第九章磁场与电磁感应精选文档.ppt
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1、第九章磁场与电磁感应本讲稿第一页,共五十八页一、磁场的基本概念一、磁场的基本概念本讲稿第二页,共五十八页(一)磁场(一)磁场1.1.物质性:物质性:磁场是物质存在的一种形式;磁场是物质存在的一种形式;2.2.基本性质:基本性质:磁场对放入其中的磁体、电流有力的作用;磁场对放入其中的磁体、电流有力的作用;3.3.磁场的产生:磁场的产生:磁体或电流周围存在磁场;磁体或电流周围存在磁场;4.4.磁场的方向:磁场的方向:小磁针静止时小磁针静止时N N极指向为磁场方向;极指向为磁场方向;5 5、磁极间的作用:、磁极间的作用:同名相斥,异名相吸;同名相斥,异名相吸;(二)磁感线(二)磁感线1.1.假想曲线
2、,客观不存在(理想模型);假想曲线,客观不存在(理想模型);2.2.疏密表示强弱,磁感线切线方向为磁场方向;疏密表示强弱,磁感线切线方向为磁场方向;3.3.磁感线空间分布:两条磁感线不会相交,不相切;磁感线空间分布:两条磁感线不会相交,不相切;4.4.磁感线是封闭曲线(外部磁感线是封闭曲线(外部NSNS,内部,内部 SN SN););本讲稿第三页,共五十八页5 5、常见几种磁场的磁感线、常见几种磁场的磁感线1 1).条形磁铁条形磁铁(2 2).同名磁极同名磁极(3 3).异名磁极异名磁极本讲稿第四页,共五十八页2 2).马蹄形磁铁马蹄形磁铁 3 3).通电直导线通电直导线4 4).通电螺线管通
3、电螺线管 5 5).通电环形导线通电环形导线本讲稿第五页,共五十八页6 6).地磁场地磁场本讲稿第六页,共五十八页(三)安培定则:(三)安培定则:1 1、内容:、内容:用右手握住导线,让伸直的大拇指的方向跟用右手握住导线,让伸直的大拇指的方向跟电流的方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线的电流的方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。环绕方向。2 2、特点:、特点:电流方向与磁感线方向可互换;电流方向与磁感线方向可互换;3 3、应用:、应用:1 1)直线电流:直线电流:2 2)环形电流:环形电流:3 3)通电螺线管)通电螺线管:本讲稿第七页,共五十八页(四)磁现象的本质(四)磁现
4、象的本质1 1、电流能够产生磁场:、电流能够产生磁场:奥斯特的电流磁效应;奥斯特的电流磁效应;2 2、磁体能够产生磁场:、磁体能够产生磁场:安培的分子环流假说;安培的分子环流假说;3 3、运动的电荷能够产生磁场:、运动的电荷能够产生磁场:罗兰的圆盘实验。罗兰的圆盘实验。4 4、磁现象的电本质:、磁现象的电本质:所有的此现象都是由电荷的运动所有的此现象都是由电荷的运动引起的。引起的。本讲稿第八页,共五十八页(五)磁感应强度(五)磁感应强度1 1、定义:、定义:垂直于磁场方向的通电导线,所受的安培力垂直于磁场方向的通电导线,所受的安培力F F,跟电流跟电流I I和导线的长度和导线的长度L L的乘积
5、的比值,叫做该点的磁感应强度;的乘积的比值,叫做该点的磁感应强度;2 2、表达式:、表达式:B=F/ILB=F/IL 3 3、单位:、单位:特斯拉(特斯拉(T T):):1T=1N/A1T=1N/Am m 4 4、特点:、特点:1 1)矢量性:)矢量性:方向与某点小磁针方向与某点小磁针N N极指向(磁感线该点极指向(磁感线该点切线方向)相同。切线方向)相同。2 2)固有性:)固有性:与放入的电流无关,只由原磁场的性质决定;与放入的电流无关,只由原磁场的性质决定;本讲稿第九页,共五十八页3 3)普适性:)普适性:比值定义法适用于一切磁场;比值定义法适用于一切磁场;4 4)叠加性:)叠加性:遵循平
