1、第三章 磁场一、磁现象和磁场【要点导学】1、本节学习有关磁场的基本知识，通过回顾磁学的发展历史和初中学过的磁学知识，应该掌握磁场的基本概念、磁感线及其物理意义、知道磁铁、电流和地球磁场的磁感线分布情况，并会用安培定则判定磁场方向2、基本磁学概念：磁性： 的性质。磁极： 。磁场：磁体周围空间存在_，它的基本性质是对放在其中的磁体或电流有_的作用，一切磁相互作用都是一种非直接接触的相互作用，必须通过_来实现。3、描述磁场分布的常用工具磁感线描述电场用电场线，描述流体用流线，描述磁场用磁感线。磁感线是指在磁场中引入的一系列曲线，其上每一点的_方向表示该点的磁场方向，也是小磁针静止时_的指向磁感线在磁
2、铁外部由_极到_极，在磁铁内部由_极到_极，构成一闭合的曲线。磁感线越密处磁场越_，磁感线越疏处磁场越_.4、确定电流产生磁场的方向安培定则安培定则又称为右手螺旋定则，是确定电流磁场的基本法则，不仅适用于通电直导线，同时也适用于通电圆环和通电螺线管对于通电直导线的磁场，使用时大拇指指向表示_方向，弯曲的四指方向表示_的方向；对于通电圆环或通电螺线管，弯曲的四指方向表示_方向，大拇指的指向表示螺线管内部的_方向5、几种常见的磁场的磁感线分布图直线电流的磁场如图3-1-1所示为直线电流的磁感线分布图，右手握住直导线，伸直的大拇指方向与 一致，弯曲的四指方向就是通电直导线在周围空间产生的 的方向通电
3、直导线在周围产生的磁场是不均匀分布的，垂直于直导线方向，离直导线越远，磁场 ；反之越强环形电流的磁场如图3-1-2所示，右手弯曲的四指方向与 方向一致，伸直的大拇指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向，大拇指指向磁 的位置螺线管是由多个环形串联而成，所以通电螺线管与环形电流的磁场的确定的方法是相同的运动电荷的磁场电流是由电荷的定向移动形成的，电流的磁场实质是运动电荷产生的氢原子核外的电子由于受到库仑力的作用，绕氢原子核做匀速圆周运动，产生的电流相当于一个环形电流，由于在一个周期内电子通过环上任意一个截面一次，根据电流强度的定义，电流强度大小为 I=e/T 圆周运动周期满足 ke2/r2=m
4、(2/T)2r，判断该环形电流的磁场方向时，必须注意，弯曲的四指必须与负电荷运动的方向相反，即指向正电荷运动的方向。地球磁场地磁场的磁感线的分布与条形磁铁、通电螺线管的磁场相似如图3-1-3所示，与地理南极对应的是地磁北极，与地理北极对应的是地磁南极（不计磁偏角时） 。一对条形磁铁组成的磁场分布（如图3-1-4）匀强磁场如果某个区域里磁感应强度大小_，且_相同，这个区域里的磁场叫做匀强磁场,匀强磁场的磁感线是一组平行且_的直线匀强磁场是一种理想化的模型，大的异名磁极之间的磁场、通电螺旋管内部（扣除边缘区域）的磁场可以近似看作匀强磁场处理，如图3-1-5所示6、关于磁偏角指南针并不指向地球的正南
5、和正北公元11世纪，我国科学家通过长期的观察发现，指南针的指向并不是地球的正南和正北，而是略微偏离一点也就是说地的两极和地磁的两极并不重合，这个偏差，在现代科学技术中可以用磁偏角来描述如图3-1-6所示，地理南北极与地磁南北极并不重合，地磁的北极（N 极）在南半球南纬70 010/和东经150 045/的地方，地磁的南极（S 极）在北半球北纬70050/和西经96 0的地方通过磁针静止位置所作的竖直平面叫做地磁子午面，地磁子午面和地理子午面做夹的角度叫做磁偏角实际测量的结果指出，地球各处的磁偏角不同【范例精析】例1、做奥斯特实验时，把小磁针放在水平的通电直导线的下方，通电后发现小磁针不动，用手
6、拨动一下小磁针，小磁针转动180 o后静止不动，由此可知通电直导线放置情况是 ( )A东西向 B南北向 C正西南 D正西北解析：由于地球磁场的作用，小磁针静止时 N 极指向地球的北极，如果通电导线是南北方向放置的，则不论电流方向指向南还是指向北，小磁针静止时将偏离南北方向而指向东西方向，即磁针转动的角度接近90 0。如果通电导线是东西方向放置，通以由东向西的电流，则小磁针北极静止时仍然指向地理的北极；如果通以由西向东的电流，则小磁针静止时北极指向地理的南极。所以本题中的通电导线应东西方向放置，答案 A 是正确的。拓展：磁针的偏转是由于受到磁场的作用，做奥斯特实验时的磁针既受到地球磁场的作用，又
