高中物理磁场总结

1 / 19 高中物理磁场总结 磁场是一种看不见、摸不着的特殊物质，磁场不是由原子或分子组成的，但磁场是客观存在的。磁场具有波粒的辐射特性。 一、磁场 磁极和磁极之间的相互作用是通过磁场发生的。 电流在周围空间产生磁场，小磁针在该磁场中受到力的作用。磁极和电流之间的相互作用也是通过磁场发生的。 电流和电流之间的相互作用也是通过磁场产生的 磁场是存在于磁体、电流和运动电荷周围空间的一种特殊形态的物质，磁极或电流在自己的周围空间产生磁场，而磁场的基本性质就是对 放入其中的磁极或电流有力的作用。 二、磁现象的电本质 1、罗兰实验 正电荷随绝缘橡胶圆盘高速旋转，发现小磁针发生偏转，说明运动的电荷产生了磁场，小磁针受到磁场力的作用而发生偏转。 2、安培分子电流假说 法国学者安培提出，在原子、分子等物质微粒内部，2 / 19 存在一种环形电流 -分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。安培是最早揭示磁现象的电本质的。 一根未被磁化的铁棒，各分子电流的取向是杂乱无章的，它们的磁场互相抵消，对外不显 磁性；当铁棒被磁化后各分子电流的取向大致相同，两端对外显示较强的磁性，形成磁极；注意，当磁体受到高温或猛烈敲击会失去磁性。 3、磁现象的电本质 运动的电荷 (电流 )产生磁场，磁场对运动电荷 (电流 )有磁场力的作用，所有的磁现象都可以归结为运动电荷 (电流 )通过磁场而发生相互作用。 三、磁场的方向 规定：在磁场中任意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那一点的磁场方向。 四、磁感线 1、磁感线的概念：在磁场中画出一系列有方向的曲线，在 这些曲线上，每一点切线方向都跟该点磁场方向一致。 2、磁感线的特点 (1)在磁体外部磁感线由 N 极到 S 极，在磁体内部磁感线由 S 极到 N极 (2)磁感线是闭合曲线 (3)磁感线不相交 3 / 19 (4)磁感线的疏密程度反映磁场的强弱，磁感线越密的地方磁场越强 3、几种典型磁场的磁感线 (1)条形磁铁 (2)通电直导线 a、安培定则：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向； b、其磁感线是内密外疏的同心圆 (3)环形电流磁场 a、安培定则：让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的大拇指的方向就是环形导线中心轴线的磁感线方向。 b、所有磁感线都通过内部，内密外疏 (4)通电螺线管 a、安培定则：让右手弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，伸直的大拇指的方向就是螺线管内部磁场的磁感线方向； b、通电螺线管的磁场相当于条形磁铁的磁场 五、磁感应强度 1、定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，所 受的磁场力跟电流 I 和导线长度 l 的乘积 Il 的比值叫做4 / 19 通电导线处的磁感应强度。 2、定义式： 3、单位：特斯拉 (T)， 1T=1N/A。 m 4、磁感应强度是矢量，其方向就是对应处磁场方向。 5、物理意义：磁感应强度是反映磁场本身力学性质的物理量，与检验通电直导线的电流强度的大小、导线的长短等因素无关。 6、磁感应强度的大小可用磁感线的疏密程度来表示，规定：在垂直于磁场方向的 1m2面积上的磁感线条数跟那里的磁感应强度一致。 7、匀强磁场 (1)磁 感应强度的大小和方向处处相等的磁场叫匀强磁场 (2)匀强磁场的磁感线是均匀且平行的一组直线。 六、磁通量 1、定义：磁感应强度 B 与面积 S 的乘积，叫做穿过这个面的磁通量。 2、定义式： =BS(B与 S 垂直 ) =BScos (为 B与S 之间的夹角 ) 3、单位：韦伯 (Wb) 4、物理意义：表示穿过磁场中某个面的磁感线条数。 