圆环形电流的磁场分布
磁场3(安培环路定理、洛仑兹力)

一、安培环路定理 静电场的环路定理 磁场的环路定理 1.推导
LE dl 0 B dl ?
L
以无限长直导线为例
推广
1). 圆形环路
B dl LB dl cos 0 B Ldl
L
I
l
r
B
0 I 2 r 0 I B 2 r 2 r
cd
0 NI
B (2r )
0 NI
匝数
0 NI B 2 r
I
I
场点距中心 的距离
3. 均匀通电直长圆柱体的磁场 已知: 无限长载流圆柱体,半径 R 电流强度为 I,电流均匀分布 空间任一点 P ,如图 求:该点的磁感应强度? -------磁场分布
I
R
μ0μ
解: 1. 内部磁场 • 对称性分析 • 做对称性环路
3. B 是全空间电流的贡献,
但只有I内 对环流
B d l 有贡献。
L
4.说明磁场为非保守场称为涡旋场
三、环路定律的应用(重点) B dl 0 I i内
一般步骤: 1.对称性分析 2.做对称性环路
L i
3.用环路定理解题
B dl 0 Ii内
B
二. 应用-------霍耳效应 1879年霍耳(A.H.Hall) 1.定义: 在匀强磁场 B 中,金属导体板通有电流 I B,在与 I 和 B 都垂直上下表面出现横向电势差的现象 实验指出:
பைடு நூலகம்
B
b
IB UH b IB U H RH b
a
++++++++
高中物理模型:常见的磁场整理

模型/题型:常见的磁场整理一、永磁体的磁场条形磁体①在磁体的外部磁感线从磁体的N极出来进入磁场的S极,在内部也有相应条数的磁感线与外部的磁感线衔接组成闭合曲线;②磁感线分布有两个对称轴,一是磁铁的中轴线,二是磁铁的中垂线(从空间上来说为两个对称面);③条形磁铁的磁感线在磁铁的外部的两端(磁极)最密,中间稀疏。
蹄形磁铁①与条形磁铁相同,在磁体的外部磁感线从磁体的N极出来进入磁场的S极,在内部也有相应条数的磁感线(未画出)与外部的磁感线衔接组成闭合曲线;②磁感线分布有一个对称轴,即磁铁的对称轴;③蹄形磁铁的磁感线在磁铁外部是两端(磁极)最密,中间稀疏。
异名磁极①当两异名磁极相距较近时,两极间的磁场除边缘区域外是匀强磁场,磁感线相互平行、疏密均匀;②当两异名磁极相距较远时,两极间靠中心位置越近磁感应强度越弱,磁感线越稀疏。
类似于两等量异种电荷(点电荷)的磁场。
同名磁极①两同名磁极间的磁感线分布类似于两等量同种电荷(点电荷)的磁感线分布②磁感线有两条对称轴,分别为(1)两磁极的中轴线(2)两磁极间的中轴线二.常见的电流的磁场安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流一组以导线上任意点为圆心的多组同心圆,距导线越远磁感线越稀疏,磁场越弱环形电流环形电流的两侧可等效为小磁针的N极和S极,内部磁场比环外强,磁感线越向外越稀疏通电螺线管内部为匀强磁场且比外部强,方向由S极→N极,外部类似条形磁铁的磁场,管外为非匀强磁场⭐安培定则/右手螺旋定则:1.用右手握住导线,让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致,弯曲的四指所指的就是磁感线的环绕方向。
2.让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致,伸直的大拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向。
3.让右手弯曲的四指和螺线管中的电流方向一致,伸直的大拇指所指的方向就是螺线管中轴线上磁感线的方向。
三、地磁场的特点①地理南北极和地磁南北极相反②存在磁偏角③地球的磁场外部由南极到北极,内部由北极到南极④南半球地磁场磁感线斜向上,北半球斜向下,赤道与地面平行四、磁场基础知识梳理(一).磁感线1、磁感线:在磁场中画出一系列有方向的曲线,曲线上每一点的切线方向表示该点的磁场方向,曲线的疏密程度表示磁场的强弱。
磁场知识点总结-磁场-安培力

磁场知识点总结1.磁场(1)磁场:磁场是存在于磁体、电流和运动电荷周围的一种物质.永磁体和电流都能在空间产生磁场.变化的电场也能产生磁场. (2)磁场的基本特点:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用.(3)磁现象的电本质:一切磁现象都可归结为运动电荷(或电流)之间通过磁场而发生的相互作用.(4)安培分子电流假说------在原子、分子等物质微粒内部,存在着一种环形电流即分子电流,分子电流使每个物质微粒成为微小的磁体.(5)磁场的方向:规定在磁场中任一点小磁针N极受力的方向(或者小磁针静止时N极的指向)就是那一点的磁场方向.2.磁感线(1)在磁场中人为地画出一系列曲线,曲线的切线方向表示该位置的磁场方向,曲线的疏密能定性地表示磁场的弱强,这一系列曲线称为磁感线.(2)磁铁外部的磁感线,都从磁铁N极出来,进入S极,在内部,由S极到N极,磁感线是闭合曲线;磁感线不相交.(3)几种典型磁场的磁感线的分布:①直线电流的磁场:同心圆、非匀强、距导线越远处磁场越弱.②通电螺线管的磁场:两端分别是N极和S极,管内可看作匀强磁场,管外是非匀强磁场.③环形电流的磁场:两侧是N极和S极,离圆环中心越远,磁场越弱.④匀强磁场:磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同.匀强磁场中的磁感线是分布均匀、方向相同的平行直线.3.磁感应强度(1)定义:磁感应强度是表示磁场强弱的物理量,在磁场中垂直于磁场方向的通电导线,受到的磁场力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值,叫做通电导线所在处的磁感应强度,定义式B=F/IL.单位T,1T=1N/(A·m).(2)磁感应强度是矢量,磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向,即通过该点的磁感线的切线方向.(3)磁场中某位置的磁感应强度的大小及方向是客观存在的,与放入的电流强度I的大小、导线的长短L的大小无关,与电流受到的力也无关,即使不放入载流导体,它的磁感应强度也照样存在,因此不能说B与F成正比,或B与IL成反比.(4)磁感应强度B是矢量,遵守矢量分解合成的平行四边形定则,注意磁感应强度的方向就是该处的磁场方向,并不是在该处的电流的受力方向.4.地磁场:地球的磁场与条形磁体的磁场相似,其主要特点有三个:(1)地磁场的N极在地球南极附近,S极在地球北极附近.(2)地磁场B的水平分量(Bx)总是从地球南极指向北极,而竖直分量(By)则南北相反,在南半球垂直地面向上,在北半球垂直地面向下.(3)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.5★.安培力(1)安培力大小F=BIL.式中F、B、I要两两垂直,L是有效长度.若载流导体是弯曲导线,且导线所在平面与磁感强度方向垂直,则L指弯曲导线中始端指向末端的直线长度.(2)安培力的方向由左手定则判定.(3)安培力做功与路径有关,绕闭合回路一周,安培力做的功可以为正,可以为负,也可以为零,而不像重力和电场力那样做功总为零.6.★洛伦兹力(1)洛伦兹力的大小f=qvB,条件:v⊥B.当v∥B时,f=0.(2)洛伦兹力的特性:洛伦兹力始终垂直于v的方向,所以洛伦兹力一定不做功. (3)洛伦兹力与安培力的关系:洛伦兹力是安培力的微观实质,安培力是洛伦兹力的宏观表现.所以洛伦兹力的方向与安培力的方向一样也由左手定则判定.(4)在磁场中静止的电荷不受洛伦兹力作用.7.★★★带电粒子在磁场中的运动规律在带电粒子只受洛伦兹力作用的条件下(电子、质子、α粒子等微观粒子的重力通常忽略不计),(1)若带电粒子的速度方向与磁场方向平行(相同或相反),带电粒子以入射速度v做匀速直线运动.(2)若带电粒子的速度方向与磁场方向垂直,带电粒子在垂直于磁感线的平面内,以入射速率v做匀速圆周运动.①轨道半径公式:r=mv/qB ②周期公式: T=2πm/qB8.带电粒子在复合场中运动(1)带电粒子在复合场中做直线运动①带电粒子所受合外力为零时,做匀速直线运动,处理这类问题,应根据受力平衡列方程求解.②带电粒子所受合外力恒定,且与初速度在一条直线上,粒子将作匀变速直线运动,处理这类问题,根据洛伦兹力不做功的特点,选用牛顿第二定律、动量定理、动能定理、能量守恒等规律列方程求解.(2)带电粒子在复合场中做曲线运动①当带电粒子在所受的重力与电场力等值反向时,洛伦兹力提供向心力时,带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动.处理这类问题,往往同时应用牛顿第二定律、动能定理列方程求解.②当带电粒子所受的合外力是变力,与初速度方向不在同一直线上时,粒子做非匀变速曲线运动,这时粒子的运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线,一般处理这类问题,选用动能定理或能量守恒列方程求解.③由于带电粒子在复合场中受力情况复杂运动情况多变,往往出现临界问题,这时应以题目中“最大”、“最高” “至少”等词语为突破口,挖掘隐含条件,根据临界条件列出辅助方程,再与其他方程联立求解.。
几种常见磁场

