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时间:2020-03-29
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1、第1单元基本概念和安培力Ⅰ基本概念一、磁场和磁感线(三合一)1、磁场的来源:磁铁和电流、变化的电场2、磁场的基本性质:对放入其中的磁铁和电流有力的作用3、磁场的方向(矢量)方向的规定:磁针北极的受力方向,磁针静止时N极指向。4、磁感线:切线~~磁针北极~~磁场方向地球磁场通电直导线周围磁场通电环行导线周围磁场5、典型磁场——磁铁磁场和电流磁场(安培定则(右手螺旋定则))6、磁感线特点:①客观不存在、②外部N极出发到S,内部S极到N极③闭合、不相交、④描述磁场的方向和强弱二.磁通量(Φ韦伯Wb标量
2、)通过磁场中某一面积的磁感线的条数,称为磁通量,或磁通二.磁通密度(磁感应强度B特斯拉T矢量)大小:通过垂直于磁感线方向的单位面积的磁感线的条数叫磁通密度。1T=1Wb/m2NS方向:B的方向即为磁感线的切线方向意义:1、描述磁场的方向和强弱2、由场的本身性质决定三.匀强磁场1、定义:B的大小和方向处处相同,磁感线平行、等距、同向2、来源:①距离很近的异名磁极之间②通电螺线管或条形磁铁的内部,边缘除外四.了解一些磁场的强弱L永磁铁――10-3T,电机和变压器的铁芯中――0.8~1.4T超导材料的
3、电流产生的磁场――1000T,地球表面附近――3×10-5~7×10-5T比较两个面的磁通的大小关系。如果将底面绕轴L旋转,则磁通量如何变化?Ⅱ磁场对电流的作用——安培力一.安培力的方向——(左手定则)伸开左手,使大拇指与四指在同一个平面内,并跟四指垂直,让磁感线穿入手心,使四指指向电流的流向,这时大拇指的方向就是导线所受安培力的方向。(向里和向外的表示方法(类比射箭))力向外BIF规律:(1)左手定则(2)F⊥B,F⊥I,F垂直于B和I所决定的平面。但B、I不一定垂直力向外不受力安培力的大小与
4、磁场的方向和电流的方向有关,两者夹角为900时,力最大,夹角为00时,力=0。猜想由90度到0度力的大小是怎样变化的二.安培力的大小:匀强磁场,当B⊥I时,F=BIL在匀强磁场中,当通电导线与磁场方向垂直时,电流所受的安培力等于磁感应将度B、电流I和导线的长度L三者的乘积在非匀强磁场中,公式F=BIL近似适用于很短的一段通电导线三.磁感应强度的另一种定义BB匀强磁场,当B⊥I时,练习1、有磁场就有安培力(×)2、磁场强的地方安培力一定大(×)3、磁感线越密的地方,安培力越大(×)4、判断安培力的
5、方向Ⅲ电流间的相互作用和等效长度转向同向,同时靠近一.电流间的相互作用转向同向,同时靠近F同向吸引F同向排斥F总结:通电导线有转向电流同向的趋势ααββL二.等效长度推导:水平方向:向左=F1sinα=BIL1sinα=BIh向右=F2sinβ=BIL2sinβ=BIh水平方向平衡竖直方向:左导F1cosα=BIL1cosα右导F2cosβ=BIL2cosβF=BILNSadbcL2L1向上看abθ推广:等效长度为导线两端连线的长度例题:1、安培力的方向SNI【例1】如图所示,可以自由移动的竖直
6、导线中通有向下的电流,不计通电导线的重力,仅在磁场力作用下,导线将如何移动?解:先画出导线所在处的磁感线,上下两部分导线所受安培力的方向相反,使导线从左向右看顺时针转动;同时又受到竖直向上的磁场的作用而向右移动(不要说成先转90°后平移)。分析的关键是画出相关的磁感线。NSFFF/F【例2】条形磁铁放在粗糙水平面上,正中的正上方有一导线,通有图示方向的电流后,磁铁对水平面的压力将会___(增大、减小还是不变?)。水平面对磁铁的摩擦力大小为___。解:磁铁对水平面的压力减小,但不受摩擦力SN【例3
7、】如图在条形磁铁N极附近悬挂一个线圈,当线圈中通有逆时针方向的电流时,线圈将向哪个方向偏转?i解:用“同向电流互相吸引,反向电流互相排斥”最简单:条形磁铁的等效螺线管的电流在正面是向下的,与线圈中的电流方向相反,互相排斥,而左边的线圈匝数多所以线圈向右偏转。(本题如果用“同名磁极相斥,异名磁极相吸”将出现判断错误,因为那只适用于线圈位于磁铁外部的情况。)【例4】电视机显象管的偏转线圈示意图如右,即时电流方向如图所示。该时刻由里向外射出的电子流将向哪个方向偏转?解:电子流向左偏转。2.安培力大小的
8、计算F=BLIsinα(α为B、L间的夹角)高中只要求会计算α=0(不受安培力)和α=90°两种情况。αα【例5】如图所示,光滑导轨与水平面成α角,导轨宽L。匀强磁场磁感应强度为B。金属杆长也为L,质量为m,水平放在导轨上。当回路总电流为I1时,金属杆正好能静止。求:⑴B至少多大?这时B的方向如何?⑵若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上,应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止?αB解:画出金属杆的截面图。由三角形定则得,只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小,B也最小。根据左
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