磁场及其描述汇总
磁场及其描述
目标认知
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。
学习重点难点
1．对磁现象及其电本质的理解，对地磁的理解。
2．电流的磁场及方向的判断——安培定则。
3．磁感强度的定义及磁通量的计算。
知识要点梳理
知识点一：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。
知识点二：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。
知识点三：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。
知识点四：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。知识点五：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°。
知识点六：磁感线
要点诠释：
1．定义
在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线就叫做磁感线。
2．特点
（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。
说明：
①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。
②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。
知识点七：几种电流的磁场方向的判断和磁感线的画法
要点诠释：
1．磁铁周围的磁感线分布
2．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：
①通电直导线周围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。
②直线电流的磁场无磁极。
③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。
④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。
3．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：
①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。
②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。
③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。
4．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：
①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。
②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。
③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、横截面图的画法及转换。
5．匀强磁场
（1）定义：在磁场的某个区域内，如果各点的磁场强弱和方向都相同，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：
知识点八：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。
知识点九：磁通量
要点诠释：
1．定义
设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，把B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，用字母Φ表示。
2．物理意义
穿过某一面的磁感线条数。
3．公式
（1）公式：Φ=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Φ=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”。
4．单位
在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号是Wb 。1 Wb=1 T ·m 2
。 5．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 =Φ/S 。
规律方法指导
1
．建立事物之间的内在联系是科学探究的重要的思想方法
不同的物理现象之间存在着内在联系，建立事物之间的内在联系是科学探究的重要的思想方法。
2
．假设法
安培分子电流的假说很好地解释了多种磁的现象；假说法是科学探索和发现的重要方法。
3．磁场和电场的比较
电场
磁场
产生 电荷周围存在电场
运动电荷产生磁场
场 强
大小 电场强度：E= F / q ，是反映电场力的性质的物理量，其中q 为检验电荷
磁感应强度：B=F/IL 是反映磁场力的性质的
物理量。其中IL 为检验电流元，磁场力F 与电流I 的方向有关，当I 垂直于B 时，F 最大
方向
规定：正电荷在电场中的受力方向为该点的电场方向
规定：小磁针N 极在磁场中的受力方向为该点的磁场方向
相互作用 同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引
4．磁感线与电场线的比较
电场线
磁感线
相似点
引入目的
形象描述场而引入的假想线，实际不存在 疏密 场的强弱 切线方向 场的方向
是否相交 不相交（电场中无电荷空间不相交） 不同点
起始于正电荷，终止于负电荷
闭合曲线 说明：
①从电场、磁场的概念理解两种场线的相似点：矢量性——线的切线，强弱——线的疏密，方向的唯一