高中物理磁场知识点详解和答案.pdf

十四、磁场一、知识网络画龙点睛二、概念1、磁场(1)磁场的来源磁体的周围存在磁场电流的周围存在磁场：丹麦物理学家奥斯特首先发现电流周围也存在着磁场把一条导线平行地放在小磁针的上方，给导线中通入电流当导线中通入电流，导线下方的小磁针发生转动2)磁体与电流间的相互作用通过磁场来完成(3)磁场磁场：磁体和电流周围，运动电荷周围存在的一种特殊物质，叫磁场磁场的基本性质：对处于其中的磁极或电流有力的作用磁场的物质性：虽然磁场看不见摸不着，对于我们初学者感到很抽象，其实磁场和电场一样是客观存在的，是物质存在的一种特殊形式2、磁场的方向磁感线(1)磁场的方向：物理学规定，在磁场中的任一点，小磁针北极受力的方向，亦即小磁针静止时北极所指的方向，就是该点的磁场方向2)磁感线：磁感线所谓磁感线，是在磁场中画出的一些ABC有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向都在该点的磁场方向上磁感线的可以用实验来模拟(3)几种典型磁体周围的磁感线分布条形磁铁磁场的磁感线条形磁铁磁场的磁感线直线电流磁场的磁感线直线电流磁场的磁感线是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上直线电流的方向和磁感线方向之间的关系可用安培定则(也叫右手螺旋定则)来判定：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。

环形电流磁场的磁感线环形电流磁场的磁感线是一些围绕环形导线的闭合曲线在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直环形电流的方向跟中心轴线上的磁感线方向之间的关系也可以用安培定则来判定：让右手弯曲的四指和和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向通电螺线管磁场的磁感线通电螺线管外部的磁感线和条形磁铁外部的磁感线相似，一端相当于南极，一端相当于北极通电螺线管内部的磁感线和螺线管的轴线平行，方向由南极指向北极，并和外部的磁感线连接，形成一些环绕电流的闭合曲线通电螺线管内部的磁场比两极处的磁场更强通电螺线管的电流方向和它的磁感线方向之间的关系，也可用安培定则来判定：用右手握住螺线管，让弯曲四指所指的方向和电流的方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向也就是说，大拇指指向通电螺线管的北极4)磁感线的物理意义磁感线上任意一点的切线方向表示该位置的磁场方向，亦即小磁针在该位置时 N 极的受力方向，或小磁针在该位置静止时 N 极的指向磁感线的疏密程度表示磁场的强弱磁感线密集处磁场强，稀疏处磁场弱5)磁感线的特点磁感线为闭合曲线，无起点和终点在磁体的外部磁感线由 N极发出，回到 S 极。

在磁体的内部磁感线则由 S 极指向 N 极在稳定的磁场中，某一点只有惟一确定的磁场方向，所以两条磁感线不能相交磁感线也不相切若磁感线相切，则切点处的磁场将趋近于无穷大，这是不可能的3、地磁场(1)地磁场：地球本身在地面附近有空间产生的磁场，叫做地磁场2)地磁场的分布特点：地磁场的分布大致就像一个条形磁铁外面的磁场4、磁感应强度(1)定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力 F跟电流 I 和导线长度 L 的乘积 IL 的比值叫磁感应强度说明：如果各处的磁场强弱不同，仍然可用上述方法研究磁场，只是要用一段特别短的通电导线来研究磁场如果导线很短很短，B就是导线所在处的磁感应强度2)公式：B(量度式)IL(3)单位：在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯特，简称特，国际符号是 T1T1Am常见的地磁场磁感应强度大约是 0.3104T0.7104T，永磁铁磁极附近的磁感应强度大约是 103T1T在电机的变压器铁芯中，磁感应强度可达 0.8T1.4T4)方向：磁感应强度是矢量，把某点的磁场方向定义为该点的磁感应强度的方向5)物理意义：磁感应强度 B 是表示磁场强弱和方向的物理量6)形象表示方法：在磁场中也可以用磁感线的疏密程度大致表示磁感应强度的大小，这样，从磁感线的分布就可以形象地表示磁场的强弱和方向。