7、受到通电直导线的磁场力的作用，如果导线东西方向放置（电流也是在东西方向上） ，则有可能出小磁针不发生新的偏转，从而误认为电流不能产生磁场，为了有效地演示电流产生的磁场使小磁针偏转的效果，演示奥斯特实验时，要求导线南北方向放置。例2、如图3-1-7所示，在全自动洗衣机中，排水阀由程序控制器控制其动作的当洗衣机进行排水和脱水工序时电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁心2动作，牵引排水阀的活塞，排除污水牵引电磁铁结构如图所示以下正确的是( ) (A)若 a,b 初输入交变电流，铁心2不能吸入线圈中(B)若 a,b 初输入交变电流，铁心2能吸入线圈中(C)若某时刻输入控制电流时，a 为正，b 为负,则铁心2
8、的 B 为 S 极(D)若某时刻输入控制电流时，a 为正，b 为负,则铁心2的 B 为 N 极解析：只要电磁铁通电就具有磁性，就可能吸合铁心，因此答案 B 是正确的；根据初中学过的右手螺旋定则可知，若输入控制电流时，a 为正，b 为负,则铁心2的右端 B 为 N 极，答案 D 是正确的。拓展：电磁铁是磁性的一种应用，常用的电磁铁大多做成形，目的是让它两个磁极可以同时吸引物体巨大的电磁铁里可以通以强大的电流，从而产生强大的磁场，充当电磁起重机的提手，吸引起很重的铁块例3、已知电流磁场的磁感应线方向或 N、S 极方向，请在图3-1-8上标出电流方向。解析： 根据安培定则，各图中的电流方向如图3-1
9、-9所示。拓展： 应用安培定则时，对于通电直导线的磁场，大母指指向表示电流的方向，弯曲的四指方向表示磁感线的环绕方向；对于通电圆环或通电螺线管，弯曲的四指方向表示电流方向，大拇指的指向表示螺线管内部的磁感线方向例4、 如图3-1-10 所示的电路中，当开关 S 断开时，螺线管中的小磁针的N 极指向如图所示，当开关 S 闭合后，试确定小磁针的 N 极指向。解析： 由于小磁针放在通电螺线管的内部，就涉及螺线管的内部磁场方向问题根据安培定则，螺线管的内部磁感线方向是向左的，所以小磁针静止时，北极应指向左端拓展：部分同学用安培定则确定了通电螺线管左端为北极后，就肯定地回答小磁针静止时，北极应指向右端，
10、这是没有区分内磁场和外磁场的结果，是受了习惯思维的影响由于磁感线是闭合的，在内部磁场中，磁感线由南极经过内部空间回到北极例5、电视机显象管的偏转线圈示意图3-1-11，此时电流方向如图所示。试画出线圈中心的磁场方向。答案：竖直向下【能力训练】1首先发现电流产生磁场的科学家是( C )（A）牛顿 （B）阿基米德 （C）奥斯特 （D）伏特2如图3-1-12所示,一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针的上方时,磁针的 S 极向纸内偏转,这一带电粒子束可能是( BC )(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3关于磁感线的概念和性质，以下说法中正
11、确的是( A )(A)磁感线上各点的切线方向就是小磁针静止时北极的指向(B)磁场中任意两条磁感线有可能相交(C)铁屑在磁场中的分布所形成的曲线就是实际存在的磁感线(D)磁感线总是从磁体的 N 极发出终止于磁体的 S 极4在图3-1-11 中，已知下列各图中的电流方向，请画出相应的磁感线。5不接触的磁体间的相互作用力，是通过 而发生的，发现电流磁效应的实验是由物理学家 完成的。磁场，奥斯特6如图3-1-12 所示，可以自由转动的小磁针静止不动时，靠近螺线管的是小磁针的_极。若将小磁针放到螺线管内部，小磁针指向与图示位置时的指向相_（填“同”或“反” ） 。N、同7如图3-1-13 所示通电螺线管
12、，试标出它的 N、S 极.并在 A(螺线管内部一点)，B，C ， D 四点上各画一小磁针，标出当它们平衡时， N 极的指向。8如图3-1-14所示，一个电子做逆时针方向的圆周运动。请标出圆心处产生的磁场方向及小磁针南极的转动方向。9地球是一个大磁体：（1）试在图3-1-15 画出地球磁场的磁感线大致分布图，不考虑磁偏角（即认为磁轴和地轴重合）（2）19世纪20年代，以塞贝克（数学家）为代表的科学家已认识到：温度差会引起电流，安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差，从而提出如下假设：地球磁场是由地球的环形电流引起的，则该假设中的电流方向是（注：磁子午线是地球磁场 N 极与 S 极在
