磁场及其描述

物理学中的磁场理论磁场是物理学中一种基本的概念，它是由运动的电荷所产生的。

磁场对于现代科技的发展以及人类对自然界的认识都起着至关重要的作用。

在物理学中，磁场理论是一个非常重要的研究领域，本文将深入探讨磁场理论的相关知识。

一、磁场的概念与性质磁场是指由电流、电荷等带电粒子所产生的磁力作用所呈现出来的现象。

磁场可以分为自然磁场与人工磁场两种，前者是地球等自然物体所产生的磁力场，而后者是由外加磁场所产生的人工磁力场。

磁场有着自己独特的性质，其中最常见的是磁场的磁感线。

磁感线是指磁场中每个位置的磁力方向与大小，也是描述磁场的重要工具。

可见，磁感线形成的空间结构也为磁场的改变提供了丰富的表达方式。

二、磁场与磁场的物质相互作用磁场中的物质是电流或电荷，磁场围绕着电流或电荷出现的，被称为磁感力线。

磁场的作用不同于重力和电场，它具有相互作用的特性，可以产生力矩和推力等效应，这些效应对于电流与电磁设备的设计与应用具有重要意义。

另外，磁场对矢量磁参量的影响也是值得关注的，常见磁参量有磁通量密度、磁场强度、磁势、磁通量等。

通过改变这些参量，可以进一步改变电流和电子的行为，这就为电磁设备的设计和优化提供了很好的思路和方案。

三、磁场的研究和应用磁场理论的研究和应用可追溯至远古时期，但真正的科学研究始于欧姆、法拉第等人对导体内的磁场现象的探索。

随着科技的不断发展，磁场的研究范围越来越广泛，包括超导、磁共振成像、磁城市研究等多个领域。

超导作为磁场理论的一个分支，是指当材料受到低温或高压等条件的影响时，抵抗他物体的流动，如外加磁场。

因此，利用超导材料可制造出高能、高通量的磁体，为现代科技和磁共振设备的发展提供了很好的前景。

磁共振成像是一种基于强磁场、均匀场梯度和高频电磁波的成像技术，是目前医学诊断和生物科学研究中普遍使用的一种重要方法。

通过分析分子的运动磁场，可以有效检测病变组织和神经元的杂质等现象，有着广泛的临床应用价值。

离球扰动磁城市研究是一种磁场理论新的发展方向，它采用磁力学平衡条件探测磁城市中针对环境请求的磁相互作用。

磁场基本概念及其规律介绍磁场是物理学中极为重要的概念，广泛应用于各个领域。

本文将介绍磁场的基本概念以及其规律，旨在帮助读者更好地理解和应用磁场的知识。

一、磁场的概念磁场是由带电粒子或带电体所产生的物理现象。

当电子绕着原子核旋转时，它们产生的电流就形成了微小的磁场，这被称为原子磁场。

多个原子的磁场叠加在一起，形成了宏观的磁场。

磁场具有方向和大小之分。

磁场的方向由其南极和北极决定，它们遵循磁场从北极到南极的方向。

磁场的大小可以通过磁感应强度来表示，通常用字母B表示。

磁感应强度越大，磁场对物体的作用力越大。

二、磁场的特性1. 磁场有极性：磁场必定是由南极到北极的方向形成的闭合回路。

这与电场不同，电场是由正电荷指向负电荷的方向。

2. 磁场可以相互叠加：当多个磁场共存时，它们可以相互叠加。

磁场的叠加可以是两个磁场在同一空间内共存，也可以是一个磁场在不同空间内产生的效果。

叠加后的磁场强度等于各个磁场强度的矢量和。

3. 磁场遵循“左手定则”：在电磁学中，有一个重要的定律，即“左手定则”。

根据左手定则，当我们用左手的拇指、食指和中指呈垂直关系时，拇指的指向表示磁场的方向，食指表示电流的方向，中指表示作用力的方向。

三、磁场的规律1. 安培环路定理：安培环路定理是描述磁场与电流之间相互作用的定律。

根据安培环路定理，磁场的磁感应强度等于磁场中任意闭合路径上电流的代数和与路径长度的乘积的比值。

2. 洛伦兹力定律：洛伦兹力定律描述了带电体在磁场中所受到的力。

根据洛伦兹力定律，当带电体以速度v穿过磁场时，它将受到一个力的作用，这个力的大小等于带电体电荷Q、速度v和磁感应强度B的乘积的绝对值，方向垂直于带电体的速度和磁感应强度的平面，并遵循右手定则。

