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1、第一讲第一讲 描述磁场的基本物理量描述磁场的基本物理量 磁场对电流的作用磁场对电流的作用第三章第三章 磁场磁场一、磁场基本概念一、磁场基本概念1 1、磁场由什么产生？、磁场由什么产生？磁体、电流、变化的电场、运动电荷磁体、电流、变化的电场、运动电荷2 2、磁场的基本性质是什么？、磁场的基本性质是什么？对放入磁场中的磁体、通电导线、对放入磁场中的磁体、通电导线、运动电荷有力的作用运动电荷有力的作用磁体与电流的作用磁体与电流的作用电流与电流的作用电流与电流的作用磁体与磁体的作用磁体与磁体的作用作用本质：磁场对磁场的作用作用本质：磁场对磁场的作用常见的磁作用常见的磁作用3 3、最早揭示磁现象的电本质
2、的科学家是谁？、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？它提出了什么假说？安培安培安培分子电流假说安培分子电流假说:在原子分子等物质微粒在原子分子等物质微粒内部存在着一种环形电内部存在着一种环形电流流-分子电流分子电流,分子电分子电流使每个物质微粒都成流使每个物质微粒都成为微小的磁体为微小的磁体,它的两侧它的两侧相当于两个磁极相当于两个磁极.为什么有的物体无磁性，有的物体有磁性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，如下图，小铁钉被吸向右侧，而加热后却吸不住了，为什而加热后却吸不住了，为什么？么？4 4、最早发现电流也能产生磁场的科学家是谁、最早发现电流也
3、能产生磁场的科学家是谁？奥斯特奥斯特【总结总结】导导线应当线应当南北南北方向方向放置，放置，若若东西方向东西方向放置则导线放置则导线产生的磁场产生的磁场和地磁场在和地磁场在统一直线上统一直线上【例题例题】在重复奥斯特的电流磁效应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，通实验时，为使实验方便且效果明显，通电直导线应电直导线应 ()A平行于南北方向，位于小磁针上方平行于南北方向，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，位于小磁针下方平行于西南方向，位于小磁针下方APQ
4、二、磁场描述二、磁场描述1、磁场的方向、磁场的方向BPBQ1）小磁针静止时）小磁针静止时N极指向极指向2）小磁针）小磁针N极的受力方向极的受力方向3）磁感线在该点的切线方向）磁感线在该点的切线方向二、磁场描述二、磁场描述2、磁感线、磁感线(1)特点特点1、疏密表示、疏密表示强弱强弱，切线方向表示，切线方向表示B的的方向方向2、闭合，磁体外、闭合，磁体外N到到S磁体内磁体内S到到N3、非实际存在、非实际存在4、不相交、不相切、不相交、不相切（2）常见磁场1）磁铁）磁铁条形（蹄形）磁体磁感线（2）常见磁场1）磁铁）磁铁安培定则：安培定则：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的用右手握住导
5、线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向.（2）常见磁场2 2）直线电流的磁场的磁感线）直线电流的磁场的磁感线I I侧视图侧视图俯视图俯视图直线电流产生的磁场的磁感线直线电流产生的磁场的磁感线从箭尾看从箭尾看从箭头看从箭头看（2）常见磁场2 2）直线电流的磁场的磁感线）直线电流的磁场的磁感线 3 3）环形电流周围磁感线）环形电流周围磁感线安培定则：安培定则：让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的大拇让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向指所指
6、的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向.（2）常见磁场侧视图侧视图俯视图俯视图环形电流周围环形电流周围磁感线磁感线 3 3）环形电流周围磁感线）环形电流周围磁感线（2）常见磁场 通电螺线管通电螺线管的磁场就是的磁场就是环形电流环形电流磁场的叠加磁场的叠加.所以环形所以环形电流的安培定则也可以用来判定通电螺线管的磁场电流的安培定则也可以用来判定通电螺线管的磁场,这时这时,大拇指所指的方向是螺线管大拇指所指的方向是螺线管内部内部的磁场的方向的磁场的方向.4 4）通电螺线管周围磁感线）通电螺线管周围磁感线（2）常见磁场等效等效小小结结：几种：几种电电流的磁流的磁场场分布分布越弱越弱越弱越弱（3）地磁场
