幾種常見的磁場編稿：周軍審稿：李勇康【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．理解磁感線的意義，能夠熟練地運(yùn)用安培定則確定電流的磁場方向2．理解磁場的方向；理解磁通量的定義和計(jì)算方法3．理解勻強(qiáng)磁場的特點(diǎn)以及在勻強(qiáng)磁場中磁通量的計(jì)算【要點(diǎn)梳理】要點(diǎn)一、磁感線要點(diǎn)詮釋：1.定義：在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致，這樣的曲線就叫做磁感線。2．特點(diǎn)：（1）磁感線的疏密反映磁場的強(qiáng)弱，磁感線越密的地方表示磁場越強(qiáng)，磁感線越疏的地方表示磁場越弱。（2）磁感線上每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場方向。（3）磁場中任何一條磁感線都是閉合曲線，在磁體外部由N極到S極，在磁體內(nèi)部由S極到N極。（4）磁感線在空間不能相交，不能相切，也不能中斷。說明：（1）磁感線是為了形象地描述磁場而在磁場中假想出來的一組有方向的曲線，并不是客觀存在于磁場中的真實(shí)曲線．（2）沒有磁感線的地方，并不表示就沒有磁場存在，通過磁場中的任一點(diǎn)總能而且只能畫出一條磁感線．要點(diǎn)二、幾種常見的磁場要點(diǎn)詮釋：1．通電直導(dǎo)線周圍的磁場（1）安培定則：右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向，這個(gè)規(guī)律也叫右手螺旋定則．（2）磁感線分布：如下圖所示．2．環(huán)形電流的磁場（1）安培定則：讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致，伸直的拇指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向．（2）磁感線分布：如圖所示．3．通電螺線管的磁場（1）安培定則：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指的方向跟電流方向一致，大拇指所指的方向就是螺線管中心軸線上的磁感線方向．（2）磁感線分布：如圖所示．說明：與天然磁體的磁場相比，電流磁場的強(qiáng)弱容易控制，因而在實(shí)際中有很多重要的應(yīng)用．4.常見電流磁場的分布特點(diǎn)電流的磁場通常研究的是直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁場，判斷它們的磁場，都可用安培定則來判斷，該定則也叫右手螺旋定則，各種電流的磁場分布及磁感線方向的判斷如下：安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖特點(diǎn)直線電流（1）通電直導(dǎo)線周圍的磁感線是以導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的同心圓，實(shí)際上電流磁場應(yīng)為空間圖形（2）直線電流的磁場無磁極（3）磁場的強(qiáng)弱與距導(dǎo)線的距離有關(guān)．離導(dǎo)線越近，磁場越強(qiáng)；離導(dǎo)線越遠(yuǎn)，磁場越弱環(huán)形電流（1）環(huán)形電流的磁場類似于條形磁鐵的磁場，其兩側(cè)分別是N極和S極（2）由于磁感線均為閉合曲線，所以環(huán)內(nèi)、外磁感線條數(shù)相等，故環(huán)內(nèi)磁場強(qiáng)，環(huán)外磁場弱（3）環(huán)形電流的磁場在微觀上可看成無數(shù)根很短的直線電流的磁場的疊加通電螺線管（1）內(nèi)部為勻強(qiáng)磁場且比外部強(qiáng)，方向由S極指向N極，外部類似條形磁鐵，由N極指向S極（2）環(huán)形電流宏觀上其實(shí)就是只有一匝的通電螺線管，通電螺線管則是由許多匝環(huán)形電流串聯(lián)而成的．因此，通電螺線管的磁場也就是這些環(huán)形電流磁場的疊加注意：（1）應(yīng)用安培定則判定電流的磁場時(shí)，直線電流是判定導(dǎo)線之外磁場的方向，環(huán)形電流和通電螺線管判定的是線圈軸線上磁場的方向．