超思维课程资料 2019年课程资料 课程讲义 5成人高考 - 副本 王华燕-物理理工类 成人高考高起点-物理理工类-精讲班word 17-第-磁场

第十一章-磁场第十一章 磁场【知识要点】（一）磁场 磁感线 磁感应强度（二）电流的磁场 安培定则（三）磁通量（四）磁场对通电导线的磁场力（一）磁场 磁感线 磁感应强度（1）磁场 电荷周围空间中存在一种特殊形态的物质-电场，电荷之间的作用是通过电场进行的与此类似，在磁体周围的空间中也存在一种特殊形态的物质，叫做磁场；磁体之间的相互作用是通过磁场进行的。（2）磁感线 与电场相似，磁场也有方向，电场的方向是正的点电荷所受的电场力的方向，磁场的方向是这样规定的：在磁场中某一点放置一个小磁针，小磁针N极所受的磁力的方向就是该磁场的方向。在静电场中用电场线表示电场中各点电场的方向，与此类似，磁场的方向可以用磁感线（曾称“磁力线”）表示、磁感线是形象地描绘磁场的一种几何方法.在磁场中画出一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向与该点的磁场方向一致，这些曲线就叫做磁感线。条形磁铁的磁感线如图A.所示，蹄形磁铁的磁感线如图B。所示、从图中可以看到，磁感线在磁体外面是从磁铁的N极发出，回到磁铁的S极。（3）磁感应强度 电场的强弱用电场强度表示，磁场的强弱用磁感应强度描述.电场的基本性质是对电荷具有电场力的作用，因此用电荷所受的电场力与电荷量的比值来确定电场强度，实验表明，磁场的基本性质是对置于磁场中的电流具有磁场力的作用，因此，应该用磁场对通电导线的磁场力的大小来表示磁场的强弱。把一小段通电直导线放到磁场中的某处，当导线与该点的磁场方向垂直时，导线所受的磁场力最大、实验表明，一小段通电直导线所受的最大磁场力F与电流强度I和导线的长度L的乘积IL成正比，它们的比值F/IL是一个确定的量，在磁场中不同的地方，这个比值一般是不同的，因此，这个比值描述了磁场中各点磁场的强弱，叫做磁感应强度，用B表示：电场强度是矢量，同样，磁感应强度也是矢量，磁感应强度的大小表示磁场的强弱，磁感应强度的方向就是磁场的方向，因此，磁感线上任一点的切线方向就是该点磁感应强度的方向。在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，符号为T。1T=1 N/（A m）必须指出，磁场中各点的磁感应强度只是由磁场本身决定，与放在该点的通电导线无关.正如在静电场中用检验电荷来测量电场强度一样，在磁场中一小段通电直导线只是用来检验磁感应强度的。如果磁场中各点的磁感应强度的大小相等，方向又相同，则这种磁场叫做匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一族彼此平行的等间距的直。（二）电流的磁场 安培定则（右手螺旋法则）电流周围空间也存在磁场.用安培定则可以确定直线电流、环形电流和通电螺线管周围磁场的方向。直线电流的磁感线是一些在与导线垂直的平面上、以导线与平面的交点为圆心的同心圆.磁感线的方向可以用安培定则判定：用右手握住导线，使大拇指沿电流方向伸直，四指弯曲，那么四指所指的方向就是磁感线的绕行方向，见图。环形电流的磁感线是一些围绕环形导线的闭合曲线在环形导线的中心轴上，磁感线与环形导线所在平面垂直，磁感线的方向用安培定则判定；让右手弯曲的四指沿着环形电流方向，那么伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向，见图。