7、特点）地磁场特点6地球的磁场：地球的磁场与条形磁铁的磁场地球的磁场：地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，其主要特点有三个相似，其主要特点有三个(1)地磁场的地磁场的N极在地球南极附近，极在地球南极附近，S极在地球极在地球北极附近，磁感线分布如图所示北极附近，磁感线分布如图所示(2)地磁场地磁场B的水平分量的水平分量(Bx)总是从地球南极指向地球北总是从地球南极指向地球北极，而竖直分量极，而竖直分量(By)在南半在南半球垂直地面向上，在北半球球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下垂直地面向下(3)在赤道平面上，距离地球在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感表面高度相等的各点，磁感应强度相等，且
8、方向水平向北应强度相等，且方向水平向北三、磁场的强弱三、磁场的强弱定义：定义：一小段一小段通电直导线，通电直导线，垂直垂直磁感线磁感线放在磁场放在磁场某处某处时，受到时，受到的安培力的安培力F与与IL的比值称为的比值称为该该处处的磁感应强度的磁感应强度B。1、磁感应强度、磁感应强度B方向：方向：磁场方向磁场方向定义式：定义式：此公式不是此公式不是决定式！决定式！思考：某点的磁感应强度大小的决定因素是什么？思考：某点的磁感应强度大小的决定因素是什么？2、磁、磁通通量量（1）定义：磁感应强度）定义：磁感应强度B与垂直磁场方向的与垂直磁场方向的面积面积S的乘积叫的乘积叫穿过穿过这个面积的磁通量。这个
9、面积的磁通量。（2 2）定义式：）定义式：=BS=BS（3）对此定义式的理解：）对此定义式的理解：a、适用匀强磁场；适用匀强磁场；b、B和和S垂直；垂直；C、S为磁场实际占有的面积为磁场实际占有的面积d、与线圈匝数无关与线圈匝数无关 规律方法【例例例例】如图所示，一水平放置的矩形闭合线圈如图所示，一水平放置的矩形闭合线圈如图所示，一水平放置的矩形闭合线圈如图所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcdabcdabcdabcd在细长在细长在细长在细长磁铁磁铁磁铁磁铁N N N N极附近下落，保持极附近下落，保持极附近下落，保持极附近下落，保持bcbcbcbc边在纸外，边在纸外，边在纸外，边在纸外，ad
10、adadad边在纸内，由图边在纸内，由图边在纸内，由图边在纸内，由图中的位置中的位置中的位置中的位置经过位置经过位置经过位置经过位置到位置到位置到位置到位置，且位置，且位置，且位置，且位置和和和和都很靠近都很靠近都很靠近都很靠近位置位置位置位置，在这个过程中，线圈中的磁通量，在这个过程中，线圈中的磁通量，在这个过程中，线圈中的磁通量，在这个过程中，线圈中的磁通量A A A A是增加的；是增加的；是增加的；是增加的；B B B B是减少的是减少的是减少的是减少的C C C C先增加，后减少；先增加，后减少；先增加，后减少；先增加，后减少；D D D D先减少，后增加先减少，后增加先减少，后增加先
11、减少，后增加解析：解析：解析：解析：条形磁铁在条形磁铁在 N N极极附近的分布情况如图所附近的分布情况如图所示，示，由图可知线圈中磁通量由图可知线圈中磁通量是先减少，后增加是先减少，后增加D D选项正确选项正确 例例2、如图所示，两个同心圆线圈、如图所示，两个同心圆线圈a、b在同一平面内，半径在同一平面内，半径Ra b b B B、a a=b b C C、a a b b D D、无法确定、无法确定NSab注意注意（1）磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数；）磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数；（2）注意区分）注意区分S是磁场面积还是回路面积。是磁场面积还是回路面积。A1.（1）安培力）安培力2.