通电导线的磁感线分布
特点:一系列 的同心圆,且近导 线处分布密。
安培定则(右手螺旋定则)
内容:用右手握 住导线,伸直的大拇
指所指的方向跟电流 的方向一致,弯曲的
四指所指的方向就是
通电直导线磁场立体与平面图
B
条形磁铁的磁感线分布
特点:两极分布 密,中央疏,且中央 正上方处磁场方向与 条形磁铁平行。
蹄形磁铁的磁感线分布
特点:两极分布 密,中央疏,近两极 内部分布均匀,且有 如图所示的特征。
磁感线的特点
1、磁感线是假想的曲线 用假想的、形象的磁感线来描写实在的、抽 象的磁场 2、磁感线的疏密表示磁场的强弱,磁感线较密 的地方磁场较强。没有画到磁感线的地方不表 示那里没有磁场存在。 3、磁感线不相交,也不相切
b
磁通量的物理意义 磁感线越密的地方,穿过垂直磁感线单 位面积的磁感线条数越多,反之越少,因此 垂直穿过单位面积的磁通量的大小,反映了 磁感应强度的大小,即在数值上就等于磁感 应强度,故磁感应强度又叫磁通密度,有 B=φ/S(匀强磁场且B⊥S)
思考:你能证明1Wb=1V· s?
课外阅读
——有趣的右螺旋和左螺旋
磁 感 线
在磁场中画一些有方向的曲线,在 这些曲线上,每一点的切线方向都在 该点的磁场方向上。
C
A
B
实验模拟磁感线的分布
实验模拟磁感线的分布
1、细铁屑在磁场中被磁化成 “小磁针” 2、现象:两极附近,磁场较强, 磁感线分布较密。
磁感应强度的形象描述
磁感线的疏密表示磁感应强度的大 小,磁感线上某点的切线的方向就表 示该点的磁感应强度的方向。 B
高二物理选修3-1第三章磁场知识点总结复习

第三章磁场教案3.1 磁现象和磁场第一节、磁现象和磁场1.磁现象磁性:能吸引铁质物体的性质叫磁性.磁体:具有磁性的物体叫磁体.磁极:磁体中磁性最强的区域叫磁极。
2.电流的磁效应磁极间的相互作用规律:同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引.(与电荷类比)电流的磁效应:电流通过导体时导体周围存在磁场的现象(奥斯特实验)。
3.磁场磁场的概念:磁体周围存在的一种特殊物质(看不见摸不着,是物质存在的一种特殊形式)。
磁场的基本性质:对处于其中的磁极和电流有力的作用.磁场是媒介物:磁极间、电流间、磁极与电流间的相互作用是通过磁场发生的.磁场对电流的作用,电流与电流的作用,类比于库仑力和电场,形成磁场的概念,磁场虽然看不见、摸不着,但是和电场一样都是客观存在的一种物质,我们可以通过磁场对磁体或电流的作用而认识磁场.4.磁性的地球地球是一个巨大的磁体,地球周围存在磁场———地磁场.地球的地理两极与地磁两极不重合(地磁的N极在地理的南极附近,地磁的S极在地理的北极附近),其间存在磁偏角.地磁体周围的磁场分布情况和条形磁铁周围的磁场分布情况相似。
宇宙中的许多天体都有磁场。
月球也有磁场。
例1、以下说法中,正确的是()A、磁极与磁极间的相互作用是通过磁场产生的B、电流与电流的相互作用是通过电场产生的C、磁极与电流间的相互作用是通过电场与磁场而共同产生的D、磁场和电场是同一种物质例2、如图表示一个通电螺线管的纵截面,ABCDE在此纵截面内5个位置上的小磁针是该螺线管通电前的指向,当螺线管通入如图所示的电流时,5个小磁针将怎样转动?例3、有一矩形线圈,线圈平面与磁场方向成 角,如图所示。
设磁感应强度为B,线圈面积为S,则穿过线圈的磁通量为多大?例4、如图所示,两块软铁放在螺线管轴线上,当螺线管通电后,两软铁将(填“吸引"、“排斥”或“无作用力”),A端将感应出极。
3。
2 磁感应强度第二节 、 磁感应强度1.磁感应强度的方向:小磁针静止时N 极所指的方向规定为该点的磁感应强度方向 思考:能不能用很小一段通电导体来检验磁场的强弱呢?2.磁感应强度的大小匀强磁场:如果磁场的某一区域里,磁感应强度的大小和方向处处相同,这个区域的磁场叫匀强磁场。
高二物理磁场问题归纳-知识精讲

