高中磁場(chǎng)知識(shí)課件
磁場(chǎng)部分是高二物理知識(shí)的重點(diǎn),經(jīng)常會(huì)與電學(xué)或者力學(xué)掛鉤出大題。下面是小編為大家整理的高中磁場(chǎng)知識(shí)課件,歡迎閱讀。
一、磁場(chǎng)
磁體是通過(guò)磁場(chǎng)對(duì)鐵一類物質(zhì)發(fā)生作用的,磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣,是物質(zhì)存在的另一種形式,是客觀存在。小磁針的指南指北表明地球是一個(gè)大磁體。磁體周圍空間存在磁場(chǎng);電流周圍空間也存在磁場(chǎng)。電流周圍空間存在磁場(chǎng),電流是大量運(yùn)動(dòng)電荷形成的,所以運(yùn)動(dòng)電荷周圍空間也有磁場(chǎng)。靜止電荷周圍空間沒(méi)有 磁場(chǎng)。磁場(chǎng)存在于磁體、電流、運(yùn)動(dòng)電荷周圍的空間。磁場(chǎng)是物質(zhì)存在的一種形式。磁場(chǎng)對(duì)磁體、電流都有磁力作用。與用檢驗(yàn)電荷檢驗(yàn)電場(chǎng)存在一樣,可以用小磁針來(lái)檢驗(yàn)磁場(chǎng)的存在。如圖所示為證明通電導(dǎo)線周圍有磁場(chǎng)存在? ?奧斯特實(shí)驗(yàn),以及磁場(chǎng)對(duì)電流有力的作用實(shí)驗(yàn)。
1.地磁場(chǎng)地球本身是一個(gè)磁體,附近存在的磁場(chǎng)叫地磁場(chǎng),地磁的南極在地球北極附近,地磁的北極在地球的南極附近。
2.地磁體周圍的磁場(chǎng)分布 與條形磁鐵周圍的磁場(chǎng)分布情況相似。
3.指南針 放在地球周圍的指南針靜止時(shí)能夠指南北,就是受到了地磁場(chǎng)作用的結(jié)果。
4.磁偏角 地球的地理兩極與地磁兩極并不重合,磁針并非準(zhǔn)確地指南或指北,其間有一個(gè)交角,叫地磁偏角,簡(jiǎn)稱磁偏角。 說(shuō)明: ①地球上不同點(diǎn)的磁偏角的數(shù)值是不同的。 ②磁偏角隨地球磁極緩慢移動(dòng)而緩慢變化。 ③地磁軸和地球自轉(zhuǎn)軸的夾角約為 11°。
二、磁場(chǎng)的方向
在電場(chǎng)中,電場(chǎng)方向是人們規(guī)定的,同理,人們也規(guī)定了磁場(chǎng)的方向。 規(guī)定:在磁場(chǎng)中的任意一點(diǎn)小磁針北極受力的方向就是那一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。 確定磁場(chǎng)方向的方法是:將一不受外力的小磁針?lè)湃氪艌?chǎng)中需測(cè)定的位置,當(dāng)小磁針在該位置靜止時(shí),小磁針 N 極的指向即為該點(diǎn)的磁場(chǎng) 方向。 磁體磁場(chǎng):可以利用同名磁極相斥,異名磁極相吸的方法來(lái)判定磁場(chǎng)方向。
電流磁場(chǎng): 利用安培定則(也叫右手螺旋定則)判定磁場(chǎng)方向。
三、磁感線
在磁場(chǎng)中畫出有方向的曲線表示磁感線,在這些曲線上,每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同。
1)磁感線上每一點(diǎn)切線方向跟該點(diǎn)磁場(chǎng)方向相同。
2)磁感線特點(diǎn)
1)磁感線的疏密反映磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,磁感線越密的地方表示磁場(chǎng)越強(qiáng),磁感線越疏的地方表示磁場(chǎng)越弱。
2)磁感線上每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。
3)磁場(chǎng)中的任何一條磁感線都是閉合曲線,在磁體外部由 N 極到 S 極,在磁體內(nèi)部由 S 極到 N 極。以下各圖分別為條形磁體、蹄形磁體、直線電流、環(huán)行電流的磁場(chǎng)
說(shuō)明: ①磁感線是為了形象地描述磁場(chǎng)而在磁場(chǎng)中假想出來(lái)的一組有方向的曲線, 并不是客觀存在于磁場(chǎng)中的真實(shí)曲線。 ②磁感線與電場(chǎng)線類似,在空間不能相交,不能相切,也不能中斷。 四、幾種常見(jiàn)磁場(chǎng) 1 通電直導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)
1)安培定則:右手握住導(dǎo)線,讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致,彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向,這個(gè)規(guī)律也叫右手螺旋定則。
