磁场知识点总结

精品文档 1欢迎下载 磁场知识点总结磁场知识点总结 一 磁场一 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 3 地磁场 地球本身是一个磁体 附近存在的磁场叫地磁场 地磁的南极在地球北极附近 地磁 的北极在地球的南极附近 4 地磁体周围的磁场分布 与条形磁铁周围的磁场分布情况相似 5 指南针 放在地球周围的指南针静止时能够指南北 就是受到了地磁场作用的结果 6 磁偏角 地球的地理两极与地磁两极并不重合 磁针并非准确地指南或指北 其间有一个交角 叫地磁偏角 简称磁偏角 说明 地球上不同点的磁偏角的数值是不同的 磁偏角随地球磁极缓慢移动而缓慢变化 地磁轴和地球自转轴的夹角约为 11 二 磁场的方向二 磁场的方向 在电场中 电场方向是人们规定的 同理 人们也规定了磁场的方向 1 规定 规定 在磁场中的任意一点小磁针北极受力的方向就是那一点的磁场方向 2 确定磁场方向的方法是 确定磁场方向的方法是 将一不受外力的小磁针放入磁场中需测定的位置 当小磁针在该位置静止时 小磁针 N 极的指向即为该点的磁场方向 磁体磁场 磁体磁场 可以利用同名磁极相斥 异名磁极相吸的方法来判定磁场方向 电流磁场 电流磁场 利用安培定则 也叫右手螺旋定则 判定磁场方向 三 磁感线三 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 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一个个同心 圆 每点磁场方向是在该点切线方向 精品文档 2欢迎下载 熟记常用的几种磁场的磁感线 说明 磁感线是为了形象地描述磁场而在磁场中假想出来的一组有方向的曲线 并不是客 观存在于磁场中的真实曲线 磁感线与电场线类似 在空间不能相交 不能相切 也不能中断 四 几种常见磁场四 几种常见磁场 1 1 通电直导线周围的磁场通电直导线周围的磁场 1 安培定则 右手握住导线 让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致 弯曲的四 指所指的方向就是磁感线环绕的方向 这个规律也叫 右手螺旋定则 2 磁感线分布如图所示 说明 通电直导线周围的磁感线是以导线上各点为圆 心的同心圆 实际上电流磁场应为空间图形 直线电流的磁场无磁极 磁场的强弱与距导线的距离有关 离导线越近 磁场越强 离导线越远磁场越弱 图中的 号表示磁场方向垂直进入纸面 表示磁场方向垂直离开纸面 2 2 环形电流的磁场 环形电流的磁场 1 安培定则 安培定则 让右手弯曲的四指与环形电流 的方向一致 伸直的拇指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向 2 磁感线分布如图所示 3 几种常用的磁感线不同画法 说明 精品文档 3欢迎下载 环形电流的磁场类似于条形磁铁的磁场 其两侧分别是 N 极和 S 极 由于磁感线均为闭合曲线 所以环内 外磁感线条数相等 故环内磁场强 环外磁 场弱 环形电流的磁场在微观上可看成无数根很短的直线电流的磁场的叠加 3 3 通电螺线管的磁场 通电螺线管的磁场 1 安培定则 用右手握住螺线管 让弯曲时四指的方向跟电流方向一致 大拇指所 指的方向就是螺线管中心轴线上的磁感线方向 2 磁感线分布 如图所示 3 几种常用的磁感线不同的画法 说明 通电螺线管的磁场分布 外部与条形磁铁外部的磁场分布情况相同 两端分别为 N 极和 S 极 管内 边缘除外 是匀强磁场 磁场分布由 S 极指向 N 极 环形电流宏观上其实就是只有一匝的通电螺线管 通电螺线管则是由许多匝环形电 流串联而成的 因此 通电螺线管的磁场也就是这些环形电流磁场的叠加 不管是磁体的磁场还是电流的磁场 其分布都是 在立体空间的 要熟练掌握其立体图 纵截面图 横横 面图的画法及转换 4 4 匀强磁场 匀强磁场 1 定义 在磁场的某个区域内 如果各点的磁 感应强度大小和方向都相同 这个区域内的磁场叫做匀 强磁场 2 磁感线分布特点 间距相同的平行直线 3 产生 距离很近的两个异名磁极之间的磁场 除边缘部分外可以认为是匀强磁场 相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时 其中间 区域的磁场也是匀强磁场 如图所示 五 磁感应强度五 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 