12、磁磁场场对对通通电电导导线线的的作作用用力力称称安培力，其大小为安培力，其大小为F=BILsin，其其中中表表示示电电流流方方向向与与磁磁感感强强度度方向的夹角方向的夹角四、安培力四、安培力-磁场通电导线的作用磁场通电导线的作用四、安培力四、安培力-磁场通电导线的作用磁场通电导线的作用1、方向：、方向：左手定则左手定则2、大小、大小当当BL时时当当BL时时3、适用条件、适用条件F=BILF=0匀强磁场中匀强磁场中F=BILsin由由左左手手定定则则可可知知：安安培培力力F一一定垂直定垂直B、I所组成的平面所组成的平面4、安培力的大小特点：、安培力的大小特点：不仅与不仅与B、I、L有关，还与放置
13、方式有关，夹角有关，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注意：闭合的通电线圈在磁场中的受到的合的磁场力为场力为 零零【总结总结】两同向电流互相吸引，两反向电流互相排斥；两同向电流互相吸引，两反向电流互相排斥；螺螺线线管管通通电电后后，在在轴轴向向上上有有收收缩缩趋趋势势，径径向向有有扩张的趋势扩张的趋势两导线间的相两导线间的相互作用力？互作用力？通电后沿轴线方通电后沿轴线方向和半径方向的向和半径方向的力的方向？力的方向？NS解题方法：电流元法解题方法：电流元法1）选取一小段电流元）选取一小段电流元 2
14、）确定该点的磁场）确定该点的磁场 3）应用左手定则判断其受力）应用左手定则判断其受力 4）确定其运动情况）确定其运动情况方法方法2：等效法：等效法环形电流等效小磁环形电流等效小磁针针或或 小磁针等效小磁针等效环形电流环形电流【重要重要】最终最终 同向吸引同向吸引【典型题典型题】、两条直导线相互垂直，如图所示，但相、两条直导线相互垂直，如图所示，但相隔一个小距离，其中一条隔一个小距离，其中一条AB是固定的，另一条是固定的，另一条CD能能自由转动，当直流电流按图示方向通入两条导线时，自由转动，当直流电流按图示方向通入两条导线时，CD导线将导线将（）A、顺时针方向转动，同时靠近导线、顺时针方向转动，
15、同时靠近导线ABB、顺时针方向转动，同时离开导线、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、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、逆时针方向转动，同时靠近导线ABABCDIIA【结论结论】：两通电导线有达到电流方向两通电导线有达到电流方向相同，并靠近的趋势相同，并靠近的趋势 特殊位置法特殊位置法例例5：如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，它的正中：如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，它的正中央上方央上方固定固定一长直导线，导线与磁铁垂直给电线通一长直导线，导线与磁铁垂直给电线通以垂直纸面向外的电流，则以垂直纸面向外的电流，则A、磁铁对桌面压力增大
16、，要受桌面摩擦力作用、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、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、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、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？如果导线不在磁铁的中心呢？D转换对象法转换对象法例例:如图所示，如图所示，MN、PQ为平行光滑导轨，其电阻忽略为平行光滑导轨，其电阻忽略不计，与地面成不计，与地面成30角固定角固定NQ间接一电阻间接一电阻R=1.0，MP端与电池组和开关组成回路，电动势端与电池组和开
17、关组成回路，电动势E=6V，内阻，内阻r=1.0，导轨区域加有与两导轨所在平面垂直的匀强磁场现将，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一条质量m=40g，电阻，电阻R=1.0的金属导线置于导轨上，并的金属导线置于导轨上，并保持导线保持导线ab水平已知导轨间距水平已知导轨间距L=0.1m，当开关，当开关S接通后接通后导线导线ab恰静止不动恰静止不动试计试计算磁感算磁感应应强强度大小；度大小；BBILFNmg若轨道有粗糙，欲使金属杆静止在轨道上，若轨道有粗糙，欲使金属杆静止在轨道上，B的取值范围？的取值范围？规律方法 【典型题典型题典型题典型题】质量为质量为质量为质量为m m m
18、 m的通电细杆的通电细杆的通电细杆的通电细杆abababab置于倾角置于倾角置于倾角置于倾角为为为为的平行导轨上，导轨宽度为的平行导轨上，导轨宽度为的平行导轨上，导轨宽度为的平行导轨上，导轨宽度为d d d d，杆，杆，杆，杆abababab与导轨间的摩擦与导轨间的摩擦与导轨间的摩擦与导轨间的摩擦因数为因数为因数为因数为有电流时有电流时有电流时有电流时aBaBaBaB恰好在导轨上静止，如图所示，如恰好在导轨上静止，如图所示，如恰好在导轨上静止，如图所示，如恰好在导轨上静止，如图所示，如图所示是沿图所示是沿图所示是沿图所示是沿babababa方向观察时的四个平面图，方向观察时的四个平面图，方向观
