磁場(chǎng)基礎(chǔ)知識(shí)

1、精品文檔十一、磁場(chǎng)1. 磁場(chǎng)(1) 磁場(chǎng) :磁場(chǎng)是存在于磁體、 電流和運(yùn)動(dòng)電荷周圍的一種物質(zhì). 永磁體和電流都能在空間產(chǎn)生磁場(chǎng) .變化的電場(chǎng)也能產(chǎn)生磁場(chǎng) . ( 2)磁場(chǎng)的基本特點(diǎn) : 磁場(chǎng)對(duì)處于其中的磁體、電 流和運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用 .( 3)磁現(xiàn)象的電本質(zhì) : 一切磁現(xiàn)象都可歸結(jié)為運(yùn)動(dòng)電荷(或電流)之間通過磁場(chǎng)而發(fā)生 的相互作用 .( 4)安培分子電流假說 在原子、分子等物質(zhì)微粒內(nèi)部， 存在著一種環(huán)形電流即分子電流，分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒成為微小的磁體 .(5)磁場(chǎng)的方向：規(guī)定在磁場(chǎng)中任一點(diǎn)小磁針N極受力的方向(或者小磁針靜止時(shí)N極的指向)就是那一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向 .2. 磁感線( 1)在磁場(chǎng)

2、中人為地畫出一系列曲線，曲線的切線方向表示該位置的磁場(chǎng)方向，曲線的 疏密能定性地表示磁場(chǎng)的弱強(qiáng)，這一系列曲線稱為磁感線 .(2) 磁鐵外部的磁感線，都從磁鐵N極出來，進(jìn)入S極，在內(nèi)部，由S極到N極，磁感線是閉合曲線 ; 磁感線不相交 .( 3)幾種典型磁場(chǎng)的磁感線的分布 ： 直線電流的磁場(chǎng) ： 同心圓、非勻強(qiáng)、距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場(chǎng)越弱 . 通電螺線管的磁場(chǎng)：兩端分別是N極和S極，管內(nèi)可看作勻強(qiáng)磁場(chǎng)，管外是非勻強(qiáng)磁場(chǎng). 環(huán)形電流的磁場(chǎng)：兩側(cè)是N極和S極，離圓環(huán)中心越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)越弱. 勻強(qiáng)磁場(chǎng) ： 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小處處相等、方向處處相同 . 勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的磁感線是分布均 勻、方向相同的平行直線 .3. 磁

3、感應(yīng)強(qiáng)度(1) 定義 ： 磁感應(yīng)強(qiáng)度是表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量， 在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線， 受到的磁場(chǎng)力F跟電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度L的乘積IL的比值，叫做通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng) 度，定義式 B=F/IL.單位 T, 1T=1N/ (A m).(2) 磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，即通過 該點(diǎn)的磁感線的切線方向 .(3) 磁場(chǎng)中某位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小及方向是客觀存在的，與放入的電流強(qiáng)度 I 的大小、導(dǎo)線的長(zhǎng)短L的大小無關(guān)，與電流受到的力也無關(guān)，即使不放入載流導(dǎo)體，它的磁感應(yīng)強(qiáng)度也照樣存在，因此不能說B與F成正比，或B與IL成反比.( 4)磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 是

4、矢量， 遵守矢量分解合成的平行四邊形定則， 注意磁感應(yīng)強(qiáng)度的方 向就是該處的磁場(chǎng)方向，并不是在該處的電流的受力方向 .4. 地磁場(chǎng) ： 地球的磁場(chǎng)與條形磁體的磁場(chǎng)相似，其主要特點(diǎn)有三個(gè) ：(1 )地磁場(chǎng)的N極在地球南極附近，S極在地球北極附近.(2) 地磁場(chǎng)B的水平分量(Bx)總是從地球南極指向北極，而豎直分量(By)則南北相 反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下(3) 在赤道平面上，距離地球表面相等的各點(diǎn)，磁感強(qiáng)度相等，且方向水平向北5 .安培力(1 .)安培力大小.f=BIL；,式中.F、B、要兩兩垂直，丄是有效長(zhǎng)度.若載流導(dǎo)體是彎曲導(dǎo). 線.，且導(dǎo)線所在平面與磁感強(qiáng)度方向垂直.