高二物理磁场问题归纳知识精讲一. 本周教学内容:磁场问题归纳二. 学习目标:1、掌握电流磁场方向的判断方法。
2、重点掌握几种常见的磁感线的分布特点及安培定则的应用。
3、掌握磁感应强度的概念及其矢量性特点。
考点地位:本节内容是高中磁场理论的基础,涉及了高中阶段各种常见的典型的磁场分布及其特点、地磁场的分布特点、磁场的叠加等,这些内容的深刻把握,对于处理磁场问题中的综合问题有很好的作用。
近几年的高考中,突出的考查磁场的基本概念,如电磁感应强度的概念,安培定则等,出题形式主要以选择或填空的形式出现。
三. 重难点解析:1.磁场(1)定义:磁体或电流周围存在一种特殊物质,能够传递磁体与磁体、磁体和电流、电流和电流之间的相互作用,这种特殊的物质叫磁场。
(2)磁场的基本性质:对放入其中的磁体和电流产生力的作用。
(3)磁场的产生:①磁体能产生磁场;②电流能产生磁场。
(4)磁场的方向:注意:小磁针北极(N极,指北极)受力的方向即小磁针静止时北极所指方向,为磁场中该点的磁场方向。
说明:所有的磁作用都是通过磁场发生的,磁场与电场一样,都是场物质,这种物质并非由基本粒子构成。
2. 电流的磁场(1)电流对小磁针的作用1820年,丹麦物理学家奥斯特发现,通电后,通电导线下方的与导线平行的小磁针发生偏转。
如图所示。
(2)电流和电流间的相互作用有互相平行而且距离较近的两条导线,当导线中分别通以方向相同和方向相反的电流时,观察发生的现象是:同向电流相吸,异向电流相斥。
小结:磁体与磁体间、电流与磁体间、电流和电流间的相互作用都是通过磁场来传递的,故电流能产生磁场。
3.磁感线(1)磁感线是为了形象地描述磁场而人为假设的曲线。
其疏密反映磁场的强弱,线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同。
(2)磁感线的特点:①在磁体外部,磁感线从北极发出,进入南极;在磁体内部由南极回到北极。
②磁感线的疏密表示磁场的强弱,磁感线越密的地方磁场越强;磁场方向在过该点的磁感线的切线上。
几种常见的磁场 课件

内部:S→N:外部N→S
为形象描述磁场而假想的曲线
2.(安培定则的理解与应用)如图所示, a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的 正上方、管内和右侧,当这些小磁针静
止时,小磁针N极的指向是 ( C )
A.a、b、c均向左 B.a、b、c均向右 C.a向左,b向右,c向右 D.a向右,b向左,c向右
1.磁感线
定义及特点 几种常见的磁场的磁感线分布
2.磁场的起源 电荷的运动
3.磁通量
概念 公式:Φ=BS(适用于B与平面S垂直的情况)
1.(对磁感线的认识)关于磁场和磁感线
的描述,下列说法中正确的是 ( AB)
A.磁体之间的相互作用是通过磁场发 生的,磁场和电场一样,也是一种客观 存在的物质 B.磁感线可以形象地描述磁场的强弱 和方向,它每一点的切线方向都和小磁 针放在该点静止时北极所指的方向一致 C.磁感线总是从磁铁的N极出发,到S 极终止的 D.磁感线可以用细铁屑来显示,因而 是真实存在的
是B(C )
A.除永久磁铁外,一切磁场都是由运动电荷 或电流产生的 B.根据安培的分子电流假说,在外磁场作用 下,物体内部分子电流取向变得大致相同时 ,物体就被磁化了,两端形成磁极 C.一切磁现象都起源于电流或运动电荷,一 切磁作用都是电流或运动电荷之间通过磁场 而发生的相互作用 D.磁就是电,电就是磁;有磁必有电,有电 必有磁
[延伸思考] 什么是磁通密度?其单位是什么?
答案 磁通密度就是磁感应强度,其单位可表示为Wb/m2.
一、对磁感线的认识
例1 关于磁场和磁感线的描述,正确的
说法是 ( B )
A.磁感线从磁体的N极出发,终止于S 极 B.磁感线可以表示磁场的方向和强弱 C.沿磁感线方向,磁场逐渐减弱 D.因为异名磁极相互吸引,所以放入 通电螺线管内的小磁针的N极一定指向 螺线管的S极
环形电流产生的磁场

1.粒子速度选择器工作原理
B1 +
F Eq
v
E
-
1.粒子受力特点:电场力和洛伦兹力方向相反; 2.粒子通过速度选择器的条件:Eq=qvB→v =E/B 3.速度选择器对正、负电荷均适用;
4.速度选择器中的电场和磁场方向具有确定的 关系.
2、质谱仪
+q m 构造:
+
v B1
U B2
E
①带电粒子注入器
②加速电场(U)
d 原理:
qU=mv2/2
r
③速度选择器(E、B1) qE=qvB1 ④偏转磁场(B2) ⑤照相底片
qvB2 =mv2/(d/2)
质谱仪工作原理
+q m
+
v B1
B2
E
U qU=mv2/2
qvB2 =mv2/(d/2)
-
d
r
qE=qvB1
※质谱仪用来测带电粒子的 荷质比q/m =2v/B2d=2E/B1B2d 、 质量m =B B qd/2E ,分析同位素
5.磁性材料
• (1).磁化:物质材料在磁场中具有磁性的过程。 • (2).铁磁性材料:像铁那样能被强烈磁化的材 料。 • (3).软磁性材料:磁化后容易去磁的材料。 • 应用:变压器 、交流发电机、电磁铁、录音机 磁头。 • (4).硬磁性材料:磁化后不易去磁的材料。 • 应用:磁电式仪表、扬声器、话筒、录音带、 录相带、磁盘、信用卡、电话磁卡等等。
(2).适用条件: ①匀强磁场
②导线与磁场垂直
(3).推广
1)当I B, F=BI L 2)当I // B, F=0
I
B
I
B
(4). 安培力方向
不同形状的磁铁对磁力的影响

不同形状的磁铁对磁力的影响磁力是磁铁所具有的一种物理属性,它可以对其他物体产生吸引或排斥的作用。
磁铁的形状对磁力的影响是一个值得探讨的话题。
本文将从不同形状磁铁的基本原理、具体形状对磁力的影响以及相关应用等方面进行论述。
一、不同形状磁铁的基本原理磁铁能产生磁力的原理是由其内部微观结构决定的。
磁铁的微观结构主要由磁畴组成,每个磁畴中的磁性元素具有相同的磁矩方向。
在没有外部磁场的情况下,这些磁畴的磁矩方向是杂乱无序的,磁铁不具备磁性。
而当磁铁经过磁化处理或受到外部磁场的作用时,磁畴中的磁矩会趋向于同一方向排列,形成一个整体的磁矩。
二、具体形状对磁力的影响1. 长条形磁铁长条形磁铁是最常见的一种磁铁形状。
其磁力主要集中在两个末端,即南北极。
南北极之间的中间部分磁力较弱。
这是因为在南极和北极之间,磁畴的磁矩方向发生了频繁的变换,造成了磁力的减弱。
2. 圆环形磁铁圆环形磁铁具有闭合的磁路结构,其磁力主要集中在内径和外径之间。
内径和外径处的磁力强度相对较高,而圆环的内部磁力相对较弱。
这是因为磁铁内部的磁畴呈现出环状的分布,在圆环的内部,磁力相互抵消,导致整体磁力较弱。
3. 方形磁铁方形磁铁的磁力主要集中在四个角落处。
与长条形磁铁相比,方形磁铁的磁力分布更为均匀。
这是由于方形磁铁的磁畴在各个角落处都趋于排列得更为有序,使得磁力得到了更好的保持。
4. U 形磁铁U 形磁铁的磁力主要集中在两个末端,即形状的两个曲线处,与长条形磁铁类似。
但由于 U 形磁铁的中间部分形成了一个闭合的磁路,所以其磁力相对于长条形磁铁更强。
三、相关应用1. 电磁铁电磁铁是利用电流在导线中产生的磁场而形成磁力的装置。
通过控制电流的通断可以控制磁力的强弱。
电磁铁广泛应用于电动机、电磁铁吸盘、电磁铁夹具等工业领域。
2. MRI扫描MRI(magnetic resonance imaging)是一种利用磁场和无线电波来获取人体内部图像的医学检查技术。
几种常见的磁场