5、 B= /S，所以磁感应强度也叫磁通密度 5 / 19 七、安培力 1、磁场对电流的作用力叫安培力 2、 安培力大小 安培力的大小等于电流 I、导线长度 L、磁感应强度 B以及 I 和 B间的夹角的正弦 sin的乘积，即 F=BIlsin。 注意：公式只适用于匀强磁场。 3、安培力的方向 安培力的方向可利用左手定则判断 左手定则：伸开左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么拇指方向就是通电导线在磁场中的受力方向。安培力方向一定垂直于 B、I 所确定的平面，即 F 一定和 B、 I 垂直，但 B、 I 不一定垂直。 2 高中物理磁场知识点总结 一、磁场 磁体是通过磁场对铁一类物质发生作用的，磁场和电场一样，是物质存在的另一种形式，是客观存在。小磁针的指南指北表明地球是一个大磁体。磁体周围空间存在磁场；电流周围空间也存在磁场。电流周围空间存在磁场，电流是大量运动电荷形成的，所以运动电荷周围空间也有磁场。静6 / 19 止电荷周围空间没有磁场。磁场存在于磁体、电流、运动电荷周围的空间。磁场是物质存在的一种形式。磁场对磁体、电流都有磁力作用。与用检验电荷检验电场存在一样，可以用小磁针来 检验磁场的存在。如图所示为证明通电导线周围有磁场存在？奥斯特实验，以及磁场对电流有力的作用实验。 1、地磁场地球本身是一个磁体，附近存在的磁场叫地磁场，地磁的南极在地球北极附近，地磁的北极在地球的南极附近。 2、地磁体周围的磁场分布与条形磁铁周围的磁场分布情况相似。 3、指南针放在地球周围的指南针静止时能够指南北，就是受到了地磁场作用的结果。 4、磁偏角地球的地理两极与地磁两极并不重合，磁针并非准确地指南或指北，其间有 一个交角，叫地磁偏角，简称磁偏角。说明：地球上不同点的磁偏角的数值是不同的。磁偏角随地球磁极缓慢移动而缓慢变化。地磁轴和地球自转轴的夹角约为 11。 7 / 19 二、磁场的方向 在电场中，电场方向是人们规定的，同理，人们也规定了磁场的方向。规定：在磁场中的任意一点小磁针北极受力的方向就是那一点的磁场方向。确定磁场方向的方法是：将一不受外力的小磁针放入磁场中需测定的位置，当小磁针在该位置静止时，小磁针 N极的指向即为该点的磁场方向。磁体磁场：可以利用同名磁极相斥，异名磁极相 吸的方法来判定磁场方向。 电流磁场：利用安培定则（也叫右手螺旋定则）判定磁场方向。 三、磁感线 在磁场中画出有方向的曲线表示磁感线，在这些曲线上，每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同。 1）磁感线上每一点切线方向跟该点磁场方向相同。 2）磁感线特点 8 / 19 1）磁感线的疏密反映磁场的强弱，磁感线越密的地方表示磁场越强，磁感线越疏的地方表示磁场越弱。 2）磁感线上 每一点的切线方向就是该点的磁场方向。 3）磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线，在磁体外部由 N 极到 S极，在磁体内部由 S 极到 N极。以下各图分别为条形磁体、蹄形磁体、直线电流、环行电流的磁场 说明：磁感线是为了形象地描述磁场而在磁场中假想出来的一组有方向的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线。磁感线与电场线类似，在空间不能相交，不能相切，也不能中断。 四、几种常见磁场 1、通电直导线周围的磁场 1）安培定则：右手握住导线， 让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，这个规律也叫右手螺旋定则。 2）磁感线分布如图所示：说明：通电直导线周围9 / 19 的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆，实际上电流磁场应为空间图形。直线电流的磁场无磁极。磁场的强弱与距导线的距离有关，离导线越近磁场越强，离导线越远磁场越弱。图中的“”号表示磁场方向垂直进入纸面，”表示磁场方向垂直离开纸面。“？ 