3.1磁场及其描述

PAGE磁场及其描述【学习目标】1．了解磁现象，理解电流的磁效应及其伟大意义。

2．通过磁的相互作用现象，知道磁场的存在和磁场的基本性质。

3．了解地磁场的分布以及地磁场对地球生命及人类活动的意义。

4．理解磁感线的意义，能够熟练地运用安培定则确定电流的磁场方向。

5．理解磁场的方向；理解磁感应强度的定义、磁通量的定义和计算方法；理解匀强磁场的特点以及在匀强磁场中磁通量的计算。【要点梳理】要点一、磁现象

要点诠释：

1．磁性、磁体

物质具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。

具有磁性的物体叫磁体。

2．磁极

磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫磁极。任何磁体都有两个磁极，一个叫南极（又称S极），另一个叫北极（又称N极）。

3．磁极间的相互作用

同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。

4．磁化、磁性材料

变无磁性物体为有磁性物体叫磁化，变有磁性物体为无磁性物体叫退磁。

磁性材料可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料。一般来讲软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大。

软磁性材料可应用于需被反复磁化的场合，例如振片磁头、计算机记忆元件、电磁铁等；硬磁性材料可应用于制作永久磁铁。

要点二、电流的磁效应

要点诠释：

1．电流对小磁针的作用

1820年，丹麦物理学家奥斯特发现，导线通电后，其下方与导线平行的小磁针发生偏转，如图所示。

说明：在做奥斯特实验时，为排除地球磁场的影响，小磁针应南北放置，通电导线也应南北放置。

2．磁铁对通电导线的作用

如图所示，磁铁会对通电导线产生力的作用，使导体棒偏转。

3．电流和电流间的相互作用

如图所示，有互相平行而且距离较近的两条导线，当导线中分别通以方向相同和方向相反的电流时，观察到发生的现象是：同向电流相吸，异向电流相斥。

要点三、磁场

要点诠释：

1．定义

磁体或电流周围存在一种特殊物质，能够传递磁体与磁体、磁体与电流之间、电流与电流之间的相互作用，这种特殊的物质叫磁场。说明：所有的磁作用都是通过磁场发生的，磁场和电场一样，是物质存在的另一种形式，是客观存在的。

2．磁场的基本性质

对放入其中的磁极、电流或运动电荷产生力的作用。

3．磁场的产生

（1）永磁体周围存在磁场；

（2）电流周围存在磁场——电流的磁效应；

（3）运动的电荷周围存在磁场——磁现象的电本质。

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。静止电荷周围空间没有磁场。

4．磁场的方向

在磁铁周围的不同位置放置一些小磁针，发现小磁针静止时，指向各不相同如图所示，这表明磁场中不同位置力的作用方向不同，因此磁场具有方向性。

物理学上规定：小磁针静止时N极所指的方向为该点的磁场的方向。

要点四、磁现象的电本质

要点诠释：

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。

3．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：

①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。

②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。

要点五、地球的磁场

要点诠释：

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。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。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。

2．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：

①地球上不同点的磁偏角的数值是不同的。

②磁偏角随地球磁极缓慢移动而缓慢变化。

③地磁轴和地球自转轴的夹角约为11°。

要点六、磁感应强度

要点诠释：

1．磁感应强度的方向

（1）磁感应强度

描述磁场强弱和方向的物理量，用符号“B”表示。

（2）磁感应强度的方向

磁感应强度的方向即磁场的方向：小磁针静止时N极所指的方向为该点的磁感应强度的方向，简称为磁场的方向。

2．磁感应强度的大小

（1）电流元

①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叫作电流元。

②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）磁感应强度

①定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，受到的磁场力的作用F，跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值，叫作通电直导线所在处的磁场的磁感应强度。

②物理意义：磁感应强度是描述磁场力的性质的物理量。

③公式：B=F/IL。

④单位：在国际单位单位中，磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，符号是T。即。

⑤B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。

说明：

①磁感应强度是反映磁场性质的物理量，是由磁场自身决定的，与是否引入电流无关，与引入的电流是否受力无关，因为通电导线取不同方向时，其受力大小不尽相同，在定义磁感应强度时，式中F是直导线垂直磁场时受到的磁场力。

