磁场知识点汇总
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磁场知识点汇总
一、磁场
⒈磁场是一种客观物质,存在于磁体和运动电荷(或电流)周围。
⒉磁场(磁感应强度)的方向规定为磁场中小磁针N 极的受力方向(磁感线的切线方向)。 ⒊磁场的基本性质是对放入其中的磁体、运动电荷(或电流)有力的作用。
二、磁感线
⒈磁感线是徦想的,用来对磁场进行直观描述的曲线,它并不是客观存在的。
⒉磁感线是闭合曲线⎩⎨⎧→→极
极磁体的内部极极磁体的外部N S S N
⒊磁感线的疏密表示磁场的强弱,磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向。 ⒋任何两条磁感线都不会相交,也不能相切。
三、安培定则是用来确定电流方向与磁场方向关系的法则
弯曲的四指代表⎩⎨⎧)()(环形电流或通电螺线管电流的方向直线电流磁感线的环绕方向
四、安培分子电流假说揭示了磁现象的电本质,即磁体的磁场和电流的磁场一样,都是由电
荷的运动产生的。
五、几种常见磁场
⒈直线电流的磁场:无磁极,非匀强,距导线越远处磁场越弱
⒉通电螺线管的磁场:管外磁感线分布与条形磁铁类似,管内为匀强磁场。
⒊地磁场(与条形磁铁磁场类似)
⑴地磁场N 极在地球南极附近,S 极在地球北极附近。
地磁场B 的水平分量总是从地球南极指向北极,而竖直分量南北相反,在南半球垂直地面向上,在北半球垂直地面向下
⑵在赤道平面上,距离地球表面相等的各点,磁感强度相等,且方向水平向北。
六、磁感应强度:⑴定义式LI
F B =(定义B 时,B I ⊥)⑵B 为矢量,方向与磁场方向相同,并不是在该处电流的受力方向,运算时遵循矢量运算法则。
七、磁通量
⒈定义一:φ=BS ,S 是与磁场方向垂直的面积,即φ=B ⊥S ,如果平面与磁场方向不垂直,应把面积投影到与磁场垂直的方向上,求出投影面积⊥S
⒉定义二:表示穿过某一面积磁感线条数
磁通量是标量,但有正、负,正、负号不代表方向,仅代表磁感线穿入或穿出。 当一个面有两个方向的磁感线穿过时,磁通量的计算应算“纯收入”,即ф=ф1-ф2(ф1为正向磁感线条数,ф2为反向磁感线条数。)
八、安培力大小
⒈公式BLI F =sin θ(θ为B 与I 夹角)[]BLI F ,0∈
⒉通电导线与磁场方向垂直时,安培力最大BIL F =
⒊通电导线平行于磁场方向时,安培力0=F
⒋B 对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度
⒌式中的L 为导线垂直于磁场方向的有效长度。例如,半径为r 的半圆形导线与磁场B 垂直放置,导线的的等效长度为2r ,安培力BIr F 2=。
九、安培力的方向
⒈方向由左手定则来判断。
⒉安培力总是垂直于磁感应强度B 和电流I 所决定的平面,但B 、I 不一定要垂直。
十、物体在安培力作用下运动方向的判定方法
⒈电流元分析法
把整段电流等效分成很多电流元,先用左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向,从而判断出整段电流所受合力的方向,最后确定运动方向,注意一般取对称的电流元分析。
[例题] 如图所示,两根垂直纸面、平行且固定放置的直导线M 和N ,通有同向等值电流;沿纸面与直导线M 、N 等距放置的另一根可自由移动的通电导线ab ,则通电导线ab 在安培力作用下运动的情况是
A.沿纸面逆时针转动
B.沿纸面顺时针转动
C.a 端转向纸外,b 端转向纸里
D.a 端转向纸里,b 端转向纸外
⒉等效分析法
环形电流可以等效为小磁针(或条形磁铁),条形磁铁也可等效成环形电流,通电螺线管可等效为多个环形电流或条形磁铁。