3. 磁场的磁感线：磁感线是描述磁场特性的图示方法。

磁感线的方向与磁场的方向相同，且磁感线趋向于从磁场强度较大的地方指向磁场强度较小的地方。

磁感线越密集，说明磁场强度越大。

四、磁场的应用磁场的应用非常广泛，涉及到多个领域，包括电磁感应、电机、电磁波等。

高中物理磁场知识点总结
磁场的基本概念：磁场是指物体周围存在的一种物理现象，具有磁性的物体会在其周围形成磁场。

磁场的表示：磁场可以用磁力线来表示，磁力线是从磁南极指向磁北极的曲线。

磁场的性质：
磁场是无源的，即不存在磁单极子。

磁场是有方向的，磁力线的方向表示磁场的方向。

磁场是矢量量，具有大小和方向。

磁场的产生：
电流产生磁场：通过电流流过导线时，会在导线周围产生磁场，其方向由右手螺旋定则确定。

磁化产生磁场：某些物质在外磁场的作用下可以磁化，形成磁体，产生磁场。

磁场的力学效应：
洛伦兹力：磁场中的带电粒子受到洛伦兹力的作用，其大小和方向由洛伦兹力公式确定。

磁场对导线的作用力：当导线中有电流通过时，会受到磁场的作用力，其大小和方向由洛伦兹力公式确定。

磁场的应用：
电磁感应：磁场的变化可以引起电磁感应现象，如发电机、变压器等。

磁共振：磁场的作用可以使原子核发生共振现象，应用于核磁共振成像（MRI）等医学技术。

磁力对物体的作用：磁场可以对磁性物体产生吸引或排斥力，应用于电磁铁、磁悬浮等技术。

3．BD [磁场中某点磁感应强度的方向表示该点磁场的方向，磁场方向也就是小磁针N 极受力的方向．但电流受力的方向不代表磁感应强度和磁场的方向．]4．A [磁感应强度的引入目的就是用来描述磁场强弱，因此选项A 是正确的；磁感应强度是与电流I 和导线长度L 无关的物理量，且B ＝FIL中的B 、F 、L 相互垂直，所以选项B 、C 、D 皆是错误的．]5．A [根据通电螺线管的磁场与小磁针的相互作用情况可以判断：螺线管的左边应该是S 极．再根据安培定则，右手握住螺线管，大拇指指向螺线管的N 极，其余四指的方向就是通电螺线管中的电流方向，即电流从左边流入，右边流出，如右图所示．再根据安培定则判知小磁针B 所在处的磁场方向垂直纸面向外，所以知小磁针B 的N 极向纸外转．] 6．ABCD [在题图所示的位置时，磁感线与线框平面垂直，Φ＝BS.当框架绕OO ′轴转过60°时可以将图改画成侧视图如右图所示Φ＝BS ⊥＝BS·cos 60°＝12BS.转过90°时，线框由磁感线垂直穿过变为平行，Φ＝0.线框转过180°时，磁感线仍然垂直穿过线框，只不过穿过方向改变了．因而Φ1＝BS ，Φ2＝－BS ，ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2BS.综上所述，A 、B 、C 、D 都正确．]例1 C [磁感线是人为画出的、描述磁场的曲线，不相交，故选项A 错误；由于是闭合曲线，在磁体外部是由N 极指向S 极，在内部是由S 极指向N 极，故选项B 错误；若导线与磁场方向平行，则导线不受磁场力的作用，选项D 错误；故本题正确选项为C.][规范思维] 磁感线和电场线的特性有相似之处，都能表示场的强弱和方向，但也有不同：电荷周围的电场线是不闭合的，磁感线是闭合的．例2 D [磁场中某点磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定，与通电导线的受力及方向都无关，故选项A 错误，选项D 正确．通电导线在磁场中受力的大小不仅与磁感应强度有关，而且与通电导线的取向有关，故选项B 错误．虽然匀强磁场中磁感应强度处处相等，但当导线在各个位置的方向不同时，磁场力是不相同的(导线与磁场垂直时所受磁场力最大，与磁场平行时所受磁场力为0)，而选项C 中没有说明导线在各个位置的取向是否相同，所以选项C 错误．][规范思维] 磁场的磁感应强度只取决于磁场本身，与试探电流元无关，正如电场中的电场强度与检验电荷无关一样，是磁场本身的属性．类似的物理量还有速度、加速度、电阻、电容、电势差等．