三、磁通量
磁通量的变化量
ΔΦ=Φ2-Φ1
是某两个时刻穿过某个平面S的磁 通量之差,即ΔΦ取决于末状态的磁 通量Φ2与初状态磁通量Φ1的代数差。 磁通量的变化一般有三种形式: (1)B不变,S变化; (2)B变化,S不变; (3)B和S同时变化.
随堂演练
练习1、如图1,线圈平面与水平方向成θ角,磁感应线竖 直向下,设匀强磁场的磁感应强度为B,线圈面积为S,则 BScosθ Ф= _________ 练习2:如图1所示,框架面积为S,框架平面与磁感应强度为 B的匀强磁场方向垂直,则穿过平面的磁通量为_____, 若从 BS 初始位置转过900角,则穿过线框平面的磁通量为_____, 若 0 从初始位置转过1800角,则穿过线框平面的磁通量变化为 2BS O _____ a
3、几种常见的磁场
高二物理
田军
学习目标
• 1.知道几种常见的磁场(条形磁铁、蹄形磁铁, 直线电流、环形电流、通电螺线管)及所形成的 磁感线分布的情况. • 2.会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电 螺线管的磁感线的方向.
一、磁感线
(2)磁感线的特点
为了形象描述磁场强弱和方向而 假想的线 磁感线的疏密表示磁场强弱 电场线的特点 为了形象描述电场强弱和方向 而假想的线 电场线的疏密表示电场强弱
二、几种常见的磁场
形状 疏密 方向
二、几种常见的磁场
4、通电螺丝管的磁感线
二、几种常见的磁场
4、通电螺丝管的磁感线
磁感线的分布特征:其外部的磁感线与条形磁体的 磁感线相似,内部的磁感线与螺线管的轴线平行 安培定则: 用右手握住螺旋管,让弯曲的四指所指的方向跟电 流方向一致,大拇指所指的方向就是螺旋管内部磁感线 的方向。
圆形磁铁径向充磁的磁感线_解释说明

圆形磁铁径向充磁的磁感线解释说明1. 引言1.1 概述圆形磁铁是一种常见的电磁装置,具有广泛的应用领域。
了解其原理和性质对于深入理解磁场的形成及其应用具有重要意义。
本文将探讨圆形磁铁径向充磁过程中的磁感线分布情况,并对其进行解释和说明。
1.2 文章结构本文将按以下结构展开论述:引言部分概述研究背景,介绍文章目录及各个章节内容;第二部分阐述圆形磁铁的基本原理,包括磁场概念、磁感线定义和性质以及圆形磁铁的工作原理;第三部分详细解析圆形磁铁径向充磁过程,在此过程中分别探讨径向充磁的定义和特点、磁铁中磁场分布的变化过程以及径向充磁时产生的效应和应用;第四部分通过实验验证与数据分析来支持论点,包括实验装置和步骤介绍、数据记录与分析结果、对实验结果进行讨论和解释;最后,在第五部分进行总结和展望。
1.3 目的本文旨在通过研究圆形磁铁径向充磁过程中的磁感线分布情况,解释和说明这一过程的原理和应用。
通过实验验证与数据分析,将探讨这一问题,并总结出结论并展望未来可能存在的问题及进一步研究方向。
通过本文,读者将更全面地了解圆形磁铁径向充磁的磁感线分布特点以及其在实际应用中的意义。
2. 圆形磁铁的基本原理2.1 磁场的概念磁场是指具有磁性物质周围所产生的力场,它可以使其他具有磁性的物质受到一定作用力。
磁场可以通过磁感线来描述,磁感线是一种表示磁场分布和方向的曲线。
在一个磁场中,磁感线从南极流向北极,在所有点上切线方向等于局部磁场的方向。
2.2 磁感线的定义和性质磁感线是用来表示磁场空间分布和方向的曲线。
它们具有以下几个重要性质:- 磁感线始终形成闭合曲线,从南极到北极。
- 环绕同一根导体或者永久磁体放置在同一区域内时,各个位置上的磁感线互相平行且等密度。
- 等密度的不同组分之间模样如螺旋面。
2.3 圆形磁铁的工作原理圆形磁铁是由一个环形导体制成,并且经过适当处理形成了持久性或暂时性的永久状元。
其工作原理基于安培定律和法拉第电磁感应定律。
磁场、磁感线、磁感应强度、磁通量

磁场、磁感线、磁感应强度、磁通量教学内容:一. 磁场、磁感线1. 我国古代磁的应用有;(1)指南针:(2)磁石治病。
2. 磁极间的作用:同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。
无论是磁极和磁极之间,还是磁极和电流之间都存在磁力。
磁场是一种看不见、摸不着,存在于电流或磁体周围的物质,它传递着磁体间的相互作用。
3. 磁场的来源有磁铁,电流等。
4. 磁场的性质:对放于它里面的磁铁或电流有磁场力的作用。
5. 磁场的方向:磁场中任意一点,小磁针在该点北极受力方向即小磁针静止时N极所指的方向,就是该点的磁场方向。
6. 磁感线:所谓磁感线,是在磁场中画出的一些有方向的曲线,在这些曲线上,每一点的切线方向都在该点的磁场方向。
7. 安培定则(也叫右手螺旋定则):(1)判定直导线中电流的方向与磁感线方向之间的关系时可表述为:用右手握住导线,让伸直的拇指所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环绕方向。
(2)判定环形电流和通电螺线管的电流方向与磁感线方向之间的关系时表述为:让右手弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致,拇指所指的方向就是环形电流中轴线上磁感线的方向或螺线管内部磁感线的方向。
二. 典型磁场的磁感线分布1. 磁场的分布是立体空间的,要熟练掌握常见磁场的磁感线的立体图和纵、横截面图的画法(1)条形磁铁、同名磁极间、异名磁极间磁感线的分布情况,如图所示。
(a)条形磁铁的磁感线分布(b)同名磁极间的磁感线分布(c)异名磁极间的磁感线分布(2)直线电流的磁场:无磁极,非匀强,距导线越远处磁场越弱,画法如图所示。
立体图横截面图纵截面图(3)通电螺线管的磁场:两端分别是N极和S极,管内是匀强磁场,管外为非匀强磁场,画法如图所示。
立体图横截面图纵截面图(4)环形电流的磁场:两侧是N极和S极,离圆环中心越远,磁场越弱,画法如图所示。
立体图横截面图纵截面图2. 如何由小磁针北极的指向,判断电流方向(或电源极性)?先根据已知条件画出一条或几条通过小磁针的磁感线,再运用安培定则根据磁感线方向判断出电流方向,从而判断出电源极性。
2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修2 第1章第1节磁场对通电导线力(3)

