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高中物理竞赛之电磁感应


电磁感应 §3。1 基本磁现象 由于自然界中有磁石( Fe3O4 )存在,人类很早以前就开始了对磁现象的研究。 人们把磁 石能吸引铁`钴`镍等物质的性质称为磁性。 条形磁铁或磁针总是两端吸引铁屑的能力最强, 我们把这吸引铁屑能力最强的区域称之为磁极。 将一条形磁铁悬挂起来,则两极总是分别指 向南北方向,指北的一端称北极(N 表示);指南的一端称南极(S 表示)。 磁极之间有相互作用 力,同性磁极互相排斥,异性磁极互相吸引。 磁针静止时沿南北方向取向说明地球是一个大 磁体,它的 N 极位于地理南极附近,S 极位于地理北极附近。 1820 年, 丹麦科学家奥斯特发现了电流的磁效应。 第一个揭示了磁与电存在着联系。 长 直通电导线能给磁针作用;通电长直螺线管与条形磁铁作用时就如同条形磁铁一般;两根平 行通电直导线之间的相互作用??,所有这些都启发我们一个问题:磁铁和电流是否在本源上 一致? 1822 年,法国科学家安培提出了组成磁铁的最小单元就是环形电流,这些分子环流定 向排列,在宏观上就会显示出 N、S 极的分子环流假说。近代物理指出,正是电子的围绕原子 核运动以及它本身的自旋运动形成了“分子电流”,这就是物质磁性的基本来源。 一切磁现象的根源是电流,以下我们只研究电流的磁现象。 §3。2 磁感应强度 3.2.1、磁感应强度、毕奥 ? 萨伐尔定律 将一个长 L,I 的电流元放在磁场中某一点,电流元受到的作用力为 F。 当电流元在某一 方位时,这个力最大,这个最大的力 Fm 和 IL 的比值,叫做该点的磁感应强度。 将一个能自 由转动的小磁针放在该点,小磁针静止时 N 极所指的方向,被规定为该点磁感应强度的方向。 真空中,当产生磁场的载流回路确定后,那空间的磁场就确定了,空间各点的 B 也就确 定了。 根据载流回路而求出空间各点的 B 要运用一个称为毕奥—萨伐尔定律的实验定律。毕 ? —萨定律告诉我们:一个电流元 I ? L(如图 3-2-1)在相对电流元的位置矢量为 r 的 P 点所产生 ? I?L sin ? ? ? ? 为顺着电流 I ? L 的方向与 r 方向的夹角, r2 ?B , 的方向可用右手螺旋法则确定,即伸出右手,先把四指放在 I ? L 的方向上,顺着小于 ? 的角 ? ? ?7 转向 r 方向时大拇指方向即为 ?B 的方向。式中 K 为一常数,K= 10 韦伯/安培 ? 米。载流回 ? 路是由许多个 I ? L 组成的,求出每个 I ? L 在 P 点的 ?B 后矢量求和,就得到了整个载流回路 ? ? 在 P 点的 B 。 ? I ? l ? ?B? ?0 K? ? B ?7 ? 4? , ? 0 ? 4? ?10 特斯拉 ? 如果令 r R ? ?1 米 ? 安 ,那么 ? B 又可写为 ? K? ? 的磁场的磁感强度 ?B 大小为 I O ? 1 x P ?B// ? r ? 图 3- 2-2 图 3-2-1 ?B ? ? 0 称为真空的磁导率。 为 ? 的一点的磁感应强度 下面我们运用毕——萨定律,来求一个半径为 R,载电流为 I 的圆电流轴线上,距圆心 O ? 0 I?L sin ? 4? r2 ? I?l sin 90? ? 0 I?l ? ?B ? 0 ? 4? 4? r 2 ,其方 r2 在圆环上选一 I ?l ,它在 P 点产生的磁感应强度 ? ? ? 向垂直于 I ?l 和 r 所确定的平面,将 B 分解到沿 OP 方向 ?B// 和垂直于 OP 方向 ?B? ,环上 ? I?l

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