规律：凡是用比值定义的物理量都和定义式中的物理量无必然联系．例3 C [由于I 1>I 2，且离导线越远产生的磁场越弱，在a 点I 1产生的磁场比I 2产生的磁场要强，A 错，同理，C 对．I 1与I 2在b 点产生的磁场方向相同，合成后不可能为零，B 错．d 点两电流产生的磁场B 1、B 2不共线，合磁场不可能为0，D 错．][规范思维] 磁感应强度是矢量，其合成同样遵守平行四边形定则，即先根据安培定则判断每条导线在某点的磁感应强度的大小和方向，然后根据平行四边形定则进行合成．例4 A [根据安培定则判断出：(1)AB 直导线在小磁针a 所在位置垂直纸面向外，所以磁针a 的N 极指向正确；(2)C 左侧为N 极，内部磁场向左，所以磁针c 的N 极指向正确，磁针b 的N 极指向不对；(3)D 左为S 极，右为N 极，所以磁针d 的N 极指向不正确．][规范思维] (1)电流的磁场分布于三维空间，用安培定则时要注意磁场的空间性．(2)小磁针在磁场中静止时，北极指向与磁场方向一致，在此要特别注意螺线管内部的磁场方向．例5 BS 12BS 2BS解析 由磁通量的定义可知Φ1＝BS绕ab 边转过60°后的磁通量为Φ2＝BScos 60°＝12BS绕ab 边转过180°后的磁通量为Φ3＝－BS 磁通量的改变量为ΔΦ＝|Φ3－Φ1|＝2BS.[规范思维] 磁通量的大小直接用公式Φ＝BScos θ求解即可，应特别注意θ角的大小及Φ的正负号．1．D [安培力的方向既垂直于磁场方向，又垂直于电流方向，即垂直于磁场与电流决定的平面．但电流方向与磁场方向不一定垂直．]2．C3．B [安培力F 总是与磁感应强度B 和电流I 决定的平面垂直，即力F 与磁场及力F 与导线都是垂直的，但B 与I(即导线)可以垂直，也可以不垂直，故A 、C 、D 均错，B 正确．]4．BCD [据安培力的定义，当磁感应强度B 与通电电流I 的方向垂直时，磁场力有最大值为F ＝BIL ＝0.5×2×0.2 N ＝0.2 N ．当两方向平行时，磁场力有最小值为0 N ．随着二者方向夹角的不同，磁场力大小可在0.2 N 与0 N 之间取值．]例4 (1)1.5 A (2)0.30 N (3)0.06 N 解析 (1)根据闭合电路欧姆定律I ＝ER 0＋r＝1.5 A (2)导体棒受到的安培力F 安＝BIL ＝0.30 N (3)导体棒受力如图所示，将重力正交分解F 1＝mgsin 37°＝0.24 N F 1<F 安，根据平衡条件 mgsin 37°＋F f ＝F 安 解得Ff ＝0.06 N[规范思维] 解决安培力与力学综合问题的关键：(1)首先正确画出通电导体受力的平面图(或侧视图)，注意正确画出电流和磁场的方向．(2)受力分析时安培力的方向必须用左手定则正确判定，注意安培力方向既跟磁感应强度的方向垂直又和电流方向垂直．10．(1)mg －BLEcos θR BLEsin θR (2)B min ＝mgREL 方向水平向右解析从b 向a 看侧视图如图所示．(1)水平方向：F ＝F 安sin θ① 竖直方向：FN ＋F 安cos θ＝mg ② 又F 安＝BIL ＝B ERL ③联立①②③得：FN ＝mg －BLEcos θR ，F ＝BLEsin θR.(2)使ab 棒受支持力为零，且让磁场最小，可知安培力竖直向上．则有F 安＝mg B min ＝mgREL，根据左手定则判定磁场方向水平向右． 11．2 Ω≤R ≤5 Ω解析 导体棒受到的最大静摩擦力为 Ff ＝μFN ＝μmg ＝0.5×0.2×10 N ＝1 N绳对导体棒的拉力F 拉＝Mg ＝0.3×10 N ＝3 N 导体棒将要向左滑动时 BI max L ＝Ff ＋F 拉，I max ＝2 A由闭合电路欧姆定律I max ＝E R min ＋r ＝6R min ＋1得R min ＝2 Ω导体棒将要向右滑动时Ff ＋BI min L ＝F 拉， I min ＝1 A由闭合电路欧姆定律I min ＝E R max ＋r ＝6R max ＋1得R max ＝5 Ω滑动变阻器连入电路的阻值为2 Ω≤R ≤5 Ω例2 BD [带电粒子进入磁场后，在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，根据qvB ＝mv 2r 得轨道半径r ＝mvqB ，粒子的比荷相同，故不同速度的粒子在磁场中运动的轨道半径不同，轨迹不同；相同速度的粒子，轨道半径相同，轨迹相同，故B 正确．