实验表明，通电螺线管管外的磁场与条形磁铁周围的磁场相似，磁感线也相似，通电螺线管两端相当于条形磁铁的两个磁极，两个磁极的极性与电流方向有关，可以用安培定则判定：用右手握住螺线管，让弯曲的四指沿电流方向，那么伸直的大拇指所指的一端就是通电螺线管的N极，而另一是S极，如图所示。通电螺线管管外的磁力线由N极指向S极，在管内则由S极指向N极，形成闭合的曲线。安培定则实质上表明电流方向与磁场方向之间满足右螺旋关系，因此常把安培定则叫做右手螺旋法则，后者更具体形象。磁感线既可以表示磁场的方向，又可以表示磁场的强弱。类似于电场线，可用磁感线的疏密描述磁场的大小。直线电流的磁感线在离直线近处密，在离直线远处疏，因此在直线电流的近处磁场强，远处磁场弱。（三）磁通量在磁场中穿过某个几何面的磁感线条数，叫做通过这个面的磁通量，用表示。我们规定，穿过与磁感线垂直的单位面积上的磁通量在数值上等于该处的磁感应强度B。根据这个规定，在匀强磁场中，通过垂直于磁场方向的面积为S0的平面的磁通量与S0的比值，就等于磁感应强度的大小，即B=/S0由此知，在磁感应强度为B的匀强磁场中，通过垂直于磁场方向、面积为S0的平面的磁通量为=BS0当平面S0与磁感线平行时，没有磁感线穿过平面，磁通量为零。（四）磁场对通电导线的磁场力（1）安培力公式磁场的基本性质是对电流具有磁场力的作用，实验表明，一段长为L电流是I的通电直导线，在电流与磁场方向垂直的情形下，在磁感应强度为B的匀强磁场中所受的磁场力的大小为：F=BIL通常，把通电导线在磁场中所受的磁场力叫做安培力。在应用F=BIL时，务必注意它的三个适用条件：匀强磁场，通电直导线，直导线与磁场方向垂直。事实上，通电直导线在磁场中所受的磁场力的大小与它跟磁场方向之间的夹角有关。当直导线与磁场方向垂直时，磁场力最大；当直导线与磁场方向平行时，磁场力为零。（2）左手定则磁场对通电导线的磁场力的方向，可以用左手定则判定。如图所示，张开左手手掌，使大拇指与其余四指垂直，让磁感线垂直地穿过手心，四指沿着电流的方向，那么大拇指的指向就是磁场对电流的磁场力的方向。【习题演练】【例1-单选题】如图所示，电流通过导线AB。在导线正上方放一磁针，那么（ ）。A.磁针的N极转向纸外B.磁针的S极转向纸外C.磁针不动D.磁针运动无法判断网校答案：A【例2-单选题】如图所示，在匀强磁场中有一根通电直导线AB，使AB在纸面上绕0点转动，AB所受的磁场力（ ）。A.不变B.改变，在位置1最小，3最大C.改变，在位置2最小，1最大D.改变，在位置2最小，3最大网校答案：B【例3-单选题】在图中的1、2、3表示三个圆周回路，在回路2的内部有垂直于回路平面（纸面的）的匀强磁场。设通过三个回路的磁通量分别为1、2，和3，则（ ）。A.1=23B.1=2=3C.1+2=3D.12=3网校答案：D【例4-单选题】如图所示，一根圆导线，通电流I1，另一根直导线通过圆心，垂直于圆导线所在平面，通电流为I2圆导线所受的磁场力为F1，直导线所受的磁场力为F2，则（ ）。A.F1=0，F20B.F10，F20C.F1=0，F2=0D.F10，F20网校答案：C【例5-填空题】把长1cm的通电直导线放置在匀强磁场中，它的方向与磁场垂直。当导线中的电流是0.3A时，受到的磁场力是1.510-3 N，则磁感应强度是 T。网校答案：0.5【例6-填空题】在图所示的两种情形中，通电导线所受磁场力的方向在图。（a）中是（ ）（b）中是（ ）。网校答案：垂直于纸面向里，竖直向下。【例7-填空题】 如图所示，一根放在磁场中的通电直导线，图中已分别标出了电流、磁感应强度和磁场力这三个量中两个量的方向，则可以确定：图a.