高三自編教材-磁場 - 高中物理科教學檔案 - 自然科檔案下載 - 國立中科實驗高級中學教學單位網站

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高三選修物理(下) 第 8 章 磁場 1

8-1 磁場

1.意義:在磁鐵或通電流之導體周圍,磁力所能作用的空間。 ※我們可以將磁場想像成傳遞磁力作用的媒介,因此對於一塊磁鐵與另一塊磁鐵間的「超 距力」,也可以解釋為一塊磁鐵先在空間中建立一個磁場,再藉由該磁場對另一塊磁 鐵產生靜磁力。 2.磁場強度: (1)定義:「單位磁極」在磁場中所受的 力。 (2)公式:B= 2 m F = o 21 r m 4  = 21 r m k (3)方向:將一支懸掛的小磁針置於空間某處,平衡時小磁針 N 極所指的方向,即為空間 該處的磁場方向。 (4)單位:韋伯/公尺2 (Weber/m2 )或 nt/A-m 簡稱特士拉(tesla)。1 特士拉(T)=104 高斯(G)

二、磁力線~~法拉第所提出

1.意義:在磁場中某點放置一個小磁針,則磁針南極至北 極的方向使表示該點磁場的方向。移動磁針至各個 不同的點,循序描畫各點磁場的方向,使成磁力 線,如圖所示。 2.磁力線之性質: (1)磁力線發自磁鐵的 N 極經外部進入磁鐵的 S 極,再經磁鐵內部而返回磁鐵的 N 極形成 一封閉曲線。 (2)磁力線互不相交,具有收縮、互相排斥的特性。 (3)磁力線上一點之切線方向表示該點磁場的方向。 (4)磁力線的密度表示磁場強度大小 在磁極的附近磁場較強,磁力線比較擁擠些。 (5)磁力線在鐵內較空氣中容易通過。

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高三選修物理(下) 第 8 章 磁場 2

8-2 電流的磁效應

※電流的磁效應

一、電流的磁效應~~丹麥物理學家厄司特,首先發現。 1.定義:電流通過導線時,即在其周圍產生磁場的現象 稱為電流的磁效應。 二、安培右手定則~~磁場方向之判定 1.載流直導線建立之磁場: 若用右手握導線,拇指指向電流方向,則四指彎曲所指即為磁場方向。 2.載流圓線圈(或螺線管)建立之磁場: 若用右手握導線,四指彎曲方向指電流方向,則姆指方向即為磁場方向。 三、必歐(Biot)-沙伐(Savart)定律 1.狀況:如下圖(a)所示Δ L 為一小段導線,載電流 i。此電流 i 在距Δ L 為r的 P 點產生一 磁場(亦稱磁感應或磁通密度)B,方向如圖。r和Δ L 處的電流 i 方向的夾角為θ , B  與及 i 都正交,B和 i 方向的關係可用右手定則表示,如圖(b)所示。 2.公式:由實驗知,磁場B之量值,與 i、Δ L 及 sinθ 皆成正比,與 r2 成反比, 即 Δ B= 2 sin 4 r L i o      此式稱為必歐-沙伐定律(Δ L 之力向即電流 i 之方向)。 註:由上式得知,一電流 i 的磁場B,在平行電流方向上(即θ =0o 或 180o )的值為零。 四、磁場 B 的單位: 1.特士拉(tesla 或 T)(M.K.S.制): 在必歐-沙伐定律中,若電流 i 的單位為安培(Amp 或 A),距離 r 的單位為公尺(m), 而真空中的磁導率 7 10 4     o 特士拉-公尺/安培,則磁場 B 的單位為特士拉。 2.高斯(Gauss 或 G)(C.G.S.制): 註:(1)1 特士拉(T)=104 高斯(G)=104 馬克士威/公分2 (maxwell/cm2 ) ※1 韋伯(wb)=108 條磁力線=108 Maxwell (2)在地球表面的地球磁場約為 0.5 高斯(0.5×10-4 特士拉),一般小磁鐵棒的磁場約為 100 高斯,大型的電磁鐵可達 20,000 高斯的磁場,超導磁鐵可產生更強的磁場。

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高三選修物理(下) 第 8 章 磁場 3

※載電流導線的磁場

一、【無限長直導線】電流的磁場: 1.量值:如圖所示,電流 i 在距離導線 r 處的磁場,其量值可由必 歐-沙伐定律計算(作積分)得下式: B= r i o    2 = 7 10 2  r i 即與導線相距為 r 處的磁場量值 B 與 r 成反比,與電流 i 成正比。 2.方向:由安培右手定則判定。 二、載流圓線圈在圓心處的磁場 (1)量值:B= a i o 2  (上式如 R=0,即得圓線圈中心點 O 的磁場) 若僅半圓時 B= a i o 2 2 1   = a i o 4  若僅圓心角為θ 之一段圓弧時 B=    2 2ai o (2)方向:依安培右手定則決定。 三、螺線管內的磁場: 1. 量值:管內為均強(即量值與方向均一定)磁場:B=μ o n i 內部均勻磁場量值與通過螺線之電流強度 i 及螺線管單位長度內所含線圈匝數 n 成正比。 磁場量值 B 與螺管的長度及截面積均無關。 2.方向:依安培右手定則決定。

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參考文獻

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