5、，則L指彎曲導(dǎo)線中，始端指向末端的直線長(zhǎng)度；(2 )安培力的方向由左手定則判定(3)安培力做功與路徑有關(guān)，繞閉合回路一周，安培力做的功可以為正，可以為負(fù)，也 可以為零，而不像重力和電場(chǎng)力那樣做功總為零6； 洛倫茲力(1 )洛倫茲力，的大小f=qvB，條件:v丄B；當(dāng)v仁B時(shí)，,f=0-.(2) 洛倫茲力的特性：洛倫茲力始終垂直于V.的方向，所.以.洛倫茲力一定不做.功：(3) 洛倫茲力與安培力的關(guān)系：洛倫茲力是安培力的微觀實(shí)質(zhì)，安培力是洛倫茲力的宏 觀表現(xiàn)；所以洛倫茲力的方向與安培力的方向一樣也由左手定則判定(4) 在磁場(chǎng)中靜止的電荷不受洛倫茲力作用7；帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在帶電粒子只受

6、洛倫茲力作用的條件下(電子、質(zhì)子、a粒子等微觀粒子的重力通常忽略不計(jì))，(1 )若帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)方向平行(相同或相反)，帶電粒子以入射速度 V做勻速直線運(yùn)動(dòng)；(2)若帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)方向垂直，帶電粒子在垂直于磁感線的平面內(nèi)，以入射速率v做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；.軌道半徑公式.：r=mv/qB周期公式.:.T=2.,n m/qB .8；帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)(1) 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng) 帶電粒子所受合外力為零時(shí)，做勻速直線運(yùn)動(dòng)，處理這類問題，應(yīng)根據(jù)受力平衡列方 程求解； 帶電粒子所受合外力恒定，且與初速度在一條直線上，粒子將作勻變速直線運(yùn)動(dòng)，處 理這類問題，根據(jù)洛倫茲力不做功的

7、特點(diǎn)，選用牛頓第二定律、動(dòng)量定理、動(dòng)能定理、能量 守恒等規(guī)律列方程求解；(2) 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng) 當(dāng)帶電粒子在所受的重力與電場(chǎng)力等值反向時(shí)，洛倫茲力提供向心力時(shí)，帶電粒子在 垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；處理這類問題，往往同時(shí)應(yīng)用牛頓第二定律、動(dòng)能定理列方程求解； 當(dāng)帶電粒子所受的合外力是變力，與初速度方向不在同一直線上時(shí)，粒子做非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡既不是圓弧，也不是拋物線，一般處理這類問題，選用動(dòng)能定理或能量守恒列方程求解 由于帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中受力情況復(fù)雜運(yùn)動(dòng)情況多變，往往出現(xiàn)臨界問題，這時(shí)應(yīng)以題目中“最大”、“最高”“至少”等詞語為突破口，挖掘隱含條件，根

8、據(jù)臨界條件列出輔助方程，再與其他方程聯(lián)立求解 十二、電磁感應(yīng)1. 電磁感應(yīng)現(xiàn)象：利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流(1) 產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，即工0. (2 )產(chǎn)生感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)的條件：無論回路是否閉合，只要穿過線圈平面的磁通量發(fā)生變化，線路中就有感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源(2) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如果回路閉合，則有感應(yīng)電流，回路不閉 合，則只有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)而無感應(yīng)電流2. 磁通量(1)定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直磁場(chǎng)方向的面積 S的乘積叫做穿過這個(gè)面的磁 通量，定義式：=BS.如果面積S與B不垂直，應(yīng)以B乘

9、以在垂直于磁場(chǎng)方向上的投影面積 S,即卩=BS，國際單位：Wb求磁通量時(shí)應(yīng)該是穿過某一面積的磁感線的凈條數(shù)任何一個(gè)面都有正、反兩個(gè)面；磁感線從面的正方向穿入時(shí)， 穿過該面的磁通量為正.反之，磁通量為負(fù).所求磁通量為正、反兩 面穿入的磁感線的代數(shù)和.3. 楞次定律(1) 楞次定律.：.感應(yīng).電.流的磁場(chǎng)，總是阻礙引起感應(yīng)電流.的磁通量.的變化楞次定律適用于一般情況的感應(yīng)電流方向的判定， 而右手定則只適用于導(dǎo)線切割磁感線運(yùn)動(dòng)的情況，此種情況用右手定則判定比用楞次定律判定簡(jiǎn)便 .(2) 對(duì)楞次定律的理解 誰阻礙誰感應(yīng)電流的磁通量阻礙產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁通量 阻礙什么阻礙的是穿過回路的磁通量的變化，而不是