2、环形电流的磁场 1）安培定则：让右手弯曲的四指与环 形电流的方向一致，伸直的拇指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向。 2）磁感线分布如图所示： 3）几种常用的磁感线不同画法。 说明：环形电流的磁场类似于条形磁铁的磁场，其两侧分别是 N极和 S 极。由于磁感线均为闭合曲线，所以环内、外磁感线条数相等，故环内磁场强，环外磁场弱。环形电流的磁场在微观上可看成无数根很短的直线电流的磁场的叠加。 10 / 19 3、通电螺线管的磁场 1）安培定则：用右手握住螺线管，让弯曲时 四指的方向跟电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管中心轴线上的磁感线方向。 2）磁感线分布：如图所示。 3）几种常用的磁感线不同的画法。 说明：通电螺线管的磁场分布：外部与条形磁铁外部的磁场分布情况相同，两端分别为 N极和 S极。管内（边缘除外）是匀强磁场，磁场分布由 S 极指向 N极。环形电流宏观上其实就是只有一匝的通电螺线管，通电螺线管则是由许多匝环形电流串联而成的。因此，通电螺线管的磁场也就是这些环形电流磁场的叠加。不管是磁体的磁场还是电流的磁场，其分布都是在立体空间的，要熟练掌握其立体图、纵截面图、横横面图的画法及转换。 四、匀强磁场 1）定义：在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应11 / 19 强度大小和方向都相同，这个区域内的磁场叫做匀强磁场。 2）磁感线分布特点：间距相同的平行直线。 3）产生：距 离很近的两个异名磁极之间的磁场除边缘部分外可以认为是匀强磁场；相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场也是匀强磁场，如图所示： 五、磁感应强度 1、磁感应强度为了表征磁场的强弱和方向，我们引入一个新的物理量：磁感应强度。描述磁场强弱和方向的物理量，用符号“ B”表示。通过精确的实验可以知道，当通电直导线在匀强磁场中与磁场方向垂直时，受到磁场对它的力的作用。对于同一磁场，当电流加倍时，通电导线受到的磁场力也加倍，这说明通电导线受到的磁场力与通过它的电流 强度成正比。而当通电导线长度加倍时，它受到的磁场力也加倍，这说明通电导线受到的磁场力与导线长也成正比。对于磁场中某处来说，通电导线在该处受的磁场力 F 与通电电流强度 I与导线长度 L 乘积的比值是一个恒量，它与电流强度和导线长度的大小均无关。在磁场中不同位置，这个比12 / 19 值可能各不相同，因此，这个比值反映了磁场的强弱。 1）磁感应强度的定义电流元定义：物理学中把很短一段通电导线中的电流 I 与导线长度 L 的乘积 IL 叫做电流元。理解：孤立的电流元是不存在的，因为要使导线中有电流，就必须把它连到电源上。 2）磁场对通电导线的作用力内容：通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小与 I 和 L 的乘积成正比。公式：。 说明： B 为比例系数，与导线的长度和电流的大小都无关。不同的磁场中， B 的值是不同的。 B 应为与电流垂直的值，即式子成立条件为： B 与 I 垂直。磁感应强度定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，受到的安培力的作用 F，跟电流 I 和导线长度 L 的乘积 IL的比值，叫做通电直导线所在处的磁场的磁感应强度。公式： B=F/IL。 2）磁感应强度的单位在国际 单位制中， B 的单位是特斯拉（ T），由 B的定义式可知： 1特（ T） = 13 / 19 3）磁感应强度的方向磁感应强度是矢量，不仅有大小，而且有方向，其方向即为该处磁场方向。小磁针静止时N 极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向，简称为磁场的方向。 B 是矢量，其方向就是磁场方向，即小磁针静止时 N 极所指的方向。 2、磁通量磁感线和电场线一样也是一种形象描述磁场强度大小和方向分布的假想的线，磁感线上各点的切线方向即该点的 磁感应强度方向，磁感线的 密疏，反映磁感应强度的大小。