第四節(jié)磁場(chǎng)對(duì)電流的作用

1、物理 （通用類） 第三節(jié)第三節(jié) 磁場(chǎng)磁場(chǎng) 磁感強(qiáng)度磁感強(qiáng)度 一、磁場(chǎng)一、磁場(chǎng) 二、磁感線二、磁感線 三、磁感強(qiáng)度三、磁感強(qiáng)度 四、勻強(qiáng)磁場(chǎng)四、勻強(qiáng)磁場(chǎng) 五、磁通量五、磁通量 六、電流的磁場(chǎng)六、電流的磁場(chǎng) 物理 （通用類） 一、磁場(chǎng)一、磁場(chǎng) 磁體總有兩個(gè)磁極：磁體總有兩個(gè)磁極：北（北（N）極和南（）極和南（S）極。磁極之間會(huì)產(chǎn)生相互作用：）極。磁極之間會(huì)產(chǎn)生相互作用： 同極相斥，異極相吸。同極相斥，異極相吸。 自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針放在條形磁鐵的周圍， 在磁場(chǎng)力的作用下，小磁針將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，靜止 時(shí)，小磁針的指向如右圖所示。 存在于磁體周圍的特殊物質(zhì)，叫做磁場(chǎng)。磁極之間的相互作用是通過(guò)磁存在于磁體周圍的

2、特殊物質(zhì)，叫做磁場(chǎng)。磁極之間的相互作用是通過(guò)磁 場(chǎng)發(fā)生的。場(chǎng)發(fā)生的。 二、磁感線二、磁感線 物理學(xué)規(guī)定，在磁場(chǎng)中的任何一點(diǎn)，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針靜止時(shí)北極物理學(xué)規(guī)定，在磁場(chǎng)中的任何一點(diǎn)，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針靜止時(shí)北極 所指的方向，就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。所指的方向，就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。 物理 （通用類） 為了形象直觀地描寫磁體周圍的磁場(chǎng)，法拉第提出了與電場(chǎng)線類似的方 法，用磁感線來(lái)描寫各點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。 演示實(shí)驗(yàn) 把一塊玻璃板（或白紙板）水平地放在磁鐵上，在板面上均勻地撒一些 細(xì)鐵屑，然后輕敲玻璃板，細(xì)鐵屑會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。最后靜止時(shí)，細(xì)鐵屑排列成 規(guī)則的曲線形狀，如下圖所示。 物理 （通用類） 于是，我

3、們?cè)诖艌?chǎng)中畫出一系列帶箭頭的曲線，使這些曲線上每一點(diǎn)在磁場(chǎng)中畫出一系列帶箭頭的曲線，使這些曲線上每一點(diǎn) 處跟箭頭指向一致的切線方向，都和該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同，這些曲線就叫處跟箭頭指向一致的切線方向，都和該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同，這些曲線就叫 做磁感線，做磁感線，如下圖所示。 條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁感線如下圖所示。 磁感線有這樣的特點(diǎn)：磁鐵外部的磁感線都是從北極發(fā)出，進(jìn)入到南磁感線有這樣的特點(diǎn)：磁鐵外部的磁感線都是從北極發(fā)出，進(jìn)入到南 極，在空間不相交。極，在空間不相交。 物理 （通用類） 三、磁感強(qiáng)度三、磁感強(qiáng)度 法國(guó)物理學(xué)家安培最早發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)對(duì)電流有力的作用。為了紀(jì)念他，人，磁場(chǎng)對(duì)電流有力的作用。為

4、了紀(jì)念他，人 們把磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力叫做們把磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力叫做安培力安培力。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在磁場(chǎng)中的某一點(diǎn)，當(dāng)一小段通電導(dǎo)線跟磁場(chǎng)垂直時(shí)，安培當(dāng)一小段通電導(dǎo)線跟磁場(chǎng)垂直時(shí)，安培 力力 F 跟電流跟電流 I 和通電導(dǎo)線的長(zhǎng)度和通電導(dǎo)線的長(zhǎng)度 l 的乘積成正比，而比值恒定不變的乘積成正比，而比值恒定不變，如下圖 所示。 而在磁場(chǎng)中的不同點(diǎn)，這個(gè)比值一般不同。這表明，比值是一個(gè)與磁場(chǎng) 中的位置有關(guān)的物理量，它反映了磁場(chǎng)的一種力的性質(zhì)。磁場(chǎng)的一種力的性質(zhì)。 物理 （通用類） 我們把在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線所受的安培力在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電導(dǎo)線所受的安培力 F 與電與電 流流 I 和導(dǎo)線