中电流的方向是_ b.中磁感应强度的方向是 ，图c.中磁场力的方向是 。网校答案：垂直于纸面向外竖直向上竖直向下【例8-填空题】如图所示，导线AB长5cm，通电流0.2A，匀强磁场的磁感应强度为0.1T.AB所受磁场力的大小是（ ）N，方向是（ ）。网校答案：0.1*10-2垂直于AB向左【例9-填空题】如图所示，用两根细线悬挂着一根金属细棒，放置在匀强磁场中，磁场的方向垂直纸面向里。已知金属棒长为0.1m，质量为0.1kg，磁感应强度为0.5T。在金属棒中通电流，测得每个细线的拉力是0.6N。金属棒中电流的大小是（ ）A，电流的流向是（ ）。网校答案：4.4，向左。【例10-计算题】如图所示，在垂直于纸面向里的匀强磁场中有一个正三角形的通电金属线圈，边长L=0.1m，电流I=5A。已知磁感应强度B=0.5T，求：每根金属线上所受的磁场力；金属线圈所受的磁场力。解：对于正三角形金属线圈，各边长度相等，所以磁场力的大小都相等。由安培力公式知，每条金属线上的磁场力为：F=BIl=0.550.1N=2.510-1N由左手定则知，每条边上所受磁场力的方向垂直于金属导线且指定线圈的外部，如图11-24所示。整个线圈的磁场力是每条边上所受的磁场力的合力，即三条边上所受磁场力的矢量和。由知，这三个分力的大小相等，互成120，由力的合成的方法知，它们的合力为零。因此，整个线圈所受的磁场力等于零。【例11-计算题】如图所示，两根导轨与水平面夹角为45，相距0.5m。导轨上放置一根质量为0.2kg的金属棒AB，棒上通以1A的电流，电流方向从B到A。匀强磁场的方向竖直向上，磁感应强度B=2T。金属棒在导轨上保持静止状态，求棒与导轨的静摩擦力和棒对轨道的压力。（取g=10m/s2）。网校答案：取金属棒AB为研究对象，它受到四个作用力：重力G，磁场力F，轨道的支持力FN，静摩擦力Ff，由左手定则知，F的方向沿水平向右。AB处于平衡状态。先判断摩擦力Ff的方向。为此，先设Ff不存在，则AB的受力图如图11-25（a）所示。由图11-25（a）知，沿斜面方向的力为：解题思路总结：1.本章的主要内容基本概念：磁场，磁感应强度，磁感线，磁通量，磁场力。基本规律：安培定则，安培定律，左手定则。基本公式：F=BIL2.电流的周围存在磁场，磁场的性质用磁感应强度描述。磁感应强度由产生磁场的电流决定，与用来检验磁场的小电流无关。3.由电流方向来确定电流所产生的磁场的方向是本章的基本内容之一。直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向都可以用安培定则确定，考生必须熟练地使用这一法则，必须注意，在直线电流的情形下，伸直的大拇指沿电流方向，弯曲的四指表示磁场的方向；在环形电流和通电螺线管的情形下，弯曲的四指沿电流方向，伸直的大拇指表示磁场方向、两者切勿混淆。4.在用公式F=BIL计算通电直导线所受的磁场力时，必须注意这个公式的适用条件是：通电直导线在匀强磁场中，并且直导线与磁场垂直。当直导线与磁场平行时，通电导线不受磁场力作用。磁场力的方向用左手定则判断。左手定则表示了磁感应强度B的方向、电流I的方向与电流所受磁场力F的方向三者之间的关系，由其中任意两个方向可以决定其他一个方向。5.一根弯曲的通电导线在匀强磁场中所受的磁场力等于由该弯曲导线的始点引向终点通相同电流的直导线所受的磁场力，这个结论对任何形状的弯曲通电导线都适用。6.在本章中常遇到判断通电导线之间相互作用力的方向问题，对这一类问题的解题步骤是，先用安培定则（即右手