（2）放置在螺線管內(nèi)的小磁針受力方向按磁感線方向判斷，不能根據(jù)螺線管的極性判斷．（3）不管是磁體的磁場還是電流的磁場，其都是分布在立體空間的，要熟練掌握其立體圖，縱、橫截面圖的畫法及轉(zhuǎn)換．要點(diǎn)三、安培分子電流假說要點(diǎn)詮釋：1．安培分子電流假說的內(nèi)容安培認(rèn)為，在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部存在著一種環(huán)形電流——分子電流，分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都成為微小的磁體，分子的兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè)磁極．2．安培假說對有關(guān)磁現(xiàn)象的解釋（1）磁化現(xiàn)象：一根軟鐵棒，在未被磁化時(shí)，內(nèi)部各分子電流的取向雜亂無章，它們的磁場互相抵消，對外不顯磁性；當(dāng)軟鐵棒受到外界磁場的作用時(shí)，各分子電流取向變得大致相同時(shí)，兩端顯示較強(qiáng)的磁性作用，形成磁極，軟鐵棒就被磁化了．（2）磁體的消磁：磁體在高溫或猛烈敲擊狀況，即在激烈的熱運(yùn)動(dòng)或機(jī)械運(yùn)動(dòng)影響下，分子電流取向又變得雜亂無章，磁體磁性消失．3．磁現(xiàn)象的電本質(zhì)磁鐵的磁場和電流的磁場一樣，都是由運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生的．說明：（1）根據(jù)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)理論，原子由原子核和核外電子組成，原子核帶正電，核外電子帶負(fù)電，核外電子在庫侖引力作用下繞核高速旋轉(zhuǎn)，形成分子電流，在安培生活的時(shí)代，由于人們對物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)尚不清楚，所以稱為“假說”．但是現(xiàn)在，“假說”已成為真理．（2）分子電流假說揭示了電和磁的本質(zhì)聯(lián)系，指出了磁性的起源：一切磁現(xiàn)象都是由運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生的．要點(diǎn)四、勻強(qiáng)磁場要點(diǎn)詮釋：1．定義：在磁場的某個(gè)區(qū)域內(nèi)，如果各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和方向都相同，這個(gè)區(qū)域內(nèi)的磁場叫做勻強(qiáng)磁場．2．磁感線分布特點(diǎn)：間距相同的平行直線．3．產(chǎn)生：距離很近的兩個(gè)異名磁極之間的磁場除邊緣部分外可以認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場；相隔一定距離的兩個(gè)平行放置的線圈通電時(shí)，其中間區(qū)域的磁場也是勻強(qiáng)磁場，如圖所示．要點(diǎn)五、磁通量要點(diǎn)詮釋：1．定義：設(shè)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一個(gè)與磁場方向垂直的平面，面積為S，把B與S的乘積叫做穿過這個(gè)面積的磁通量，用字母表示．2．物理意義：穿過某一面的磁感線條數(shù)．（1）公式運(yùn)用的條件：①勻強(qiáng)磁場；②磁感線與平面垂直．要點(diǎn)六、對磁通量和磁通量變化的理解要點(diǎn)詮釋：1．對磁通量的理解（1）磁通量是標(biāo)量，但有正負(fù)．當(dāng)磁感線從某一面積上穿入時(shí)，磁通量為正值，穿出時(shí)即為負(fù)值．（2）磁通量與磁感線的關(guān)系是當(dāng)規(guī)定單位面積上磁感線條數(shù)等于B時(shí)，磁通量就等于該面積上的磁感線條數(shù)．（3）磁感線是閉合曲線（不同于靜電場的電場線），所以穿過任意閉合曲面的磁通量一定為零，即=0．例如一個(gè)球面，磁感線只要穿入球面，就一定穿出球面，穿過磁感線的凈條數(shù)為零，即磁通量為零．（4）磁通量是針對某個(gè)面來說的．與給定的線圈的匝數(shù)多少無關(guān)．