1、 1 第三章 磁场 第一节 磁现象和磁场 一 磁现象 学科网 （ 1） 指南针的发明 和作用就是根据磁现象 学科网 （ 2）生活中的磁现象： 磁盘、磁带、磁卡、门吸、电动机、电流表 。 学科网 （ 3）磁极：能吸引铁质物体的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体，磁体中磁性最强的区域叫磁极。 学科网 二 电流的磁效应 学科网 （ 1） 磁极间的相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引 .（与电荷类比） 学科网 （ 2） 电流的磁效应 ：电流通过导体时导体周围存在磁场的现象 (奥斯特实 验 )。 学科网 三 磁场 学科网 （ 1） 磁场的概念：磁体周围存在的一种特殊物质（看不见摸不着，是物质存
2、在的一种特殊形式）。 学科网 （ 2） 磁场的基本性质：对处于其中的磁极和电流有力的作用 . 学科网 （ 3） 磁场是媒介物：磁极间、电流间、磁极与电流间的 相互作用是通过磁场发生的。 学科网 学科网 四 磁性的地球 学科网 地球是一个巨大的磁体，地球周围存在磁场 -地磁场。地球的地理两极与地磁两极不重合（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），其间存在磁偏角。 地磁体周围的磁场分布情况和条形磁铁周围的磁场分布情况相似。 学科网 宇宙中的许多天体都有磁场。月球也有磁场。 学科网 学 科网 第二节 磁感应强度 学科网 一 磁感应强度的方向 学科网 （ 1）让 小磁针处于条
3、形磁铁产生的磁场和竖直方向通电导线产生的磁场中的各 个点 时， 小磁针的 N 极所指的方向不同，来认识磁场具有方向性，明确磁感应强度的方向的规定。学科网 （ 2）小磁针静止时 N 极所指的方向规定为该点的磁 感应强度 方向。也就是说，磁场总是从N 极出发，回到 S 极。 学科网 （ 3） 磁场是一个闭合场 学科网 二 磁感应强度的大小 学科网 磁感应强度的大小（ 表征磁场强弱的物 理量 ） 学科网 （ 1） 定义： 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的力（安培力） F 跟电流 I 和导线长度 L 的乘积 IL 的比值叫磁感应强度。符号： B 学科网 说明： 如果导线很短很短， B 就是导线
4、所在处的磁感应强度。其中， I 和导线长度 L 的乘积 IL 称 电流元。 学科网 （ 2）定义式： ILFB 学科网 （ 3）单位：在国 际单位制中是特斯特，简称特，符号 T. 1T=N/A m 学科网 （ 4）物理意义：磁感应强度 B 是表示磁场强弱的物理量 . 学科网 2 对 B 的定义式的理解： 学科网 换句话说，在 非匀强磁场中比值 F/IL 是因点而异的，也就是在磁场中某一确定位置处，无论怎样改变 I 和 L， F 都与 IL 的乘积大小成比例地变化，比值 F/IL跟 IL 的乘积大小无关。因此，比值 F/IL 的大小反 映了各不同位置处磁场的强弱程度，所以人们用它来定义磁场的磁感
5、应强度。还应说明 F 是 指通电导线电流方向跟所在处磁场方向垂直时的磁场力，此时通电导线受到的磁场力最大。 学科网 公式 B= F/IL 得出磁场中某点的 B 与 F 成正比，与 IL成反比的错误结论。 学科网 对于确定的磁场中某一位置来说， B 并不因探测电 流和线段长短 （电流元） 的改变而改变，而是由磁场自身决定的；比值 F/IL 不变这一事实正反映了所量度位置的磁场强弱程度是一定的。 学科网 学科网 第三节 几种常见的磁场 学科网 一 磁感线 学科网 （ 1）磁感线的定义 学科网 在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的 磁感应强度 的方向一致，这样的曲线叫做磁感线。
6、学科网 （ 2）特点： 学 科网 A、磁感线是闭合曲线，磁铁外部的磁感线是从北极出来，回到磁铁的南极，内部是从南极到北极 . 学科网 B、每条磁感线都是闭合曲线，任意两条磁感线不相交。 学科网 C、磁感线上每一点的切线方向都表示该点的磁场方向。 学科网 D、磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小 学科网 二 几种常见的磁场 学科网 （ 1）几种常见磁场的磁感线 学科网 学科网 学科网 学科网 学科网 学科网 学科网 学科网 学科网 学科网 学科网 （ 2）电流的磁场与 安培定则 学科网 直线电流周围的磁场 学科网 在引导学生分析归纳的基础上得出 学科网 直线电流周围的磁感线： 是一些以导线上各点
