磁力的来源两运动中的电荷产生磁力.ppt

1、Ch9电流的磁效应、9-1磁场和磁力线9-2电流的磁效应9-3通电导线在磁场中受到的磁力9-4通电线圈在磁场中受到的力矩9-5带电质点在磁场中受到的磁力9-6实验电流天平、9-1磁场和磁力线、磁铁和磁极：磁性：物体磁铁：铁、钴、镍磁极：磁铁上磁性最强的地方。 磁铁一定有两个磁极，n极和s极。 用细线水平吊起磁棒，指向地球北方的磁极称为北极或n极，指向地球南方的磁极称为南极或s极。 同性互相排斥，异性互相吸引。 磁棒n、s及总是成对出现，无论如何分割磁铁都得不到磁单极。 磁化：磁化：磁铁可以磁化铁质材料，使其具有磁性。 只有铁、钴、镍和含有这些金属元素的合金才能显示特别强的磁性，被称为磁性物质。

2、 软磁铁：磁化的原因消失后，就不再保持磁性，称为暂时磁铁或软磁铁。 硬磁铁：磁化的原因消失后，其磁能长期保有，称为永久磁铁或硬磁铁。 磁化模型：在尚未被磁化之前的磁铁，其内部原子磁铁群的分布情况如右上图所示，磁铁群的分布是随机的，产生的磁场相互抵消。 被磁化的磁铁，我所有的磁铁群都排列在同一个方向，如右下图所示非常整齐。 磁场：磁力作用的区域。 将磁针放置在磁场中时，其n、s极分别作用与大小相同的方向相反的磁力，磁针的n极指向的方向定义为该磁场的方向。 关于磁场强度的定义将在后面详细说明。 磁力线：用于描述空间内磁场的强度和分布。 磁力线从n极经由磁铁外部到达s极，再从s极经由磁铁内部转向n极

3、，形成闭合曲线。 磁力线的任意点的切线方向，即该点的磁场方向。 每单位面积通过的磁力线的数量表示在那里的磁场强度。 磁力线决不相交。 磁场和磁力线：常见磁铁的磁力线分布：长的磁铁棒、马蹄形磁铁、平行排列的磁铁棒，磁场的方向与纸面内侧垂直，其符号与入射到纸面内侧的箭头形状相似，磁场的方向与纸面外垂直，其符号与出纸面的箭头形状、磁场方向的表示相似的磁是磁铁所具有的固有特性，玻璃磁铁只能磁化一部分物质，而带电体能使所有物质产生静电感应。 磁铁间的磁力不会因为一般的物质阻断而消失，但静电力有可能被某种物质阻断。 磁力与电力的比较：可以用巨大的磁棒模拟。 磁轴(连接地磁南北极的线)与极轴(连接地理南北极

4、的线)所成的角度约为110。 地理n极相当于磁棒的s极地理s极相当于磁棒的n极。 地球外部磁力线的方向从地理南极附近指向北方。 地球磁场：磁偏角：地磁北方和地理北方的方向不一致，两者之间的夹角称为磁偏角。 磁倾角：自由磁针静止时与水平面之间的夹角称为磁倾角。 地磁强度b在水平方向上的分量Bh Bcos被称为水平地磁强度。 磁偏角和磁倾角：9-2电流磁效应，1820年7月，地铁发现载有电流的直线引线使周围的磁针偏转。 同年9月，安培提出安培定律，指出在电流通电直导线附近建立的磁场的数学关系式。 同年10月，必欧和沙伐两人提出了空间产生小电流的磁场数学公式。 同年12月，安培发现了短通电导线在磁场

5、中受到磁力的关系式。 1845年，法拉第发现了电磁感应定律。 1865年，麦克斯韦修改了安培定律，电磁理论最终完善。磁学的发展历史：电力的源头：两电荷产生电力，磁力的源头：两运动中的电荷产生磁力，电力和磁力的源头：磁场的方向：磁针n极的方向是场地磁场的方向，磁场的单位：特斯拉(t )，磁场的定义，1高斯=10 - 4特斯拉，必欧-沙伐法则：例题关于这条短直线在图中a到f等6个不同位置产生的磁场量的记述，哪个是正确的？ 这六个点都位于xy平面上，其坐标分别为a:(5，0，0 )、D:(0，5 )、c:(-5，0 )、d:(0，-5)、e : (A) A的磁场大小大于b的磁场(B) B的磁场大小大