即在有關(guān)磁通量的計(jì)算時(shí)，不要考慮線圈匝數(shù)n．2．對磁通量變化的理解與計(jì)算磁通量的變化，一般有下列三種情況：注意：（1）磁通量的正負(fù)既不表示大小，也不表示方向，是為了計(jì)算方便而引入的．【典型例題】類型一、對磁場、磁感線的理解例1、（2015黃浦區(qū)一模）A．B．C．D．【解析】磁感線是為了描述磁場而引入的假想的曲線，并不客觀存在，故A錯(cuò)誤；在磁體內(nèi)部，磁感線從磁體的S極出發(fā)回到N極，而外部則是從磁體的N極出發(fā)回到S極，構(gòu)成閉合曲線，故B錯(cuò)誤；若兩條磁感線可以相交，則交點(diǎn)處就可以做出兩個(gè)磁感線的方向，即該點(diǎn)的磁場方向就會有兩個(gè)，這與理論相矛盾，因此磁感線不能相交，故C錯(cuò)誤；磁感線上任意一點(diǎn)的切線方向，都跟該點(diǎn)的磁場方向一致，故D正確。故選D【總結(jié)升華】（1）磁場是一種客觀存在的特殊物質(zhì)，磁感線雖是假想的閉合的曲線，但可形象地描述磁場的強(qiáng)弱和方向．（2）理解并區(qū)別電場線和磁感線．①從電場、磁場的概念理解兩種場線的相似點(diǎn)：矢量性——線的切線，強(qiáng)弱——線的疏密，方向的唯一性——空間任意一點(diǎn)場線不相交．②從兩種場線的不同特性理解兩種場的區(qū)別：電場線——電荷有正負(fù)——電場線有始終；磁感線——N、S極不可分離——磁感線閉合．【高清課程：磁場及其描述例題1】【變式】關(guān)于磁場和磁感線的描述，下列說法中正確的是（）A．磁感線可以形象地描述各點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱和方向，它每一點(diǎn)的切線方向都和小磁針放在該處靜止時(shí)北極所指的方向一致B．磁極之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，磁場和電場一樣，也是一種客觀存在的特殊物質(zhì)C．磁感線總是從磁鐵北極出發(fā)，到南極終止的D．磁感線就是細(xì)鐵屑連成的曲線【答案】AB類型二、安培定則的應(yīng)用例2、如圖所示，圖a、圖b是直線電流的磁場，圖c、圖d是環(huán)形電流的磁場，圖e、圖f是螺線管電流的磁場．試在各圖中補(bǔ)畫出電流方向或磁感線的方向．【答案】見解析【解析】本題考查安培定則的應(yīng)用．根據(jù)安培定則，可以確定圖a中電流方向垂直紙面向里，b中電流的方向自下而上，c中電流方向是逆時(shí)針，d中磁感線的方向向上，e中磁感線方向向左，f中磁感線的方向向右．【總結(jié)升華】使用安培定則時(shí)要注意對直線電流和環(huán)形電流右手拇指各指什么方向．要掌握幾種通電導(dǎo)體周圍的磁場分布情況，同時(shí)又要搞清楚所給圖示是平面圖還是投影圖，熟練掌握安培定則的應(yīng)用方法．舉一反三【變式1】19世紀(jì)20年代，以塞貝克（數(shù)學(xué)家）為代表的科學(xué)家已認(rèn)識到，溫度差會引起電流，安培考慮到地球自轉(zhuǎn)造成了太陽照射后正面與背面的溫度差，從而提出如下假說：地磁場是由繞地球的環(huán)形電流引起的．則該假說中的電流方向是（）A．由西向東垂直磁子午線B．由東向西垂直磁子午線C．由南向北沿磁子午線方向D．由赤道向兩極沿磁子午線方向【答案】B【解析】地球內(nèi)部磁場方向由北向南，由安培定則可判定電流方向．本題為信息遷移題，關(guān)鍵是抽象出模型．想象赤道為環(huán)形電流．如圖，則從上往下看，由安培定則可知電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，即自東向西．【總結(jié)升華】了解地磁場的特點(diǎn)，構(gòu)建正確的物理模型是正確使用安培定則的前提，也是科學(xué)分析該類題目的關(guān)鍵．【高清課程：磁場及其描述例題3】【變式2】如圖所示，水平放置一螺旋管，現(xiàn)在管內(nèi)、外的相應(yīng)位置放兩個(gè)小磁針A和B，試確定通電后A、B小磁針靜止時(shí)兩端極性，其中小磁針A的右端為________極，小磁針B的右端為_________極?！敬鸢浮縎N類型三、對安培分子電流假說的理解例3、用安培提出的分子電流假說可以解釋下列哪些現(xiàn)象（）A．永久磁鐵的磁場B．直線電流的磁場C．