2 定义 定义 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 Il 电流方向与磁感线垂直时的公式 方向 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 左手定则 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 精品文档 4欢迎下载 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 3 3 磁通量 磁通量 1 1 磁通量的定义 磁通量的定义 穿过某一面积的磁感线的条数 叫做穿过这个面积的磁通量 用符 号 表示 2 2 磁通量与磁感应强度的关系 磁通量与磁感应强度的关系 按前面的规定 穿过垂直磁场方向单位面积的磁感线条数 等于磁 感应强度 B 所以在匀强磁场中 垂直于磁场方向的面积 S 上的磁通量 BS 若平面 S 不跟磁场方向垂直 则应把 S 平面投影到垂直磁场方向上 当平面 S 与磁场方向平行时 0 3 3 公式 公式 1 公式 BS 2 公式运用的条件 a 匀强磁场 b 磁感线与平面垂直 3 在匀强磁场 B 中 若磁感线与平面不垂直 公式 BS 中的 S 应为平面在垂直于 磁感线方向上的投影面积 此时 式中即为面积 S 在垂直于磁感线方向 的投影 我们称为 有效面积 4 4 磁通量的单位 磁通量的单位 在国际单位中 磁通量的单位是韦伯 Wb 简称韦 磁通量是标 量 只有大小没有方向 5 5 磁通密度磁通密度 磁感线越密的地方 穿过垂直单位面积的磁感线条数越多 反之越少 因此穿过单位 面积的磁通量 磁通密度 它反映了磁感应强度的大小 在数值上等于磁感应强度的大 小 B S 六 磁场对电流的作用六 磁场对电流的作用 1 1 安培分子电流假说的内容 安培分子电流假说的内容 安培认为 在原子 分子等物质微粒的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 分子的两侧 相当于两个磁极 2 2 安培假说对有关磁现象的解释 安培假说对有关磁现象的解释 1 1 磁化现象 磁化现象 一根软铁棒 在未被磁化时 内部各分子电流的取 向杂乱无章 它们的磁场互相抵消 对外不显磁性 当软磁棒受到外界磁场的作用时 各 分子电流取向变得大致相同时 两端显示较强的磁性作用 形成磁极 软铁棒就被磁化了 2 2 磁体的消磁 磁体的消磁 磁体的高温或猛烈敲击 即在激烈的热运动或机械运动影响下 分 子电流取向又变得杂乱无章 磁体磁性消失 磁现象的电本质 磁铁的磁场和电流的磁场一样 都是由运动的电荷产生的 说明 说明 根据物质的微观结构理论 原子由原子核和核外电子组成 原子核带正电 核 外电子带负电 核外电子在库仑引力作用下绕核高速旋转 形成分子电流 在安培生活的 时代 由于人们对物质的微观结构尚不清楚 所以称为 假说 但是现在 假设 已成 精品文档 5欢迎下载 为真理 分子电流假说揭示了电和磁的本质联系 指出了磁性的起源 一切磁现象都是由运 动的电荷产生的 3 3 安培力 安培力 通电导线在磁场中受到的力称为安培力 4 4 安培力的方向 安培力的方向 左手定则左手定则 1 1 左手定则 左手定则 伸开左手 使大拇指跟其余四个手指垂直 并且都跟手掌在同一平面内 把手放入磁 场 让磁感线穿过手心 让伸开的四指指向电流方向 那么大拇指所指方向即为安培力方 向 2 2 安培力 安培力 F F 磁感应强度 磁感应强度 B B 电流 电流 I I 三者的方向关系 三者的方向关系 即安培力垂直于电流和磁感线所在的平面 但 B 与 I 不一定垂直 判断通电导线在磁场中所受安培力时 注意一定要用左手 并注意各方向间的关系 若已知 B I 方向 则方向确定 但若已知 B 或 I 和方向 则 I 或 B 方 向不确定 5 5 电流间的作用规律 电流间的作用规律 同向电流相互吸引 异向电流相互排斥 安培力大小的公式表述 安培力大小的公式表述 1 当 B 与 I 垂直时 F BIL 2 当 B 与 I 成角时 是 B 与 I 的夹角 推导过程 如图所示 将 B 分解为垂直电流的和 沿电流方向的 B 对 I 的作用可用 B1 B2 对电流的作 用等效替代 6 6 几点说明 几点说明 1 通电导线与磁场方向垂直时 F BIL 最大 平行时最小 F 0 2 B 