1.电流方向不变时,磁场反向,安培力反向.
2.磁场方向不变时,电流反向,安培力反向.
一、安培力的方向
探究安培力的方向与哪些因素有关
结论
安培力方向与电流方向、磁场方向都垂直.
研究安培力的问题要涉及三维空间
一、安培力的方向
左手定则
伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在
同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流的
与电流方向垂直
【答案】D
【解析】电流放入磁场中,不管电流与磁场是否垂直,安培力均垂直磁场
和电流所确定的平面,即安培力总是垂直磁场方向,安培力总是垂直电流向.
2.长度为20cm的通电直导线放在匀强磁场中,电流的强度为1A,受到磁场
作用力的大小为2N,则磁感应强度B为 (
A.B=10T
B.B≥10T
C.B≤10T
动,当通以如图所示电流后,cd导线将(
)
a
A.顺时针方向转动,同时靠近ab
B.逆时针方向转动,同时离开ab
C.顺时针方向转动,同时离开ab
D.逆时针方向转动,同时靠近ab
c
d
b
【答案】D
【解析】安培定则可知直线电流产生的磁场是以直线电流为圆心的同心圆,
再由左手定则判断出D项正确.
判定方法:左手定则
什么情况下两条导线相互排斥?
一、安培力的方向
F
F
电流方向相同
电流方向相反
同向电流相互吸引
F
F
反向电流相互排斥
二、安培力的大小
当通电导线与磁场方向垂直时
=
当通电导线与磁场方向平行时
=
二、安培力的大小
当通电导线与磁场方向成角时
环形电流的磁场方向

交流电的频率和幅度会影响磁场的强 度和变化速度。频率越高,磁场变化 越快;幅度越大,磁场强度越强。
特殊形状导线(如螺线管)产生磁场方向
安培环路定理
对于长直螺线管,其内部的磁场可以看作是均匀的,且方向平行于螺线管的轴线。根据安培环路定理,可以计算 出螺线管内部的磁感应强度。
右手螺旋定则
对于螺线管产生的磁场方向,可以使用右手螺旋定则来判断。即如果电流沿顺时针方向流动,则磁场方向垂直于 螺线管平面向外;如果电流沿逆时针方向流动,则磁场方向垂直于螺线管平面向内。
环形电流的磁场方向
https://
REPORTING
• 环形电流基本概念 • 磁场方向判断方法 • 不同条件下磁场方向变化规律 • 实验验证与数据分析 • 环形电流在生活和工程应用举例 • 总结与展望
目录
PART 01
环形电流基本概念
REPORTING
WENKU DESIGN
https://
实验技术的改进
随着实验技术的不断进步,未来有望改进实验条件,提高 实验精度和可重复性,为环形电流磁场方向的研究提供更 加可靠的实验依据。
应用领域的拓展
随着科技的不断进步和社会需求的不断增长,未来环形电 流磁场方向有望在更多领域得到应用,推动相关技术的快 速发展。
THANKS
感谢观看
REPORTING
利用安培环路定理可以推导出环形电流的磁场分布,进而 确定磁场方向。
矢量合成法则
当空间中存在多个电流产生的磁场时,某点的磁场方向可以通过矢量合成法则来 确定。即该点的磁场方向是各个电流在该点产生的磁场方向的矢量和。
对于环形电流,可以将其看作由无数个直线电流段组成,每个电流段在空间某点 产生的磁场方向都可以用右手定则确定。然后利用矢量合成法则,将这些磁场方 向进行合成,得到环形电流在该点的总磁场方向。
圆环形电流的磁场分布

圆环形电流的磁场分布福建省石狮市石光中学 陈龙法摘 要 本文详细推算出圆环形电流的磁场分布(包括磁标势、磁感应强度),证明了圆电流平面上圆内的磁感应强度为r 的单调增函数,且在圆心处磁感应强度有极小值。
设圆环形电流强度为I ,圆半径为R 0,以圆心为原点,过圆心垂直于圆面的轴为极轴,建立球坐标系。
如图所示。
用半径为R 0的球面把整个空间分成两个区域,在这两个区域内,磁场的标势分别满足拉普拉斯方程012=∇m φ (r<R 0), 022=∇m φ (r>R 0)由于具有轴对称性,磁标势与方位角φ无关,所以满足边界条件有限−−→−→01r m φ, 有限−−→−∞→r m 2φ的通解可取为: ()θφcos 1n nnn m P ra ∑=(r<R 0) ⑴()θφcos 12nn n nm P rb ∑+=(r>R 0) ⑵ r=R 0的球面上,21m m φφ和满足边值关系:()φααφφe e f f m m r -=-=∇-∇⨯12 ⑶()012=∇-∇•m m r φφe ⑷解上列⑴⑵⑶⑷式得:()()f n n n n nn n n d dP R b d dP R aαθθθθ=-∑∑+-cos cos 2010⑸()()()0cos cos 11010=++∑∑--nnn n n n n nP R na P R b n θθ ⑹其中,面电流密度⎪⎭⎫ ⎝⎛-=20πθδαR I f ,I 是圆环中的电流强度 。
⎪⎭⎫ ⎝⎛-2πθδ可按连带勒让德函数展开:()()()()θθπθδcos !1!1212cos 2n nn n n P n n n P f '+-+==⎪⎭⎫⎝⎛-∑∑ ⑺)又 ()()θθθd dP P n n cos cos -=', ()002='k P , ()()()()kk k k k P 22122!!1210+-='+ 于是⑸⑹式可化为:()()θθcos cos 100201nn nnn n n n n n P Rna R I P R b R a -+-∑∑-='⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-()()()0cos cos 1102=++∑∑-+nn n n n nn nP R na P Rb n θθ于是得到系数n n b a 和满足的方程:()()0121202010n n n n n P n n n R I R b R a '++-=-+- ⑻ 01120=+++n n n R a n n b ⑼ 解⑻⑼式,当n=2k 时,有:014022=-+k k k R a b 012214022=+++k k k R a k k b 这是关于k k b a 22和的齐次方程组,其系数行列式012211140140≠+-++k k R k kR 所以方程组只有零解,即022==k k b a ⑽当n=2k+1时,有:()()()()21201320122012!!2222341k k k k R IR b R a k k k k k k +++++++-=-022123401212=++++++k k k R a k k b解得:()()()1221201122!!21++++-=k k k k k k R Ia ⑾()()()()()21222012!222!2121k k k k IR b k k kk +++++-= ⑿ 由⑽⑾⑿及⑴⑵式,得到球内外的磁标势:()()()()θφcos 2!!21121212212011+++++∑-=k k k k k km P r k k R I(r<R 0) ⒀()()()()()θφcos 12!22!21122212222012+++++∑+-=k k kk k k m P r k k k IR (r>R 0) ⒁于是球内外的磁感应强度为:()()()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∇-=+++∑θθθθμφμe e B r 1d dP P k R r k k R I k k kk kk m cos cos 122!!211212201220010 (r<R 0) ⒂ ()()()()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⎪⎭⎫ ⎝⎛++-=∇-=++++∑θθθθμφμe e B r d dP P k r R k k k R Ik k k k kkm cos cos 222!22!121121232012200202 (r>R 0) ⒃根据⒂⒃式,当2πθ=时,利用()0012=+k P ,()()()kk k k k d dP 22122)!(!121)(cos cos +-=+θθ便得到圆电流平面上圆内和圆外的磁感应强度为:()θμe B 1kk k R r a R Ir 20002∑⎪⎪⎭⎫⎝⎛=(r<R 0) ⒄ ()θβμe B 3200022+∑⎪⎭⎫⎝⎛=k k k r R R Ir (r>R 0) ⒅其中 ()[]()()442!212!12k k k a k k++=, ()[]()()442!222!12k k k k k ++=β 从⒄式知,()01>drr dB ,故圆电流平面上圆内的磁感应强度()r B 1为r 的单调增函数。
高中物理新教材同步 必修第三册 第13章 1 磁场 磁感线