2)磁感線分布如圖所示: 說(shuō)明: ①通電直導(dǎo)線周圍的磁感線是以導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的同心圓,實(shí)際上電流磁場(chǎng)應(yīng)為空間圖形。 ②直線電流的磁場(chǎng)無(wú)磁極。 ③磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與距導(dǎo)線的距離有關(guān),離導(dǎo)線越近磁場(chǎng)越強(qiáng),離導(dǎo)線越遠(yuǎn)磁場(chǎng)越弱。 ④圖中的“×”號(hào)表示磁場(chǎng)方向垂直進(jìn)入紙面, ”表示磁場(chǎng)方向垂直離開(kāi)紙面。 “?
2.環(huán)形電流的磁場(chǎng)
1)安培定則:讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致,伸直的拇指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向。
2)磁感線分布如圖所示:
3)幾種常用的磁感線不同畫法。
說(shuō)明: ①環(huán)形電流的磁場(chǎng)類似于條形磁鐵的磁場(chǎng),其兩側(cè)分別是 N 極和 S 極。 ②由于磁感線均為閉合曲線,所以環(huán)內(nèi)、外磁感線條數(shù)相等,故環(huán)內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng),環(huán)外磁場(chǎng)弱。 ③環(huán)形電流的磁場(chǎng)在微觀上可看成無(wú)數(shù)根很短的直線電流的磁場(chǎng)的疊加。
3.通電螺線管的磁場(chǎng)
1)安培定則:用右手握住螺線管,讓彎曲時(shí)四指的方向跟電流方向一致,大拇指所指的方向就是螺線管中心軸線上的磁感線方向。
2)磁感線分布:如圖所示。
3)幾種常用的磁感線不同的畫法。
說(shuō)明: ①通電螺線管的磁場(chǎng)分布:外部與條形磁鐵外部的磁場(chǎng)分布情況相同,兩端分別為 N 極和 S 極。管內(nèi)(邊緣除外)是勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)分布由 S 極指向 N 極。 ②環(huán)形電流宏觀上其實(shí)就是只有一匝的通電螺線管,通電螺線管則是由許多匝環(huán)形電流串聯(lián)而成的。因此,通電螺線管的磁場(chǎng)也就是這些環(huán)形電流磁場(chǎng)的疊加。 ③不管是磁體的磁場(chǎng)還是電流的磁場(chǎng),其分布都是在立體空間的,要熟練掌握其立體圖、縱截面圖、橫橫面圖的畫法及轉(zhuǎn)換。
四.勻強(qiáng)磁場(chǎng)
1)定義:在磁場(chǎng)的某個(gè)區(qū)域內(nèi),如果各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和方向都相同,這個(gè)區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)叫做勻強(qiáng)磁場(chǎng)。
2)磁感線分布特點(diǎn):間距相同的平行直線。
3)產(chǎn)生: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);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)也是勻強(qiáng)磁場(chǎng),如圖所示:
五、磁感應(yīng)強(qiáng)度
1、磁感應(yīng)強(qiáng)度為了表征磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向,我們引入一個(gè)新的物理量:磁感應(yīng)強(qiáng)度。描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量,用符號(hào)“B” 表示。通過(guò)精確的實(shí)驗(yàn)可以知道,當(dāng)通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),受到磁場(chǎng)對(duì)它的力的作用。對(duì)于同一磁場(chǎng),當(dāng)電流加倍時(shí),通電導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力也加倍,這說(shuō)明通電導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力與通過(guò)它的電流強(qiáng)度成正比。