磁场对电流的作用讲义Word文档下载推荐.doc

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4、磁场的方向：

①磁感线在该点的切线方向;

②规定在磁场中任意一点小磁针北极的受力方向（小磁针静止时N极的指向）为该点处磁场方向。

③对磁体：

外部（NS），内部（SN）组成闭合曲线；

这点与静电场电场线（不成闭合曲线）不同。

④用安培左手定则判断

5、磁现象的电本质：

奥斯特发现电流磁效应（电生磁）后，安培提出分子电流假说（又叫磁性起源假说）：

认为在原子、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；

从而揭示了磁铁磁性的起源：

磁铁的磁场和电流的磁场一样都是由电荷运动产生的；

根据分子电流假说可以解释磁化、去磁等有关磁现象。

（不等于说所有磁场都是由运动电荷产生的。

）

二、磁感线，电场中引入电场线描述电场，磁场中引入磁感线描述磁场。

1、磁感线的定义：

为了形象描述磁场，在磁场中画出一簇有向曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致，这簇曲线叫做磁感线。

2、物理意义：

描述磁场大小和方向的工具（物理摸型），磁场是客观存在的，磁感线是一种工具。

3、磁感线的性质：

磁感线上任意一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同（该点处磁场方向、磁感应强度方向、磁感线的切线方向、小磁针北极受力方向、小磁针静止时N极指向都是同一个方向）；

任何两条磁感线不相交、不相切；

任何一根磁感线都不中断，是闭合曲线；

磁感线在磁体的外部是N极指向S极，在内部是S极指向N极；

磁感线的稀密表示磁场的强弱，磁感线越密处磁场越强，反之越弱；

磁感线并不真实存在，但其形状可以用实验模拟；

没有画出磁感线的地方，并不等于没有磁场。

3、熟悉几种常见磁场的磁感线的分布：

蹄形磁体的磁场、条形磁体的磁场、直线电流的磁场、环形电流的磁场、通电螺电管的磁场。

4、地磁场：

要明白三个问题：

（磁极位置?

赤道处磁场特点?

南北半球磁场方向?

（1）地球是一个巨大的磁体、地磁的N极在地理的南极附近，地磁的S极在地理的北极附近；

（2）地磁场的分布和条形磁体磁场分布近似；

（3）在地球赤道平面上，地磁场方向都是由北向南且方向水平（平行于地面）；

（4）近代物理研究表明地磁场相对于地球是在缓慢的运动和变化的；

地磁场对于地球上的生命活动有着重要意义。

三、电流的磁场、安培定则

1、直线电流的磁场。

磁感线是以导线为圆心的同心圆，其方向用安培定则判定：

右手握住导线，让伸直的大姆指指向电流方向，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。

直线电流周围空间的磁场是非匀强磁场，距导线近，磁场强；

距导线远，磁场弱。

2、环形电流的磁场。

右手握住环形导线，弯曲的四指和环形电流方向一致，伸直的大姆指所指方向就是环形电流中心轴线上磁感线的方向。

3、通电螺线管的磁场。

右手握住螺线管，让弯曲的四指指向电流方向，伸直的大姆指的指向为螺线管内部磁感线方向；

长通电螺线管内部的磁感线是平行均匀分布的直线，其磁场可看成是匀强磁场，管外空间磁场与条形磁体外部空间磁场类似。

四、磁感应强度

磁场的最基本性质是对放入其中的电流有磁场力的作用。

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。

1、定义：

在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L之乘积IL的比值叫做磁感应强度，

定义式为。

（条件是匀强磁场中，或ΔL很小，并且L⊥B）

磁感应强度是矢量。

单位是特斯拉，符号为T，1T=1N/（Ažm）=1kg/（Ažs2）

2、对定义式的理解：

（1）定义式中反映的F、B、I方向关系为：

B⊥I，F⊥B，F⊥I，则F垂直于B和I所构成的平面。

（2）定义式可以用来量度磁场中某处磁感应强度，不决定该处磁场的强弱，磁场中某处磁感应强度的大小由磁场自身性质来决定。

（3）磁感应强度是矢量，其矢量方向是小磁针在该处的北极受力方向，与安培力方向是垂直的。

（4）如果空间某处磁场是由几个磁场共同激发的，则该点处合磁场（实际磁场）是几个分磁场的矢量和；

某处合磁场可以依据问题求解的需要分解为两个分磁场；

磁场的分解与合成必须遵循矢量运算法则。

3、匀强磁场：

磁感强度的大小处处相等，方向都相同的区域。

两个较大的异名磁极之间（除边缘外），长直通电螺线管内部（除两端外）都是匀强磁场。

匀强磁场的磁感线是平行等距的直线。

五、磁通量、磁通密度

1、磁通量的定义：

如果在磁感应强度为B的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，其面积为S，则定义B与S的乘积为穿过这个面的磁通量，用Φ表示。

可以认为磁通量就是穿过某面积的磁感线的条数叫做穿过这一面积的磁通量。

2、磁通量的计算公式：

若面积S所在处为匀强磁场B，磁感应强度方向又垂直面积S，则穿过面积S的磁通量为φ=B·

S。

若面积S与垂直于磁场方向的平面间的夹角为θ，则穿过S的磁通量φ＝B·

S⊥＝BScosθ；

若S与B之间的夹角为α，则φ＝B·

S⊥＝BSsinα；

无论采用哪一种公式计算，关键把握住“线圈的有效面积——线圈平面沿磁场方向的投影”

若平面S与磁场B平形，则φ=0

3、磁通量是标量，没有方向，但有正负。

若规定磁感线从某一边穿过平面时磁通量为正，则反方向穿过平面的磁通量就为负，当某面上同时有正反两个方向的磁感线穿过时，则穿过该面的实际磁通量为正负磁通量的代数和，φ＝φ正－φ负。

