高二物理选修3 磁场对电流的作用.doc

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磁场对电流的作用
【基础知识归纳】
一、磁场
1．磁场是磁极、电流周围存在的一种物质，对放在磁场中的磁极、电流具有力的作用．
2．磁场的方向：规定在磁场中任一点小磁针N极受力的方向（或者小磁针静止时N极的指向）就是那一点的磁场方向．
3．磁感线：在磁场中人为地画出一系列曲线，曲线的切线方向表示该位置的磁场方向，曲线的疏密能定性地表示磁场的弱强，这一系列曲线称为磁感线．要掌握条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流、通电螺线管形成磁场及地磁场中的磁感线分布特点．
地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，其主要特点有三个：
（1）地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近，磁感线分布如图11—1—1所示．

图11—1—1
（2）地磁场B的水平分量（Bx）总是从地球南极指向地球北极，而竖直分量By，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，距离地球表面高度相等的各点，磁感应强度相等，且方向水平向北．
对于磁感线的认识，要注意以下几点：
①磁感线是为了形象地研究磁场而人为假设的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线，实验时利用被磁化的铁屑来显示磁感线的分布情况，只是研究磁感线的一种方法，使得看不见、摸不着的磁场变得具体形象，给研究者带来方便．但是，决不能认为磁感线是由铁屑排列而成的，另外被磁化的铁屑所显示的磁感线分布仅是一个平面上的磁感线分布情况而磁铁周围的磁感线应分布在长、宽、高组成的三维空间内．
②磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线较密的地方磁场较强，磁感线较疏的地方磁场较弱．
③磁场对小磁针N极的作用力的方向叫做磁场的方向．由于磁感线上任何一点的方向，都跟该点的磁场方向一致，所以磁感线方向，磁场方向和小磁针静止时N极所指的方向，三者是一致的．
④磁感线不能相交，也不能相切．
⑤没有画磁感线的地方，并不表示那里就没有磁场存在，通过磁场中的任一点总能而且只能画出一条磁感线．
⑥磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线．例如：条形磁铁或通电螺线管的磁感线在外部都是从N极出来进入S极；在内部则由S极回到N极，形成闭合曲线．
4．电流的磁场安培定则
（1）直线电流的磁场，（2）环形电流的磁场，（3）通电螺线管的磁场，磁感线的方向都是由安培定则判断．

二、磁感应强度和磁通量
1．磁场最基本的性质是对放入其中的电荷有磁场力的作用．电流垂直于磁场时受磁场力最大，电流与磁场方向平行时，磁场力等于零．
在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，受到的磁场力F与电流I和导线长度L的乘积的比值叫做通电直导线所在处的磁感应强度．定义式为：B＝，磁感应强度的方向就是该位置的磁场方向．
2．匀强磁场：若某个区域里磁感应强度大小处处相等，方向都相同，那么这个区域的磁场叫做匀强磁场．两个较大的异名磁极之间（除边缘之外）、长直通电螺线管内部（除两端之外）都是匀强磁场．匀强磁场中的磁感线是平行等距的直线．
3．穿过某一面积的磁感线的条数叫做穿过这个面积的磁通量．
Φ＝BS⊥
磁感应强度又叫磁通密度．
B＝

三、安培力
1．磁场对电流的作用力也叫安培力，其大小由B＝导出，即F＝BIＬ．式中F、B、I要两两垂直．
2．安培力的方向可由左手定则判定，注意安培力垂直于电流方向和磁场方向决定的平面．
3．由于该处的题目中给出的常是立体图，又涉及到F、I、B之间的方向关系，因此求解该处题目时应具有较好的空间想象力，要善于把立体图形改画成易于分析受力的平面图形．
四、电流表的工作原理
电流表的构造主要包括：蹄形磁铁、圆柱形铁芯、线圈、螺旋弹簧和指针．蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，如图11—1—2所示，这样不管通电导线处于什么角度，它的平面均与磁感线平行，从而保证受到的磁力矩不随转动角度的变化而变化．始终有：M＝nBIS（n为线圈的匝数）．当线圈转到某一角度时，磁力矩与弹簧产生的阻力矩M′相等时，线圈就停止转动，此时指针（指针随线圈一起转动）就停在某处，指向一确定的读数：I＝，由于M′与转动的角度θ成正比，所以电流越大，偏转角就越大，θ与电流I成正比．

图11—1—2

【方法解析】
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，并不是该处电流的受力方向．
2．因F＝BIＬ是由B＝导出，所以在应用时要注意：（1）B与L垂直；（2）L是有效长度；（3）B并非一定为匀强磁场，但它应该是L所在处的磁感应强度．
例如图11—1—3所示