7、为圆心的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上 .（图 3） 学科网 直 线电流的方向和磁感线方向之间的关系可 用安培定则（也叫右手螺旋定则）来判定：3 用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向 . 学科网 环形电流的磁场 学科网 环形电流磁场的磁感线：是一些围绕环形导线的闭合曲线，在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直（图 4）。 学科网 环形电流的方向跟中心轴线上的磁感线方向之间的关系 也可以用安培定则来判定：让右手弯曲的四指和和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向 . 学科网
8、通电螺线管的磁场 . 学科网 通电螺线管磁场的磁感线：和条形磁铁外部的磁感线相似，一端相当于南极，一端相当于北极；内部的磁感线和螺线管的轴线平行，方向由南极指向北极，并和外部的磁感线连接，形成一些环绕电流的闭合曲线（图 5） 学科网 通电螺线管的电流方向和它的磁感线方向之间的关系，也可用安培定则来判定： 用右手握住螺线管，让弯曲四指所指的方向和电流的方向一致，则大拇指所指的方向就是螺线管的北极（螺线管内部磁感线的方向） . 学科网 电流磁场（和天然磁铁相比）的特点：磁场的有无可由通断电来控制；磁场的极性可 以由电流方向变换；磁场的强弱可由电流的大小来控制。 学科网 三 安培分子电流假说 学科网
9、 （ 1） 安培分子电流假说 学科网 对 分子电流，结合环形电流产生的磁场的知识及安培定则， 安培得出 物体原子中电子围绕原子核做圆周运动，同时产生了磁场；一般物质的分子电流排列是杂乱无章的，具有磁性的物质分子电流排列整齐。 学科网 （ 2） 安培假说能够解释的一些问题 学科网 金属的磁化和退磁现象。 学科网 说明： “ 假说 ” ，是用来说明某种现象但未经实践证实的命题。在物理定律和理 论的建立过程中，“假说”，常常起着很重要的作用，它是在 一定的观察、实验的基础上概括和抽象出来的。安培分子电流的假说就是在奥斯特的实验的启发下，经过思维发展而产生出来的。 学科网 （ 3） 磁现象的电本质：磁
10、铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的 学科网 四 匀强磁场 学科网 （ 1） 匀强磁场 ： 如果磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的平行直线。 学科网 （ 2）两种情形的匀强磁场： 即距离很近的两个异名磁极之间除边缘部分以外的磁场；相隔一定距离的两个平行线圈 (亥姆霍兹线圈 )通电时，其中间区域的 磁场 P92图 3.3-7，图 3.3-8。五 .磁通量 学科网 （ 1）定义： 磁感应强度 B 与线圈面积 S 的乘积，叫穿过这个面的 磁通量 （ 是重要的基本概念 ） 。 学科网 （ 2）表达式 ： =BS学科网 注意：
11、对于磁通量的计算要注意条件，即 B 是匀强磁场或可 视为匀强磁场的磁感应强度，S 是线圈面积在与磁场方向垂直的平面上的投影面积。 学科网 磁通量是标量， 但 有正、负之分，可举特例说明。 学科网 （ 3）单位：韦伯，简称韦，符号 Wb 1Wb = 1Tm 2 学科网 （ 4）磁感应强度的另一种定义（ 磁通密度 ） :即 B = /S学科网 上式表示 磁感应强度 等于穿过单位面积的 磁通量 ，并且用 Wb/m2做单位（ 磁感应强度的另一种 单位）。所以： 1T = 1 Wb/m2 = 1N/Am 学科网 4 第四节 磁场对通电导线的作用力 安培力：磁场对电流的作用力。 一 安培力的方向 （ 1）
12、安培力的方向和磁场方向、电流方向有关系 . （ 2） 安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面 . 人们通过大量的实验研究，总结出通电导线受 安培力方向和电流方向、磁场方向存在着一个规律一一左手定则 左手定则 ：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且跟手掌在同一个平面内，把手放人磁场中，让磁感线垂直穿人手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么，拇指所指的方向，就是通电导线在磁场中的受力方向 一般情形的安培力方向法则介绍 结论：电流和磁场可以不垂直，但安培力必然和电流方向垂直，也和磁场方向垂直，用左手定则时，磁场不一定垂直穿过手
13、心，只要不从手背传过就行。 至于大小法则，如果电流和磁场不垂直，则将磁场进行分解，取垂直分量代入公式即可；从这个角度不难理解 思考：如果电流和磁场平行，那么安培力是多少？ 二 安培力的大 小 通电导线（电流为 I、导线长为 L） 和磁场（ B）方向垂直时，通电导线所受的安培力的大小： F = BIL（最大） 两种特例：即 F = ILB(I B)和 F = 0(IB) 。 一般情况：当磁感应强度 B 的方向与导线成角时，有 F = ILBsin 注意： 尽管公式 F=ILB是从公式 B=F/IL变形而得的，但两者的物理意义却 有不同。 公式 B=F/IL 是根据放置于给定磁场中的给定点上的检验