对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度 3 导线 L 所处的磁场应为匀强磁场 在非匀强磁场中 公式 仅适用于很短的通电导线 我们可以把这样的直线电流称为直 线电流元 4 式中的 L 为导线垂直磁场方向的有效长度 如图所示 半径为 r 的 半圆形导线与磁场 B 垂直放置 当导线中通以电流 I 时 导线的等效长度为 2 r 故安培 力 F 2BIr 七 磁场对运动电荷的作用七 磁场对运动电荷的作用 1 1 洛仑兹力 洛仑兹力 磁场对运动电荷的作用力 1 洛伦兹力的公式 f qvB sin 是 V B 之间的夹角 1 当带电粒子的运动方向与磁场方向互相平行时 F 0 2 当带电粒子的运动方向与磁场方向互相垂直时 f qvB 3 只有运动电荷在磁场中才有可能受到洛伦兹力作用 静止电荷在磁场中受到的磁场对电 精品文档 6欢迎下载 荷的作用力一定为 0 2 2 洛伦兹力的方向 洛伦兹力的方向 1 洛伦兹力 F 的方向既垂直于磁场 B 的方向 又垂直于运动电荷的速度 v 的方向 即 F 总 是垂直于 B 和 v 所在的平面 2 使用左手定则判定洛伦兹力方向时 伸出左手 让姆指跟四指垂直 且处于同一平面内 让磁感线穿过手心 四指指向正电荷运动方向 当是负电荷时 四指指向与电荷运动方向 相反 则姆指所指方向就是该电荷所受洛伦兹力的方向 3 3 洛伦兹力与安培力的关系 洛伦兹力与安培力的关系 1 洛伦兹力是单个运动电荷在磁场中受到的力 而安培力是导体中所有定向称动的自由电 荷受到的洛伦兹力的宏观表现 2 洛伦兹力一定不做功 它不改变运动电荷的速度大小 但安培力却可以做功 八 带电粒子在匀强磁场中的运动八 带电粒子在匀强磁场中的运动 1 1 不计重力的带电粒子在匀强磁场中的运动可分三种情况 一是匀速直线运动 二是匀速 圆周运动 三是螺旋运动 2 2 不计重力的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径 r mv qB 其运动周期 T 2 m qB 与速度大小无关 3 3 不计重力的带电粒子垂直进入匀强电场和垂直进入匀强磁场时都做曲线运动 但有区别 带电粒子垂直进入匀强电场 在电场中做匀变速曲线运动 类平抛运动 垂直进入匀强磁 场 则做变加速曲线运动 匀速圆周运动 规律方法规律方法 1 1 带电粒子在磁场中运动的圆心 半径及时间的确定 带电粒子在磁场中运动的圆心 半径及时间的确定 1 1 用几何知识确定圆心并求半径 用几何知识确定圆心并求半径 因为 F 方向指向圆心 根据 F 一定垂直 v 画出粒子运动轨迹中任意两点 大多是射入点 和出射点 的 F 或半径方向 其延长线的交点即为圆心 再用几何知识求其半径与弦长的 关系 2 2 确定轨迹所对应的圆心角 求运动时间 确定轨迹所对应的圆心角 求运动时间 先利用圆心角与弦切角的关系 或者是四边形内角和等于 3600 或 2 计算出圆心角 的大小 再由公式 t T 3600 或 T 2 可求出运动时间 3 3 注意圆周运动中有关对称的规律 注意圆周运动中有关对称的规律 如从同一边界射入的粒子 从同一边界射出时 速度与边界的夹角相等 在圆形磁场区 域内 沿径向射入的粒子 必沿径向射出 2 2 洛仑兹力的多解问题 洛仑兹力的多解问题 1 1 带电粒子电性不确定形成多解 带电粒子电性不确定形成多解 带电粒子可能带正电荷 也可能带负电荷 在相同的初速度下 正负粒子在磁场中运动轨 迹不同 导致双解 2 2 磁场方向不确定形成多解 磁场方向不确定形成多解 若只告知磁感应强度大小 而未说明磁感应强度方向 则应考虑因磁场方向不确定而 导致的多解 3 3 临界状态不惟一形成多解 临界状态不惟一形成多解 带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时 它可能穿过去 也可能偏转 1800从入射 界面这边反向飞出 另在光滑水平桌面上 一绝缘轻绳拉着一带电小球在匀强磁场中做匀 速圆周运动 若绳突然断后 小球可能运动状态也因小球带电电性 绳中有无拉力造成多 解 4 4 运动的重复性形成多解 运动的重复性形成多解 如带电粒子在部分是电场 部分是磁场空间运动时 往往具有往复性 因而形成多 精品文档 7欢迎下载 解 九 磁电式电流表九 磁电式电流表 1 电流表的构造 磁电式电流表的构造如图所示 在蹄形磁铁的两极间有一个固定 的圆柱形铁芯 铁芯外面套有一个可以转动的铝框 在铝框上绕有线 圈 铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针 线圈的两端分别接 在这两个螺旋弹簧上 被测电流经过这两个弹簧流入线圈 2 电流表的工作原理 如图所示 设线圈所处位置的磁感应强度大小为 B 线圈长度为 L 宽为 d 匝数为 n 当线圈中通有电流 I 时 安培力对转轴产生力 矩 安培力的大小为 F nBIL 故安培力的力矩大小为 M1 nBILd 当线圈发生转动时 不论通过电线圈转到什么位置 它的平面都跟磁感线平行 安培 力的力矩不变 当线圈转过角时 这时指针偏角为角 两弹簧产生阻碍线 圈转动的扭转力矩为 M2 对线圈 根据力矩平衡有 M1 M2 设弹簧材料的扭转力矩与偏转角成正比 且为 M2 k 由 nBILd k得 其中 k n B I d 是一定的 因此有 由此可知 电流表的工作原理是指针的偏角的值可以反映 I 值的大小 且电流表刻 度是均匀的 对应不同的在刻度盘上标出相应的电流值 这样就可以直接读取电流值了 专题专题 带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动 基础知识基础知识 一一 复合场的分类 1 复合场 即电场与磁场有明显的界线 带电粒子分别在两个区域内做两种不同的运动 即分段运动 该类问题运动过程较为复杂 但对于每一段运动又较为清晰易辨 往往这类 问题的关键在于分段运动的连接点时的速度 具有承上启下的作用 2 叠加场 即在同一区域内同时有电场和磁场 些类问题看似简单 受力不复杂 但仔细 分析其运动往往比较难以把握 二 带电粒子在复合场电运动的基本分析二 带电粒子在复合场电运动的基本分析 1 当带电粒子在复合场中所受的合外力为 0 时 粒子将做匀速直线运动或静止 2 当带电粒子所受的合外力与运动方向在同一条直线上时 粒子将做变速直线运动 3 当带电粒子所受的合外力充当向心力时 粒子将做匀速圆周运动 精品文档 8欢迎下载 4 当带电粒子所受的合外力的大小 方向均是不断变化的时 粒子将做变加速运动 这类 问题一般只能用能量关系处理 三 电场力和洛伦兹力的比较三 电场力和洛伦兹力的比较 1 在电场中的电荷 不管其运动与否 均受到电场力的作用 而磁场仅仅对运动着的 且 速度与磁场方向不平行的电荷有洛伦兹力的作用 2 电场力的大小 F Eq 与电荷的运动的速度无关 而洛伦兹力的大小 f Bqvsin 与电荷 运动的速度大小和方向均有关 3 电场力的方向与电场的方向或相同 或相反 而洛伦兹力的方向始终既和磁场垂直 又 和速度方向垂直 4 电场力既可以改变电荷运动的速度大小 也可以改变电荷运动的方向 而洛伦兹力只能 改变电荷运动的速度方向 不能改变速度大小 5 电场力可以对电荷做功 能改变电荷的动能 洛伦兹力不能对电荷做功 不能改变电荷 的动能 6 匀强电场中在电场力的作用下 运动电荷的偏转轨迹为抛物线 匀强磁场中在洛伦兹力 的作用下 垂直于磁场方向运动的电荷的偏转轨迹为圆弧 四 对于重力的考虑四 对于重力的考虑 重力考虑与否分三种情况 1 对于微观粒子 如电子 质子 离子等一般不做特殊交待 就可以不计其重力 因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小 可以忽略 而对 于一些实际物体 如带电小球 液滴 金属块等不做特殊交待时就应当考虑其重力 2 在 题目中有明确交待的是否要考虑重力的 这种情况比较正规 也比较简单 3 对未知名的 带电粒子其重力是否忽略又没有明确时 可采用假设法判断 假设重力计或者不计 结合 题给条件得出的结论若与题意相符则假设正确 否则假设错误 五 复合场中的特殊物理模型五 复合场中的特殊物理模型 1 粒子速度选择器 如图所示 粒子经加速电场后得到一定的速度 v0 进入正交的电场和磁场 受到的电场 力与洛伦兹力方向相反 若使粒子沿直线从右边孔中出去 则有 qv0B qE v0 E B 若 v v0 E B 粒子做直线运动 与粒子电量 电性 质量无关 若 v E B 电场力大 粒子向电场力方向偏 电场力做正功 动能增加 若 v E B 洛伦兹力大 粒子向磁场力方向偏 电场力做负功 动能减少 2 磁流体发电机 如图所示 由燃烧室 O 燃烧电离成的正 负离子 等离子体 以高速 喷入偏转磁场 B 中 在洛伦兹力作用下 正 负离子分别向上 下极板偏转 积累 从而在板间形成一 个向下的电场 两板间形成一定的电势差 当 qvB qU d 时电势差稳定 U dvB 这就相当 于一个可以对外供电的电源 3