環(huán)形電流的磁場D．軟鐵棒被磁化的現(xiàn)象【答案】AD【解析】分子電流假說是安培為解釋磁體的磁現(xiàn)象而提出的。所以選項(xiàng)A、D是正確的．而通電導(dǎo)線周圍的磁場是由其內(nèi)部自由電荷定向移動(dòng)而產(chǎn)生的宏觀電流產(chǎn)生的．分子電流和宏觀電流雖然都是運(yùn)動(dòng)電荷引起的，但產(chǎn)生的原因是不同的．【總結(jié)升華】磁鐵的磁場和電流的磁場一樣，都可歸結(jié)為運(yùn)動(dòng)電荷（電流）之間通過磁場而發(fā)生作用．磁體的磁場起源于內(nèi)部的分子電流，電流周圍的磁場起源于運(yùn)動(dòng)電荷的定向移動(dòng)．舉一反三【變式】你見過只有一個(gè)磁極的磁鐵嗎？能否將條形磁鐵折斷得到單個(gè)磁極？為什么？【答案】沒有不能原因見解析【解析】磁鐵有磁性是因?yàn)閮?nèi)部分子電流取向一致使一端表現(xiàn)為N極，一端為S極．磁鐵折斷后，磁鐵內(nèi)部的分子電流仍然是原來的取向，因此折斷后的部分，保留端的極性不變，折斷端極性與保留端相反．【總結(jié)升華】磁鐵上磁性特別強(qiáng)的部位稱為磁極，N極與S極相互依存而不可分離．迄今為止，我們還沒有找到獨(dú)立存在的磁單極．對一些物理現(xiàn)象的認(rèn)識，不能只局限于表面，應(yīng)明確其本質(zhì)，由原理找結(jié)論．類型四、對磁通量的理解例4、關(guān)于磁通量的下列說法，正確的是（）A．磁通量是反映磁場強(qiáng)弱和方向的物理量B．某一面積上的磁通量是表示穿過此面積的磁感線的總條數(shù)C．在磁場中所取的面積越大，該面上磁通量越大D．穿過任何封閉曲面的磁通量一定為零【答案】BD磁通量的大小由B、S共同決定，所以面積大，不一定大，由此可知選項(xiàng)C錯(cuò)誤．由于磁感線是閉合曲線，所以只要有磁感線穿入封閉曲面，如一個(gè)球面，則該磁感線必然從該曲面穿出，由此可知選項(xiàng)D正確．【總結(jié)升華】在該題中誤選A是因?yàn)闆]有理解磁通量是標(biāo)量，它的大小反映穿過某一面積的磁感線條數(shù)，而在單位面積上穿過的磁感線條數(shù)的多少才表示磁場強(qiáng)弱；如果只注意決定磁通量大小因素之一的面積，忽視另外因素，如磁感應(yīng)強(qiáng)度及磁場方向和面積法線間的夾角，將會誤選C。舉一反三【變式1】（2015合肥校級期中）如圖所示，環(huán)形金屬輕彈簧，套在條形磁鐵中心位置。若將彈簧沿半徑向外拉，使其面積增大，則穿過彈簧所包圍面積的磁通量將（）A．增大B．減小C．不變D．無法確定變化情況【答案】B【解析】本題考查磁通量概念，=內(nèi)－外，彈簧所包圍面積增大時(shí)，內(nèi)沒有變化，外增大，所以A＞B．所以減小，故正確答案為B．【總結(jié)升華】在分析穿過某個(gè)面的磁通量時(shí)，要注意通過這個(gè)面的磁場是否有兩個(gè)不同的方向．因?yàn)榇磐渴轻槍σ粋€(gè)面而言的，雖然是標(biāo)量，但有正負(fù)．因此當(dāng)有兩個(gè)不同方向的磁感線同時(shí)穿過時(shí)，磁通量的計(jì)算應(yīng)為“凈”值．特別是涉及通電螺線管和條形磁鐵的題目，因。為在磁體的內(nèi)部，所有的磁感線都是由S極指向N極的，磁感線較密．【變式2】面積是0.5m2的導(dǎo)體環(huán)，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為2.0×10－2T的勻強(qiáng)磁場中，環(huán)面與磁場垂直。穿過導(dǎo)線環(huán)的磁通量等于（）A．2.5×10－2WbB．1.0×10－2WbC．1.5×10－2WbD．4.0×10－2Wb【答案】B類型五、磁通量的變化及計(jì)算例5、（2016湖南校級模擬）三個(gè)相同的矩形線圈置于水平向右的勻強(qiáng)磁場中，線圈=1\*ROMANI平面與磁場方向垂直，線圈=2\*ROMANII、=3\*ROMANIII與線圈=1\*ROMANI平面的夾角分別為30°、45°，如圖所示，穿過線圈=1\*ROMANI、=2\*ROMANII、=3\*ROMANIII的磁通量分別為Φ=1\*ROMANI、Φ=2\*ROMANII、Φ=3\*ROMANIII。下列判斷正確的是（）A．Φ=1\*ROMANI=Φ=2\*ROMANIIB．Φ=2\