著名机构高二物理暑假班讲义第6讲安培力.教师版
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1、第6讲 安培力 6.1 磁场知识点睛1磁现象人类发现磁铁至今已有多年的历史了,大约多年前,中国人就利用磁铁制成了指南针(四大发明之一),并将其应用于航海中。现在,磁在人们的日常生活中起到了越来越重要的作用。2电与磁的联系 在前面的学习中,我们知道两个电荷之间有库仑力,它们可以彼此不接触,靠中间摸不着、看不见的电场来作用。而磁铁与磁铁之间也是靠中间摸不着、看不见的场来作用,我们叫这种场为磁场。电场和磁场很相似,它们之间存在着某种联系吗?为此科学家做了大量的实验去研究,从电荷对磁、磁对电荷、电流对磁、磁对电流、电流对电流之间的相互作用试图找到答案。其中经过实验我们还没有找到静止的电荷与磁的任何作用
2、,所以我们把注意力转向了运动的电荷(即电流)与磁的作用。 奥斯特丹麦物理学家奥斯特在一次讲课中,偶然的把通电导线沿南北方向放置在指南针上方时发现磁针转动了。电流对磁有力作用。法拉第 法拉第通过实验,看到了磁场对电流有力的作用。磁对电流的力作用。 。平行电流之间有力的作用。电流之间有力作用。 磁场:客观存在于磁体或电流周围的一种物质。 磁场的基本性质:对放入其中的磁体或电流可产生力的作用。法国学者安培从通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场相似得到启发,提出了著名的分子电流假说。他认为,在原子、分子等物质微粒的内部,存在着一种环形电流分子电流。分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于
3、两个磁极(如图所示)。分子电流取向杂乱无章时无磁性,分子电流取向大致相同时有磁性,磁铁和电流的磁场都是由运动电荷产生的。判断电流产生的磁场方向安培定则我们规定,可以自由转动的小磁针在磁场中静止时极的指向为该处磁场的方向。 直线电流:右手大拇指指向电流方向,四指弯曲方向即为磁感线的环绕方向。 环形电流(通电螺线管):右手四指指向电流环绕方向,大拇指的指向即为中心轴线上磁感线的方向。直线电流的磁场环形电流的磁场通电螺线管的磁场特点非匀强、距导线越远处磁场越弱。有磁极、非匀强、中心轴线上磁感线是一条直线。与条形磁铁的磁场相似,管内近似为匀强磁场且磁场最强,管外为非匀强磁场。立体图 截面图3磁场的描述
4、 我们怎样描述磁场的强弱呢?我们这里也采用研究电场的方法(试探电荷放入场 中受力的情况)来研究磁场。看下面的实验。实验目的:通电导线与磁场方向垂直时受力大小与电流大小的定量关系。实验操作:如图所示的装置中保持通电线框位置不变,用力传感器测量所需拉力的 大小(等于电流所受的磁力)即两者为平衡力。用电流传感器测量线框中 的电流。实验注意: 矩形线圈保持竖直; 两个相同的蹄形磁铁并放时要有一定间隔; 每次测量时矩形线圈相对磁铁位置保持不变。保持受力部分导线的长度不变,改变电流,测定相应的拉力,利用图象得到。同一块磁铁。0.040.080.120.160.210.410.640.81保持电流不变,用3
5、个相同的蹄形磁铁,逐次并放,以改变受力部分导线的长度,测定相应的拉力,得到。0.080.160.240.36实验表明:与和都成正比关系我们可以写成的形式,其中是比例系数,它与导线的长度和电流的大小都没有关系,但是如果磁铁的场变了这个就变了,即的比值都是一个定值它反映了各不同位置处磁场的强弱程度,我们把它叫做磁感应强度,用表示。 磁场对放入其中的电流有力的作用。 电流垂直于磁场方向时受磁场力最大。 电流平行于磁场方向时不受磁场力。 定义式:。其中是导线受到的磁场力,是导线中的电流,是 导线长度。 在国际单位制中,磁感应强度的单位是特斯拉,符号是。 磁感应强度大小处处相等、方向处处相同的磁场,叫做
6、匀强磁场。关于磁感应强度,我们需要注意以下两点: 与电场强度一样,磁感应强度是由磁场本身决定的。 磁感应强度是矢量,其方向就是前面定义的磁场的方向。磁感应强度的加减法遵循平行四边形定则。4磁感线与电场线一样,我们可以用磁感线来形象地描述磁场的强弱和方向。规定磁感线上每一点的切线方向为该点的磁场方向,磁感线越密的地方磁场越强,磁感线越疏的地方磁场越弱。磁感线是假想的曲线,并不是客观存在的。没有画磁感线的地方,并不表示那里的磁感应强度是零。与电场线一样,通过磁场中的任何一点都能画出而且只能画出一条磁感线,即磁感线彼此不相交。与电场线不同,磁场中任何一条磁感线都是闭合的。 例题精讲【例1】 根据磁感
7、应强度的定义式,下列说法中正确的是A在磁场中某确定位置,与成正比,与、的乘积成反比B一小段能通电直导线在空间某处受磁场力,那么该处的一定为零C磁场中某处的的方向跟电流在该处受磁场力的方向相同D一小段通电直导线放在为零的位置,那么它受到磁场力也一定为零【答案】 D【例2】 关于磁感应强度,下列说法正确的是A放在磁场中的通电导线,一定受到磁场力的作用B磁场中磁感应强度的方向是磁感线在该点的切线方向C磁感应强度的强弱可由磁感线的疏密程度来描述D磁感应强度的大小和方向与放入磁场中通电导线的长度、取向以及电流的大小均无关【答案】 BCD【例3】 如图所示,为通电螺线管的纵剖面图,其中四个小磁针(涂黑的一
8、端为极)静止时的指向一定画错了的是ABCD【解析】 根据安培定则判断得出,通电螺线管内部的磁感应方向向左,与外部的磁感线形成闭合曲线,小磁针极静止时的指向在该处磁感线的切线方向上,由通电螺线管的磁感线分布情况可知,两个小磁针的指向均画错了。【答案】 A,B【例4】 一根导线长,通有的电流,垂直磁场方向放入空间某处时受到的磁场力是,则该处磁感应强度的大小是_;如果该导线的长度和电流都减小到原来的一半,则该处磁感应强度的大小是_。【答案】 ,【例5】 如图所示,是磁场中的一条磁感线,是磁感线上的两点,下列结论正确的是A两点磁感应强度的大小相等B两点磁感应强度的方向相同C一小段通电导线在两点所受的磁
9、场力相同D这一磁场可能是一条通电的长直导线产生的【答案】 B【例6】 磁场中某处的磁感线如图所示,下列说法正确的是A磁感应强度B磁感应强度C同一通电导线在处受的磁场力一定大D同一通电导线在处受的磁场力可能大于处【答案】 BD【例7】 两根通电长直导线平行放置,电流分别为和,电流的方向如图所示。在与导线垂直的平面上有四点,其中在导线横截面连线的延长线上,在导线横截面连线的垂直平分线上。导线中的电流在这四点产生磁场的磁感应强度可能为零的是A点 B点 C点 D点【解析】 由安培定则可知,直线电流磁场的磁感线是以导线为圆心的同心圆,产生的磁场方向为逆时针方向,产生的磁场为顺时针方向。在处产生的磁场竖直
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