NF在同一磁场的磁感线分布图上，磁感线越密的地方，磁感应强度越大7)磁场的叠加：磁感应强度是矢量，它可以合成，合成同样遵守平形四边形定则若空间存在几个磁场，空间的磁场应由这几个磁场叠加而成，某点的磁感应强度为 BBB1B2B3（矢量和）b例题：如图所示，三根通电直导线垂直纸面放置，ad位于 b、c、d 处，通电电流大小相同，方向如图a位于 bd 中点则 a 点的磁感应强度方向是()A垂直纸面指向纸里C沿纸面由 a 指向 bcB垂直纸面指向纸外D沿纸面由 a 指向 c解析：根据安培定则：b、d 两根导线在 a 点形成的磁场，磁感应强度大小相等，方向相反，合磁感应强度应为零，故 a 点磁场就由通电导线 c 来决定，根据安培定则在 a 点处的磁场，磁感应强度方向应为沿纸面由 a 指向 b，正确选项为 C例题：磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线，它的电流强度是2.5 A，导线长 1 cm，它受到的安培力为510-2 N，则这个位置的磁感应强度是多大？接上题，如果把通电导线中的电流强度增大到 5 A 时，这一点的磁感应强度应是多大？如果通电导线在磁场中某处不受磁场力，是否肯定这里没有磁场.解答：B2T。

IL磁感应强度B是由磁场和空间位置(点)决定的，和导线的长度L、电流 I 的大小无关，所以该点的磁感应强度是2 T如果通电导线在磁场中某处不受磁场力，则可能有两种可能：该处没有磁场；该处有磁场，只不过通电导线与磁场方向平行5、匀强磁场(1)定义：如果磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫匀强磁场2)产生方法：距离很近的两个异名磁极之间的磁场，通电螺线管内部的磁场（除边缘部分外）都可认为是匀强磁场3)磁感线的特点：匀强磁场的磁感线是间距相等的平行直线6、安培力(1)安培力：磁场对电流的作用力通常称为安培力安培力的大小：FBILsin=900时F=BIL在非匀强磁场中，公式FBILsin适用于很短的一段通电导线，这是因为导线很短时，它所在处各点的磁感应强度的变化很小，可近似认为磁场是匀强磁场为通电导线方向与磁场方向有一个夹角，我们可以把磁感应强F度 B 分解为两个分量：一个是跟通电导线方向平行的分量B1Bcos，另一个是跟通电导线方向垂直的分量B2BsinB1与通电导线方向平行，对电流没有作用力，电流受到的力是由 B2决定的，即 FILB2将B2Bsin 代入上式，得到 FILBsin。

这就是通电导线方向与磁场方向成某一角度时安培力的公式公式FBIL 是上式 90时的特殊情况3)安培力的方向安培力的方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直，也就是说，安培力的方向总是垂直于磁感线和通电导线所在的平面通电直导线所受安培力的方向和磁场方向、电流方向之间的关系，可以用左手定则来判定：伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向应该注意的是：若电流方向和磁场方向垂直，则磁场力的方向、电流方向、磁场方向三者互相垂直；若电流方向和磁场方向不垂直，则磁场力的方向仍垂直于电流方向，也同时垂直于磁场方向4)安培力 F、磁感应强度 B、电流 I 三者的方向关系通电导线在磁场中所受安培力 F，总垂直于电流与磁感线所确定的平面已知电流 I、磁感应强度 B 的方向，可用左手定则唯一确定安培力 F 的方向已知 F 和 B 的方向，当导线的位置确定时，可唯一确定电流I 的方向已知 F 和 I 的方向时，磁感应强度 B 的方向不能唯一确定(5)用有效长度计算安培力的大小如图所示，弯曲的导线 ACD 的有效长度为l，等于两端点 A、D 所连直线的长度，其所受的安培力为：F=BIl(6)安培力作用下物体运动方向的判断电流元法：即把整段电流等效成多段直线电流元用左手定则判断出每小段电流元所受安培力方向再判断合力的方向，然后再确定运动方向等效法：环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，条形磁铁也可以等效成环形电流或通电螺线管 通电螺线管也可以等效成很多匝的环形电流利用结论法：a、当两电流相互平行时，无转动趋势；同向电流相互吸引；反向电流相互排斥；b、两电流不平行时，有转动到相互平行、电流方向相同的趋势利用这些结论分析、判断，可以事半功倍例题：如图所示，把一重力不计的通电直导线水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以自由移动，当导线通过图示方向电流时，导线的运动情况是（从上往下看）（）A顺时针方向转动，同时下降B顺时针方向转动，同时上升C逆时针方向转动，同时下降D逆时针方向转动，同时上升解析：根据蹄形磁铁磁感线分布和左手定则可判断A端受垂直纸面向里的安培力，B端受垂直纸面向外的安培力，故导线逆时针转动；假设导线自图示位置转过 90，由左手定则可知，导线AB受竖直向下安培力作用；导线下降，故导线在逆时针转动的同时向下运动，所以本题答案应选 C。

