第八章磁场.ppt

第一讲 描述磁场的基本物理量 磁场对电流的作用,第八章 磁场,一、磁场基本概念,1、磁场由什么产生？,磁体、电流、变化的电场、运动电荷,2、磁场的基本性质是什么？,对放入磁场中的磁体、通电导线、运动电荷有力的作用,作用本质：磁场对磁场的作用,常见的磁作用,3、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？,安培,安培分子电流假说: 在原子分子等物质微粒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,它的两侧相当于两个磁极.,为什么有的物体无磁性，有的物体有磁性？,4、最早发现电流也能产生磁场的科学家是谁？,奥斯特,二、磁场描述(定性),1、磁场的方向是如何规定的？,1）小磁针静止时N极指向 2）小磁针N极的受力方向 3）磁感线在该点的切线方向,二、磁场描述(定性)-磁感线,2、常见磁场磁感线,特 点,1、疏密表示强弱，切线方向表示B的方向 2、闭合，磁体外N到S磁体内S到N 3、非实际存在 4、不相交、不相切,电流磁场的确定方法右手安培定则,握住！,安培定则：判断电流产生磁场的法则（两种不同形式）,如图所示，a、b是直线电流的磁场，c、d是环形电流的磁场，e、f是螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向,4、在图中，螺线管中间的小磁针的指向是（ ） A.左端是N极 B.右端是N极 C.左端是S极 D.右端是S极,B C,【例题】对于磁感线的认识，下列说法中正确的是 ( ) A磁场是由磁感线组成的 B画出磁感线的地方一定存在着磁场，没画出磁感线的地方一定不存在磁场 C磁感线上任一点的切线方向就是该点的磁场方向 D在有磁场的空间内，任何一点只能画出一条磁感线,CD,典型例题分析 1、关于磁感线，下列说法正确的是（ ） A.磁感线上各点切线方向就是各点的磁感应强度方向 B.磁场中任意两条磁感线不会相交 C.磁感线总是从磁体北极出发终止于磁体南极 D.磁感线的疏密表示磁场的强弱,A B D,奥斯特,【总结】导线应当南北方向放置，若东西方向放置则导线产生的磁场和地磁场在同一直线上,【例题】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，通电直导线应 ( ) A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 C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,A,3、如图所示，一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针上方时，磁针的S极向纸内偏转，则这束带电粒子可能是（ ） A.向右飞行的正离子束 B.向左飞行的正离子束 C.向右飞行的负离子束 D.向左飞行的负离子束,B C,例3 如图11.1-2所示，图（甲）（乙）是两种结构不同的环状螺线管的示意图其中（乙）图是由两个匝数相同、互相对称的、半圆环形螺线管串联而成的给它们按图示方向通以电流试画出磁感线的分布情况示意图,图11.1-2,【易错题】 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？ 【解析】：画出偏转线圈内侧的电流，是左半线圈靠电子流的一侧为向里，右半线圈靠电子流的一侧为向外。电子流的等效电流方向是向里的，根据“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”，可判定电子流向左偏转。（本题用其它方法判断也行，但不如这个方法简洁）,1、磁通量,（1）定义：磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的乘积叫穿过这个面积的磁通量。,（2）定义式：=BS,（3）对此定义式的理解： a 、适用匀强磁场； b 、B和S垂直； C、S为磁场实际占有的面积 d、 与线圈匝数无关,【例】如图所示，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,解析：,解析：条形磁铁在 N极附近的分布情况如图所示， 由图可知线圈中磁通量是先减少，后增加D选项正确,例2、如图所示，两个同心圆线圈 a 、b在同一平面内，半径Rab B、 a = b C、 ab D、无法确定,注意 （1）磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数； （2）注意区分S是磁场面积还是回路面积。,A,三、磁场的描述（定量）,定义： 一小段通电直导线，垂直磁感线放在磁场某处时，受到的安培力F与IL的比值称为该处的磁感应强度B。,1、磁感强度B,方向：,磁场方向,定义式：,此公式不是决定式！,思考：某点的磁感应强度大小的决定因素是什么？