·阅读· 物质的磁性和磁性材料

实验表明，任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。根据物质在外磁场中表现出的特性，物质可粗略地分为三类： 顺磁性物质，抗磁性物质，铁磁性物质。现将它们的特性列在下表中：

磁性材料特性表

根据分子电流假说，物质在磁场中应该表现出大体相似的特性，但此

表告诉我们物质在外磁场中的特性差别很大。这反映了分子电流假说的局限性。实际上，各种物质的微观结构是有差异的，这种物质结构的差异性是物质磁性差异的原因。

我们把顺磁性物质和抗磁性物质称为弱磁性物质，把铁磁性物质称为强磁性物质。通常所说的磁性材料是指强磁性物质。

磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料。一般来讲软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大。磁性材料按化学成分可分为金属磁性材料和铁氧体。铁氧体是以氧化铁为主要成分的磁性氧化物。

软磁性材料的剩磁弱，而且容易去磁。适用于需要反复磁化的场合。可以用来制造半导体收音机的天线磁棒，录音机的磁头，电子计算机中的记忆元件，以及变压器、交流发电机、电磁铁和各种高频元件的铁芯等。常见的金属软磁性材料有软铁、硅钢、坡莫合金(镍铁合金)等，常见的软磁铁氧体有锰锌铁氧体、镍锌铁氧体等。硬磁性材料的剩磁强，而且不易退磁，适合制成永久磁铁，应用在磁电式仪表、扬声器、话筒、永磁电机等电器设备中。常见的金属硬磁性材料有碳钢、钨钢、铝镍钴合金等，常见的硬磁铁氧体为钡铁氧体和锶铁氧体。

随着社会的进步，磁性材料和我们日常生活的关系也越来越紧密。录音机上用的磁带，录像机上用的录像带，电子计算机上用的磁盘，储蓄用的信用卡等，都含有磁性材料。这些磁性材料称为磁记录磁性材料。靠着磁记录磁性材料，我们可以在磁带、录像带、磁盘上保存大量的信息，并在需要的时候“读”出这些信息。磁记录磁性材料在 20 世纪 70 年代以前采用磁性氧化物，1978 年合金磁粉研制成功之后，开始采用金属磁性材料，从而大大提高了磁记录的性能。现在人们正在试验用金属薄膜作磁记录磁性材料。如果试验成功，磁记录技术又会得到进一步的提高。

本章小结

这一章我们学习了磁场的性质及其描述，学习了磁场对电流和运动电荷的作用，并且讨论了这些知识在科学技术中的应用。

通过本章的学习，我们不但要掌握上述知识，而且应当理解自然界的各种现象(如电现象和磁现象)是相互联系的这一观点。

1. 人们对磁极和磁极之间、磁极和电流之问、电流和电流之间的相互作用是怎样获得统一认识的？

2. 磁场的基本特性是什么？磁场中某一点的磁场方向是如何规定的？

3. 磁感线如何表示磁场的方向？条形磁铁、蹄形磁铁、通电直导线、环形电流、通电螺线管的磁感线分布是怎样的？怎样用安培定则判定通电直导线、环形电流和通电螺线管的磁场方向？

4. 磁感强度是矢量，是反映磁场强弱和方向的物理量。磁感强度的强弱是如何定义的？写出它的定义式。磁感强度的方向是怎样的？

5. 什么叫磁通量？写出磁通量的定义式。怎样用磁感线形象地说明磁通量？

6. 什么叫安培力？写出安培力大小的表达式。安培力的方向如何来判定？

7. 什么叫洛伦兹力？写出洛伦兹力大小的表达式。洛伦兹力的方向如何判定？

8. 初速度方向与磁场方向垂直的带电粒子，在匀强磁场中为什么做匀速圆周运动？你自己推出轨道半径和周期的表达式。轨道半径和周期各与哪些因素有关？

9. 你自己总结一下，带电粒子在电场和磁场中的运动都有哪些实际应用。除了课本所讲的，你还能举出其他的例子吗？如果一时举不出，希望你课外多看一些有关书籍和杂志，以便扩展眼界，开阔思路。