例题：如图所示，倾角为 的光滑斜面上，有一长为 L，质量为 m的通电导线，导线中的电流强度为 I，电流方向垂直纸面向外在图中加一匀强磁场，可使导线平衡，试求：最小的磁感应强度 B 是多少？方向如何？解析：导体棒受重力、支持力和安培力作用而平衡，由力学知识可知，当第三个力（安培力）F 与 F垂直时，F 有最小值，如图，即安培力方向平行于斜面向上，Fmgsin，又因为当导体棒与磁感应强度垂直时，安培力最大，故本题mgsin所求最小磁感应强度 B，方向为垂直斜面向下IL例题：条形磁铁放在粗糙水平面上，正中的正上方有一导线，通有图示方向的电流后，磁铁对水平面的压力将会(增大、减小还是不变？)水平面对磁铁的摩擦力大小为解：本题有多种分析方法画出通电导线中电流的磁场中通过两极的那条磁感线（如图中粗虚线所示），可看出两极受的磁场力的合力竖直向上磁铁对水平面的压力减小，但不受摩擦力画出条形磁铁的磁感线中通过通电导线的那一条（如图中细虚线所示），可看出导线受到的安培力竖直向下，因此条形磁铁受的反作用力竖直向上把条形磁铁等效为通电螺线管，上方的电流是向里的，与通电导线中的电流是同向电流，所以互相吸引例题：如图在条形磁铁N极附近悬挂一个线圈，当线圈中通有逆时针方向的电流时，线圈将向哪个方向偏转？解：用“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”最简单：条形磁铁的等效螺线管的电流在正面是向下的，与线圈中的电流方向相反，互相排斥，而左边的线圈匝数多所以线圈向右偏转。

本题如果用“同名磁极相斥，异名磁极相吸”将出现判断错误，因为那只适用于线圈位于磁铁外部的情况7、电流表的组成及磁场分(1)电流表的组成永久磁铁、铁芯、线圈、螺旋弹簧、指针、刻度盘等六部分组成2)电流表中磁场分布的特点:电流表中磁铁与铁芯之间的磁场是均匀辐向分布的不管线圈处于什么位置，线圈平面与磁感线之间的夹角都是零度，各点的磁感应强度 B 的大小是相等的8、线框在匀强磁场中的磁力矩(1)线圈平面与磁场方向平行例题：如图所示，单匝矩形线圈的边长分别为OabcdL1，bcadL2，它可以绕对称轴 OO转动，线圈中的电流强度为I，线圈处于磁感应强度B的匀强磁场中，当线圈平面与磁场平行时，求线圈所受的安培力的总力矩解析：线圈平面与磁场平行时，线圈中只有 ab、cd 两边受力所受力如图所示，两边安培力的大小为FBIL1adbOc这一对力偶的力偶臂为 L2，所受安培力的总力矩MBIL1L2BISFa(b)Oc(d)拓展：如果是 n 匝线圈，则线圈所受安培力的力矩为多大？F如果是 n 匝线圈，则线圈所受安培力的力矩为 MnBIS当线圈平面与磁感线平行时，线圈受到的安培力的力矩为最大2)线圈平面与磁场方向成角：MnBIScosMmcos(3)线圈平面与磁场方向垂直：M0。

4)说明上式只适用于匀强磁场；在匀强磁场中，当转轴 。