1磁场磁感线[学习目标] 1.知道磁场的概念,知道磁体与磁体间、磁体与通电导体间、通电导体与通电导体间的作用是通过磁场发生的。
2.理解磁感线的概念,知道磁感线的特点(重难点)。
3.理解安培定则,会用安培定则判断电流的磁场方向(重难点)。
一、电和磁的联系磁场如图甲所示,通电导线放在蹄形磁体附近,悬挂导线的细线偏离竖直方向,说明通电导线受到力的作用;如图乙所示,两条通电导线之间也有作用力。
根据实验,在下图中空白方框内填入恰当的内容。
答案磁场1.电和磁的联系(1)自然界中的磁体总存在着两个磁极,自然界中同样存在着两种电荷。
同名磁极或同种电荷相互排斥,异名磁极或异种电荷相互吸引。
(2)奥斯特实验实验现象:把导线放置在小磁针的上方,当给导线通电时,与导线平行放置的小磁针发生转动。
注意事项:导线应沿南北方向水平放置结论:通电导线对小磁针有力的作用,说明电流具有磁效应。
奥斯特首次揭示了电与磁的联系。
2.磁场(1)磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间,以及通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的。
(2)基本性质:磁场对磁体或通电导体有力的作用。
(3)磁场尽管看不见、摸不着,但它与电场类似,都是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质。
(1)通电导线与通电导线之间是通过电场发生作用的。
(×)(2)磁场只有在磁体与磁体、磁体与电流发生作用时才产生。
(×)(3)磁体产生的磁场和电流产生的磁场本质上是一样的。
(√)例1奥斯特实验是科学历史上的经典实验,它的价值在于直接证实了()A.磁场的存在B.导线周围存在磁场C.通电导线周围存在磁场D.磁场对通电导线有力的作用答案 C解析奥斯特实验直接证实了通电导线周围有磁场,从而使得通电导线正下方的小磁针发生了偏转,故选C。
二、磁感线和地磁场1.磁场的方向:物理学规定,在磁场中的某一点,小磁针静止时N极所指的方向就是该点磁场的方向。
2.磁感线:在磁场中画出一些有方向的曲线,曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致,这样的曲线就叫作磁感线。
高中物理磁场知识点总结

〔1〕条形磁铁磁感线:见图8-1-1,外部从N极出发,进入S极;中间位置与磁感线切线与条形磁铁平行。
蹄形磁铁磁感线:见图8-1-2,外部从N极出发,进入S极。
〔2〕直线电流的磁感线:见图8-1-3,磁感线是一簇以导线为轴心的同心圆,其方向由安培定那么来判定,右手握住通电导线,伸直的大拇指指向电流的方向,弯曲的四指所指的方向就是磁感线方向,离通电导线越远的地方,磁场越弱。
〔3〕通电螺旋管的磁感线:见图8-1-4,与条形磁铁相似,有N、S极,方向可由安培定那么判定,即用右手握住螺旋管,让弯曲的四指指电流的方向,伸直的大拇指的方向就是螺旋管的N极〔即螺旋管的中心轴线的磁感线方向〕。
〔4〕环形电流的磁感线:可以视为单匝螺旋管,判定方法与螺旋管相同;也可以视为通电直导线的情况。
〔5〕地磁场的磁感线:地磁场的N极在地球南极附近,S极在地球北极附近,磁感线分布如图8-1-6所示。
〔6〕匀强磁场的磁感线:磁感应强度大小和方向处处相同的磁场,匀强磁场的磁感线是分布均匀的、方向相同的平行线。
如图8-1-7所示。
第三章 第1、2节 磁现象和磁场、磁感应强度班级:______姓名:______________学号:__________1.首先发现通电导线周围存在磁场的物理学家 ( ) A .安培 B .法拉第 C .奥斯特 D .特斯拉 2.在奥斯特电流磁效应的实验中,通电直导线应该( ) A .平行南北方向,在小磁针正上方 B .平行东西方向,在小磁针正上方 C .东南方向,在小磁针正上方 D .西南方向,在小磁针正上方 3. 以下说法正确的选项是〔 〕A .磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的B .磁场是客观存在的一种物质C.磁体与磁体间的相互作用是通过磁场而发生的,而磁体与通电导体间以及通电导体与通电导体之间的相互作用不是通过磁场发生的D .地球的周围存在着磁场,地球是一个大磁体,地球的地理两极与地磁两极并不重合,其间有一个交角,这就是磁偏角,磁偏角的数值在地球上不同地方是相同的4.以下关于磁感应强度的方向的说法中正确的选项是 ( )A .某处磁感应强度的方向就是一小段通电导体放在该处时所受磁场力的方向B .小磁针N 极受磁力的方向就是该处磁感应强度的方向C .垂直于磁场放置的通电导线的受力方向就是磁感应强度的方向D .磁场中某点的磁感应强度的方向简称该点的磁场方向 5.以下说法中正确的选项是 ( )A .电荷在某处不受电场力的作用,那么该处的电场强度为零B .一小段通电导线在某处不受安培力的作用,那么该处磁感应强度一定为零C .把一个试探电荷放在电场中的某点,它受到的电场力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱D .把一小段通电导线放在磁场中某处,所受的磁场力与该小段通电导线的长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强弱6.在磁感应强度的定义式ILF B 中,有关各物理量间的关系,以下说法中正确的选项是 〔 〕A .B 由F 、I 和L 决定 B .F 由B 、I 和L 决定C .I 由B 、F 和L 决定D .L 由B 、F 和I 决定 7.有关磁感应强度的以下说法中正确的选项是 〔 〕A .磁感应强度是用来表示磁场强弱和方向的物理量B .磁感应强度的方向与磁场力的方向相同C .假设一小段长为L 通以电流为I 的导线,在磁场中某处受到的磁场力为F ,那么该处磁感应强度的大小一定是F /ILD .由B =F /IL 可知,电流I 越大,导线长度L 越长,某点的磁感应强度就越小8.在匀强磁场里,有一根长1.2m 的通电导线,导线中的电流为5A,这根导线与磁场方向垂直时,所受的安培力为1.8N ,那么磁感应强度的大小为__________T 。
物理一轮复习 专题40 磁场的描述 磁场对通电导线的作用力(讲)(含解析)