⒊利用结论法
⑴两电流相互平行时无转动趋势,同向电流相互吸引,反向电流相互排斥。 ⑵两电流不平行时,有转动到相互平行且方向相同的趋势。
十一、 洛伦兹力的大小
⒈当电荷速度方向与磁场方向垂直时,洛伦兹力的大小qvB F =
⒉当0=v 时,0=F ,即磁场对静止的电荷无作用力,磁场只对运动电荷有作用力,这与电场对其中的静止电荷或运动电荷总有电场力的作用是不同的。
⒊当电荷运动方向与磁场方向相同或相反,即v 与B 平行时,0=F 。
⒋当电荷运动方向与磁场方向夹角为θ时,洛伦兹力的大小qvB F = sin θ
注意:⑴以上公式中的v 应理解为电荷相对于磁场的运动速度。⑵会推导洛伦兹力的公式。
十二、 洛伦兹力的方向
⒈用左手定则来判断:让磁感线穿过手心,四指指向正电荷运动的方向(或负电荷运动方向的反方向),大拇指指向就是洛伦兹力的方向。
⒉无论v 与B 是否垂直,洛伦兹力总是同时垂直于电荷运动方向与磁场方向。 洛伦兹力的特点
洛伦兹力的方向总与粒子运动的方向垂直,洛伦兹力只改变速度的方向,不改变速度的大小,故洛伦兹力永不做功。
十三、 安培力和洛伦兹力的关系
安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力是安培力的微观实质。方向都由左手定则判断。
洛伦兹力不做功,安培力可以做功。
十四、 洛伦兹力作用下的运动
当带电粒子垂直进入磁场时,洛伦兹力不做功,粒子做匀速圆周运动。由牛顿第二定律可得:r mv qvB 2=,所以qB mv r =,粒子运动的周期qB m v r T ππ22== [例题] 如图,MN 是匀强磁场中的一块薄金属板,带电粒子(不计重力)在匀强磁场中运动并穿过金属板,虚线表示其运动轨迹,由图知:
A 、粒子带负电
B 、粒子运动方向是abcde
C 、粒子运动方向是edcba
D 、粒子在上半周所用时间比下半周所用时间长 十五、 带电粒子在相互垂直的电场和磁场中的运动 ⒈速度选择器
⑴作用:可以把具有某一特定速度的粒子选择出来。
⑵粒子受力特点:同时受相反方向的电场力和磁场力作用。
⑶粒子匀速通过速度选择器的条件:电场力和洛伦兹力平
衡:qvB qE =,即速度大小只有满足B
E v =的粒子才能沿直线匀速通过。
⑷速度选择器对正、负电荷均适用, 带电粒子能否匀速通
过电、磁场与粒子所带电荷量、电性、粒子的质量无关,
仅取决于粒子的速度(不是速率)。
⑸若B E v >或B
E v <,粒子都将偏离直线运动。 ⑹粒子若从右侧射入,则不可能匀速通过电磁场,这说明速度选择器不仅对速度大小有选择,而且对速度方向也有选择。
⒉磁流体发电机
⑴作用:可以把等离子体的内能直接转化为电能。
⑵原理:高速的等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带正电和负电的微粒,而从整体来说呈中性)喷射入磁场,在洛伦兹力作用下分别聚集在A 板和B 板,于是在板间形成电场,当板间电场对电荷的作用力等于电荷所受洛伦兹力,两板间形成一定的电势差,合上开关K 后,就能对负载供电。
⑶磁流体发电机的电动势:Bdv E =,推导:当外电路断开时,电源电动势等于路端
电压Bdv U E qE qvB Ed U ==⇒⎭
⎬⎫==源 带电粒子在有界匀强磁场中的运动
三个问题 ⒈圆心的确定:圆心一定在与速度方向垂直的直线上,根据入射点和出射点的速度方向做出垂线,交点即为圆心。
⒉半径的计算:一般是利用几何知识解直角三角形。
⒊带电粒子在有界磁场中运动时间的确定:利用圆心角和弦切角的关系或四边形内角和
v A B v R K M N a b c d e B A C