6、于e的磁场(C) C的磁场为零(D) D的磁场为零(E) E的磁场大小为f的4倍92右手拇指表示电流方向时，弯曲的4根手指为磁场方向。 各种通电导线产生的磁场：长直线导线产生的磁场：例题：如右图所示，x轴和y轴分别有长直线导线，分别流过电流3 A和4 A时，x-y平面上磁场为零的点的轨迹方程式是什么？ 答案：4x 3y=0，例题：两长直线导线相互平行，距离为a，各载波电流I，但方向相反，试着求图中的p点磁场的大小和方向。 a、r、p、方向：向上，例题：长直线导线在南北方向水平放置，通过电流，一个磁铁针放置在导线上，距导线d时，磁铁针要偏转45，偏转30，必须将磁铁针向导线移动多少距离，在圆的中

7、心承载电流的圆形线圈产生的磁场、承载电流I、半径a的圆形线圈上，在中心轴上从圆的中心离开r的位置产生的磁场b如磁场方向：右手定律、右图所示。 证明了圆形线圈在中心轴上产生的磁场：线圈细分为多个短语，每个短语中产生的磁场的水平成分抵消，相加铅直成分，得到总磁场b。 例题：细长的电导承载电流I，弯成如右图所示的形状，其中两个直线部分相互垂直，圆弧部分的半径为a，圆心o处磁场的大小是什么？ 例题：如右图所示的导线那样，载置电流I，半圆弧的半径为a时，在o点磁场的大小是什么？ 分析：两侧的半线性导线用o创建的磁场相当于一条长线性导线用o创建的磁场，方向垂直向内。 半圆弧导线由o形成的磁场也垂直向内。

8、例题：如右图所示，长度为L1、L2的两个相同材料的电阻线包围圆，电流I从p点流出，从q点流出时，(1) L1段在圆的中心o点形成的磁场的大小是什么？ (2) O点的总磁场的大小是什么？ (2) 0、2根导线在o处产生的磁场相互抵消。 例题：电子围绕速度v、半径r的轨道以等速度进行圆运动，求出(1)在圆心产生的磁场(2)在其中心轴上离开圆心r处产生的磁场。 另外，可以在载波电流I的螺线管内产生相当均匀的磁场，磁场的大小在这里，n是每单位长度的线圈数。 方向可以用安培右手定律来决定。 如右图所示，螺线管外的磁场非常弱。 电磁线圈产生的磁场：电磁铁、线圈中流过电流的话，软铁磁化成为磁铁。电流被切断的

9、话，随之其磁性消失，所以电磁铁属于临时磁铁。 如果在电磁线圈内插入软磁芯，可以大幅增强磁场。 例题：两个螺线管的外形(截面和管长等)相同，粗细(截面半径分别为r1、r2 )和匝数(N1和N2 )不同，但用同一材料的铜线烧制。为了在管内产生相同的磁场，对各线圈施加的功率P1及P2之比P2P1为69 .夜大，回答： (c )、9-3载流子导轨在磁场中受到的磁力、直导轨在磁场中受到的磁力：例题：边的长度分别为1米、1米(a )各85 .夜大、例题：如图所示，长直线导线XY和矩形线圈ABCD在同一平面内。 当向XY及ABCD分别通入电流i1=20安培及i2=10安培(箭头所示的方向)时，直线XY作用于

10、线圈ABCD的力的大小是什么？ i1，i2，例题：右图为边长l的正立方体，置于磁场强度b的均匀磁场中，磁场方向平行于轴，导线ab为正立方体的对角线。 今天设电流为I，方向为a到b，该直线引线ab在磁场中受到的磁力的大小是什么？ 例题：半径r、载有电流I的半圆形导线，如右图所示，磁场强度b的均匀磁场受到的磁力是？磁力方向：上、例题：受到上述问题，将导线变更为右图所示的闭合回路时，受到的磁力是什么？回答：受到的磁力为零，半圆弧段导线和下面直线导线受到的磁力大小相等，因此方向相反，相互抵消。 一般结论闭合通电线圈在均匀磁场中受到的磁力为零。 任意形状的通电引线在均匀磁场中受到的磁力与连接到其头尾两端

11、的直线引线受到的磁力相等。 例题：如右图所示，半径50厘米，弧长张开的中心角60o的导线。 如果导线中流过10安培的电流，放置在大小为0.2特斯拉的均匀磁场中，则该圆弧状的导线受到的磁力大小是多少？回答： 1牛顿，例题：半径为r的圆导线流过顺时针方向的电流I，放入均匀磁场b中，如右图所示回答： T iRB，例题：将柔软的导线弯曲成星形电路(图)，放置在平滑的水平台上，流过交流电流时，星形电路： (a )变形为其周围的面积变小；(b )其周围的面积变大时减少；(c) 75 .日大，回答： (c )星形电路长直线导线1在长直线导线2上产生的磁场大小、导线2、每单位长度受到的磁力、两导线受到的磁力大