②磁感应强度的方向是该处磁场的方向，而不是F的方向。

【典型例题】

类型一、认识、利用磁现象例1、铁棒A能吸引小磁针，铁棒B能排斥小磁针，若将铁棒A靠近铁棒B时，下述说法中正确的是（）A．A、B一定相互吸引B．A、B一定相互排斥C．A、B间可能无磁场力作用D．A、B可能相互吸引，也可能相互排斥【答案】D【解析】磁体可以使原来没有磁性的铁棒磁化而吸引铁棒，也可以是因为两个磁体的异名磁极相互吸引，这是吸引的两种情况，而排斥只有两个磁体间才可能发生．小磁针本身有磁性，能够吸引没有磁性的铁棒，故铁棒A可能有磁性，也可能没有磁性．铁棒B能排斥小磁针，说明铁棒B一定有磁性．若A无磁性，当A靠近B时，在B的磁场作用下A也会被磁化而发生相互的吸引作用；若A有磁性，则A、B两磁体都分别有北极和南极，当它们的同名磁极互相靠近时，互相排斥，当异名磁极互相靠近时，互相吸引，这说明不论A有无磁性，它们之间总有磁场的作用，故正确答案为D．【总结升华】无论磁针的哪一个磁极靠近铁棒时，都会把铁棒磁化，并且是相互吸引的．铁棒磁化后，靠近磁针某端的磁极与磁针的该端互为异名磁极．举一反三【变式】新民晚报曾报道一则消息，“上海雨点鸽从内蒙古放飞后，历经20余天，返回上海市区鸽巢”，信鸽的这种惊人的远距离辨认方向的本领，实在令人称奇．人们对信鸽有高超的认路本领的原因提出了如下猜想：A．信鸽对地形地貌有极强的记忆力B．信鸽能发射并接收某种超声波C．信鸽能发射并接收某种次声波D．信鸽体内有某种磁性物质，它能借助地磁场辨别方向那么信鸽究竟靠什么辨别方向呢?科学家曾做过这样一个实验：把几百只训练有素的信鸽分成两组，在一组信鸽的翅膀下各缚一块小磁铁，而在另一组信鸽的翅膀下各缚一块大小相同的铜块，然后把它们带到离鸽舍一定距离的地方放飞，结果绝大部分缚铜块的信鸽飞回鸽舍，而缚磁铁的信鸽全部飞散了．科学家的实验支持了上述哪种猜想（）【答案】D【解析】这是一道要求从阅读材料的过程中收集信息、分析处理信息的应用类题．因为信鸽所缚的小磁铁所产生的磁场扰乱了它体内磁性物质产生的磁场，所以缚磁铁的一组信鸽全部飞散，即D项正确．类型二、电流的磁效应——奥斯特实验

