1、1磁场基本性质基础知识 一、磁场1、磁场：磁场是存在于磁体、运动电荷周围的一种物质它的基本特性是：对处于其中的磁体、电流、运动电荷有力的作用2、磁现象的电本质：所有的磁现象都可归结为运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用二、磁感线为了描述磁场的强弱与方向，人们想象在磁场中画出的一组有方向的曲线1疏密表示磁场的强弱2每一点切线方向表示该点磁场的方向，也就是磁感应强度的方向3是闭合的曲线，在磁体外部由 N 极至 S 极，在磁体的内部由 S 极至 N 极磁线不相切不相交。4匀强磁场的磁感线平行且距离相等没有画出磁感线的地方不一定没有磁场5安培定则：姆指指向电流方向，四指指向磁场的方向注意这里的磁感线是
2、一个个同心圆，每点磁场方向是在该点切线方向*熟记常用的几种磁场的磁感线：【例 1】根据安培假说的物理思想：磁场来源于运动电荷如果用这种思想解释地球磁场的形成，根据地球上空并无相对地球定向移动的电荷的事实那么由此推断，地球总体上应该是：（ ）A.带负电; B.带正电;C.不带电; D.不能确定三、磁感应强度1磁场的最基本的性质是对放入其中的电流或磁极有力的作用，电流垂直于磁场时受磁场力最大，电流与磁场方向平行时，磁场力为零。2在磁场中垂直于磁场方向的通电导线受到的磁场力 F 跟电流强度 I 和导线长度 l 的乘积 Il 的比值，叫做通电导线所在处的磁感应强度表示磁场强弱的物理量是矢量大小：B=F
3、/Il（电流方向与磁感线垂直时的公式） 方向：左手定则：是磁感线的切线方向；是小磁针 N 极受力方向；是小磁针静止时 N 极的指向不是导线受力方向；不是正电荷受力方向；也不是电流方向 单位：牛/安米，也叫特斯拉，国际单位制单位符号 T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.2【例 2】如图所示，正四棱柱 abed 一 abcd的中心轴线 00处有一无 限长的载流直导线，对该电流的磁场，
4、下列说法中正确的是（ ）A.同一条侧棱上各点的磁感应强度都相等B.四条侧棱上的磁感应强度都相同C.在直线 ab 上，从 a 到 b，磁感应强度是先增大后减小D.棱柱内任一点的磁感应强度比棱柱侧面上所有点都大【例 3】如图所示，两根导线 a、b 中电流强度相同方向如图所示，则离两导线等距离的 P 点，磁场方向如何？【例 4】六根导线互相绝缘，所通电流都是 I，排成如图 10 一 5 所示的形状，区域A、B、C 、D 均为相等的正方形，则平均磁感应强度最大的区域是哪些区域？该区域的磁场方向如何？【例 5】一小段通电直导线长 1cm，电流强度为 5A，把它放入磁场中某点时所受磁场力大小为 01N，则
5、该点的磁感强度为（ ）AB2T； BB2T； C、B 2T ；D以上三种情况均有可能【例 6】如图所示，一根通电直导线放在磁感应强度 B=1T 的匀强磁场中，在以导线为圆心，半径为 r 的圆周上有 a,b,c,d 四个点，若 a 点的实际磁感应强度为 0，则下列说法中正确的是（ ）A.直导线中电流方向是垂直纸面向里的B.C 点的实际磁感应强度也为 0C. d 点实际磁感应强度为 ，方向斜向下，与 B 夹角为 4502TD.以上均不正确四、磁通量与磁通密度1磁通量 ：穿过某一面积磁力线条数，是标量2磁通密度 B：垂直磁场方向穿过单位面积磁力线条数，即磁感应强度，是矢量3二者关系：B/S （当 B
6、 与面垂直时） ，BScos，Scos 为面积垂直于 B 方向上的投影，是 B 与 S 法线的夹角【例 7】如图所示，A 为通电线圈，电流方向如图所示，B、C 为与 A 在同一平面内的两同心圆， B、 C 分别为通过两圆面的磁通量的大小，下述判断中正确的是（ ）A穿过两圆面的磁通方向是垂直纸面向外B穿过两圆面的磁通方向是垂直纸面向里C B C D B C规律方法 1.磁通量的计算【例 8】如图所示，匀强磁场的磁感强度 B20T，指向 x 轴的正方向，且ab=40cm，bc=30cm，ae=50cm，求通过面积 Sl（abcd） 、 S2（befc）和 S3（aefd ）的磁通量 1、 2、 3
7、 分别是多少？Babcd3【例 9】如图 4 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，由图中的位置经过位置到位置，且位置和都很靠近位置，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【例 10】如图所示边长为 100cm 的正方形闭合线圈置于磁场中，线圈 AB、CD 两边中点连线 OO/的左右两侧分别存在方向相同、磁感强度大小各为 B106T，B 2=04T 的匀强磁场。若从上往下看，线圈逆时针转过 370 时，穿过线圈的磁通量改变了多少？2.磁场基本性质的应用【例11】从太阳或其他星体