专题40 磁场的描述 磁场对通电导线的作用力1.知道磁感应强度的概念及定义式,并能理解与应用。
2.会用安培定则判断电流周围的磁场方向.3.会用左手定则分析解决通电导体在磁场中的受力及平衡类问题.一、磁场、磁感应强度 1.磁场(1)基本特性:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用. (2)方向:小磁针的N 极所受磁场力的方向,或自由小磁针静止时北极的指向. 2.磁感应强度(1)物理意义:描述磁场的强弱和方向. (2)大小:ILFB(通电导线垂直于磁场). (3)方向:小磁针静止时N 极的指向. (4)单位:特斯拉(T ). 3.匀强磁场(1)定义:磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场. (2)特点匀强磁场中的磁感线是疏密程度相同的、方向相同的平行直线. 4.磁通量(1)概念:在磁感应强度为B 的匀强磁场中,与磁场方向垂直的面积S 与B 的乘积. (2)公式:Φ=BS .深化拓展 (1)公式Φ=BS 的适用条件:①匀强磁场;②磁感线的方向与平面垂直.即B ⊥S . (2)S 为有效面积.(3)磁通量虽然是标量,却有正、负之分. (4)磁通量与线圈的匝数无关. 二、磁感线、通电导体周围磁场的分布1.磁感线:在磁场中画出一些有方向的曲线,使曲线上各点的切线方向跟这点的磁场方向一致. 2.条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布(如图所示)3.电流的磁场直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点无磁极、非匀强,且距导线越远处磁场越弱与条形磁铁的磁场相似,管内为匀强磁场且磁场最强,管外为非匀强磁场环形电流的两侧是N极和S极,且离圆环中心越远,磁场越弱安培定则立体图横截面图4.(1)磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向.(2)磁感线的疏密定性地表示磁场的强弱,在磁感线较密的地方磁场较强;在磁感线较疏的地方磁场较弱.(3)磁感线是闭合曲线,没有起点和终点.在磁体外部,从N极指向S极;在磁体内部,由S极指向N极.(4)同一磁场的磁感线不中断、不相交、不相切.(5)磁感线是假想的曲线,客观上不存在.三、安培力、安培力的方向匀强磁场中的安培力1.安培力的大小(1)磁场和电流垂直时,F=BIL.(2)磁场和电流平行时:F=0.2.安培力的方向(1)用左手定则判定:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内.让磁感线从掌心进入,并使四指指向电流的方向,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向.(2)安培力的方向特点:F⊥B,F⊥I,即F垂直于B和I决定的平面.考点一安培定则的应用和磁场的叠加1.安培定则的应用在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清“因"和“果”。
磁场(知识梳理)

磁场第一讲知识梳理知识点一磁场及其描述磁现象:1.磁性:物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性。
2.磁极:磁体的各部分磁性强弱不同,磁性最强的区域叫磁极。
任何磁体都有两个磁极,无论怎么分割,磁极总是成对出现,不存在磁单极。
3.磁极间的相互作用:同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。
4.磁化:使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫做磁化。
电流的磁效应(电生磁):通电导体的周围有磁场,它能使放在导体周围的小磁针发生偏转,且磁场的方向跟电流的方向有关,这种现象叫做电流的磁效应。
○1奥斯特实验:导线通电后,其下方与导线平行的小磁针会发生偏转。
○2奥斯特实验的意义:第一个揭示了电与磁之间是有联系的。
磁场(1)磁场:磁体、电流和运动电荷周围存在的一种特殊物质磁场的基本性质:对放入其中的磁体或电流有力的作用。
磁体对磁体的作用,磁铁对通电导线的作用以及电流和电流之间的相互作用都是通过磁场来实现的,所有磁现象都起源于电荷运动。
磁场的方向:规定在磁场中任一点小磁针北极受力的方向,亦即小磁针静止时的北极所指的方向;磁场方向也和磁感应强度方向、磁感线在该处的切线方向一致。
磁感线(1)磁感线:为了形象的研究磁场而引入的一束假想曲线,并不客观存在,但有实验基础。
(2)磁感线特点:①磁感线的疏密程度能定性的反映磁场的强弱分布。
②磁感线上任一点的切线方向反映该点的磁场方向。
磁感线是不相交的闭合曲线。
磁铁外部的磁感线,都从磁铁N极出来,进入S极,在内部,由S极N极,磁感线是闭合曲线;磁感线不相交.例1.关于磁场的说法,正确的是()A.在地磁场的作用下小磁针静止时指南的磁极叫北极,指北的磁极叫南极B.磁场和电场一样,是客观存在的特殊物质C.磁铁与磁铁之间的相互作用是通过磁场发生的。
通电导体与通电导体之间的相互作用是通过电场发生的D.磁铁周围只有在磁极与磁极、磁扱和电流发生作用时才有磁场例2.如图,小磁针处于静止状态,由此可以判定()A.a是N极,b是S极B.a是S极,b是N极C.a是S极,b是S极D.a是N极,b是N极例3.从太阳或其它星体上放射出的宇宙射线中都含有大量的高能带电粒子,这些高能带电粒子到达地球会对地球上的生命带来危害,但是由于地球周围存在地磁场,地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向,对地球上的生命起到保护作用,那么()A.南北两极处地磁场最弱,赤道处地磁场最强B.垂直射向地球表面的带电粒子在南、北两极所受阻挡作用最强,赤道附近最弱C.垂直射向地球表面的带电粒子在南、北两极所受阻挡作用最弱,赤道附近最强D.在赤道平面内垂直地表射来的带电粒子向两极偏转知识点二几种常见的磁场的磁感线①直线电流的磁场:同心圆、非匀强、距导线越远处磁场越弱.②通电螺线管的磁场:两端分别是N极和S极,管内可看作匀强磁场,管外是非匀强磁场.③环形电流的磁场:两侧是N极和S极,离圆环中心越远,磁场越弱.④匀强磁场:磁感应强度大小处处相等、方向处处相同.匀强磁场中的磁感线是分布均匀、方向相同的平行直线.(1)条形磁铁磁感线:见图8-1-1,外部从N极出发,进入S极;中间位置与磁感线切线与条形磁铁平行。
几种常见磁场

