高中物理磁场讲义

磁场基本性质

基础知识 一、磁场

1、磁场：磁场是存在于磁体、运动电荷周围的一种物质．它的基本特性是：对处于其中的磁体、电流、运动电荷有力的作用．

2、磁现象的电本质：所有的磁现象都可归结为运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用．

二、磁感线

为了描述磁场的强弱与方向，人们想象在磁场中画出的一组有方向的曲线．

1．疏密表示磁场的强弱．

2．每一点切线方向表示该点磁场的方向，也就是磁感应强度的方向．

3．是闭合的曲线，在磁体外部由N极至S极，在磁体的内部由S极至N极．磁线不相切不相交。

4．匀强磁场的磁感线平行且距离相等．没有画出磁感线的地方不一定没有磁场．

5．安培定则：姆指指向电流方向，四指指向磁场的方向．注意这里的磁感线是一个个同心圆，每点磁场方向是在该点切线方向·

*熟记常用的几种磁场的磁感线：

【例1】根据安培假说的物理思想：磁场来源于运动电荷．如果用这种思想解释地球磁场的形成，根据地球上空并无相对地球定向移动的电荷的事实．那么由此推断，地球总体上应该是：（ ）

A.带负电; B.带正电;

C.不带电; D.不能确定

三、磁感应强度

1．磁场的最基本的性质是对放入其中的电流或磁极有力的作用，电流垂直于磁场时受磁场力最大，电流与磁场方向平行时，磁场力为零。

2．在磁场中垂直于磁场方向的通电导线受到的磁场力F跟电流强度I和导线长度l的乘积Il的比值，叫做通电导线所在处的磁感应强度．

①表示磁场强弱的物理量．是矢量．

②大小：B=F/Il（电流方向与磁感线垂直时的公式）．

③方向：左手定则：是磁感线的切线方向；是小磁针N极受力方向；是小磁针静止时N极的指向．不是导线受力方向；不是正电荷受力方向；也不是电流方向．

④单位：牛/安米，也叫特斯拉，国际单位制单位符号T．

⑤点定B定：就是说磁场中某一点定了，则该处磁感应强度的大小与方向都是定值．

⑥匀强磁场的磁感应强度处处相等．

⑦磁场的叠加:空间某点如果同时存在两个以上电流或磁体激发的磁场,则该点的磁感应强度是各电流或磁体在该点激发的磁场的磁感应强度的矢量和,满足矢量运算法则.

【例2】如图所示，正四棱柱abed一a'b'c'd'的中心轴线00'处有一无限长的载流直导线，对该电流的磁场，下列说法中正确的是（ ）

A.同一条侧棱上各点的磁感应强度都相等 B.四条侧棱上的磁感应强度都相同

C.在直线ab上，从a到b，磁感应强度是先增大后减小

D.棱柱内任一点的磁感应强度比棱柱侧面上所有点都大

【例3】如图所示，两根导线a、b中电流强度相同．方向如图所示，则离两导线等距离的P点，磁场方向如何？

【例4】六根导线互相绝缘，所通电流都是I，排成如图10一5所示的形状，区域A、B、C、D均为相等的正方形，则平均磁感应强度最大的区域是哪些区域？该区域的磁场方向如何？

【例5】一小段通电直导线长1cm，电流强度为5A，把它放入磁场中某点时所受磁场力大小为0．1N，则该点的磁感强度为（ ）

A．B＝2T； B．B≥2T； C、B≤2T ；D．以上三种情况均有可能

【例6】如图所示，一根通电直导线放在磁感应强度B=1T的匀强磁场中，在以导线为圆心，半径为r的圆周上有a,b,c,d四个点，若a点的实际磁感应强度为0，则下列说法中正确的是（ ）

A.直导线中电流方向是垂直纸面向里的

B.C点的实际磁感应强度也为0

C. d点实际磁感应强度为2T，方向斜向下，与B夹角为450

D.以上均不正确

四、磁通量与磁通密度

1．磁通量Φ：穿过某一面积磁力线条数，是标量．

2．磁通密度B：垂直磁场方向穿过单位面积磁力线条数，即磁感应强度，是矢量．

3．二者关系：B＝Φ/S（当B与面垂直时），Φ＝BScosθ，Scosθ为面积垂直于B方向上的投影，θ是B与S法线的夹角．

【例7】如图所示，A为通电线圈，电流方向如图所示，B、C为与A在同一平面内的两同心圆，φB、φC分别为通过两圆面的磁通量的大小，下述判断中正确的是（ ）

A．穿过两圆面的磁通方向是垂直纸面向外

B．穿过两圆面的磁通方向是垂直纸面向里

C．φB＞φC D．φB＜φC

规律方法 1.磁通量的计算

【例8】如图所示，匀强磁场的磁感强度B＝2．0T，指向x轴的正方向，且ab=40cm，bc=30cm，ae=50cm，求通过面积Sl（abcd）、S2（befc）和S3（aefd）的磁通量φ1、φ2、φ3分别是多少？

【例9】如图4所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁N极附近下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在这个过程中，线圈中的磁通量（ ）

A．是增加的； B．是减少的

C．先增加，后减少； D．先减少，后增加

【例10】如图所示边长为100cm的正方形闭合线圈置于磁场中，线圈AB、CD两边中点连线OO/的左右两侧分别存在方向相同、磁感强度大小各为B1＝0．6T，B2=0．4T的匀强磁场。若从上往下看，线圈逆时针转过370时，穿过线圈的磁通量改变了多少？