4、穿过某一线圈（多匝时）平面的磁通量的大小与线圈的匝数无关。

穿过任意闭合曲面的总磁通量总是为零（如：

穿过地球表面的总磁通量为零）。

5、在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯（Wb）：

1Wb＝1T·

m2＝1N·

m2/A·

m＝1N·

m/A＝1J/A＝1V·

A·

S/A＝1V·

6、磁通密度：

垂直穿过单位面积上磁感线的条数（φ/S⊥）叫磁通密度。

由φ＝B·

S⊥，有B＝φ/S⊥，

故磁感应强度也叫磁通密度。

磁通密度是从磁感线的稀密角度来描述磁场强弱的。

国际单位制中规定：

垂直穿过1m2面积上的磁感线条数为1根时，该面上的磁感应强度为1T（1T＝1Wb/m2）。

六、磁场对电流的作用

1、安培力：

磁场对电流的作用叫安培力。

2、安培力的大小：

（1）安培力的计算公式：

F＝BILsinθ，θ为磁场B与直导体L之间的夹角。

（2）当θ＝90°

时，导体与磁场垂直，安培力最大Fm＝BIL；

当θ＝0°

时，导体与磁场平行，安培力为零。

（3）F＝BILsinθ要求L上各点处磁感应强度相等，故该公式一般只适用于匀强磁场。

3、安培力的方向：

（1）安培力方向用左手定则判定：

伸开左手，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么大拇指所指的方向就是通电导体在磁场中的受力方向。

（2）F、B、I三者间方向关系：

已知B、I的方向（B、I不平行时），可用左手定则确定F的唯一方向：

F⊥B，F⊥I，则F垂直于B和I所构成的平面（如图所示），但已知F和B的方向，不能唯一确定I的方向。

由于I可在图中平面α内与B成任意不为零的夹角。

同理，已知F和I的方向也不能唯一确定B的方向。

（3）用“同向电流相吸，反向电流相斥”（反映了磁现象的电本质）。

只要两导线不是互相垂直的，都可以用“同向电流相吸，反向电流相斥”判定相互作用的磁场力的方向；

当两导线互相垂直时，用左手定则判定。

4、安培力的作用点：

安培力是分布在导体的各部分，但直导线在匀强磁场中受安培力的作用点是导体受力部分的几何中心。

例1：

在倾角为α的光滑斜面上，放一根通电导线AB，电流的方向为A→B，AB长为L，质量为m，放置时与水平面平行，如图11—1—10所示，将磁感应强度大小为B的磁场竖直向上加在导线所在处，此时导线静止，那么导线中的电流为多大?

如果导线与斜面有摩擦，动摩擦因数为μ，为使导线保持静止，电流I多大?

（μ＜tanα）

图11—1—10图11—1—11

【解析】在分析这类问题时，由于B、I和安培力F的方向不在同一平面内，一般情况下题目中所给的原图均为立体图，在立体图中进行受力分析容易出错，因此画受力图时应首先将立体图平面化.本题中棒AB所受重力mg、支持力FN和安培力F均在同一竖直面内，受力分析如图11—1—11所示.由于AB静止不动，所以

FNsinα=F=BIL①FNcosα=mg②由①②得导线中电流I＝tanα

如果存在摩擦的话，问题就复杂得多.当电流I＜tanα时，AB有向下滑的趋势，静摩擦力沿斜面向上，临界状态时静摩擦力达到最大值Ff1=μFN1.当电流I＞tanα时，AB有向上滑的趋势，静摩擦力沿斜面向下，临界状态时Ff2=μFN2.

第一种临界情况，由平衡条件得：



沿斜面方向mgsinα=F1cosα+Ff1 ③

垂直于斜面方向

FN1＝mgcosα＋F1sinα ④

又Ff1=μFN1；

F1＝I1LB ⑤由③④⑤得，I1＝

第二种情况，同理可列方程

mgsinα+Ff2=F2cosα⑥FN2＝mgcosα+F2sinα⑦Ff2=μFN2；

F2=I2LB ⑧

由⑥⑦⑧得，I2＝

所求条件为：

≤I≤

【思考】

（1）题目中所给的条件μ＜tanα有什么作用?

若μ＞tanα会出现什么情况?

（2）若磁场B的方向变为垂直斜面向上，本题答案又如何?

【思考提示】

（1）μ＜tanα说明mgsinα＞μmgcosα，若导体中不通电，则它将加速下滑，所以，为使导体静止，导体中的电流有一最小值，即I≥.若μ＞tanα，则mgsinα＜μmgcosα，则即使I=0，导体也能静止，即电流的取值范围为0≤I≤.

（2）若磁场B的方向变为垂直斜面向上，则安培力沿斜面向上，对导体棒将要沿斜面下滑的情况，由平衡条件得

mgsinα=μmgcosα+BI1L解得I1=

对导体棒将要上滑的情况，由平衡条件得mgsinα+μmgcosα=BI2L

解得I2=

所以，在磁场B与斜面垂直时，为使导体静止，电流的取值范围为

针对练习：

如图11—1—9所示，导线ab固定，导线cd与ab垂直且与ab相隔一段距离.cd可以自由移动，试分析cd的运动情况.

图11—1—9

七、疑难辨析

1.磁场中某位置的磁感应强度的大小及方向是客观存在的，与放入的电流I的大小、导线的长短即L的大小无关，与电流受到的力也无关，即便不放入载流导体，它的磁感应强度也照样存在.因此不能说B与F成正比，或B与IL成反比.磁感应强度B是矢量，遵守矢量分解合成的平行四边形定则.注意磁感应强度的方向就是该处的磁场方向，并不