而當(dāng)通電導(dǎo)線長(zhǎng)度加倍時(shí),它受到的磁場(chǎng)力也加倍,這說(shuō)明通電導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力與導(dǎo)線長(zhǎng)也成正比。對(duì)于磁場(chǎng)中某處 來(lái)說(shuō),通電導(dǎo)線在該處受的磁場(chǎng)力 F 與通電電流強(qiáng)度 I 與導(dǎo)線長(zhǎng)度 L 乘積的比值是一個(gè)恒量,它與電流強(qiáng)度和導(dǎo)線長(zhǎng)度的大小均無(wú)關(guān)。在磁場(chǎng)中不同位置,這個(gè)比值可能各不相同,因此,這個(gè)比值反映了磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。
1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義 電流元 ①定義:物理學(xué)中把很短一段通電導(dǎo)線中的電流 I 與導(dǎo)線長(zhǎng)度 L 的乘積 IL 叫做電流元。 ②理解:孤立的電流元是不存在的,因?yàn)橐箤?dǎo)線中有電流,就必須把它連到電源上。
2)磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力 ①內(nèi)容:通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí),它受力的大小與 I 和 L 的乘積成正比。 ②公式:。
說(shuō)明: ①B 為比例系數(shù),與導(dǎo)線的長(zhǎng)度和電流的大小都無(wú)關(guān)。 ②不同的磁場(chǎng)中,B 的值是不同的。 ③B 應(yīng)為與電流垂直的值,即式子成立條件為:B 與 I 垂直。 磁感應(yīng)強(qiáng)度 定義:在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電直導(dǎo)線,受到的安培力的作用 F,跟電流 I 和導(dǎo)線長(zhǎng)度 L 的乘積 IL 的比值, 叫做通電直導(dǎo)線所在處的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 公式:B=F / IL。
2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位 在國(guó)際單位制中,B 的單位是特斯拉(T) ,由 B 的定義式可知:
1 特(T)=
3)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向 磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,不僅有大小,而且有方向,其方向即為該處磁場(chǎng)方向。小磁針靜止時(shí) N 極所指的方向規(guī)定為該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,簡(jiǎn)稱為磁場(chǎng)的方向。 B 是矢量,其方向就是磁場(chǎng)方向,即小磁針靜止時(shí) N 極所指的方向。
2、磁通量磁感線和電場(chǎng)線一樣也是一種形象描述磁場(chǎng)強(qiáng)度大小和方向分布的假想的線,磁感線上各點(diǎn)的切線方向即該點(diǎn)的
磁感應(yīng)強(qiáng)度方向,磁感線的密疏,反映磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。為了定量地確定磁感線的條數(shù)跟磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的關(guān)系,規(guī)定:在垂直磁場(chǎng)方向每平方米面積的.磁感線的條數(shù)與該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大。▎挝皇翘兀⿺(shù)值相同。這里應(yīng)注意的是一般畫磁感線可以按上述規(guī)定的任意數(shù)來(lái)畫圖,這種畫法只能幫助我們了解磁感應(yīng)強(qiáng)度大;方向的分布,不能通過(guò)每平方米的磁感線數(shù)來(lái)得出磁感應(yīng)強(qiáng)度的數(shù)值。
1)磁通量的定義 穿過(guò)某一面積的磁感線的條數(shù),叫做穿過(guò)這個(gè)面積的磁通量,用符號(hào)φ表示。
物理意義:穿過(guò)某一面的磁感線條數(shù)。
2)磁通量與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系 按前面的規(guī)定,穿過(guò)垂直磁場(chǎng)方向單位面積的磁感線條數(shù),等于磁感應(yīng)強(qiáng)度 B,所以在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,垂直于磁場(chǎng)方向的面積 S 上的磁通量φ=BS。 若平面 S 不跟磁場(chǎng)方向垂直,則應(yīng)把 S 平面投影到垂直磁場(chǎng)方向上。 當(dāng)平面 S 與磁場(chǎng)方向平行時(shí),φ=0。