习题A 组

1. 照图 3－35

   那样，把一根柔软的弹簧竖直地悬挂起来，使它的下端刚刚跟导电液体接触。给弹簧通入电流时，会发生什么现象？做一下这个实验，并解释所发生的现象。

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1. 一个同学说：“一小段通电导线在某点如果不受安培力作用，则该点的磁感强度一定为零。”另一个同学说：“一小段通电导线放在磁感强度为零的位置，它受的安培力一定等于零。”哪个同学说得不对，为什么？

   (3)在匀强磁场里，有一根长 1.2 米的通电导线，导线中的电流为 5.0

安。这根导线与磁场方向垂直时，所受的安培力为 1.8 牛，求磁感强度的大小。

1. 在磁感强度为 0.8 特的匀强磁场中，放一根与磁场方向垂直的、长

度为 0.5 米的通电导线，导线中的电流为 5.0 安。这根导线在与磁场方向

垂直的平面内沿安培力的方向移动了 0.4 米，求安培力对导线所做的功。

1. 有一匀强磁场，磁感强度为 1.2 特，方向水平地由南指向北。如果

有一速度为 5.0×10⁵ 米/秒的质子沿竖直向下的方向进入磁场，求磁场作用在质子上的力。质子进入磁场时将向哪个方向偏转？

1. 质子和 a

   粒子在同一匀强磁场中做半径相同的圆周运动。由此可知质子的动能 E1 和 a 粒子的动能 E2 之比 E1:E2 等于

A.4:1 B.l:l

C.l:2 D.2:1

B 组

(l)如图 3－36 所示，挂在天平底部的矩形线圈 abcd 的一部分悬在匀强磁场中。当给矩形线圈通入如图所示的电流 I 时，调节两盘中的砝码， 使天平平衡。然后使电流 I 反向，这时要在天平的左盘上加质量为 2×10^-2 千克的砝码，才能使天平重新平衡。求磁场对 bc 边作用力的大小。

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1. 如图 3－37 所示，A 和 B 之间的距离为 0.l 米，电子在 A 点的速度

v0＝1.O×10⁷ 米/秒。

1. 要使电子沿半圆周由 A 运动到

   B，求所加匀强磁场的磁感强度的大小和方向。

2. 电子从 A 运动到 B 需要多长时间？

1. 在图 3－38 所示的平行板器件中，电场 E 和磁场 B

   相互垂直。具有某一水平速度 v 的带电粒子将沿着图中所示的虚线穿过两板间的空间而不发生偏转。具有其他速度的带电粒子将发生偏转。这种器件能把具有上述速度 v 的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。试证明带电粒子具有

速度v＝ E 时，才能沿着图示的虚线路径通过。

B

1. 质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图

   3－39 所示。离子源 S 产生质量为 m、电量为 q 的正离子，离子产生出来时速度很小，可以看作速度为零。产生的离子经过电压 U 加速， 进入磁感强度为 B 的匀强磁场，沿着半圆周运动，到达记录它的照相底片上的 P 点。测得 P 点到入口处 S1 的距离为 x。试证明离子的质量

qB²

2

m＝ 8U x 。

1. 利用学过的知识，请你想办法把下面的带电粒子分开；a.速度不同的电子；b.具有相同动能的质子和

   a 粒子．

2. 目前世界上正在研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，图 3－40

   表示它的发电原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈中性)，喷射入磁场，磁场中有两块金属板 A、B，这时金属板上就聚集电荷，产生电压。说明金属板上为什么聚集电荷。在磁极配置如图中所示的情况下，电路中的电流方向如何？

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磁流体发电是一项新兴技术，有兴趣的同学可以找来有关的报纸、杂志看看。

1. 图 3－41 表示两个平行金属板，它们之间的距离为

   d，分别接在电源的两极上。在两平行金属板当中的空间存在着彼此垂直的电场和磁场， 电场强度为 E，磁感强度为 B。从负极板的小孔射入一个电子，经过有电场和磁场同时存在的空间，并打在正极板上。射入电子的初速度为 v0，方向跟竖直方向成θ角。求电子打在正极板上时速度的大小。

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