6、行四边形法则。遵循平行四边形法则。5 5、匀强磁场:、匀强磁场:磁感应强度处处相同(磁感线平行等磁感应强度处处相同(磁感线平行等距)的磁场;距)的磁场;6 6、磁感应强度的测量:、磁感应强度的测量:1 1)用磁传感器伸进通电螺线管内测得)用磁传感器伸进通电螺线管内测得BxBx曲线;曲线;2 2)电流天平;)电流天平;3 3)利用地磁场测磁铁磁场的磁感应强度;)利用地磁场测磁铁磁场的磁感应强度;(六)磁通量(六)磁通量1 1、定义、定义:穿过某一面积的磁感线条数穿过某一面积的磁感线条数.2 2、表达式:、表达式:=BS =BS3 3、单位:、单位:wb(wb(韦伯韦伯)本讲稿第十页,共五十八页4
7、 4、特点:、特点:1 1)标量性:)标量性:只有大小只有大小,没方向没方向,但有正负;但有正负;2 2)合磁通:)合磁通:穿过某一面的抵消后的净剩磁感线的多少;穿过某一面的抵消后的净剩磁感线的多少;3 3)磁通量的改变量:)磁通量的改变量:=2 2-1 14 4)磁通量与线圈的匝数无关;)磁通量与线圈的匝数无关;(七)磁通密度:(七)磁通密度:1 1)定义:)定义:垂直磁场方向单位面积上的磁通量,即单位面垂直磁场方向单位面积上的磁通量,即单位面积上的磁感线条数;积上的磁感线条数;2 2)表达式:)表达式:B=/SB=/S3 3)单位:)单位:特斯拉(特斯拉(T T)本讲稿第十一页,共五十八页
8、二、二、磁场对电流的磁场对电流的 作用作用-安培力安培力本讲稿第十二页,共五十八页一、磁场对电流作用力大小一、磁场对电流作用力大小:1 1、表达式:、表达式:F=BILF=BIL2 2、适用条件:、适用条件:1 1)匀强磁场)匀强磁场2 2)导线与磁场垂直)导线与磁场垂直 3 3、几种情况:、几种情况:(1 1)当)当I I B B,F=BIL F=BIL(最大)(最大)(2 2)当)当I/BI/B,F=0 F=0(最小)(最小)(3 3)当)当I I 与与B B有夹角有夹角,F=BILsinF=BILsin BI BIBI本讲稿第十三页,共五十八页二、磁场对电流作用力方向二、磁场对电流作用力
9、方向:(一)左手定则(一)左手定则1 1、伸开左手,大拇指跟四指垂直,且在同一平面内伸开左手,大拇指跟四指垂直,且在同一平面内 2 2、让磁感线穿过手心让磁感线穿过手心3 3、使四指指向电流方向,使四指指向电流方向,则大拇指指向安培力的方向则大拇指指向安培力的方向4 4、注意:、注意:B B与与I I可以不垂直,可以不垂直,但但F F一定与一定与B B、I I都垂直;都垂直;本讲稿第十四页,共五十八页(二)导体运动方向的判断(二)导体运动方向的判断1 1、微元法:、微元法:对导体的每一小对导体的每一小段应用左手定则,然后求合力;段应用左手定则,然后求合力;2 2、等效法:、等效法:利用安培定则
10、将利用安培定则将条形磁铁与环形电流等效;条形磁铁与环形电流等效;3 3、推论法:、推论法:利用两通电导线利用两通电导线“同向相吸,反向相斥同向相吸,反向相斥”的结论;的结论;4 4、特殊位置法:、特殊位置法:利用导体便于分析的特殊位置判断。利用导体便于分析的特殊位置判断。SN本讲稿第十五页,共五十八页(三)磁力矩(三)磁力矩1 1、公式推导:、公式推导:如图,已知矩形线圈如图,已知矩形线圈abcdabcd匝数为匝数为n n,面积为,面积为S S,通入恒定电流通入恒定电流I I,在匀强磁场,在匀强磁场B B中绕竖直轴中绕竖直轴OOOO转动;若转动;若t=0t=0时,线圈时,线圈与磁场垂直,则任意
