第八章 磁 场 第一节 磁场的描述 磁场对电流的作用 1磁场 (1)基本特性：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有 的作用 (2)方向：小磁针的 所受磁场力的方向 2磁感应强度 (1)物理意义：描述磁场 (2)大小： B (通电导线垂直于磁场 ) (3)方向：小磁针静止时 的指向 磁场力 强弱和方向 图 8 1 1 3安培的分子电流假说 安培认为，在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种 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 (如图 8 1 1所示 ) 4磁感线：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的 一致 环形电流 两个磁极 磁感应强度的方向 图 8 1 2 5几种常见的磁场 (1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场 (如图 8 1 2所示 ) (2)地磁场 地磁场的 附近， 附近，磁感线分布如图 8 1 3所示 图 8 1 3 南极 北极 地磁场 是从地球地理 指向地理 ；而竖直分量 (南北相反，在南半球垂直地面 ，在北半球垂直地面 在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感应强度大小 ，且方向水平 南极 北极 向上 向下 相等 向北 (1)磁感应强度大小 ，方向 (2)磁感线是相互 、分布 、方向相同的直线 处处相等 处处相同 平行 均匀 1关于磁场和磁感线，下列说法中正确的是 ( ) A磁感线总是从磁体 极终止 B磁感线的疏密程度描述了磁场的强弱 C磁场中某点磁场方向与可以自由转动的小磁针在该点静止时 D磁场中某处磁感应强度方向与通电导线在该处所受的安培力方向相同 【 解析 】 在磁体内部磁感线是从磁体 极，在磁体外部磁感线是从磁体 极，磁感线是闭合的曲线，故 培力的方向与磁感应强度方向和电流方向均垂直，所以 场方向的确定是以自由转动的小磁针在该点静止时 场的大小是由磁感线的疏密程度来确定的，所以 B、 【 答案 】 公式：在匀强磁场中，若平面与磁场方向垂直，则 . 2单位： 1 . 3物理意义：指穿过某一面积的磁感线的条数 _T关于磁通量，下列说法正确的是 ( ) A磁通量不仅有大小而且有方向，是矢量 B在匀强磁场中， 穿过 C磁通量大磁感应强度不一定大 D把某线圈放在磁场中的 M、 放在 处的大 【 解析 】 磁通量只有大小，没有方向，是标量，故 知， 的大小与 B、 S、 三个量有关，故 B、 【 答案 】 C 1安培力的大小 (如图 8 1 4所示 ) (1)F . (2)磁场和电流垂直时： F . (3)磁场和电流平行时： F . 图 8 1 4 2安培力的方向 (1)用左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内让磁感线从 进入，并使四指指向 ，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受 (2)安培力的方向特点： F B， F I，即 决定的平面 掌心 电流的方向 安培力的方向 3 (2010南通模拟 )如图 8 1 5所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘线水平吊起通电直导线 ”表示导线中电流的方向电键 ) A水平向左 B水平向右 C竖直向下 D竖直向上 图 8 1 5 【 解析 】 电键闭合后根据安培定则可判定导线所在位置处磁感线的方向为水平向右，再由左手定则判定导线受到安培力的方向为竖直向下， 【 答案 】 C 1. 磁感应强度由磁场本身决定，虽然通过放入通电导线确定其大小，但跟在该位置放入的导线长度 L 、电流 I 的大小及受到磁场的作用力均无关，与放不放通电导线也无关不能根据公式 B 与 F 成正比，与 2 由公式 B 时，通电导线必须垂直于磁场放入如果小段通电导线平行放入磁场，其所受安培力 F 为零，但不能说该处磁感应强度B 为零 3 磁感应强度的方向不是通电导线所受磁场作用力的方向，而是与受到的作用力的方向垂直 与电场的叠加类似，两个电流附近的磁场的磁感应强度是两个电流分别单独存在时产生的磁场的磁感应强度叠加而成的若两个电流在某处产生的磁场的磁感应强度 应用平行四边形定则进行矢量，合成可求得该点的磁感应强度 B. 