10、磁通量本身.如何阻礙一原磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反；當(dāng)原磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同，即“增反減同”.阻礙的結(jié)果阻礙并不是阻止，結(jié)果是增加的還增加，減少的還減少(3 )楞次定律的另一種表述：感應(yīng)電流總是阻礙產(chǎn)生它的那個(gè)原因，表現(xiàn)形式有三種：阻礙原磁通量的變化；阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；阻礙原電流的變化(自感) . 4.法拉第電磁感應(yīng)定律 |電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比.表達(dá)式E=n / t當(dāng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式為E=BLvsin 0 .當(dāng)B L、v三者兩兩垂直時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E=BLv. ( 1)兩

11、個(gè)公式的選用方法 E=n/ t計(jì)算的是在 t時(shí) 間內(nèi)的平均電動(dòng)勢(shì)，只有當(dāng)磁通量的變化率是恒定不變時(shí)，它算出的才是瞬時(shí)電動(dòng) 勢(shì).E=BLvsin 0中的v若為瞬時(shí)速度，則算出的就是瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)：若v為平均速度，算出的就 是平均電動(dòng)勢(shì).(2)公式的變形當(dāng)線圈垂直磁場(chǎng)方向放置，線圈的面積S保持不變，只是磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度均勻變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):E=nS B/ t .如果磁感強(qiáng)度不變，而線圈面積均勻變化時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Nb3 s/ t .5. 自感現(xiàn)象（1 ）自感現(xiàn)象：由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象（2）自感電動(dòng)勢(shì)：在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì)自感電動(dòng)勢(shì)的大小取決于線圈自感系數(shù)

12、和本身電流變化的快慢，自感電動(dòng)勢(shì)方向總是阻礙電流的變化6. 日光燈工作原理（1）起動(dòng)器的作用：利用動(dòng)觸片和靜觸片的接通與斷開起一個(gè)自動(dòng)開關(guān)的作用，起動(dòng)的 關(guān)鍵就在于斷開的瞬間（2） 鎮(zhèn)流器的作用：日光燈點(diǎn)燃時(shí)，利用自感現(xiàn)象產(chǎn)生瞬時(shí)高壓；日光燈正常發(fā)光時(shí)， 利用自感現(xiàn)象，對(duì)燈管起到降壓限流作用7. 電磁感應(yīng)中的電路問題在電磁感應(yīng)中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源，將它們接上電容器，便可使電容器充電；將它們接上電阻等用電器，便可對(duì)用電器供電，在回路中形成電流因此，電磁感應(yīng)問題往往與電路問題聯(lián)系在一起解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問題的基本方法是：（1

13、）用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向 （ 2）畫等效電路（3）運(yùn)用全電路歐姆定律，串并聯(lián)電路性質(zhì)，電功率等公式聯(lián)立求解8. 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問題（1） 通過導(dǎo)體的感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中將受到安培力作用，電磁感應(yīng)問題往往和力學(xué)問題聯(lián)系在一起，基本方法是：用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向求回路中電流強(qiáng)度 分析研究導(dǎo)體受力情況（包含安培力，用左手定則確定其方向）列動(dòng)力學(xué)方程或平 衡方程求解.（2）電磁感應(yīng)力學(xué)問題中，要抓好受力情況，運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析，導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)t感應(yīng)電流t通電導(dǎo)體受安培力t合外力變化t加速度變化t速度變化t周而復(fù)始地循環(huán)，

14、循環(huán)結(jié)束時(shí)，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，抓隹一a=0時(shí)，速度.v達(dá)最大值的特點(diǎn) .9. 電磁感應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化問題導(dǎo)體切割磁感線或閉合回路中磁通量發(fā)生變化，在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，機(jī)械能或其他 形式能量便轉(zhuǎn)化為電能， 具有感應(yīng)電流的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受安培力作用或通過電阻發(fā)熱，又可使電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電阻的內(nèi)能，因此，電磁感應(yīng)過程總是伴隨著能量轉(zhuǎn)化，用能量轉(zhuǎn)化觀點(diǎn)研究電磁感應(yīng)問題常是導(dǎo)體的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)（勻速直線運(yùn)動(dòng)或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)），對(duì)應(yīng)的受力特點(diǎn)是合外力為零，能量轉(zhuǎn)化過程常常是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，解決這類問題的基本方法是：（1 ）用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向（2）畫出等效電路，求出回路中電阻消耗電功率表達(dá)式（3）分析導(dǎo)體機(jī)械能的變化，