为了定量地确定磁感线的条数跟磁感应强度大小的关系，规定：在垂直磁场方向每平方米面积的磁感线的条数与该处的磁感应强度大小（单位是特）数值相同。这里应注意的是一般画磁感线可以按上述规定的任意数来画图，这种画法只能帮助我们了解磁感应强度大小；方向的分布，不能通过每平方米的磁感线数来得出磁感应强度的数值。 1）磁通量的定义穿过某一面积的磁感线的条数，叫做穿过这个面积的磁通量，用符号表示。 14 / 19 物理意义：穿过某一面的磁感线条数。 2）磁通量与磁感应强度的关系按前面的规定，穿过垂直磁场方向单位面积的磁感线条数，等于磁感应强度 B，所以在匀强磁场中，垂直于磁场方向的面积 S上的磁通量=BS。若平面 S 不跟磁场方向垂直，则应把 S 平面投影到垂直磁场方向上。当平面 S 与磁场方向平行时， =0。 公式 1）公式： =BS。 2）公式运用的条件： a匀强磁场； b磁感线与平面垂直。 3）在匀强磁场 B 中，若磁感线与平面不垂直，公式 =BS 中的 S 应为平面在垂直于磁感 线方向上的投影面积。此时，式中即为面积 S在垂直于磁感线方向的投影，我们称为“有效面积”。 3）磁通量的单位在国际单位中，磁通量的单位是韦伯（ Wb），简称韦。磁通量是标量，只有大小没有方向。 15 / 19 4)磁通密度磁感线越密的地方，穿过垂直单位面积的磁感线条数越多，反之越少，因此穿过单位面积的磁通量？磁通密度，它反映了磁感应强度的大小，在数值上等于磁感应强度的大小， B= /S。 六、磁场对电流的作用 1、安培分子电流假说的内容安培 认为，在原子、分子等物质微粒的内部存在着一种环形电流？分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，分子的两侧相当于两个磁极。 2、安培假说对有关磁现象的解释 1）磁化现象：一根软铁棒，在未被磁化时，内部各分子电流的取向杂乱无章，它们的磁场互相抵消，对外不显磁性；当软磁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流取向变得大致相同时，两端显示较强的磁性作用，形成磁极，软铁棒就被磁化了。 2）磁体的消磁：磁体的高温或猛烈敲击，即在激烈16 / 19 的热运动或机械运 动影响下，分子电流取向又变得杂乱无章，磁体磁性消失。磁现象的电本质磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由运动的电荷产生的。说明：根据物质的微观结构理论，原子由原子核和核外电子组成，原子核带正电，核外电子带负电，核外电子在库仑引力作用下绕核高速旋转，形成分子电流。在安培生活的时代，由于人们对物质的微观结构尚不清楚，所以称为“假说”。但是现在，“假设”已成为真理。分子电流假说揭示了电和磁的本质联系，指出了磁性的起源：一切磁现象都是由运动的电荷产生的。安培力通电导线在磁场中受到的力称为安培力。 3、安培力的方向左手定则 1）左手定则伸开左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，把手放入磁场，让磁感线穿过手心，让伸开的四指指向电流方向，那么大拇指所指方向即为安培力方向。 2）安培力 F、磁感应强度 B、电流 I 三者的方向关系：即安培力垂直于电流和磁感线所在的平面，但 B 与 I 不一定垂直。 17 / 19 判断通电导线在磁场中所受安培力时，注意一定要用左手，并注意各方向间的关系。若已知 B、 I 方向，则方向确定；但若已知 B（或 I）和方向， 则 I（或 B）方向不确定。 4、电流间的作用规律同向电流相互吸引，异向电流相互排斥。安培力大小的公式表述 1）当 B与 I 垂直时， F=BIL。 2）当 B与 I 成角时，是 B 与 I 的夹角。和沿电流方向的。 B 对 I的作用可用 B 推导过程：如图所示，将 B 分解为垂直电流的 B2 对电流的作用等效替代， 5、几点说明 1）通电导线与磁场方向垂直时， F=BIL最大；平行时最小， F=0。 2） B对放入的通