11、时刻与磁场垂直,则任意时刻t t线圈所受的磁力矩多大?线圈所受的磁力矩多大?2 2、结论:、结论:1 1)磁力矩表达式:)磁力矩表达式:M=nBISM=nBIS2 2)特点:)特点:(1 1)与形状无关;)与形状无关;(2 2)与平行轴位置无关;)与平行轴位置无关;本讲稿第十六页,共五十八页 三、电磁感应三、电磁感应本讲稿第十七页,共五十八页(一)基本概念(一)基本概念1 1、电磁感应现象、电磁感应现象2 2、感应电流的条件、感应电流的条件3 3、感应电动势、感应电动势4 4、楞次定律、楞次定律5 5、右手定则、右手定则(二)法拉第电磁感应定律(二)法拉第电磁感应定律1 1、感应电动势、感应电
12、动势(待续)(待续)本讲稿第十八页,共五十八页 习题类型习题类型1 1、各类磁场的识图;、各类磁场的识图;2 2、通电导体在磁场中运动方向的判断;、通电导体在磁场中运动方向的判断;3 3、安培力的应用;、安培力的应用;4 4、感应电流的判断;、感应电流的判断;5 5、感应电动势的计算;、感应电动势的计算;6 6、磁场中图像的问题;、磁场中图像的问题;7 7、磁场中的能量应用;、磁场中的能量应用;8 8、高考真题赏析。、高考真题赏析。本讲稿第十九页,共五十八页1 1、各类磁场的识图;、各类磁场的识图;1 1)几种常见的磁感线的识图)几种常见的磁感线的识图(1 1)立体图;)立体图;(2 2)俯视
13、图;)俯视图;(3 3)截面图;)截面图;(4 4)正视图;)正视图;2 2)地磁场的一些说法)地磁场的一些说法(1 1)水平与竖直;)水平与竖直;(2 2)南北与东西;)南北与东西;本讲稿第二十页,共五十八页 安培力的应用安培力的应用本讲稿第二十一页,共五十八页1 1、图中相距图中相距1 m1 m的两水平长轨道上有一质量为的两水平长轨道上有一质量为1 kg1 kg的铜棒,的铜棒,整个装置处于一竖直方向的匀强磁场内,并由一轨道输送整个装置处于一竖直方向的匀强磁场内,并由一轨道输送5 5 A A的稳恒电流到另一轨道,若铜棒跟轨道间的动摩擦因数为的稳恒电流到另一轨道,若铜棒跟轨道间的动摩擦因数为0
14、.060.06,为使铜棒向右作匀速运动,则匀强磁场的方向如何,为使铜棒向右作匀速运动,则匀强磁场的方向如何?其磁感应强度多大?其磁感应强度多大?本讲稿第二十二页,共五十八页2 2、在倾角为在倾角为3030 的光滑斜面上垂直纸面旋转一根长为的光滑斜面上垂直纸面旋转一根长为L L,质量为,质量为m m的直导体棒,一匀强磁场垂直于斜面向下,的直导体棒,一匀强磁场垂直于斜面向下,如图所示,当导体棒内通有垂直纸面向里的电流如图所示,当导体棒内通有垂直纸面向里的电流I I时,导时,导体棒恰好静止在斜面上,则磁感强度的大小为体棒恰好静止在斜面上,则磁感强度的大小为B B。本讲稿第二十三页,共五十八页3 3(
15、0000高考)高考)如图所示,两根平行放置的长直导线如图所示,两根平行放置的长直导线a a和和b b载有大小相同方向相反的电流,载有大小相同方向相反的电流,a a受到磁场力大小为受到磁场力大小为F F1 1,当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后,当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后,a a受到受到的磁场力大小变为的磁场力大小变为F F2 2,则此时,则此时b b受到的磁场力大小变为(受到的磁场力大小变为()(A A)F F2 2(B B)F F1 1F F2 2(C C)F F1 1F F2 2(D D)2 2F F1 1F F2 2本讲稿第二十四页,共五十八页4 4(0606高考)高考)
