第八章磁場
新課標要求
1．內容標準
（1）列舉磁現象在生活、生產中的應用．了解我國古代在磁現象方面的研究成果及其對人類文明的影響。關注與磁相關的現代技術發展．
例1 觀察計算機磁碟驅動器的結構，大致了解其工作原理．
（2）了解磁場，知道磁感應強度和磁通量。會用磁感線描述磁場．
例2 了解地磁場的分布、變化，以及對人類生活的影響．
（3）會判斷通電直導線和通電線圈周圍磁場的方向．
（4）通過實驗，認識安培力。會判斷安培力的方向。會計算勻強磁場中安培力的大小．
例3 利用電流天平或其他簡易裝置，測量或比較磁場力．
例4 了解磁電式電表的結構和工作原理．
（5）通過實驗，認識洛侖茲力。會判斷洛侖茲力的方向．會計算洛侖茲力的大小．了解電子束的磁偏轉原理以及在科學技術中的應用．
例5 觀察陰極射線在磁場中的偏轉．
例6 了解質譜儀和迴旋加速器的工作原理．
（6）認識電磁現象的研究在社會發展中的作用．
2．活動建議
（1）用電磁繼電器安裝乙個自動控制電路．
（2）觀察電視映象管偏轉線圈的結構，討論控制電子束偏轉的原理．
第一單元磁場的性質安培力
典型例題答案
【例1】解析：在赤道上空地磁場方向為水平向北，在地磁場的作用下，小磁針只會穩定地水平指北，而指北這一端為小磁針的n極，當小磁針的n極突然向東偏轉，說明小磁針所在空間內突然有一指向東邊的磁場對小磁針產生磁力的作用，這一磁場既可能是磁體產生的，也可能是電流產生的．
在小磁針正東方向，條形磁鐵n極所產生的磁場是經小磁針指向西方，故a選項一定不成立，而條形磁鐵s極產生的磁場是經小磁針自西指向東，故b選項可能成立，但不是唯一原因，故b選項不對．當小磁針正上方有電子流通過時，電子流產生的磁場是垂直於電子流的平面內，以電子流為圓心的同心圓．而小磁針的磁場方向將因電子流水平通過而成水平方向，若電子流水平自南向北，則經過小磁針的磁場方向為水平向東；若電子流水平自北向南，則其經小磁針的磁場方向為水平向西。
答案：c
說明：使小磁針突然偏轉的原因是小磁針處的磁場發生了變化。
【例2】解析由於地球是乙個大磁體，存在地磁場，其磁感線的分布如圖所示。在地球表面除了赤道附近的地磁場呈水平方向（和地面平行）外，其它地方的地磁場均不沿水平方向。北京附近的地磁場方向如圖(a)所示，若在此處懸掛條形磁鐵，且懸掛點在中心，則它在地磁場的作用下，靜止時它將沿著地磁場方向，如圖(b)所示，顯然不能水平。
若將懸掛點移至重心的北側，如圖(c)所示，則根據平衡條件確定它能在水平位置平衡。
答案：c
【例3】解析：條形磁鐵在導線周圍產生磁場，磁感線形狀如圖8-1-13所示，根據左手定則判斷出導線受力f如圖8-1-13所示，又據牛頓第三定律可知磁鐵受反作用力f'的方向．因為此時磁鐵受力增加了f'，而它仍處於靜止狀態，所以斜面對它的摩擦力以及彈力都增大了．
答案：c
說明：此題選導線為研究物件，判斷出導線受到磁鐵的作用力方向，再根據牛頓第三定律，就可知磁鐵受到通電導線的力的方向，從而得出答案．
【例4】解析：與兩導線在同一平面內，且與兩導線距離都相等的各點就是圖中虛線所在處．導線a中的電流在虛線處產生的磁場方向是垂直於紙面向裡，而導線b中的電流在虛線處產生的磁場方向也是垂直幹紙面向裡，由於對稱性，兩導線中的電流在虛線處產生的磁感應強度是大小相等，方向相同，由向量疊加可知虛線上各點的磁感應強度不為零，且垂直於兩導線所確定的平面．
答案：d．
說明：通電導線(直線電流或環形電流)周圍磁場的磁感線的方向由安培定則即右手安培定則確定．其磁場中各點的磁感應強度與電流的大小及該點到電流的距離有關．
思考與討論：
1．若題中a、b兩導線中的電流大小相等、方向相同呢?
2．若題中a、b兩導線中的電流大小不等、方向相同呢?
【例5】解析：磁感強度是反映磁場特性的量，由磁場本身決定，與放入磁場中的通電導線的電流強度、導線長度、取向、受力大小等均無關．a錯，d正確．
磁感強度的方向應是磁感線的切線方向，而不是磁感線的指向．b錯．
根據左手定則，磁感強度的方向與導線中電流方向，導線的受力方向所組成的平面垂直，受力方向不是磁感強度的方向．c錯．
答案：d．
【例6】解析：當環與磁場平行時，沒有磁感線穿過它，顧此時的磁通量φ1 ＝ 0 wb ；當環麵轉過900時，環與磁感線垂直，所以此時的磁通量φ2=bs=0.4×0.