例2、奥斯特实验说明了（）A．磁场的存在B．磁场的方向性C．电流可以产生磁场D．磁体间有相互作用【答案】C【解析】本题考查了电流的磁效应及奥斯特实验．奥斯特实验中电流能使静止的小磁针发生偏转，说明电流周围能产生磁场．故正确答案为C．【总结升华】（1）做奥斯特实验时应注意地磁场的影响．地磁场使静止的小磁针指向南北方向，所以直导线应南北水平放置，小磁针要平行地放在导线正下方或正上方．（2）奥斯特实验只证明了电流周围产生磁场即发生了电流的磁效应，揭示了电与磁的联系，但该实验却没有说明磁场的方向性和磁体间的相互作用，这是本题的易错点．举一反三【变式】指南针是我国古代的四大发明之一。当指南针静止时，其N极指向如图虚线(南北向)所示，若某一条件下该指南针静止时N极指向如图实线(N极北偏东向)所示。则以下判断正确的是()A．可能在指南针上面有一导线东西放置，通有东向西的电流B．把一根条形磁铁从中间折断，则被分开的两部分只有N极或S极C．极光现象与地球的磁场有关D．人们代步的电动自行车中应存在磁体5．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．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。另一方面还受到空气的浮力6．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7．关于磁场的方向，下列说法中正确的是（）A．磁场的方向就是该点磁感应强度的方向B．与放在该点的小磁针北极受到的磁场力方向相同C．与放在该点的小磁针静止时北极所指的方向相同D．与放在该点的极短的通电导线所受力的方向相同8．关于，下列正确说法的是（）A．磁感强度B与通电导体所受安培力成正比B．磁感强度B与通电导体长度和电流强度的乘积成反比C．公式表明磁感强度B的方向与通电导体的受力方向一致D．以上说法都不对9．下列关于磁场力、磁感应强度的说法中正确的是（）A．通电导体不受磁场力作用的地方一定没有磁场B．将I、L相同的通电导体放在同一匀强磁场的不同位置，受磁场力一定相同C．通电导线所受磁场力的方向就是磁感应强度的方向D．以上说法都不正确10．下列说法中正确的是（）A．电荷在某处不受电场力的作用，则该处的电场强度为零B．一小段通电导线在某处不受安培力的作用，则该处磁感应强度一定为零C．把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到电场力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱D．把一小段通电导线放在磁场中某处，所受的磁场力与这段通电导线的长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强弱11．将一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中，下列图象能正确反映各量间关系的是（）12．（2016福建模拟）如图为条形磁铁部分磁感应分布示意图，P、Q是同一条磁感线上的两点，关于这两点的磁感应强度，下列判断正确的是（）A．P、Q两点的磁感应强度相同B．P点的磁感应强度比Q点的大C．P点的磁感应强度方向由P指向QD．Q点的磁感应强度方向由P指向Q13．有一段导线长1cm，通过5A的电流，把它置于某磁场中时，受到的磁场力0.1N，则该点的磁感应强度B不可能值为（）A．1TB．5TC．2TD．2.5T二、填空题：（2015广元校级月考）在匀强磁场中，有一段5cm的导线和磁场垂直．当导线通过的电流是1A时，受磁场力的作用是0.1N，那么磁感应强度B=T；现将导线长度增大为原来的3倍，通过电流减小为原来的一半，那么磁感应强度B=T，如果把该通电导体拿走，那么该处磁感应强度B=T．三、计算题：1．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？2．如图所示，竖直向下的匀强磁场中，用两条竖直线悬吊一水平通电直导线，导线长为L，质量为m，通入电流I后，悬线偏离竖直方向且保持静止，已知导线受到的磁场力方向水平，求磁场的磁感应强度．【答案与解析】一、选择题：1．AB2．【答案】D【解析】为比值定义法，B与F、I、L均无关，由磁场本身性质决定，所以磁场中各点磁感应强度大小和方向是一定的，当磁感应强度B的方向与导线方向平行时，通电导线不受磁场力作用，但该处磁感应强度不一定为零，故A、B错误，D正确；磁感应强度的方向与检验电流元所受磁场力的方向垂直，故C错误。3．A解析：地球是一个巨大的磁体，地磁北极在地理南极附近，地磁南极在地理北极附近．在地球周围存在着地磁场，地磁场的磁感线从地磁北极出发到地磁南极．磁针指向南北，就是因为受到地磁场的作用．我国宋代学者沈括最早准确记录了磁针所指南北方向不是地球的正南正北方向的现象．4．CD解析：磁体的周围存在一种特殊的物质——磁场，磁体间不接触时也可以通过磁场发生相互作用，故A错．无论将磁铁分得多么小，它总有N极和S极，迄今为止，还没有发现只有N极或S极的磁单极子存在（这一点与电荷不同），故B错．极光现象是地磁场将射向地球的带电粒子偏转到地球的两极，带电粒子与大气相互作用而发出的光，故C正确．电动自行车的电动机中一定有磁体存在，故D正确．5．B解析：棋子受力如图所示，磁性棋子受到棋盘的吸引力而对棋盘产生压力，棋盘对棋子有向外的弹力．重力使得棋子有向下滑动的趋势，而棋子受到棋盘向上的静摩擦力，此力和重力平衡，使得棋子不会滑下来．由于空气浮力远小于重力，故可忽略不计．6．B解析：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引．当军舰接近磁性水雷时，磁体间的相互作用引起小磁针的转动，与铁制引芯相吸引，接通电路，引起爆炸．7．ABC解析：磁场的方向是磁场中小磁针N极的受力方向或静止时小磁针N极所指的方向，不是导线在磁场中受力的方向，故A、B、C正确，D错误．8．D解析：磁感应强度，采用的比值定义法，具有比值定义法的共性，磁感应强度B与通电导体所受安培力、通电导体长度和电流强度均无关，由磁场本身决定，故AB错误；磁感应强度的方向是该处磁场的方向，而不是电导体的受力的方向，C错；故选D9．D解析：正确理解的物理含义及成立条件，搞清B与F的关系，就可以顺利求解本