磁场是高中物理的重点部分,在历年高考中占有较大的比重。为了学好这部分内容,要求学生掌握各种磁场的特点。下面介绍几种我们经常接触的磁场的特点。
1. 均匀磁场
如果某一区域内的磁感应强度大小和方向都是一定的,那么这个区域的磁场就叫做均匀磁场。均匀磁场中的磁通线都是平行且等距的直线。均匀磁场是最简单但也是最重要的磁场,在电磁仪器和科学实验中有重要的应用。两个相距很近的相反磁极之间的磁场和通电螺线管内部(边缘除外)的磁场都可以看作是均匀磁场,它是我们在研究中遇到的最常见的磁场。
2. 地球磁场
(1)地球磁场与条形磁铁的磁场相似,具有三个主要特征:
①地球磁场的N极在地球附近,S极在地球附近,磁通线分布如图1所示。
②地磁场B的水平分量(Bx)始终指向南极贝语网校,垂直分量(By)在南半球始终指向垂直向上,在北半球始终指向垂直向下。
③在赤道平面上,距地球表面等高度的所有点,磁感应强度处处都是,方向是水平的。
(2)地球磁场的作用
太阳或者其他恒星总是会发射出大量的高能粒子,被称为宇宙射线,这些高能粒子如果到达地球,就会对地球上的生物造成危害高中物理等时圆磁场,但是由于地球周围存在磁场,地球磁场会改变宇宙射线中带电粒子的运动方向,对宇宙射线起到一定的阻挡作用。
例1、若地磁场是由地球表面电荷产生的,则地球表面电荷为()
A. 正面
B.负电荷
C. 没有电
D.无法确定
分析:假设地磁场是由圆电流形成的,由于地磁场的N极在地球的南极,由右手螺旋定则可知圆电流的方向是从东向西,但由于地球自西向东自转,所以要形成从东向西的圆电流,地球必须带负电。正确答案为B。
3. 线性电流的磁场
直电流的磁场是不均匀磁场,距离载流直导体越远,磁场越弱,磁通线是以导体上点为圆心的同心圆,这些同心圆都在导体的平面上,距离导体越远,距离越远,相邻圆之间的距离越小。
例2如图2所示高中物理等时圆磁场,一根长直导线固定,垂直放置,垂直向上通入直流电流,导线右侧放置一个可自由移动的矩形导线框,电流方向如图2所示,在同一平面内,导线框的运动为()
A. 线框水平移动,远离直线
B. 线框水平移动,接近直丝
C.从上往下看,线框按顺时针方向旋转,且接近直线。
D. 从上往下看,线框逆时针旋转,远离直线。
分析:答这道题的关键是了解直电流的磁场特性,根据安培定律,导线右侧磁场的特性如图3所示,根据左手定则,ad侧的安培力向上,bc侧的安培力向下,这两个力是一对平衡力,互相抵消,ab侧的安培力向左,cd侧的安培力向右,但是因为ab侧所在的磁场比cd侧所在位置的磁场强,所以ab侧向左边的安培力大于cd侧向右边的安培力,所以整个线框上的净力都是向左的。正确答案是B 。
4. 圆电流的磁场
圆电流磁场的磁通线是绕着圆导线的一段曲线,在圆导线的中心轴上,磁通线垂直于圆导线所在平面,圆导线所在平面垂直于圆导线产生的平面。处理圆电流一般有两种方法:1.把圆电流等效为许多段直电流;2.把圆电流等效为一块条形磁铁。
例3.如图4A所示,一个轻质导电线圈用细导线悬挂在磁铁N极附近,磁铁轴线通过线圈中心,与线圈平面垂直,当有图中所示方向的电流通过线圈时,线圈会如何运动?
分析:方法一:将环电流等效转换成许多直电流段。条形磁铁的磁通线分布及上下段上的安培力如图4B所示。可以看出,线圈垂直方向的合力为零。水平方向的合力指向磁铁,选取任意两个对称段进行分析,都可以得到同样的结论。因此,线圈会向磁铁方向平移。
方法二:将环流等效为一根条形磁铁,如图4C所示,可见两根条形磁铁只互相吸引,并不旋转。
同样,在解决问题时,条形磁铁有时可以等同于圆形电流。
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