
巨大的電磁鐵能吸起成噸的鋼鐵,通過(guò)電磁力的作用列車也可以懸浮起來(lái),而小磁體卻只能吸起幾枚鐵釘——磁場(chǎng)有強(qiáng)弱之分。
那么,我們?cè)鯓佣康孛枋龃艌?chǎng)的強(qiáng)弱呢?
電場(chǎng)的基本性質(zhì)是什么?
對(duì)放入其中的電荷有電場(chǎng)力的作用
磁場(chǎng)的基本性質(zhì)是什么?
對(duì)放入其中的磁體或通電導(dǎo)體有磁力的作用
試探電荷所受電場(chǎng)力跟電荷量的比值,正試探電荷的受力方向
如何描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向?
如何描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向?
能否類似電場(chǎng)的研究方法,分析磁體或電流在磁場(chǎng)中所受的力,找出表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量?
規(guī)定:小磁針靜止時(shí)N極所指的方向?yàn)樵擖c(diǎn)的磁場(chǎng)的方向。
規(guī)定:正試探電荷的受力方向
回顧:電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小
思考1:能否用測(cè)量N極受力的大小來(lái)確定磁場(chǎng)的強(qiáng)弱?
不能。因?yàn)镹極不能單獨(dú)存在。小磁針靜止時(shí)所受的合力為零,因而不能用測(cè)量N 極受力的大小來(lái)確定磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。
能否用很小一段通電導(dǎo)體來(lái)檢驗(yàn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱?
思考2:磁場(chǎng)除對(duì)磁體有作用力外,還對(duì)誰(shuí)有作用力?
電流元:很短的一段通電導(dǎo)線中的電流 I 與導(dǎo)線長(zhǎng)度 L 的乘積 IL。
(通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直)
思考3:通電導(dǎo)線所受到的磁場(chǎng)力與什么有關(guān)呢?
磁鐵較寬,可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)
滑動(dòng)變阻器可以改變電流的大小
現(xiàn)象:電流I增大,導(dǎo)線擺動(dòng)的角度增大;電流I減小,導(dǎo)線擺動(dòng)的角度減小。
現(xiàn)象:通電導(dǎo)線L變長(zhǎng),導(dǎo)線擺動(dòng)的角度增大;通電導(dǎo)線L變短,導(dǎo)線擺動(dòng)的角度減小。
1.保持導(dǎo)體長(zhǎng)度L不變,改變電流的大小
2.保持電流I不變,改變導(dǎo)線的長(zhǎng)度
精確的實(shí)驗(yàn)表明:通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)
當(dāng)L不變,I越大,F(xiàn)越大當(dāng)I不變,L越長(zhǎng),F(xiàn)越大
即:通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),它受力的大小既與導(dǎo)線的長(zhǎng)度L成正比,又與導(dǎo)線中的電流I成正比,即與I和L的乘積IL成正比。
思考:將F∝IL寫成等式是什么樣的?
式中 B 與導(dǎo)線的長(zhǎng)度和電流的大小都沒(méi)有關(guān)系。但是,在不同情況下,B的值是不同的:即使是同樣的I、l,在不同的磁場(chǎng)中,或在非均勻磁場(chǎng)的不同位置,一般說(shuō)來(lái),導(dǎo)線受的力也是不一樣的。看來(lái),B正是我們要尋找的能表征磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量——磁感應(yīng)強(qiáng)度(magneticinductin)。
在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線,所受的磁場(chǎng)力F跟電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度L的乘積IL的比值叫磁感應(yīng)強(qiáng)度。
特斯拉,簡(jiǎn)稱特,符號(hào)T。
4.意義:描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向的物理量
1.B與L、I、F無(wú)關(guān),與場(chǎng)源和該點(diǎn)在場(chǎng)中的位置有關(guān)。
2.用B=F/IL計(jì)算時(shí),導(dǎo)線電流的方向與磁場(chǎng)方向必須垂直。通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)受到磁場(chǎng)力最大,平行時(shí)為零。
3.若某一空間同時(shí)存在幾個(gè)磁場(chǎng),空間的磁場(chǎng)應(yīng)由這幾個(gè)磁場(chǎng)疊加而成,某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則有:B=B1+B2+B3……(矢量和) ,用平行四邊形法則運(yùn)算。
磁感應(yīng)強(qiáng)度與電場(chǎng)強(qiáng)度的對(duì)比
1.定義:強(qiáng)弱、方向處處相同的磁場(chǎng)2.特點(diǎn):磁感線是一組間隔相同的平行直線3.常見的勻強(qiáng)磁場(chǎng):
相隔很近的兩個(gè)異名磁極之間的磁場(chǎng)通電螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)相隔一定距離的兩個(gè)平行放置的線圈通電時(shí),其中間區(qū)域的磁場(chǎng)
磁感線的疏密程度表示了磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。在圖中,S1和S2兩處磁感線的疏密不同,這種不同是如何體現(xiàn)的呢?
如果在S1和S2 處,在垂直于紙面方向取同樣的面積,穿過(guò)相同面積磁感線條數(shù)多的就密,磁感應(yīng)強(qiáng)度就大。
3.單位: Wb(韋伯)
1.定義:設(shè)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一個(gè)與磁場(chǎng)方向垂直的平面,面積為S,我們把B與S的乘積叫作穿過(guò)這個(gè)面積的磁通量,簡(jiǎn)稱磁通。符號(hào)Φ
磁通量是標(biāo)量,且有正負(fù)
規(guī)定磁感線從平面的某一面穿入,磁通量為正;磁感線從平面的另一面穿入,磁通量為負(fù)。
磁通量反映了穿過(guò)這個(gè)平面的磁感線條數(shù)。
當(dāng)平面有相同方向磁感線同時(shí)穿過(guò)時(shí),總磁通量為各磁通量之和;當(dāng)平面有相反方向磁感線同時(shí)穿過(guò)時(shí),總磁通量為各磁通量之差的絕對(duì)值。
同一平面垂直磁場(chǎng)方向放置,在磁感應(yīng)強(qiáng)度越大的地方,磁感線分布越密集,穿過(guò)該平面的磁通量越大。
當(dāng)平面與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí),穿過(guò)的磁通量?磁感應(yīng)強(qiáng)度與平面夾角θ。
同一平面,從與磁場(chǎng)垂直方向轉(zhuǎn)過(guò)θ角,磁通量變?yōu)椋?br/>轉(zhuǎn)過(guò)90°,平面與磁場(chǎng)平行,穿過(guò)的磁通量為多少?