13、地球表面的连线）( B )（A）由西向东垂直磁午线（B）由东向西垂直磁子午线（C）由南向北沿磁子午线 （D）由赤道向两极沿磁子午线方向10很多矿藏资源都是共生的，也就是说好几种矿物质混合的一起，它们具有不同的磁性。利用这个特点，人们开发了磁选机，将混在一起的不同磁性的矿物质分开，实现了磁性选矿，如图3-1-16为磁选机图，试简述其工作原理。不同成分矿物质的不同磁性以及磁性强弱的差别，用磁铁吸引这些物质，那么它们所受到的吸引力就有所区别，就可以将他们分开来。二、磁感应强度【要点导学】1、本节通过研究磁场对通电导线的作用力来定义磁感应强度。本节中用控制变量的方法来研究磁场对通电导线的作用力，这是物
14、理学研究的常用方法。通过学习应正确理解磁感应强度 B 的定义、单位、矢量性和决定因素。会用公式 F=BIL 解答有关问题2、磁感应强度：将一小段通电直导线垂直磁场放置时，其受到的磁场力 F与电流强度 I 成_、与导线的长度 L 成_，其中 F/IL 是与通电导线长度和电流强度都_的物理量，它反映了该处磁场的_，定义 F/IL 为该处的_.其单位为_，方向为该点的磁感线的_,也是小磁针在该处静止时 N 极的_。【范例精析】例1、一小段通电直导线放在空间某个区域中不受到安培作用，能否说导线所在的区域的磁感应强度为零？解析： 根据安培力的计算公式 F=BILsin，导致安培力等于零的可能有两种：（1
15、）该处的磁感应强度为零；（2）导线与磁感线平行（=0 0或180 0） ，因此不能肯定该处的磁感应强度一定为零拓展： 在电场中某点电荷不受电场力，可以肯定该点的电场强度等于零；磁场力比电场力复杂，通电导线与磁感线平行时是不受到安培力的，真是由于这一缘故，我们不能从安培力为零来推证磁感应强度也一定为零 例2、 试比较电场强度的定义 E=F/q 和磁感应强度的定义 B=F/IL 有什么相似之处。解析： 电场强度和磁感应强度都是按照比值法来定义的，它们都体现了比值与试探电荷（或一小段通电直导线）无关的本质，比值的大小和方向完全有电场或磁场本身决定。拓展： 物理学中用比值法来定义的物理量很多，例如：物
16、质的密度、物质的比热容、电容器的电容、导体的电阻等等，凡是用比值来定义的物理量遵循同样的规律，比值与分子、分母所代表的物理量的具体大小无关，因此不能单纯从数学角度来理解这些物理概念，如不能理解为电场强度 E 与试探电荷受到的电场力 F 成正比，与试探电荷的电量成反比。【能力训练】1关于磁感强度下列说法中正确的是（ D ） （A）由 B=F/IL 知，磁场中某点的磁感强度的大小与 IL 的乘积成反比，与 F 成正比（B）无论 I 的方向如何都可由 B=F/IL 求磁感强度的大小（C）磁场中某处磁感强度方向与通电导线在该处的安培力的方向相同（D）磁场中某点的磁感强度大小是由磁场本身因素决定的，而与
17、有无检验电流无关2磁感应强度单位是特斯拉，1特斯拉相当于（ A ） (A) 1kg/As2 (B) 1kgm/As2 （ C）1kgm 2/s2 (D) 1kgm2/As23关于磁感应强度，下列说法正确的是：（ C ）A磁感应强度只是描述磁场的强弱的物理量B通电导线所受磁场力为零，该处磁感应强度一定为零C通电导线所受磁场力为零，该处磁感应强度不一定为零 D放置在磁场中 lm 的导线，通过 lA 的电流，受到的力为 1N 时，该处磁感应强度就是1T 4一根导线长02m，通以3A 的电流，在磁场中某处受到的最大的磁场力是610 -2N，则该处的磁感应强度 B 的大小是_T如果该导线的长度和电流都减
18、小一半，则该处的 B 的大小是_T110-1，110 -15在赤道上，地球磁场磁感应强度的大小是0.510 -4T，则沿东西方向、长为20m，通有由西向东30A 电流的水平导线，受地磁场作用力的大小为_。310-2N6如图3-2-1所示，在一个盛稀硫酸的大容器中浮着一个软木塞，在木塞中插入一片锌片和铜片，它们的上部用一个小的铜线圈连起来，问在地磁场的作用下线圈将停在什么方向？南北方向提示：锌片和铜片插入稀硫酸中，相当于一个电池（化学中的原电池） ，对线圈通电，线圈相当于一个地磁场中用下一个小磁针7.电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图3-2-2，1982年澳大利亚国立大学制成了能把2.2g 的弹体（包括金属杆 EF 的质量）加速到10km/s 的电磁炮（常规炮弹速度约为2km/s） ，若轨道宽2m，长100m ，通过的电流为10A，则轨道间所加磁场的磁感应强度为_T,磁场力的最大功率 P=_W （轨道摩擦不计）55T 1.1107W
