3.2 磁感应强度
引入
巨大的电磁铁能够吸起成吨的钢铁,小磁铁却只能吸起几枚铁钉,说明磁场有强弱之分。
问题1:怎样描述磁场的强弱?
问题2:在研究磁场时,我们确定了用一个物理量——电场强度来描述电场的强弱,那么,是否也可以确定一个物理量来描述磁场强弱的物理量呢?
新课讲授
一、磁感应强度的方向
物理学中,用磁感应强度来描述磁场的强弱。
在研究电场时,电场强度的大小和方向是通过分析检验电荷在电场中的受力情况来进行定义的。磁感应强度的大小和方向是否也可以通过这种方式来定义?
[演示]磁铁周围不同位置的小磁针的N极指向。 [讨论]为什么不同位置的小磁针N极的指向不同?
[结论]因为不同位置磁场的方向不同。因此,可以用小磁针静止时N极的指向来表示磁场的方向。
物理学中把小磁针静止时N极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向,简称磁场的方向。
[讨论]能否通过测量N极的受力大小来确定磁感应强度的大小?
[结论]不能。因为小磁针的N极不能单独存在,小磁针静止时受力为零。 磁场除了对磁体有作用力,还对通电导线有作用力,因此可以用一小段通电导线来检验磁场的强弱。
二、磁感应强度的大小 1、电流元
在物理学中,把很短一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL叫做电流元。
因为要使导线中有电流,就必须把导线连到电源上,所以孤立的电流元是不存在的。
2、影响通电导线的受力因素
可通过用较长的通电导线来进行试验来推知一小段电流元的受力情况。 [演示]P·83探究影响通电导线受力的因素。 [问题1]在磁感应强度不变的情况下,保持通电导线的长度不变,改变电流的大小,有什么现象?
[结论]电流越大,通电导线摆动的幅度越大,即受力越大。
[问题2]在磁感应强度不变的情况下,保持电流不变,改变通电导线的长度,有什么现象?
[结论]长度越大,通电导线摆动的幅度越大,即受力越大。
实验结论:通电导线与磁场方向垂直时,它的受力的大小既与导线的长度L成正比,又与导线中的电流I成正比,即与I和L的乘积IL成正比。
F?LF ?F?IL?F?BIL?B?F?IIL式中B是比例系数,与导线的长度和电流元的大小没有关系。在同一磁场中,不管I、L如何改变,B总是不变的;I、L不变,在不同的磁场中,B也是不同的。所以,B是由磁场本身决定的,在电流I、导线长度L相同的情况下,电流元所受的力越大,比值B越大,表示磁场越强。
3、磁感应强度
定义:在磁场中垂直于磁场方向的通电导线,所受的力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做磁感应强度。
定义式:B?F ILN A?m物理意义:表示磁场强弱的物理量。 单位:特斯拉,简称特,符号T,1T?矢标性:矢量,遵循平行四边形定则。
理解:①B由磁场本身决定,与IL和F无关,与是否引入电流元无关;②式中F是通电导线垂直于磁场放置时受到的磁场力;③B的方向是该处磁场的方向,不是力F的方向;④适用于一切磁场。