5、長(zhǎng)度和導(dǎo)線長(zhǎng)度 l 乘積的比值叫做通電導(dǎo)線所在處的乘積的比值叫做通電導(dǎo)線所在處的磁感強(qiáng)度磁感強(qiáng)度。如果。如果 用用 B 表示磁感強(qiáng)度，表示磁感強(qiáng)度，那么 磁感強(qiáng)度磁感強(qiáng)度 B 的的SI單位是特（單位是特（T）。 磁感強(qiáng)度磁感強(qiáng)度 B 的大小反映了磁場(chǎng)的強(qiáng)弱程度。的大小反映了磁場(chǎng)的強(qiáng)弱程度。 Il F B 磁感強(qiáng)度是矢量，它的方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，即通過(guò)該點(diǎn)的磁感強(qiáng)度是矢量，它的方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，即通過(guò)該點(diǎn)的 磁感線的切線方向。磁感線的切線方向。 物理 （通用類） 四、勻強(qiáng)磁場(chǎng)四、勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感線的疏密也可以看出磁感強(qiáng)度的相對(duì)大小。磁感強(qiáng)度大的地方，磁 感線密集；磁感強(qiáng)度小的地方，磁感線

6、稀疏。如果在磁場(chǎng)的某一區(qū)域內(nèi)，各在磁場(chǎng)的某一區(qū)域內(nèi)，各 點(diǎn)的磁感強(qiáng)度的大小和方向都相同，那么，這個(gè)區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)叫做點(diǎn)的磁感強(qiáng)度的大小和方向都相同，那么，這個(gè)區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)叫做勻強(qiáng)磁場(chǎng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)。 顯然，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線是一些疏密均勻、互相平行的直線勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線是一些疏密均勻、互相平行的直線。 勻強(qiáng)磁場(chǎng)是一種理想化的物理模型勻強(qiáng)磁場(chǎng)是一種理想化的物理模型，在現(xiàn)實(shí)生活中是不存在的，但距離 很近的兩個(gè)異名磁極之間的磁場(chǎng)，除邊緣部分外，可以認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場(chǎng)。勻 強(qiáng)磁場(chǎng)在生產(chǎn)與科研中有著廣泛及重要的應(yīng)用。 物理 （通用類） 五、磁通量五、磁通量 在電磁學(xué)中，經(jīng)常要討論某一區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)和它的變化情況，為此我

7、們 引入一個(gè)新的物理量磁通量。設(shè)在磁感強(qiáng)度為設(shè)在磁感強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一個(gè)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一個(gè) 與磁場(chǎng)方向垂直的平面，面積為與磁場(chǎng)方向垂直的平面，面積為 S，我們把，我們把 B 與與 S 的乘積叫做穿過(guò)該面積的的乘積叫做穿過(guò)該面積的 磁通量磁通量，如下圖所示，簡(jiǎn)稱磁通，用符號(hào)用符號(hào) 表示表示。 用公式表示為 = BS 磁通量的磁通量的SI單位是韋（單位是韋（Wb）。）。 物理 （通用類） 當(dāng)一個(gè)平面與磁場(chǎng)的方向垂直時(shí)，通過(guò)它的磁通量最大；當(dāng)該平面與磁當(dāng)一個(gè)平面與磁場(chǎng)的方向垂直時(shí)，通過(guò)它的磁通量最大；當(dāng)該平面與磁 場(chǎng)方向平行時(shí)，穿過(guò)它的磁通量最小，為零。場(chǎng)方向平行時(shí)，穿過(guò)它的磁通量最小