公式
1)公式:Φ=BS。
2)公式運(yùn)用的條件: a.勻強(qiáng)磁場(chǎng);b.磁感線與平面垂直。
3)在勻強(qiáng)磁場(chǎng) B 中,若磁感線與平面不垂直,公式Φ=BS 中的 S 應(yīng)為平面在垂直于磁感線方向上的投影面積。 此時(shí) ,式中即為面積 S 在垂直于磁感線方向的投影,我們稱為“有效面積” 。
3)磁通量的單位 在國(guó)際單位中,磁通量的單位是韋伯(Wb),簡(jiǎn)稱韋。磁通量是標(biāo)量,只有大小沒(méi)有方向。
4)磁通密度 磁感線越密的地方,穿過(guò)垂直單位面積的磁感線條數(shù)越多,反之越少,因此穿過(guò)單位面積的磁通量??磁通密度,它反映了磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,在數(shù)值上等于磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,B =Φ/S。
六、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用
1.安培分子電流假說(shuō)的內(nèi)容安培認(rèn)為,在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部存在著一種環(huán)形電流??分子電流,分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都成為微小的磁體,分子的兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè)磁極。
2.安培假說(shuō)對(duì)有關(guān)磁現(xiàn)象的解釋
1)磁化現(xiàn)象:一根軟鐵棒,在未被磁化時(shí),內(nèi)部各分子電流的取向雜亂無(wú)章,它們的磁場(chǎng)互相抵消,對(duì)外不顯磁性;當(dāng)軟磁棒受到外界磁場(chǎng)的作用時(shí),各分子電流取向變得大致相同時(shí),兩端顯示較強(qiáng)的磁性作用,形成磁極,軟鐵棒就被磁化了。
2)磁體的消磁:磁體的高溫或猛烈敲擊,即在激烈的熱運(yùn)動(dòng)或機(jī)械運(yùn)動(dòng)影響下,分子電流取向又變得雜亂無(wú)章, 磁體磁性消失。磁現(xiàn)象的電本質(zhì) 磁鐵的磁場(chǎng)和電流的磁場(chǎng)一樣,都是由運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生的。 說(shuō)明: ①根據(jù)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)理論,原子由原子核和核外電子組成,原子核帶正電,核外電子帶負(fù)電,核外電子在庫(kù)侖引力作用下繞核高速旋轉(zhuǎn),形成分子電流。在安培生活的時(shí)代,由于人們對(duì)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)尚不清楚,所以稱為“假 說(shuō)” 。但是現(xiàn)在, “假設(shè)”已成為真理。 ②分子電流假說(shuō)揭示了電和磁的本質(zhì)聯(lián)系,指出了磁性的起源:一切磁現(xiàn)象都是由運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生的。 安培力通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力稱為安培力。
3.安培力的方向 左手定則
1)左手定則 伸開(kāi)左手,使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直,并且都跟手掌在同一平面內(nèi),把手放入磁場(chǎng),讓磁感線穿過(guò)手心,讓伸開(kāi)的四指指向電流方向,那么大拇指所指方向即為安培力方向。
2)安培力 F、磁感應(yīng)強(qiáng)度 B、電流 I 三者的方向關(guān)系: ① , ,即安培力垂直于電流和磁感線所在的平面,但 B 與 I 不一定垂直。
、谂袛嗤妼(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力時(shí),注意一定要用左手,并注意各方向間的關(guān)系。 ③若已知 B、I 方向,則 方向確定;但若已知 B(或 I)和 方向,則 I(或 B)方向不確定。
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