常见磁场及磁场力复习资料

常见磁场及磁场力1、教学主题：一、几种常见的磁场：1）条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线：2）直线电流的磁场的磁感线：安培定则3）环形电流的磁场的磁感线：安培定则4）通电螺线管的磁场的磁感线IIIIIIIIIIIIIII3、磁感线的特点二、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。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。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：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：利用安培定则（也叫右手螺旋定则）判定磁场方向。安培定则通电直导线的讎场通电螺线管的區场环璀电漏的磁场三、磁感线在磁场中画出有方向的曲线表示磁感线，在这些曲线上，每一点的切线方向都跟该点 的磁场方向相同。（1）磁感线上每一点切线方向跟该点磁场方向相同。（2）磁感线特点。磁感线的疏密反映磁场的强弱，磁感线越密的地方表示磁场越强，磁感线越疏的地 方表示磁场越弱。Q磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向。Q磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线，在磁体外部由N极到S极，在磁体内部由S 极到N极。以下各图分别为条形磁体、蹄形磁体、直线电流、环行电流的磁场说明： 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、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。直嫌电it的壇耶Li(2) 磁感线分布如图所示：.仁巴说明： 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“X”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. 环形电流的磁场(1) 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。甲曲感爼介齐乙金堪丸附(2) 磁感线分布如图所示:(3) 几种常用的磁感线不同画法。艸一S豆体圍債我面图纵載曲图说明：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. 通电螺线管的磁场逋电烦慢*抽麗场(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:永崖釵的衬金平持的五磁通量磁感线和电场线一样也是一种形象描述磁场强度大小和方向分布的假想的线，磁感 线上各点的切线方向即该点的磁感应强度方向，磁感线的密疏，反映磁感应强度的大 小。为了定量地确定磁感线的条数跟磁感应强度大小的关系，规定：在垂直磁场方向 每平方米面积的磁感线的条数与该处的磁感应强度大小(单位是特)数值相同。这里 应注意的是一般画磁感线可以按上述规定的任意数来画图，这种画法只能帮助我们了 解磁感应强度大小;方向的分布，不能通过每平方米的磁感线数来得出磁感应强度的 数值。1)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e表示。物理意义：穿过某一面的磁感线条数。 (2)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e二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，e=o。公式(1)公式：二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，公式二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=胭临8,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”(3) 磁通量的单位在国际单位中，磁通量单位是韦伯(Wb),简称韦。磁通量是标量，只有大小没有方向。(4) 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二e/s。六、磁场对电流的作用1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. 安培假说对有关磁现象的解释(1) 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) 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：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。安培力：通电导线在磁场中受到的力称为安培力。3. 安培力的方向左手定则(1)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)安培力F、磁感应强度B、电流丨三者的方向关系：QF去丄，餐丄月，即安培力垂直于电流和磁感线所在的平面，但B与丨不一定垂直。 