12、小相等的方向相反。 两条导线的电流为同方向时相互吸引，电流为反方向时相互排斥。两条平行通电长直线导线之间的磁力：安培(电磁学中的基本单位)的定义：当两条承载相同电流的无限长直线导线在真空中相互平行排列，距离一米，导线上每米的磁力为2 10 -7牛顿时，导线上的电流定义为一安培。 例题： 3条长的垂直平行导线在同一平面上，其电流及导线距离如右图所示，导线c的每单位长度的受力为 86 .日大，答案： 0，例题：垂直纸面四平行长度直线引线分别通过纸面上边长度为a的正方形四顶点a、b、c和d (如右图所示)。 导线中分别流过电流I。 a、b及c引线的电流方向通过纸内，d引线的电流方向通过纸外。 (a

13、)中心线上的一点p的磁场的大小及方向(b)d导线上的每单位长度受到的力的大小和方向。 78 .日大、d、p、9- 4通电线圈在磁场中受到的力矩、线圈在均匀磁场中受到的力矩：搭载了电流I的n匝线圈，其线圈面积在a、均匀磁场b中时，受到的力矩，矩形线圈的证明在下一页。 该结果对于任何形状的线圈都成立。 证明：以中心轴为旋转轴，由左右两段导线产生的合力矩为例题：有正三角形线圈ABC，内有电流I，向逆时针修正方向流动。如果一样磁场作用于BC方向，则如右图所示，线圈ABC (a )以中线AM为轴旋转，b朝向纸前，c在纸后(b )以BC为轴旋转，a在纸前(c )以重心g为中心向逆时针修正方向旋转(d )，

14、回答： (a )，例题：右图所示如果固定在y轴上，且可绕y轴旋转，均匀磁场b沿着x轴方向，则线圈面和磁场方向夹着30o角时旋转的力矩是什么？ 例题：半径r的n匝的圆形线圈，用绝缘线悬挂在铅垂向下的均匀磁场b上，线圈面能够绕通过其中心之一的水平轴旋转，如右图所示。 在线圈的左端悬挂质量为m的绝缘线，当线圈中流过电流I时，线圈最后移动到平衡位置。 此时，线圈面的法线与磁场b之间的角度是什么？ 电动机的线圈置于固定磁场中，当直流电流通过线圈时，线圈受到力矩而旋转。 线圈面与磁场垂直时，电刷与整流子的接触中断，此时线圈中不再流过电流，因此暂时力矩不起作用，但线圈因为有惯性而继续旋转。 刷子和换向器再次

15、接触两个圆环时，交换正负极，使线圈的电流方向恰好相反，线圈的旋转方向不变，这样就可以把电能转换成力能输出。 电动机的原理：线圈通电，磁场中磁力作用使线圈旋转，磁力产生的力矩是盘簧的平衡。 力矩的大小与通过线圈的电流成正比。 因此，测量与线圈连接的指针的偏转角度时，可以知道线圈受到的力矩的大小，可以测量通过线圈的电流。 电流计的原理：9-5带电质点在磁场中受到的力，因为这个力称为洛伦兹力磁力的方向总是垂直于电荷运动的方向，所以磁力对电荷总是不起作用。 点电荷在磁场中受到的磁力：例题：如图所示，一带电荷的正离子受到电位差v而加速后，进入相互垂直的电场和磁场中，电场均匀地向下，磁场均匀地进入纸面。 正离子通过电磁场后稍微向下倾斜，正离子在水平方向上笔直通过电磁场，以下哪个是正确的(a )适当地减小磁场的大小。 (b )适当减小电场的大小。 (c )适当增大加速电压v的大小。 (d )在减小加速电压v的大小的同时适当增强电场。 (e )适当地按比例增大电场及磁场的大小。 回答： (B)(C )，增加磁力或减少电力，回答： (B)(C)(D )，例题：阴极射线管上有导线，管轴平行。 在没有电流流过导线之前，将荧光屏上的亮点(用小圆表示)调整到圆的中心。 如果对引线通电(电流进入纸面内)，则其图案为(a )、(b )、(c )、(d )，回答： (a )引线在其下面产生的磁场的方向