14、电流 (电流元 )受力情况， 来确定这一位置的磁场的性质， 它对任何磁场中的任何点都是适用的。 公式 F=ILB 则是在已 知 磁场性质的基础上，确定在给定位置上给定的一小段通电直导线的受力情况，在中学阶段，它只适用于匀强磁场。 物理公式在作数学的等价变形时，其物理意义和适用范围将会发生变化。 这是应用数学知识解决物理问题时所要引起注意的问题，但却往往被人们所忽视。 注意安培力与库仑力的区别 ： 电荷在电场中某一点受到的库仑力是一定的， 方向与该点的电场方向要么相同，要么相反。 而电流在磁场中某处受到的磁场力，与电流在磁场中放置的方向有关，电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；
15、电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大， 等于 BIL，一般情况下的安培力大于零，小于 BIL，方向与磁场方向垂直。 第五节 磁场对运动电荷的作用 一洛伦 兹力的方向和大小 （ 1） 洛伦 兹力 ：运动电荷在磁场中受到的作用力 . 通电导线在磁场中所受安培力是洛伦兹力的宏观表现 . 5 判定安培力方向。（上图甲中安培力方向为垂直电流方向向上，乙图安培力方向为垂直电流方向向下） 电流方向和电荷运动方向的关系 .（电流方向和正电荷运动方向相同，和负电荷运动方向相反） 安F 的方向和洛伦兹力方向关系 .（ 安F 的方向和正电荷所受的洛伦兹力的方向相同，和负电荷所受的洛伦兹力的方向相反。） 试分
16、析：电荷运动方向、磁场方向、洛伦兹力方向的关系。 （ 2）洛伦兹力方向的判断 左手定则 伸开左手，使大拇指和其余四指垂直且处于同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，若四指指向电荷运动的方向，拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向，负电荷受力的反方向。 试判断下图中所示的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向： （ 3）洛伦兹力的大小 洛伦兹力的计算公式 ： （ 1）当粒子运动方向与磁感应强度垂直时（ v B） F = Bqv （ 2） 当粒子运动方向与磁感应强度方向成 时（ v B） F = Bqvsin 上两式各量的单位： F 为牛（ N）， q 为库伦（ C）， v 为米
17、 /秒（ m/s） , B 为特斯拉（ T） 第六节 带电粒子在匀强磁场中的运动（ ） 当带电粒子的初速度方向与磁场方向垂直时，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。 一 带电粒子在匀强磁场中的运动 （ 1）运动轨迹 ： 沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，粒子在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动，此洛 伦兹力不做功 . （ 2）轨道半径和周期 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径及周期公式 . 粒子做匀速圆周运动所需的向心力 rvmF 2 是由粒子所受的洛伦兹力提供的， 可知 rvmBqv 2 由此得出qBmvrqBmv rT 22可得qBmT 26 注意：在解决这类问题时，如何确定圆
18、心、画出粒子的运动轨迹、半径及圆心角，找出几何关系是 解题的关键。 第 七 节 带点粒子在复合场中的运动 复合场 =电场 +磁场；所以可以把复合场分解成磁场和电场来分别分析。 一电场 带点粒子在电场中运动分为两种： 1加速、减速、匀速、静止。 特征： 受力方向和运动方向平行；即速度方向与电场方向平行。 平衡（匀速，静止）： mgEq 匀变（加速，减速）： 202 2121 mvmvUq mUqvv 220 （ 0v 是初速度） 可知：出场速度只与 U 和 mq 有关，与电场形式无关 对于匀强电场： mEqa 2偏转运动（类平抛） 特征： 受力方向与速度方向垂直；即电场方向与速度方向垂直。 垂直
19、电场方向：运动时间0vlt （ l 是电场的边界长度， 0v 是粒子的初速度） 沿电场方向：加速度 mEqa 运动时间 ayt 2 （ y 是沿电场方向的位移） 沿电场方向的位移 20 )(2 vlmEqy 末速度： 22 yx vvv 末速度与水平方向的夹角：2tan xxxy vE q lvatvv 二磁场 带电粒子在磁场中坐匀速圆周运动。 222 4 T RmRvmFB q vF 向心洛在解决此类题型中，我们对于题目的把握主要来 源于粒子在磁场中的运动，也就是说只要分析清楚粒子在磁场中的情况，该类题目就解决 80%了。 所以这种题目的突破点往往在于粒子在磁场中的运动。 我们首先通过题目所给的条件（包括相切，相交，过几点等），要找到的是圆心，这是7 纯几何问题，当你找到圆心时，可以通过其他的物理公式来求解其他的物理量并分析其物理过程。 注：题目中经常出现（轻质，不计重力等条件）
