,f≠0.F=F安cosθ+mgsinθ≠0F安mgNF安mgmgNfmgNfF安F安AB【较难题】如图所示,电源电动势E＝2V,r＝0.5Ω,竖直导轨电阻可略,金属棒的质量m＝0.1kg,R=0.5Ω,它与导体轨道的动摩擦因数μ＝0.4,有效长度为0.2m,靠在导轨的外面,为使金属棒不下滑,我们施一与纸面夹角为600且与导线垂直向外的磁场,(g=10m/s2)求：（1)此磁场是斜向上还是斜向下？（2）B的范围是多少？解析:导体棒侧面受力图如图所示由平衡条件得:B最小时摩擦力沿导轨向上,则有μFN＋BILcos300＝mg,FN=BILsin300解得B＝2.34T当B最大时摩擦力沿导轨向下，则有BILcos300＝mg＋μFNFN=BILsin300解得B=3.75TB的范围是2.34T–3.75T规律方法规律方法【练习题】在倾角为θ的斜面上,放置一段通有电流强度为I,为L,质量为m的导体棒a,(通电方向垂直纸面向里),如图所示,棒与斜面间动摩擦因数μtanθ.欲使导体棒静止在斜面上,应加匀强磁场,磁场应强度B最小值是多少?如果要求导体棒a静止在斜面上且对斜面无压力,则所加匀强磁场磁感应强度又如何?α⊕a解析:(1)设当安培力与斜面成α角时B最小,则由平衡条件得：F安mgsinθ＝μFN＋BILcosα,FN=mgcosθ＋BILsinα．解得∴当α＋β=900时,（2）当FN=0时,则BIL＝mg,∴BIL=mg,由左手定则知B方向水平向左．【5】如图所示是一个可以用来测量磁感应强度的装置：一长方体绝缘容器内部高为L，厚为d，左右两管等高处装有两根完全相同的开口向上的管子a、b，上、下两侧装有电极C（正极）和D（负极）并经开关S与电源连接，容器中注满能导电的液体，液体的密度为ρ；将容器置于一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，当开关断开时，竖直管子a、b中的液面高度相同，开关S闭合后，a、b管中液面将出现高度差。若当开关S闭合后，a、b管中液面将出现高度差为h，电路中电流表的读数为I，求磁感应强度B的大小。AabACDSB级3题【6】安培秤如图所示，它的一臂下面挂有一个矩形线圈，线圈共有N匝，它的下部悬在均匀磁场B内，下边一段长为L，它与B垂直。当线圈的导线中通有电流I时，调节砝码使两臂达到平衡；然后使电流反向，这时需要在一臂上加质量为m的砝码，才能使两臂再达到平衡。求磁感应强度B的大小。B=应用三维设计A级6题