5 wb =0.2 wb ；當環又轉過1800後，環與磁感線仍然垂直，但磁感線從環的另一面穿過，故此時的磁通量φ3=－bs=－0.4×0.
5wb=－0.2wb；第二次轉動過程中磁通量的變化量
δφ=φ3－φ2 =(－0.2－0.2)wb=－0.4wb
【例7】解析：(1)導體杆ab的受力如圖8-1-14所示：重力mg,、安培力f、導軌的支援力n．mg與f的合力與n是一對平衡力，mg與f垂直，由圖可知f=ibd即bd= mgtanθ，e=tanθ
(2)導體杆與導軌有摩擦，導體杆在導軌上靜止有兩種可能性；當電流偏大時，導體有向上滑動的趨勢，此時摩擦力向下；當電流偏小時，導體有向下滑動的趨勢，摩擦力向上．
導軌的支援力 fn=mgcosθ+fsinθ
導軌對導體杆的摩擦力 f≤μ(mgcosθ+fsinθ)
當電流較大時有 fcosθ—mgsinθ≤μ(mgcosθ+ fsinθ)
可得f≤ ①
當電流較小時有 mgsinθ一fcosθ≤μ(mgcosθ+ fsinθ)
可得f≥ ②
f=ibd=bd ③
由①、②、③三式可得
≤e≤說明：在對通電導線的受力分析時，一定要注意到電流在磁場中受到安培力總是垂直於磁場方向和電流方向所確定的平面．
在處理磁場中通電導線的平衡問題時，安培力的方向總是與磁場方向垂直．
由於導線受到的安培力有平行於斜面向上的分量，當該分量與重力平行於斜面的分量不相等時，使導線在斜面上有兩種運動趨勢的可能性(這是本題分析的難點)，從而致使本題中的安培力有一定的範圍，因此電源的電動勢也有一定的範圍．
靜摩擦力不大於滑動摩擦力是導體靜止在軌道上的條件，由此建立不等式，因此不等式是尋找範圍的切人點．
針對練習
1．首先發現電流磁效應的科學家是（）
a．安培 b．奧斯特
c．庫侖 d．麥克斯韋
２．下列說法正確的是（）
a．磁感線從磁體的n極出發，終止於磁體的s極
b．磁感線可以表示磁場的方向和強弱
c．磁鐵能產生磁場，電流也能產生磁場
d．放入通電螺線管內的小磁針，根據異名磁極相吸的原則，小磁針的n極一定指向通電螺線管的s極
３．如圖8-1-15所示為一種利用電磁原理製作的充氣幫浦的結構示意圖．其工作原理類似打點計時器，當電流從電磁鐵的接線柱a流人，吸引小磁鐵向下運動時，以下判斷正確的是
a．電磁鐵的上端為n極，小磁鐵的下端為n極
b．電磁鐵的上端為s極，小磁鐵的下端為s極
c．電磁鐵的上端為n極，小磁鐵的下端為s極
d．電磁鐵的上端為s極，小磁鐵的下端為n極
4．一根電纜埋藏在一堵南北走向的牆裡，在牆的西側處，當放一指南針時，其指向剛好比原來旋轉1800，由此可以斷定，這根電纜中電流的方向為( )
a．可能是向北 b．可能是豎直向下
c．可能是向南 d．可能是豎直向上
5．由磁感應強度的定義式b=ｆ/li可知()
a．磁感應強度與通電導線受到的磁場力f成正比，與電流和導線長度的乘積成反比
b．磁感應強度的方向與f的方向一致
c．公式b=ｆ/li只適用於勻強磁場
d．只要滿足l很短、i很小的條件，b=ｆ/li對任何磁場都適用
6．如圖8-1-16所示，m、n分別為包圍一條形磁鐵的球面，且m又被n包圍，通過m和n的磁通量分別為φm、φn，下列說法正確的是：
[ ]
a．φm＞φn b．φm＜φm
c．φm=φnd．無法判斷．
7．如圖8-1-17所示，用兩個一樣的彈簧秤吊著一根銅棒，銅棒所在虛線範圍內有垂直紙面的勻強磁場，棒中通以自左向右的電流，當棒靜止時，彈簧秤的讀數為f1；若將棒中的電流反向，當棒靜止時，彈簧秤的示數為f2，且f2>f1，根據這兩個資料，可以確定( )
a．磁場的方向 b．磁感應強度的大小
c．安培力的大小 d．銅棒的重力
8．如圖8-1-18所示，在磁感應強度為0.4 t豎直向上的勻強磁場中，固定著兩個軸線重合的光滑絕緣圓環，一根質量為60 g，長為1 m的導體棒ab穿過兩環放在環的底部．現向導體棒通入2a由a→b的電流，導體棒由環的底部沿環上滑到圖中虛線所示的位置靜止，求此時導體棒對每個環的壓力大小．(取g=10 m／s2)
9．如圖8-1-19所示，在傾角為30０的光滑斜面上垂直紙面放置一根長為ｌ，質量為m的通電直導體棒，棒內電流大小為ｉ，方向垂直紙面向外．以水平向右為x軸正方向，豎直向上為y軸正方向建立直角座標系．
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