8、上放射出的宇宙射线中含有高能带电粒子，若到达地球，对地球上的生命将带来危害对于地磁场对宇宙射线有无阻挡作用的下列说法中，正确的是（ ）A.地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在南北两极最强，赤道附近最弱B.地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强，南北两极最弱C.地磁场对宇宙射线的阻挡作用各处相同D.地磁场对宇宙射线无阻挡作用【例12】超导是当今高科技的热点之一，当一块磁体靠近超导体时，超导体中会产生强大的电流，对磁体有排斥作用，这种排斥力可使磁体悬浮在空中，磁悬浮列车就采用了这项技术，磁体悬浮的原理是（ ）超导体电流的磁场方向与磁体的磁场方向相同超导体电流的磁场方向与磁体的磁场方向
9、相反超导体使磁体处于失重状态超导体对磁体的磁力与磁体的重力相平衡A. B. C. D.【例 13】.如图所示，用弯曲的导线环把一铜片和锌片相连装在一绝缘的浮标上，然后把浮标浸在盛有稀硫酸的容器中，设开始设置时，环平面处于东西方向上放手后，环平面将最终静止在 方向上【例 15】磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度，其值为B2/2,式中 B 是感应强度, 是磁导率，在空气中 为一已知常数为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度 B，一学生用一根端面面积为 A 的条形磁铁吸住一相同面积的铁片 P，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离L，并测出拉力 F，如图所示因为 F 所做的功等于
10、间隙中磁场的能量，所以由此可得磁感应强度 B 与 F、A 之间的关系为 B ZnCuFN4磁场对电流的作用基础知识 一、安培力1.安培力：通电导线在磁场中受到的作用力叫做安培力说明:磁场对通电导线中定向移动的电荷有力的作用，磁场对这些定向移动电荷作用力的宏观表现即为安培力2.安培力的计算公式：FBILsin （ 是 I 与 B 的夹角） ；通电导线与磁场方向垂直时，即 90 0，此时安培力有最大值；通电导线与磁场方向平行时，即 0 0，此时安培力有最小值，F=0N;0 0B 90 0 时，安培力 F 介于 0 和最大值之间.3.安培力公式的适用条件:公式 FBIL 一般适用于匀强磁场中 IB
11、的情况，对于非匀强磁场只是近似适用（如对电流元） ，但对某些特殊情况仍适用如图所示，电流 I1/I2,如 I1 在 I2 处磁场的磁感应强度为 B，则 I1 对 I2 的安培力FBI 2L，方向向左，同理 I2 对 I1，安培力向右，即同向电流相吸，异向电流相斥根据力的相互作用原理，如果是磁体对通电导体有力的作用，则通电导体对磁体有反作用力两根通电导线间的磁场力也遵循牛顿第三定律二、左手定则1.用左手定则判定安培力方向的方法：伸开左手，使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，并使四指指向电流方向，这时手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直，大拇指所指的方向就是通电导
12、线所受安培力的方向2.安培力 F 的方向既与磁场方向垂直，又与通电导线垂直,即 F 跟 BI 所在的面垂直但 B 与 I 的方向不一定垂直3.安培力 F、磁感应强度 B、电流 1 三者的关系已知 I,B 的方向，可惟一确定 F 的方向；已知 F、B 的方向，且导线的位置确定时，可惟一确定 I 的方向；已知 F,1 的方向时，磁感应强度 B 的方向不能惟一确定4.由于 B,I,F 的方向关系常是在三维的立体空间，所以求解本部分问题时，应具有较好的空间想象力，要善于把立体图画变成易于分析的平面图，即画成俯视图，剖视图，侧视图等【例 1】如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上在其左上方固定一根与磁铁垂直
13、的长直导线，当导线通以如图所示方向电流时（ ）A磁铁对桌面的压力减小，且受到向左的摩擦力作用B磁铁对桌面的压力减小，且受到向右的摩擦力作用C磁铁对桌面的压力增大，且受到向左的摩擦力作用D磁铁对桌面的压力增大，且受到向右的摩擦力作用【例 2】.如图在条形磁铁 N 极处悬挂一个线圈，当线圈中通有逆时针方向的电流时，线圈将向哪个方向偏转？【例 3】电视机显象管的偏转线圈示意图如右，即时电流方向如图所示。该时刻由里向外射出的电子流将向哪个方向偏转？规律方法 1。安培力的性质和规律；公式 F=BIL 中 L 为导线的有效长度，即导线两端点所连直线的长度，相应的电流方向沿 L 由始端流向末端如图所示，甲中
14、： ，乙中：L /=d(直径） 2R（半圆环且半径为 R)/2lI1 I2i5安培力的作用点为磁场中通电导体的几何中心；安培力做功:做功的结果将电能转化成其它形式的能【例 4】如图所示，在光滑的水平桌面上，有两根弯成直角相同金属棒，它们的一端均可绕固定转轴 O 自由转动，另一端 b 互相接触，组成一个正方形线框，正方形边长为 L，匀强磁场的方向垂直桌面向下，磁感强度为 B当线框中通以图示方向的电流时，两金属棒 b 点的相互作用力为 f 此时线框中的电流为多少？【例 5】质量为 m 的通电细杆 ab 置于倾角为 的平行导轨上，导轨宽度为 d，杆 ab 与导轨间的摩擦因数为 有电流时 aB 恰好在