解析：

课堂练习：

1.(2011·临汾高二检测)如图所示，把一条导线平行地放在磁针的上方附近，当导线中有电流通过时，磁针会发生偏转．发现这个实验现象的物理学家是( )

2．(2010·德州高二检测)电工师傅能够用螺丝刀将狭小空间内的小螺丝吸引上B

·a ·b ·c

·d 来，关于该现象的解释正确的是( )

A．是因为螺丝刀带电把小螺丝吸引上来的

B．是因为螺丝带电和螺丝刀相互吸引发生的

C．是因为螺丝刀带有磁性，把小螺丝吸引上来的

D．是因为小螺丝带有磁性，去吸引螺丝刀的

3．(苏南八校联考)指南针是我国古代四大发明之一，东汉学者王充在《论衡》一书中描述的“司南”是人们公认的最早的磁性定向工具，关于指南针能指示南北方向是由于( )

A．指南针的两个磁极相互吸引

B．指南针的两个磁极相互排斥

C．指南针能吸引铁、铝、镍等物质

D．地磁场对指南针的作用

4.如图所示，假如将一个小磁针放在地球的北极点上，那么小磁针的N极将( )

A．指北 B．指南 C．竖直向上 D．竖直向下

5．(2010·长春高二检测)物理实验都需要有一定的控制条件．奥斯特做电流磁效应实验时，应排除地磁场对实验的影响．关于奥斯特的实验，下列说法中正确的是( )

A．该实验必须在地球赤道上进行

B．通电直导线应该竖直放置

C．通电直导线应该水平东西方向放置

D．通电直导线应该水平南北方向放置

6．如果你看过中央电视台体育频道的围棋讲座就会发现，棋子在竖直放置的棋盘上可以移动，但不会掉下来．原来，棋盘和棋子都是由磁性材料制成的．棋子不会掉落是因为( )

A．质量小，重力可以忽略不计

B．受到棋盘对它向上的摩擦力

C．棋盘对它的吸引力与重力平衡

D．它一方面受到棋盘的吸引，另一方面受到空气的浮力

7．如图所示，a、b、c三根铁棒中有一根没有磁性，则这一根可能是( )

A．a B．b

C．c D．都有可能

8．有关磁感应强度B的说法正确的是( )

A．对于B＝FIL，比值FIL越大，说明通电导线所在处的磁感应强度一定越大

B．对于B＝FIL，F越大，说明通电导线所在处的磁感应强度一定越大

C．可用FIL来量度磁感应强度的大小，但B是由磁场本身因素决定的，与I、L、F无关

D．在I、L相同的情况下，垂直磁场方向放置通电导线，受力F越大的地方，B越大

9．把长度L、电流I都相同的一小段电流元放入某磁场中的A、B两点，电流元在A点受到磁场力较大，则( ) A．A点的磁感应强度一定大于B点的磁感应强度

B．A、B两点磁感应强度可能相等

C．A、B两点磁感应强度一定相等

D．A点磁感应强度可能小于B点磁感应强度

10．在匀强磁场中某处P放一个长度为L＝20cm、通电电流I＝0.5A的直导线，测得它受到的最大磁场力F＝1.0N，其方向竖直向上，现将该通电导线从磁场撤走，则P处磁感应强度为( )

A．零

B．10T，方向竖直向上

C．0.1T，方向竖向下

D．10T，方向肯定不沿竖直向上的方向

11．下列可用来表示磁感应强度的单位关系的是( )

A．1T＝1kg/m2 B．1T＝1kg/(A·s2)

C．1T＝1kg·m2/(A·s2) D．1T＝1N/(A·m)

12．先后在磁场中A、B两点引入长度相等的短直导线，导线与磁场方向垂直．如图所示，图中a、b两图线分别表示在磁场中A、B两点导线所受的力F与通过导线的电流I的关系．下列说法中正确的是( )

A．A、B两点磁感应强度相等

B．A点的磁感应强度大于B点的磁感应强度

C．A点的磁感应强度小于B点的磁感应强度

D．无法比较磁感应强度的大小

13．一段电流元放在同一匀强磁场中的四个位置，如图所示，已知电流元的电流I、长度L和受力F，则可以用FIL表示磁感应强度B的是( )

14．磁感应强度为矢量，它可以分解为几个分量．

(1)如果北半球某处地磁场的磁感应强度大小为B，与水平方向的夹角为θ，那么该处地磁场的磁感应强度的水平分量和竖直分量各为多大？

(2)如果地理南、北极和地磁北、南极是重合的，那么在赤道上空磁场的竖直分量是多大？在极地上空地磁场的水平分量是多大？

15．磁场中放一与磁场方向垂直的电流元，通入的电流是2.5A，导线长1cm，它受到的安培力为5×10－2N.问：

(1)这个位置的磁感应强度是多大？

(2)如果把通电导线中的电流增大到5A时，这一点的磁感应强度是多大？

(3)如果通电导线在磁场中某处不受磁场力，是否可以肯定这里没有磁场？

课后练习：

1．磁性水雷是用一个可绕轴转动的小磁针来控制起爆电路的，军舰被地磁场磁化后就变成了一个浮动的磁体，当军舰接近磁性水雷时，就会引起水雷的爆炸，其依据是( )

A．磁体的吸铁性 B．磁极间的相互作用规律

C．电荷间的相互作用规律 D．磁场对电流的作用原理

2．实验表明：磁体能吸引一元硬币，对这种现象解释正确的是( )

A．硬币一定是铁做的，因为磁体能吸引铁

B．硬币一定是铝做的，因为磁体能吸引铝

C．磁体的磁性越强，能吸引的物质种类越多

D．硬币中含有磁性材料，磁化后能被吸引