8、，為零。 由公式 =BS ，可以得出 上式表明，磁感強(qiáng)度在數(shù)值上等于單位面積上的磁通量，因此，工程技 術(shù)人員常把磁感強(qiáng)度叫做磁通密度。 例題 已知某勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度為0.6 T，在該磁場(chǎng)中有一個(gè)面積為 0.02 m2 的矩形線圈。求當(dāng)線圈平面與磁感線垂直和平行時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量 各是多少？ 解：線圈平面與磁感線垂直時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量為 當(dāng)線圈平面與磁感線平行時(shí)，穿過(guò)線圈平面的磁通量為零。 = B S = 0.60.02 Wb = 1.210-2 Wb S B 物理 （通用類） 六、電流的磁場(chǎng)六、電流的磁場(chǎng) 人類雖然很早以前就認(rèn)識(shí)了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象，但在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，人 們卻把它們看成兩種彼此

9、獨(dú)立的自然現(xiàn)象。直到奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng) 之后，人們才認(rèn)識(shí)到電和磁之間的內(nèi)在聯(lián)系。 奧斯特實(shí)驗(yàn) 物理 （通用類） 演示實(shí)驗(yàn) （點(diǎn)擊畫面即可播放） 物理 （通用類） 環(huán)形電流的磁感線是一些圍繞環(huán)形導(dǎo)線的閉合曲線，在環(huán)形導(dǎo)線的中心 軸線上，磁感線和環(huán)形導(dǎo)線的平面垂直。環(huán)形電流的磁感線方向跟電流方向 之間的關(guān)系，也可以用安培定則判定：使右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方使右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方 向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線中心軸線上磁感向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線中心軸線上磁感 線的方向線的方向， 如下圖所示。 物理 （通用類） 法國(guó)科學(xué)家安培通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)直線

10、電流的磁感線是一些在與導(dǎo)線垂直的 平面上且以導(dǎo)線上的各點(diǎn)為圓心的同心圓。磁感線的方向跟電流方向的關(guān)磁感線的方向跟電流方向的關(guān) 系可以這樣來(lái)判定：用右手握住導(dǎo)線，使大拇指沿著電流的方向伸直，系可以這樣來(lái)判定：用右手握住導(dǎo)線，使大拇指沿著電流的方向伸直， 四指彎曲，那么四指所指的方向就是磁感線的繞行方向。這就是四指彎曲，那么四指所指的方向就是磁感線的繞行方向。這就是安培安培 定則定則，也叫，也叫右手螺旋法則右手螺旋法則，如下圖所示。 物理 （通用類） 演示實(shí)驗(yàn)： （點(diǎn)擊畫面即可播放） 物理 （通用類） 演示實(shí)驗(yàn) （點(diǎn)擊畫面即可播放） 物理 （通用類） 通電螺線管周圍的磁場(chǎng)與條形磁鐵周圍的磁場(chǎng)相似，

11、通電螺線管通電螺線管周圍的磁場(chǎng)與條形磁鐵周圍的磁場(chǎng)相似，通電螺線管 的兩端相當(dāng)于條形磁鐵的兩極的兩端相當(dāng)于條形磁鐵的兩極，其方向也可以用安培定則判定：讓右其方向也可以用安培定則判定：讓右 手彎曲的四指沿電流方向，那么伸直的大拇指所指的一端就是通電螺手彎曲的四指沿電流方向，那么伸直的大拇指所指的一端就是通電螺 線管的北極。通電螺線管外的磁感線是由北極指向南極，在管內(nèi)則是線管的北極。通電螺線管外的磁感線是由北極指向南極，在管內(nèi)則是 由南極指向北極，形成閉合曲線由南極指向北極，形成閉合曲線。 物理 （通用類） 練習(xí)練習(xí)5-3 1一個(gè)電磁鐵的鐵芯的橫截面積為8 cm2，垂直穿過(guò)橫截面的磁感強(qiáng)度 為0.8 T，求穿過(guò)鐵芯橫截面的磁通量是多少？ 答案： 6.410-4 Wb 。 2在下圖中，小磁針