带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期T ＝2πr v ＝2πmqB ，故所有带电粒子的运动周期均相同，若带电粒子都从磁场左边界出磁场，则这些粒子在磁场中的运动时间是相同的，但不同速度的粒子，其运动轨迹不同，故A 、C 错误．根据θt ＝2πT 得θ＝2πTt ，所以运动时间t 越长，运动轨迹所对的圆心角θ越大，故D 正确．][规范思维] 因所有粒子比荷相同，所以电性相同；又所有粒子从同一点入射，所以轨迹是否相同，应看半径；运动时间是否相同，应看圆心角．另外还应注意磁场边界的约束．例3 (1)4.19×10－6 s (2)2 m解析 (1)离子在磁场中做匀速圆周运动，在左右两区域的运动轨迹是对称的．如下图所示，设轨迹半径为R ，圆周运动的周期为T.由牛顿第二定律 qvB ＝m v 2R ①又：T ＝2πRv ②联立①②得：R ＝mvqB③T ＝2πm qB④将已知数据代入③得R ＝2 m ⑤ 由轨迹图知：tan θ＝r R ＝33，则θ＝30°.则全段轨迹运动时间：t ＝2×T 360°×2θ＝T 3⑥联立④⑥并代入已知数据得：t ＝2×3.14×3.2×10－263×1.6×10－19×0.1s ＝4.19×10－6 s (2)在图中过O 2向AO 1作垂线，联立轨迹对称关系知侧移总距离d ＝2rsin 2θ＝2 m. [规范思维] 1.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法——三步法： (1)画轨迹：即确定圆心，几何方法求半径并画出轨迹．(2)找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角度与圆心角、运动时间相联系，在磁场中运动的时间与周期相联系．(3)用规律：即牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周期公式、半径公式．2．首先利用对准圆心方向入射必定沿背离圆心出射的规律，找出圆心位置；再利用几何知识及带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的相关知识求解．例4 见解析解析 (1)根据动能定理，qU ＝12mv 21－12mv 20，所以v 0＝v 21－2qU m.(2)如图所示，设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R ，由几何知识可知R 2＋R 2＝(R 2－R 1)2，解得R ＝2R 0.根据洛伦兹力公式qv 2B ＝m v 22R ，解得B ＝mv 2q 2R 0＝2mv 22qR 0.根据公式t T ＝θ2π，2πR ＝v 2T ，qv 2B ＝m v 22R ，解得t ＝T 4＝2πm 4Bq ＝2πm 4×mv 22R 0＝2πR 02v 2(3)考虑临界情况，如图所示①qv 3B 1′＝m v 23R 0，解得B 1′＝mv 3qR 0，②qv 3B 2′＝m v 232R 0，解得B 2′＝mv 32qR 0，综合得：B ′<mv 32qR 0.[规范思维] (1)带电粒子在电磁复合场中运动时，洛仑兹力不做功，只有电场力做功．(2)带电粒子在单一磁场中运动时，定圆心、求半径及圆心角是解题的关键． (3)注意有界磁场的边界约束以及由此而产生的临界情况． 355．(1)(2)0.4 m(3)7.68×10－18 J。