高中物理磁场知识点精讲精练典型题专训.docx

PAGE PAGE 1 第三讲 磁场 §3.1 基本磁现象 3 4由于自然界中有磁石( Fe O )存在，人类很早以前就开始了对磁现象的研究。 人们把磁石能吸引铁`钴`镍等物质的性质称为磁性。 条形磁铁或磁针总是两端吸引铁屑的能力最强，我们把这吸引铁屑能力最强的区域称之为磁极。 将一条形磁铁悬挂起来，则两极总是分别指向南北方向，指北的一端称北极(N 表示)；指南的一端称南极(S 表示)。 磁极之间有相互作用力，同性磁极互相排斥，异性磁极互相吸引。 磁针静止时沿南北方向取向说明地球是一个大磁体，它的 N 极位于地理南极附近，S 3 4 1820 年，丹麦科学家奥斯特发现了电流的磁效应。 第一个揭示了磁与电存在着联系。 长直通电导线能给磁针作用；通电长直螺线管与条形磁铁作用时就如同条形磁铁一般；两根平行通电直导线之间的相互作用??，所有这些都 启发我们一个问题:磁铁和电流是否在本源上一致? 1822 年，法国科学家安培提出了组成磁铁的最小单元就是环形电流，这些分子环流定向排列，在宏观上就会显示出N、S 极的分子环流假说。近代物理指出，正是电子的围绕原子核运动以及它本身的自旋运动形成了“分子电流”，这就是物质磁性的基本来源。 一切磁现象的根源是电流，以下我们只研究电流的磁现象。 §3.2 磁感应强度 、磁感应强度、毕奥 ? 萨伐尔定律 r??图 3-2-1m将一个长 L，I 的电流元放在磁场中某一点，电流元受到的作用力为F。 当电流元在某一方位时，这个力最大，这个最大的力 F 和 IL r? ? 图 3-2-1 m 放在该点，小磁针静止时 N 极所指的方向，被规定为该点磁感应强度的方向。 真空中，当产生磁场的载流回路确定后，那空间的磁场就确定了，空间各点的B?也就确定了。 根据载流回路而求出空间各点的B 要运用一个称为毕奥—萨伐尔定律的实验定律。毕—萨定律告诉我们：一个电流元 I? L(如图 3-2-1)在相对电流元的位置 I? L sin ? ? ? K ? r 2 ? 矢量为 r 的 P 点所产生的磁场的磁感强度? B 大小为 ， 为顺着电流 I ? L 的方向与 r? 方向的夹角， ? B? 的方向可用右手螺旋法则确定，即伸出右手，先把四指放在I ? L 的方向上，顺着小 于? 的角转向 r? 方向时大拇指方向即为? B? 的方向。式中 K 为一常数，K=10 ? 7 韦伯/安培? 米。载流回路是由许多个 I ? L 组成的，求出每个 I? L 在 P 点的? B? 后矢量求和，就得到了整个载流回路在 P 点的B? 。 ? 0lK ? 0 l 如果令  04 ? ， ? 0 ? 4 ? ? 10 ? 7 特斯拉? 米? 安?1 ， I? ? ? 那么? B 又可写为 ? I? L sin ? ? B ? 0 4 ? r 2 ?B ? 0? 称为真空的磁导率。 I B? 0 // 下面我们运用毕——萨定律，来求一个半径为R，载电 l流为 I 的圆电流轴线上，距圆心 O 为? 的一点的磁感应强度在圆环上选一 I ? ? ，它在 P 点产生的磁感应强度 l  ?? BRr? ? ? B R r? ? O ? x P ? ? B ? ? 0 I? l sin 90 ? ? ? 0 I? l ? ? ? ? B 4 ? r 2 4 ? r 2 ，其方向垂直于 I? l 和r 所确定的平面，将 B 分解到沿 OP 方向 // 和垂直于 OP 方 ? B ? ? B , sin ? ? ? 0 I? l ? R 向?? B 向 ? ? ，环上所有电流元在 P 点产生的? B 的和为零， // 4? r 2 r ? ? B B= // ? RI ?? 0 ? 4 ?r 3 ? RI ? l ? 0 4 ?r 3 2 ?R ?（ ?  ? l ? 2? R 线性一元叠加） ? ? 0 R 2 I 2 (? 2 ? R 2 ) 3 / 2 ? ? 0  ? I B ? 0 在圆心处， ， 2 R B、 由毕——萨定律可以求出的几个载流回路产生的磁场的磁感应强度 ? B 无限长载流直导线 为了形象直观地描述磁场，引进了与电感线相似的磁感线。 I长直通电导线周围的磁感线如图 3-2-3 所示。如果导线中通过的电流强度为 I，在理论上和实验中都可证明，在真空中离导线距离为 r 处的磁感强度 I ? I B ? 0 B ? K I 2 ?r 或 r 式中? 0 称为真空中的磁导率，大小为 4 ? ? 10 ? 7 T / m 。 K ? 2 ? 10 ? 7 T ? m ? 1 图 3-2-3 (2)无限长圆柱体 无限长载流直导线 ? I 0B ? 0 2?r r 为所求