16、如图所示,同一平面内有两根互相平行的长如图所示,同一平面内有两根互相平行的长直导线直导线1 1和和2 2,通有大小相等、方向相反的电流,通有大小相等、方向相反的电流,a a、b b两点与两点与两导线共面,两导线共面,a a点在两导线的中间与两导线的距离均为点在两导线的中间与两导线的距离均为r r,b b点在导线点在导线2 2右侧,与导线右侧,与导线2 2的距离也为的距离也为r r现测得现测得a a点磁感应强点磁感应强度的大小为度的大小为B B,则去掉导线,则去掉导线1 1后,后,b b点的磁感应强度大小为点的磁感应强度大小为 ,方向,方向 本讲稿第二十五页,共五十八页5 5、长为长为L L的通
17、电导线被两条绝缘细线悬挂于的通电导线被两条绝缘细线悬挂于OOOO点上,点上,已知导线质量为已知导线质量为m m,通过的电流为,通过的电流为I I,方向如图,现使,方向如图,现使通电导线处在匀强磁场中,下列两种情况下,使导线静通电导线处在匀强磁场中,下列两种情况下,使导线静止时细线与竖直方向成止时细线与竖直方向成 角,求磁感应强度的大小。角,求磁感应强度的大小。(1 1)磁场方向竖直向上;)磁场方向竖直向上;(2 2)磁场方向水平向左。)磁场方向水平向左。本讲稿第二十六页,共五十八页6 6、在图中,两根与水平面夹、在图中,两根与水平面夹3737 角的平行金属与滑角的平行金属与滑动变阻器动变阻器R
18、 R、电源相串联,电源电动势为、电源相串联,电源电动势为6 V6 V,内阻为,内阻为1 1 ,质量为,质量为100 g100 g的金属棒垂直导轨搁置,若导轨间距的金属棒垂直导轨搁置,若导轨间距为为0.5 m0.5 m,垂直于导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为,垂直于导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为1 1 T T,两导轨对棒的最大静摩擦力为,两导轨对棒的最大静摩擦力为0.4 N0.4 N,不计导轨和金,不计导轨和金属棒的电阻,试求:金属棒能止在导轨上时,滑线变阻属棒的电阻,试求:金属棒能止在导轨上时,滑线变阻器应取的阻值范围。器应取的阻值范围。本讲稿第二十七页,共五十八页7 7、质量为质量为0.2
19、 kg0.2 kg的铜棒长的铜棒长70 cm70 cm,搁在两条水平放置的,搁在两条水平放置的平行光滑金属导轨上,导轨间距为平行光滑金属导轨上,导轨间距为50 cm50 cm,已知匀强磁场,已知匀强磁场的磁感应强度为的磁感应强度为0.8 T0.8 T,方向如图,两导轨所串联的电源,方向如图,两导轨所串联的电源的电动势为的电动势为1.5 V1.5 V,内电阻为,内电阻为0.1 0.1 ,电阻,电阻R R0.4 0.4 ,其,其它电阻不计,试求:它电阻不计,试求:(1 1)要铜棒不动,应至少)要铜棒不动,应至少施多大的外力?方向如何?施多大的外力?方向如何?(2 2)如果撤去外力,铜棒开)如果撤去
20、外力,铜棒开始运动瞬间的加速度大小和方向,始运动瞬间的加速度大小和方向,(3 3)如果因为电源内阻的变化,使铜棒在撤去外力时的瞬时)如果因为电源内阻的变化,使铜棒在撤去外力时的瞬时加速度只有加速度只有5 m/s5 m/s2 2,那么,电源内阻多大?,那么,电源内阻多大?本讲稿第二十八页,共五十八页8 8、长为长为L L0.1 m0.1 m,质量为,质量为m m10 g10 g,电阻为,电阻为R R0.2 0.2 的导体棒,放在倾角为的导体棒,放在倾角为 3030、间距也为、间距也为L L的两根平行光的两根平行光滑导电导轨上,导轨电阻不计,下端接有电动势为滑导电导轨上,导轨电阻不计,下端接有电动