三根平行的直导线，分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点，如图 8 1 6所示每条通电导线在斜边中点 图 8 1 6 【思路点拨】 解答本题时可按照以下思路分析： 各电流的方向 安培定则各电流在 O 点产生的磁感应强度方向 矢量合成O 点处 B 的大小和方向【自主解答】 根据安培定则， I 1 与 I 3 在 O 点处产生的磁感应强度方向相同， I 2 在 O 点处产生的磁感应强度方向与它们相垂直由 B 1 、 B 2 、B 3 大小相等均为 B ， O 点处实际磁感应强度的大小 B 0 2 B 2 5B ，方向在三角形面内与斜边夹角 ar ct 2. 如图所示 【答案】 5 B ，方向与三角形斜边夹角 a r c t 2 适用于磁感应强度 垂直的情况当 的平面间的夹角为 时，则有 B()，即 等于 在垂直于 可理解为 ()S，即 等于 方向上的分量与 图 8 1 7甲所示 图 8 1 7 2面积 是线圈在磁场范围内的面积如图 8 1 7乙所示， 3多匝线圈的磁通量：多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关，因为不论线圈匝数多少，穿过线圈的磁感线条数相同，而磁感线条数可表示磁通量的大小 4合磁通量求法 若某个平面内有不同方向和强弱的磁场共同存在，当计算穿过这个面的磁通量时，先规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量 如图 8 1 8所示，矩形线圈面积为 S，放在匀强磁场中，开始处于水平位置 a，磁场与线圈平面夹角为 ，在线圈绕其一边顺时针转过 90到达竖直位置 圈中的磁通量改变了多少？ 图 8 1 8 【 解析 】 在 1 在 2 所以 |2 1| BS( ) 【 答案 】 BS( ) 如图 8 1 9有一正方形线圈边长为 10 水平面夹角为 37 ，匀强磁场竖直向下，已知通过线圈平面的磁通量为 b，则匀强磁场的磁感应强度 果线圈的匝数变为原来的 其磁通量变为多少？为什么？ 图 8 1 9 【解析】 由磁通量的定义式可得： BS 3 7 故 B S 3 7 5 T 如果线圈匝数变为原来的 N 倍，通过线圈平面的磁通量不变，b ，因为通过线圈的磁通量和线圈的匝数无关 【 答案 】 5 T b 原因见解析 1对安培力公式 F (1)垂直； (2)式中 垂直于磁感应强度方向的长度 弯曲导线的有效长度 如图 8 1 10所示 )，相应的电流方向沿 图 8 1 10 对于任意形状的闭合线圈，其有效长度均为零，所以通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零 (3)导线所在处的磁感应强度应相等 (4)如果导线与磁场间夹角为 ，如图 8 1 11所示，则 F . 2安培力做功的实质 能量的传递 (1)安培力做正功：是将电源的能量转化为导线的动能或其他形式的能 (2)安培力做负功：是将其他形式的能转化为电能，或储存或再转化为其他形式的能 图 8 1 11 3通电导体在磁场中的运动 通电导体或线圈在磁场中除受重力、弹力、摩擦力外，一般还受到安培力作用，处理相应问题时，通常按以下程序来分析： (1)首先明确磁场的分布情况需要把立体图转化为平面图，图中应能同时表示出磁场、电流和安培力三者的方向，以便于分析和判断 (2)依据左手定则判断导体的受力情况，要特别注意各物理量 (B、I、 F)的方向 (3)由受力情况确定导线或线圈做何种运动，如平动、转动或同时做平动和转动 如图 8 1 12 所示，在倾角 30 的斜面上固定一金属框，框宽l m ，接入电动势 E 12 V 、内阻不计的电池垂直框面放有一根质量 m 0.2 k g 的金属棒 它与框架的动摩擦因数 66. 整个装置放在磁感应强度 B T 、垂直框面向上的匀强磁场中当调节滑动变阻器 R 的阻值在什么范围时，可使金属棒静止在框架上？ ( 框架与棒的电阻不计， g 取 10 m / 图 8 1 12 (a)