一、磁场磁体是通过磁场对铁一类物质发生作用的,磁场和电场一样,是物质存在的另一种形式,是客观存在。
小磁针的指南指向北表明地球是一个大磁体。
磁体周围空间存在磁场;电流周围空间也存在磁场。
电流周围空间存在磁场,电流是大量运动电荷形成的,所以运动电荷周围空间也有磁场。
静止电荷周围空间没有磁场。
磁场存在于磁体、电流、运动电荷周围的空间。
磁场是物质存在的一种形式。
磁场对磁体、电流都有磁力作用。
与用检验电荷检验电场存在一样,可以用小磁针来检验磁场的存在。
如图所示为证明通电导线周围有磁场存在——奥斯特实验,以及磁场对电流有力的作用实验。
1.地磁场地球本身是一个磁体,附近存在的磁场叫地磁场,地磁的南极在地球北极附近,地磁的北极在地球的南极附近。
2.地磁体周围的磁场分布与条形磁铁周围的磁场分布情况相似。
3.指南针放在地球周围的指南针静止时能够指南北,就是受到了地磁场作用的结果。
4.磁偏角地球的地理两极与地磁两极并不重合,磁针并非准确地指南或指北,其间有一个交角,叫地磁偏角,简称磁偏角。
说明:①地球上不同点的磁偏角的数值是不同的;②磁偏角随地球磁极缓慢移动而缓慢变化;③地磁轴和地球自转轴的夹角约为11°。
二、磁场的方向在电场中,电场方向是人们规定的,同理,人们也规定了磁场的方向。
规定:在磁场中的任意一点小磁针北极受力的方向就是那一点的磁场方向。
确定磁场方向的方法是:将一不受外力的小磁针放入磁场中需测定的位置,当小磁针在该位置静止时,小磁针N极的指向即为该点的磁场方向。
磁体磁场:可以利用同名磁极相斥,异名磁极相吸的方法来判定磁场方向。
电流磁场:利用安培定则(也叫右手螺旋定则)判定磁场方向。
三、磁感线在磁场中画出有方向的曲线表示磁感线,在这些曲线上,每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同。
即,磁感线上每一点切线方向跟该点磁场方向相同。
磁感线特点:⏹磁感线的疏密反映磁场的强弱,磁感线越密的地方表示磁场越强,磁感线越疏的地方表示磁场越弱。
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圆环形电流的磁场分布
福建省石狮市石光中学 陈龙法
摘 要 本文详细推算出圆环形电流的磁场分布(包括磁标势、磁感应强度),证明了圆电流平面上圆内的磁感应强
度为r 的单调增函数,且在圆心处磁感应强度有极小值。
设圆环形电流强度为I ,圆半径为R 0,以圆心为原点,过圆心垂直于圆面的轴为极轴,建立球坐标系。
如图所示。
用半径为R 0的球面把整个空间分成两个区域,在这两个区域内,磁场的标势分别满足拉普拉斯方程
012=∇m φ (r<R 0)
, 022=∇m φ (r>R 0) 由于具有轴对称性,磁标势与方位角φ无关,所以满足边界条件
有限−−→−→01r m φ, 有限−−→−∞
→r m 2φ
的通解可取为:
()θφcos 1n n n
n m P r a ∑= (r<R 0) ⑴
()θφcos 12n n
n n
m P r
b ∑
+= (r>R 0) ⑵ r=R 0的球面上,21m m φφ和满足边值关系:
()φααφφe e f f m m r -=-=∇-∇⨯12 ⑶
()012=∇-∇∙m m r φφe ⑷
解上列⑴⑵⑶⑷式得:
()()f n n n n n
n n n d dP R b d dP R a
αθθθθ=-∑∑+-cos cos 2
10
⑸
()()()0cos cos 1101
=++∑
∑--n
n
n n n n n n
P R na P R b n θθ ⑹
其中,面电流密度⎪⎭⎫ ⎝⎛-=20πθδαR I f ,I 是圆环中的电流强度 。
⎪⎭⎫ ⎝
⎛
-2πθδ可按连带勒让德函数展
开:
()()()()θθπθδcos !
1!12
12cos 2n n
n n
n P n n n P f '+-+==⎪⎭
⎫ ⎝
⎛
-∑∑ ⑺
)
又 ()()θθθd dP P n n cos cos -
=', ()002='k P , ()()()()k
k k k k P 22122
!!1210+-='+ 于是⑸⑹式可化为:
()()θθcos cos 1
00201
n n n
n n n n n n n P R na R I P R b R a -+-∑∑-='⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛- ()()()0cos cos 11
02
=++∑∑
-+n
n n n n n
n n
P R na P R
b n θθ
于是得到系数n n b a 和满足的方程:
()()0121
202
1
0n n n n n P n n n R I R b R a '++-=-
+- ⑻ 01
120=++
+n n n R a n n
b ⑼ 解⑻⑼式,当n=2k 时,有:
01
4022=-+k k k R a b
01
2214022=++
+k k k R a k k
b 这是关于k k b a 22和的齐次方程组,其系数行列式
012211
1
401
40≠+-++k k R k k
R 所以方程组只有零解,即
022==k k b a ⑽
当n=2k+1时,有:
()()()()212013
20
122012!!2222341k k k k R I
R b R a k k k k k
k +++++++-=-
02
21
23401212=+++
+++k k k R a k k b
解得:
()
()()1
221201
122!!21++++-=k k k k k k R I
a ⑾
()()()()()2
122
20
12!222!2121k k k k IR b k k k
k +++++-= ⑿ 由⑽⑾⑿及⑴⑵式,得到球内外的磁标势:
()
()()()θφcos 2!!2112121
221
201
1+++++∑-=k k k k k k
m P r k k R I
(r<R 0) ⒀
()()()()()θφcos 1
2
!22!21122
21222
2012+++++∑+-=k k k
k k k m P r k k k IR (r>R 0) ⒁ 于是球内外的磁感应强度为:
()()()()()()⎥⎦⎤⎢⎣
⎡++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∇-=+++∑θθθθμφμe e B r 1d dP P k R r k k R I k k k
k k
k m cos cos 122!!21121220122001
0 (r<R 0) ⒂ ()()()()()()()⎥⎦
⎤⎢⎣⎡
-+⎪⎭⎫ ⎝⎛++-=∇-=++++∑θθθθμφμe e B r d dP P k r R k k k R I
k k k k k
k m cos cos 222
!22!12112123
201
22002
02 (r>R 0) ⒃
根据⒂⒃式,当2
π
θ=
时,利用
()0012=+k P ,
()()
()k
k k k k d dP 22122)!(!121)(cos cos +-=+θθ 便得到圆电流平面上圆内和圆外的磁感应强度为:
()θμe B 1k
k k R r a R I
r 20002∑⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛= (r<R 0) ⒄ ()θβμe B 3
200022+∑⎪⎭
⎫
⎝⎛=k k k r R R I
r (r>R 0) ⒅
其中 ()[]()()442!212!12k k k a k k
++=, ()[]()()
442
!222!12k k k k k ++=β 从⒄式知,
()01>dr
r dB ,故圆电流平面上圆内的磁感应强度()r B 1为r 的单调增函数。
当r=0时,
()r B 1为极小,有()R
I
B 2001μ=
,这正是用毕奥—萨伐尔定律求出的圆电流中心的磁感应强度。
(2001/10/22)。