21、势为 3 V3 V,内电阻为,内电阻为r r0.1 0.1 的电源,空间有一垂直于斜面向的电源,空间有一垂直于斜面向下的匀强磁场,为使导体棒能静止在导轨上,其磁下的匀强磁场,为使导体棒能静止在导轨上,其磁感应强度多大?若磁场方向是竖直向下的,则磁感感应强度多大?若磁场方向是竖直向下的,则磁感应强度又为多大?应强度又为多大?本讲稿第二十九页,共五十八页 磁场中的图像问题磁场中的图像问题本讲稿第三十页,共五十八页1 1、如图所示,直导线及其右侧的矩形金属框位于同一平面如图所示,直导线及其右侧的矩形金属框位于同一平面内。当导线中的电流之发生如图象所示的变化时,线框中内。当导线中的电流之发生如图象所示
22、的变化时,线框中感应电流与矩形线框受力情况下列叙述正确的是:(感应电流与矩形线框受力情况下列叙述正确的是:()A A感应电流方向不变,线框所受合力方向不变。感应电流方向不变,线框所受合力方向不变。B B感应电流方向改变,线框所受合力方向不变。感应电流方向改变,线框所受合力方向不变。C C感应电流方向改变,线框所受合力方向改变。感应电流方向改变,线框所受合力方向改变。D D感应电流方向不变,线框所受合力方向改变。感应电流方向不变,线框所受合力方向改变。本讲稿第三十一页,共五十八页2 2、如右图所示,两根竖直放置的光如右图所示,两根竖直放置的光滑平行导轨,其一部分处于方向垂滑平行导轨,其一部分处于
23、方向垂直导轨所在平面且有上下水平边界直导轨所在平面且有上下水平边界的匀强磁场中,一根金属杆的匀强磁场中,一根金属杆MNMN成水成水平沿导轨滑下,在与导轨和电阻平沿导轨滑下,在与导轨和电阻R R组成的闭合电路中,其他电阻不计。组成的闭合电路中,其他电阻不计。当金属杆当金属杆MNMN进入磁场区后,其运动进入磁场区后,其运动的速度图像可能是下图中的(的速度图像可能是下图中的()本讲稿第三十二页,共五十八页3 3、如图(甲)中,如图(甲)中,A A是一边长为是一边长为L L的正方形导线框,电阻为的正方形导线框,电阻为R R。今维持以恒定的速度今维持以恒定的速度v v沿沿x x轴运动,穿过如图所示的匀强
24、磁场的轴运动,穿过如图所示的匀强磁场的有界区域。若沿有界区域。若沿x x轴的方向为力的正方向,框在图示位置的时轴的方向为力的正方向,框在图示位置的时刻作为计时起点,则磁场对线框的作用力刻作为计时起点,则磁场对线框的作用力F F随时间随时间t t的变化图线的变化图线为图(乙)中的(为图(乙)中的()本讲稿第三十三页,共五十八页4 4、左图中左图中 abcd abcd 为一边长为,具有质量的刚性导线框,位于水平面内,为一边长为,具有质量的刚性导线框,位于水平面内,bc bc 边中串接有电阻边中串接有电阻R R,导线的电阻不计。虚线表示一匀强磁场区域的边,导线的电阻不计。虚线表示一匀强磁场区域的边界
25、,它与线框的界,它与线框的 ab ab 边平行,磁场区域的宽度为边平行,磁场区域的宽度为2 2,磁感强度为,磁感强度为B B,方向,方向竖直向下。线框在一垂直于竖直向下。线框在一垂直于 a b a b 边的水平恒定拉力作用下,沿光滑水边的水平恒定拉力作用下,沿光滑水平面运动,直到通过磁场区域。已知平面运动,直到通过磁场区域。已知 ab ab 边刚进入磁场时,线框便变为边刚进入磁场时,线框便变为匀速运动,此时通过电阻匀速运动,此时通过电阻R R的电流的大小为,试在右图中的的电流的大小为,试在右图中的-x-x 坐标上定坐标上定性画出:从导线框刚进入磁场到完全离开磁场的过程中,流过电阻性画出:从导线
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