19、察时的四个平面图，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，其中标出了四种不同的匀强磁场方向，其中标出了四种不同的匀强磁场方向，其中标出了四种不同的匀强磁场方向，其中杆与导轨间杆与导轨间杆与导轨间杆与导轨间摩擦力可能为零摩擦力可能为零摩擦力可能为零摩擦力可能为零的是的是的是的是对对A A图图:对对B B图图:对对C C图图:对对D D图图:若若F F安安coscos=mgsin=mgsin,则则f=0.f=0.若若F F安安=mg,=mg,则则N=0,f=0.N=0,f=0.N0,f0.N0,f0.F F安安coscos-mgsin-mgsin=0=0F F安安mgmgN NF F
20、安安mgmgmgmgN Nf fmgmgN Nf fF F安安F F安安AB 【较难题较难题较难题较难题】如图所示如图所示如图所示如图所示,电源电动势电源电动势电源电动势电源电动势E E E E2V,r2V,r2V,r2V,r0.5,0.5,0.5,0.5,竖直导轨电阻可略竖直导轨电阻可略竖直导轨电阻可略竖直导轨电阻可略,金属棒的质量金属棒的质量金属棒的质量金属棒的质量m m m m0.1kg,0.1kg,0.1kg,0.1kg,R=0.5,R=0.5,R=0.5,R=0.5,它与导体轨道的动摩擦因数它与导体轨道的动摩擦因数它与导体轨道的动摩擦因数它与导体轨道的动摩擦因数0.4,0.4,0.4
21、,0.4,有效长度有效长度有效长度有效长度为为为为0.2 m,0.2 m,0.2 m,0.2 m,靠在导轨的外面靠在导轨的外面靠在导轨的外面靠在导轨的外面,为使金属棒不下滑为使金属棒不下滑为使金属棒不下滑为使金属棒不下滑,我们施一我们施一我们施一我们施一与纸面夹角为与纸面夹角为与纸面夹角为与纸面夹角为606060600 0 0 0且与导线垂直向外的磁场且与导线垂直向外的磁场且与导线垂直向外的磁场且与导线垂直向外的磁场,(g=10 m/s,(g=10 m/s,(g=10 m/s,(g=10 m/s2 2 2 2)求：（求：（求：（求：（1)1)1)1)此磁场是斜向上还是斜向下？（此磁场是斜向上还
22、是斜向下？（此磁场是斜向上还是斜向下？（此磁场是斜向上还是斜向下？（2 2 2 2）B B B B的范围是的范围是的范围是的范围是多少？多少？多少？多少？解析解析:导体棒侧面受力图如图所示导体棒侧面受力图如图所示 由平衡条件得由平衡条件得:B:B最小时摩擦力沿导轨向上最小时摩擦力沿导轨向上,则有则有 FFN NBILcos30BILcos300 0mg,mg,F FN N=BILsin30=BILsin300 0 解得解得B B2.34 T 2.34 T 当当B B最大时摩擦力沿导轨向下，则有最大时摩擦力沿导轨向下，则有BILcos30BILcos300 0mgmgFFN N F FN N=B
23、ILsin30=BILsin300 0 解得解得B=3.75 TB=3.75 TB B的范围是的范围是2.34T 2.34T 3.75 T 3.75 T 规律方法 规律方法 【练习题练习题练习题练习题】在倾角为在倾角为在倾角为在倾角为的斜面上的斜面上的斜面上的斜面上,放置一段放置一段放置一段放置一段通有电流强度为通有电流强度为通有电流强度为通有电流强度为I I I I,为为为为L,L,L,L,质量为质量为质量为质量为m m m m的导体棒的导体棒的导体棒的导体棒a,(a,(a,(a,(通电方向垂直通电方向垂直通电方向垂直通电方向垂直纸面向里纸面向里纸面向里纸面向里),),),),如图所示如图所
24、示如图所示如图所示,棒与斜面间动摩擦因数棒与斜面间动摩擦因数棒与斜面间动摩擦因数棒与斜面间动摩擦因数tan.tan.tan.tan.欲欲欲欲使导体棒静止在斜面上使导体棒静止在斜面上使导体棒静止在斜面上使导体棒静止在斜面上,应加匀强磁场应加匀强磁场应加匀强磁场应加匀强磁场,磁场应强度磁场应强度磁场应强度磁场应强度B B B B最小最小最小最小值是多少值是多少值是多少值是多少?如果要求导体棒如果要求导体棒如果要求导体棒如果要求导体棒a a a a静止在斜面上且对斜面无压静止在斜面上且对斜面无压静止在斜面上且对斜面无压静止在斜面上且对斜面无压力力力力,则所加匀强磁场磁感应强度又如何则所加匀强磁场磁感
25、应强度又如何则所加匀强磁场磁感应强度又如何则所加匀强磁场磁感应强度又如何?a解析解析:(1)设当安培力与斜面成角时B最小,则由平衡条件得：F F安安mgsinmgsinFFN NBILcos,FBILcos,FN N=mgcos=mgcosBILsinBILsin解得 当当=90=900 0时时,（2 2）当）当F FN N=0=0时时,则则BILBILmg,BIL=mg,mg,BIL=mg,由左手定则知由左手定则知B B方向方向水平向左水平向左【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=应用应用