轉(zhuǎn)過(guò)180°,平面與磁場(chǎng)垂直,穿過(guò)的磁通量為多少?
1.當(dāng)B不變,有效面積S變化時(shí),ΔΦ=B·ΔS2.當(dāng)B變化,S不變時(shí),ΔΦ=ΔB·S。3.B和S同時(shí)變化,則ΔΦ=Φ2-Φ1,但ΔΦ≠ΔB·ΔS。
我國(guó)是最早在航海時(shí)使用指南針的國(guó)家。鄭和下西洋的船隊(duì)已經(jīng)裝備了羅盤,導(dǎo)航時(shí)兼用羅盤和觀星,二者互相補(bǔ)充、互相修正。他的航海圖叫做“針圖”,圖中的航線叫做“針路”。明清時(shí)期,我國(guó)海道針經(jīng)一類書籍相當(dāng)豐富。15世紀(jì)初成書的《順風(fēng)相送》《指南正經(jīng)法》現(xiàn)藏于英國(guó)牛津大學(xué)圖書館。
STSE:指南針與鄭和下西洋
①當(dāng)SB垂直時(shí)Φ=BS②單位:韋伯,符號(hào):Wb 1Wb=1T·m2③磁通量表示穿過(guò)這個(gè)面的磁感線條數(shù)。
磁場(chǎng)強(qiáng)弱、方向處處相同
【練習(xí)1】關(guān)于磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感線,下列說(shuō)法中正確的是(?。〢.磁場(chǎng)中的磁感線有的不能相交,有的能相交B.磁感應(yīng)強(qiáng)度是只有大小、沒(méi)有方向的標(biāo)量C.磁感線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向一致D.勻強(qiáng)磁場(chǎng)中沿磁感線方向,磁感應(yīng)強(qiáng)度越來(lái)越小
【練習(xí)2】(多選)(2022春·四川成都·高二成都七中校考階段練習(xí))用如圖(a)所示的裝置研究安培力,線圈的一端懸掛于彈簧測(cè)力計(jì)上,另一端放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。某次實(shí)驗(yàn)獲得測(cè)力計(jì)讀數(shù)隨電流變化的F-I圖像如圖(b)所示,圖中F1、F0和I1為已知量,線圈匝數(shù)為n,重力加速度為g,忽略線圈上邊所在位置處的磁場(chǎng),通過(guò)以上已知量可求出( )A.線圈的質(zhì)量B.線圈在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度C.線圈所在磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度D.磁感應(yīng)強(qiáng)度與線圈有效長(zhǎng)度的乘積
【練習(xí)3】(2022春·天津和平·高二統(tǒng)考學(xué)業(yè)考試)把長(zhǎng)0.10m的直導(dǎo)線全部放入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,保持導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向垂直,當(dāng)導(dǎo)線中通過(guò)的電流為3.0A時(shí),該直導(dǎo)線受到的安培力的大小為1.5×10-3N。則該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為( ?。〢.2.0×10-2T B.5.0×10-3TC.1.5×10-3T D.4.5×10-4T
【練習(xí)4】(2022春·黑龍江哈爾濱·高二哈爾濱三中校考階段練習(xí))兩根長(zhǎng)直導(dǎo)線a、b平行放置,如圖所示為垂直于導(dǎo)線的截面圖,圖中O點(diǎn)為兩根導(dǎo)線連線的中點(diǎn),M、N為a、b連線的中垂線上的兩點(diǎn),且與a、b等距,兩導(dǎo)線中通有等大、反向的恒定電流。已知直線電流在某點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小跟該點(diǎn)到通電導(dǎo)線的距離r成反比,則下列說(shuō)法正確的是( )A.M點(diǎn)和N點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向相同B.M點(diǎn)和N點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等,方向相反C.在線段MN上的O點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度為零D.若在N點(diǎn)放一小磁針,靜止時(shí)其北極沿NO由N點(diǎn)指向O點(diǎn)
【練習(xí)5】如圖, 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 為0.2T,方向沿 x 軸的正方向,且線段 MN、DC 相等,長(zhǎng)度為 0.4 m,線段 NC、EF、MD、NE、CF 相等,長(zhǎng)度為 0.3 m,通過(guò)面積 SMNCD、SNEFC、SMEFD 的磁通量Φ1、 Φ2、Φ3各是多少?
Φ1=BSMNCD =0.2×0.3×0.4Wb=0.024Wb
Φ3= BSMEFDcsθ= BSMNCD = 0.024Wb
【練習(xí)6】如圖所示,套在條形磁鐵外的三個(gè)線圈,其面積之間的關(guān)系為 S1 > S2 = S3 ,且 “3”線圈在磁鐵的正中間。設(shè)各線圈中的磁通量依次為 Φ1 、 Φ2 、 Φ3 則它們的大小關(guān)系是( ) A. Φ1 > Φ2 > Φ3 B. Φ1 > Φ2 = Φ3 C. Φ1 < Φ2 < Φ3 D. Φ1 < Φ2 = Φ3
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