,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.,（1）安培力 磁场对通电导线的作用力称安培力，其大小为 F =BILsin， 其中表示电流方向与磁感强度方向的夹角,四、安培力-磁场通电导线的作用,四、安培力-磁场通电导线的作用,1、方向：左手定则,2、大小 当BL时 当BL时,3、适用条件,F=BIL,F=0,匀强磁场中,F =BILsin,由左手定则可知：安培力F一定垂直B、I所组成的平面,4、安培力的大小特点：,不仅与B、I、L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,注意：闭合的通电线圈在磁场中的受到的合的磁场力为 零,【总结】 两同向电流互相吸引，两反向电流互相排斥； 螺线管通电后，在轴向上有收缩趋势，径向有扩张的趋势,两导线间的相互作用力？,通电后沿轴线方向和半径方向的力的方向？,解题方法： 1）选取一小段电流元 2）确定该点的磁场 3）应用左手定则判断其受力 4）确定其运动情况,方法2： 环形电流等效小磁针或 小磁针等效环形电流,【重要】最终 同向吸引,【典型题】、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AB是固定的，另一条CD能自由转动，当直流电流按图示方向通入两条导线时，CD导线将（ ） A、顺时针方向转动，同时靠近导线AB B、顺时针方向转动，同时离开导线AB C、逆时针方向转动，同时离开导线AB D、逆时针方向转动，同时靠近导线AB,A,【结论】：两通电导线有达到电流方向相同，并靠近的趋势,例5：如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，它的正中央上方固定一长直导线，导线与磁铁垂直给电线通以垂直纸面向外的电流，则 A、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 C、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,如果导线不在磁铁的中心呢？,D,【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,例:如图所示，MN、PQ为平行光滑导轨，其电阻忽略不计，与地面成30°角固定NQ间接一电阻R=1.0，MP端与电池组和开关组成回路，电动势E=6V，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一条质量m=40g，电阻R=1.0的金属导线置于导轨上，并保持导线ab水平已知导轨间距L=0.1m，当开关S接通后导线ab恰静止不动 试计算磁感应强度大小；,若轨道有粗糙，欲使金属杆静止在轨道上，B的取值范围？,【典型题】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恰好在导轨上静止，如图所示，如图所示是沿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,对A图:,对B图:,对C图:,对D图:,若F安cos=mgsin,则f=0.,若F安=mg,则N=0,f=0.,N0,f0.,F=F安cos+mgsin0,AB,【练习题】在倾角为的斜面上,放置一段通有电流强度为I,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,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?,解析:,(1)设当安培力与斜面成角时B最小,则由平衡条件得：,mgsinFNBILcos, FN=mgcosBILsin,解得,当=900时,（2）当FN=0时,则BILmg,BIL=mg,由左手定则知B方向水平向左,【较难题】如图所示,电源电动势E2V,r0.5,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/s2)求：（1)此磁场是斜向上还是斜向下？（2）B的范围是多少？,解析:,导体棒侧面受力图如图所示,由平衡条件得:B最小时摩擦力沿导轨向上,则有,FNBILcos300mg,FN=BILsin300 解得B2.34 T,当B最大时摩擦力沿导轨向下，则有BILcos300mgFN,FN=BILsin300 解得B=3.75 T,B的范围是2.34T 3.75 T,【5】如图所示是一个可以用来测量磁感应强度的装置：一长方体绝缘容器内部高为L，厚为d，左右两管等高处装有两根完全相同的开口向上的管子a、b，上、下两侧装有电极C（正极）和D（负极）并经开关S与电源连接，容器中注满能导电的液体，液体的密度为；将容器置于一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，当开关断开时，竖直管子a、b中的液面高度相同，开关S闭合后，a、b管中液面将出现高度差。若当开关S闭合后，a、b管中液面将出现高度差为h，电路中电流表的读数为I，求磁感应强度B的大小。,B级3题,