15、导轨上静止，如图所示，如图 1019 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（ ）2、安培力作用下物体的运动方向的判断（1）电流元法：即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，从而判断整段电流所受合力方向，最后确定运动方向（2）特殊位置法：把电流或磁铁转到一个便于分析的特殊位置后再判断安培力方向，从而确定运动方向（3）等效法：环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，条形磁铁也可等效成环形电流或通电螺线管，通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流来分析（4）利用结论法：两电流相互平行时无转动趋
16、势，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥；两电流不平行时，有转动到相互平行且电流方向相同的趋势（5）转换研究对象法：因为电流之间，电流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（6）分析在安培力作用下通电导体运动情况的一般步骤画出通电导线所在处的磁感线方向及分布情况用左手定则确定各段通电导线所受安培力)据初速方向结合牛顿定律确定导体运动情况(7)磁场对通电线圈的作用: 若线圈面积为 S，线圈中的电流强度为 I，所在磁场的孩感应强度为 B，线
17、圈平面跟磁场的夹角为 ，则线圈所受磁场的力矩为：M=BIScos【例 6】如图所示，电源电动势 E2V ，r 0.5,竖直导轨电阻可略，金属棒的质量m0.1kg，R=0.5 ，它与导体轨道的动摩擦因数 0.4 ，有效长度为 0.2 m,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=10 m/s 2）求：（1)此磁场是斜向上还是斜向下？（2）B 的范围是多少？6【例 7】在倾角为 的斜面上，放置一段通有电流强度为 I,长度为 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 tan.欲使导体棒静止在斜面上
18、，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？【例 8】如图所示，abcd 是一竖直的矩形导线框，线框面积为 S，放在磁感强度为 B 的均匀水平磁场中，ab 边在水平面内且与磁场方向成 600 角，若导线框中的电流为 I，则导线框所受的安培力对某竖直的固定轴的力矩等于（ ）AIBS BIBS C IBS23D由于导线框的边长及固定轴的位置来给出，无法确定【例 9】通电长导线中电流 I0 的方向如图所示，边长为 2L 的正方形载流线圈 abcd 中的电流强度为 I，方向由 abcd线圈的 ab 边、cd 边以及过 a
19、d、bc 边中点的轴线 OO/都与长导线平行当线圈处于图示的位置时，ab 边与直导线间的距离 ala 等于 2L，且 ala 与ad 垂直已知长导线中电流的磁场在 ab 处的磁感强度为 B1，在 cd 处的磁感强度为 B2，则载流线圈处于此位置受到的磁力矩的大小为 3安培力的实际应用【例 10】在原于反应堆中抽动液态金属等导电液时由于不允许传动机械部分与这些流体相接触，常使用一种电磁泵。图中表示这种电磁泵的结构。将导管置于磁场中，当电流 I 穿过导电液体时，这种导电液体即被驱动。若导管的内截面积为 ah，磁场区域的宽度为 L，磁感强度为 B液态金属穿过磁场区域的电流为 I，求驱动所产生的压强差
20、是多大？ 【例 11】将两碳棒 A,B(接电路）插盛有 AgNO3 溶液的容器中，构成如图 电路假设导轨光滑无电阻，宽为 d,在垂直导轨平面方向上有大小为 B,方向垂直纸面向外的磁场，若经过时间 t 后，在容器中收集到 nL 气体（标况） ，问此时滑杆 C(质量为 mC）的速度，写出 A,B 棒上发生的电极反应式（阿伏加德罗常数 N0）a7【例 12】如图所示为利用电磁作用输送非导电液体装置的示意图，一边长为 L、截面为正方形的塑料管道水平放置，其右端面上有一截面积为 A 的小喷口，喷口离地的高度为 h.管道中有一绝缘活塞，在活塞的中部和上部分别嵌有两根金属棒 a、b，其中棒 b 的两端与一电压表相连。整个装置放在竖直向上的匀强磁场中，当棒 a 中通有垂直纸面向里的恒定电流 I 时，活塞向右匀速推动液体从喷口水平射出，液体落地点离喷口的水平距离为 s.若液体的密度为 ，不计所有阻力，求：(1)活塞移动的速度；(2)该装置的功率；(3）磁感应强度 B 的大小；(4）若在实际使用中发现电压表的读数变小，试分析其可能的原因
