磁場是高中物理的重點部分,在歷年高考中占有較大的比重。為了學好這部分內容,要求學生掌握各種磁場的特點。下面介紹幾種我們經常接觸的磁場的特點。
1. 均勻磁場
如果某一區域內的磁感應強度大小和方向都是一定的,那么這個區域的磁場就叫做均勻磁場。均勻磁場中的磁通線都是平行且等距的直線。均勻磁場是最簡單但也是最重要的磁場,在電磁儀器和科學實驗中有重要的應用。兩個相距很近的相反磁極之間的磁場和通電螺線管內部(邊緣除外)的磁場都可以看作是均勻磁場,它是我們在研究中遇到的最常見的磁場。
2. 地球磁場
(1)地球磁場與條形磁鐵的磁場相似,具有三個主要特征:
①地球磁場的N極在地球附近,S極在地球附近,磁通線分布如圖1所示。
②地磁場B的水平分量(Bx)始終指向南極貝語網校,垂直分量(By)在南半球始終指向垂直向上,在北半球始終指向垂直向下。
③在赤道平面上,距地球表面等高度的所有點,磁感應強度處處都是,方向是水平的。
(2)地球磁場的作用
太陽或者其他恒星總是會發射出大量的高能粒子,被稱為宇宙射線,這些高能粒子如果到達地球,就會對地球上的生物造成危害高中物理等時圓磁場,但是由于地球周圍存在磁場,地球磁場會改變宇宙射線中帶電粒子的運動方向,對宇宙射線起到一定的阻擋作用。
例1、若地磁場是由地球表面電荷產生的,則地球表面電荷為()
A. 正面
B.負電荷
C. 沒有電
D.無法確定
分析:假設地磁場是由圓電流形成的,由于地磁場的N極在地球的南極,由右手螺旋定則可知圓電流的方向是從東向西,但由于地球自西向東自轉,所以要形成從東向西的圓電流,地球必須帶負電。正確答案為B。
3. 線性電流的磁場
直電流的磁場是不均勻磁場,距離載流直導體越遠,磁場越弱,磁通線是以導體上點為圓心的同心圓,這些同心圓都在導體的平面上,距離導體越遠,距離越遠,相鄰圓之間的距離越小。
例2如圖2所示高中物理等時圓磁場,一根長直導線固定,垂直放置,垂直向上通入直流電流,導線右側放置一個可自由移動的矩形導線框,電流方向如圖2所示,在同一平面內,導線框的運動為()
A. 線框水平移動,遠離直線
B. 線框水平移動,接近直絲
C.從上往下看,線框按順時針方向旋轉,且接近直線。
D. 從上往下看,線框逆時針旋轉,遠離直線。
分析:答這道題的關鍵是了解直電流的磁場特性,根據安培定律,導線右側磁場的特性如圖3所示,根據左手定則,ad側的安培力向上,bc側的安培力向下,這兩個力是一對平衡力,互相抵消,ab側的安培力向左,cd側的安培力向右,但是因為ab側所在的磁場比cd側所在位置的磁場強,所以ab側向左邊的安培力大于cd側向右邊的安培力,所以整個線框上的凈力都是向左的。正確答案是B 。
4. 圓電流的磁場
圓電流磁場的磁通線是繞著圓導線的一段曲線,在圓導線的中心軸上,磁通線垂直于圓導線所在平面,圓導線所在平面垂直于圓導線產生的平面。處理圓電流一般有兩種方法:1.把圓電流等效為許多段直電流;2.把圓電流等效為一塊條形磁鐵。
例3.如圖4A所示,一個輕質導電線圈用細導線懸掛在磁鐵N極附近,磁鐵軸線通過線圈中心,與線圈平面垂直,當有圖中所示方向的電流通過線圈時,線圈會如何運動?
分析:方法一:將環電流等效轉換成許多直電流段。條形磁鐵的磁通線分布及上下段上的安培力如圖4B所示??梢钥闯觯€圈垂直方向的合力為零。水平方向的合力指向磁鐵,選取任意兩個對稱段進行分析,都可以得到同樣的結論。因此,線圈會向磁鐵方向平移。
方法二:將環流等效為一根條形磁鐵,如圖4C所示,可見兩根條形磁鐵只互相吸引,并不旋轉。
同樣,在解決問題時,條形磁鐵有時可以等同于圓形電流。
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