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磁场

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磁场的定义

磁场示意图

磁场是一种看不见、摸不着的特殊物质,磁场不是由原子或分子组成的,但磁场是客观存在的。

磁场是对放入其中的磁体有磁力的作用的物质叫做磁场,磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力,即通电导体在磁场中受到磁场的作用力。

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。

描述磁场的磁感线

典型的磁感线分布图

在磁场中画一些曲线,用(虚线或实线表示)使曲线上任何一点的切线方向都跟这一点的磁场方向相同(且磁感线互不交叉),这些曲线叫磁感线。

磁感线是闭合曲线。规定小磁针的北极所指的方向为磁感线的方向。磁铁周围的磁感线都是从N极出来进入S极,在磁体内部磁感线从S极到N极。

磁感线都有哪些性质呢?

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;磁铁的磁感线,外部从N指向S,内部从S指向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。

磁感线(不是磁场线)的性质最好与电场线的性质对比来记忆。

描述磁场性质的关键物理量:磁感应强度

磁感应强度的定义式B=F/(IL)

磁感应强度是由什么决定的?磁感应强度的大小并不是由F、I、L来决定的,而是由磁极产生体本身的属性。

如果是一块磁铁,那么B的大小之和这块磁铁的大小和磁性强弱有关。

如果是电磁铁,那么B与I、匝数及有无铁芯有关。

高中物理网很多文章都建议同学们采用类比的方法来理解各个物理量。我们用电阻R来做个对比。

R的计算公式是R=U/I;可一个导体的电阻R大小并不是由U或者I来决定的。而是由其导体自身属性决定的,包括电阻率、长度、横截面积。同样,磁感应强度B也不是由F、I、L来决定的,而是由磁极产生体本身的属性。

如果同学们有时间,可以把静电场中电容的两个公式来复习、巩固下。

B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。

磁场中的两个典型力

磁场对其中的通电导体有力的作用,对其中运动的带电粒子有力的作用。前者我们称之为安培力,后者我们称之为洛伦兹力。

安培力

安培力(Ampere’s force)是通电导线在磁场中受到的作用力。由法国物理学家A·安培首先通过实验确定。安培力可表述为:以电流强度为I的长度为L的直导线,置于磁感应强度为B的均匀外磁场中,则导线受到的安培力的大小为F=IBLsinα;

式中α为导线中的电流方向与B方向之间的夹角,F、L、I及B的单位分别为N、m、A及T。

安培力的方向垂直于由通电导线和磁场方向所确定的平面,且I、B与F三者的方向间由左手定则判定。

洛伦兹力

运动电荷在磁场中所受到的力称为洛伦兹力,即磁场对运动电荷的作用力。洛伦兹力的公式为F=qvB。荷兰物理学家洛伦兹首先提出了运动电荷产生磁场和磁场对运动电荷有作用力的观点,为纪念他,人们称这种力为洛伦兹力。

洛伦兹力和安培力并不矛盾,之间可相互推导。

安培力和洛伦兹力的方向,都是通过左手定则来判定的。

磁场中闭合线圈的磁通量

⒈定义一:φ=BS,S是与磁场方向垂直的面积,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;

⒉定义二:表示穿过某一面积磁感线条数;此时,我们认为B代表的意义是单位面积内的磁感线密度。

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。同学们能不能想到其他类似的物理量呢?比如,电流,也是有“运动方向”的标量。

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=ф -ф (ф 为正向磁感线条数,ф 为反向磁感线条数。)

参考文献

安培力与洛伦兹力http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/43297.html


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