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，则盤方向确定；但若已知B (或丨)和餐方向，则丨(或B)方 向不确定。4. 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(1)当B与丨垂直时，F二BIL。(2)当B与丨成日角时,氐沁B, B是B与丨的夹角。推导过程：如图所示，将B分解为垂直电流的虽=沁8和沿电流方向的=, B对丨的作用可用B1、B2对电流的作用等效替代，刃=耳+為=。+色也=占也沁日。5. 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F = BIL6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，当导线中通以电流丨时，导线的等效长度为2 r,故安培力F=2Blr。X X XX BX / X XK XA答案：AD4. 如右图所示，A为一水平旋转的橡胶盘，带有大量均匀分布的负电荷，在圆盘正上方水平放置一通电直导线，电流方向如右图.当圆盘高速绕中心轴00,转动时，通电直导线所受磁场力的方 向是（）A. 竖直向上B.竖直向下C.水平向里D.水平向外解析：由于带负电的圆环顺时针方向旋转，形成的等效电流为逆时针方向，所产生的磁场方向竖直向上.由左手定则可判定通电导线所受安培力的方向水平向里.答案：C5. 如右图所示，直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方，如右图所 示，如果直导线可以自由地运动，且通以从a到b的电流，则导线ab受磁场力后的运动情况（）A.从上向下看，顺时针转动并靠近螺线管 aipB.从上向下看，顺时针转动并远离螺线管pTTC.从上向下看，逆时针转动并远离螺线管D.从上向下看，逆时针转动并靠近螺线管答案：D6. 如右图所示的三维空间内，匀强磁场方向沿+x方向，在平面xOz内有一通电直导线，若它所受的安培力方向沿+ y方向，则订（）的安培力A.该通电导线一定不会沿平行Ox方向放置B. 该通电导线一定平行Oz方向放置C. 无论通电导线怎样放置，它总受到+y方向D. 沿+ x方向观察导线中的电流方向，应该为向右方向解析： 当通电导线与匀强磁场平行时，它不受安培力作用，而题意说导线受到 安培力作用，说明导线一定不会沿平行Ox方向放置，因此选项A正确；根据左手定则 确定的关系可知：安培力一定垂直于磁场方向和电流方向确定的平面，但电流方向不 一定与磁场方向垂直，因此选项B错误；根据左手定则判定知：通电导线如果任意放 置在xOz平面内，它受到的安培力时，方向有沿+y方向和一y方向两种可能，沿Ox 方向观察，当电流向右时，安培力沿+y方向；当电流向左时，安培力沿一y方向.因 此选项C错误，选项D正确.电导线AB放在蹄形 下看,AB的转动方向答案：AD7. 如图所示，用细绳悬于O点的可自由转动的通磁铁的上方，当导线中通以图示方向电流时，从上向及细绳中张力变化的情况为（）A. AB顺时针转动，张力变大B. AB逆时针转动，张力变小CAB顺时针转动，张力变小D. AB逆时针转动，张力变大解析： 在导线上靠近A、B两端各取一个电流元，A处的电流元所在磁场向上穿 过导线，根据左手定则，该处导线受力向外，同理B处电流元受安培力向里，所以从 上向下看，导线逆时针转动，同时，由于导线转动，所以电流在垂直纸面方向有了投 影，对于此有效长度来说，磁感线是向右穿过导线，再根据左手定则可判定导线有向 下运动的趋势，故选D.答案：D8. 如右图所示，0为圆心，XN和市是半径分别为ON、0M的同心圆弧，在0处垂直纸面有一载流直导线，电流方向垂直纸面向外，用一根导线围成如图KLMN所示的回 路，当回路中沿图示方向通过电流时（电源未在图中画出），此时回路（）A. 将向左平动B. 将向右平动C. 将在纸面内绕通过0点并垂直纸面的轴转动D. KL边将垂直纸面向外运动，MN边垂直纸面向里运动解析： 因为通电直导线的磁感线是以0为圆心的一组同心圆，磁感线与电流一 直平行，所以KN边、LM边均不受力根据左手定则可得，KL边受力垂直纸面向外， MN边受力垂直纸面向里，故D正确.答案：D9. 如下图所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流强度为I，磁 感应强度为B，求各导线所受到的安培力.F=F=F=F=F=ABCDE解析：本题考查对安培力计算公式的正确理解，F=BILsin 0 =B IL， B为磁丄丄场在垂直导线电流方向的分量即为有效磁场.或者F=BIL，其中L为垂直于磁场方丄丄对一向的有效长度.A图中F=BILcos a,此时不能死记公式，而写成sin a.要理解公式本质是有 A效长度或有效磁场,要正确分解.B图中，不论导线怎么放，也会在纸平面内，因此B丄I,故卩=81BC图中两根导线组成的折线abc,整体受力实质上是两部分直导线分别受力的矢量 和，其有效长度为ac（即从aTc的电流）故 Fc=B|L.D图是从aTb的半圆形电流，分析圆弧上对称的每一小段电流，受力抵消合并后， 其有效长度为 ab,F =2BIR.D在 E 图中,用导线将 abc 接通形成闭合线圈,各导线受力的矢量和为零,故合力为零.所以，闭合的通电线圈受安培力为零.E图中，F =0.E答案：BILcos a BIL J2BIL 2BIR 0