33几种常见的磁场课件新人教

三、几种常见的磁场

故事非常有趣

图是照着相片画下来的一张有趣的图画：画上有一只人的臂膊横放在电磁铁的两极上，臂膊上向上竖着一簇簇铁

钉，好像刚毛一样。臂膊本身是完全感

觉不到磁力的：看不见的磁感线穿过臂

膊的时候，是一点也不会暴露自己的存

在的。可是这些铁钉在磁力的作用下，

却顺从地按照一定的次序排列着，让我

们看到那些依着曲线从一极走向另一

极的磁感线的方向。

人类没有能感觉磁性的器官，所以我

们只能推测在每一块磁铁的周围都有磁

力可是用间接的方法来显示磁力的分布

图也并不很困难。做这个试验最好是用铁

屑。在一张光滑的厚纸或玻璃板上均匀地

撒上一薄层铁屑；拿一块普通磁铁放在厚

纸或玻璃板下面，再轻轻敲厚纸或玻璃板

来抖动铁屑。磁力是能自由地穿过厚纸或

玻璃板的，所以铁屑在磁铁的作用下就要

磁化；磁化了的铁屑在我们抖动它们的时

候，就会和厚纸或玻璃板分开，并且在磁

力的作用下很容易转过身来，落在磁针在

这一点应取的位置上，也就是沿着磁感线

排列起来。结果使我们明显地看出那些看

不见的磁感线是怎样分布的，得到像图

239所画的图。磁力造成了一组复杂的弯曲的线。你可以看出铁屑怎样从磁铁的每一极辐射开来，又怎样在两极中间连接起来，形成一些短弧和长弧。这样，铁屑就让我们亲眼看到了物理学家所想象的情景，就是每一块磁铁周围存在着的看不见的情景。离磁极越近，铁屑组成的线就越密，越清楚。相反地，离磁极越远，线就越稀，越不清楚。这就明白地向我们证明了，磁感线是随着距离的加长而变弱的。

教材非常讲解

1．磁感线

还记得在电场中怎样利用电场线来形象地描述电场的强弱和方向吗？在磁场中也可利用磁感线来形象地描述磁场。在磁场中人为地画出一些有方向的曲线，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，这些曲线就叫做磁感线。

(1)磁感线是闭合的曲线，磁体的磁感线在磁体外部由N极到S极，内部由S极到N 极。

(2)磁感线密的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱，磁感线的切线方向为该点的磁场方向。

(3)任意两条磁感线不能相交，不能相切。

(4)没有画磁感线的地方，并不表示那里没有磁场存在。通过磁场中的任意一点总能且只能画一条磁感线。

(5)磁感线是为了形象地研究磁场而人为假设的，并不是客观存在于磁场中的真实曲线。实验时利用被磁化的铁屑来显示磁感线的分布情况，只是研究磁感线的一种方法，使看不见摸不着的磁场变得具体形象，为研究带来方便。但决不能认为磁感线是由铁屑排列而成的。

2.几种常见的磁场

(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线

条形磁铁和蹄形磁铁是两种最常见的

磁体，如图3—4所示的是这两种磁体在

平面内的磁感线形状，其实它们的磁感线

分布在整个空间内，而且磁感线是闭合的，它们的内部都有磁感线分布。

(2)通电直导线磁场的磁感线

通电直导线磁场的磁感线的形状与分布如图3—5所示，通电直导线磁场的磁感线是一组以导线上各

点为圆心的同心

圆。

需要指出的

是，通电直导线产

生的磁场是不均

匀的，越靠近导

线，磁场越强，磁感线越密。电流的方向与磁感线方向的关系可以用安培定则来判断：用右手握住直导线，伸直的大拇指与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。如图3—6所示。

(3)环形电流磁场的磁感线

环形电流磁场的磁感线

是—些围绕环形导线的闭合

曲线，在环形的中心轴上，由

对称性可知，磁感线是与环形

导线的平面垂直的一条直线，如图3—7所示。

环形电流方向与磁感线方向的关系也可以用

右手定则来判断：让右手弯曲的四指和环形电

流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是

圆环轴线上磁感线的方向，如图3—8所示。

或者，让右手握住环形导线的一部分，伸直的

大拇指与电流方向一致，则四指所指的方向就是围绕环形导线的磁感线的方向，如图3—9所示。

(4)通电螺线管的磁感线

通电螺线管表现出来的

磁性很像一根条形磁铁，一端

相当于北极(N)，另一端相当

于南极(S)，形成的磁感线在

通电螺线管的外部从北极(N)

出来进入南极(S)，通电螺线

管内部也具有磁场，磁感线方

向与管轴线平行，方向都是由南极(S)指向北极(N)，并与外部磁感线连接形成一些闭合曲线。通电螺线管的磁场方向也可用安培定则判断：用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，那么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(如图3—10立体图)。

3．安培分子电流假说

（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，分子两侧相当于两个

磁极(如图3—18所示)．

（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，当软铁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，形成磁极，软铁棒就被磁化了．

②磁体的消磁：磁体在高温或猛烈敲击，即在激烈的热运动或机械运动影响下，分子电流取向又会变得杂乱无章，磁体磁性消失．

安培的分子电流假说揭示了磁性的起源，它使我们认识到磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的．

4．匀强磁场

匀强磁场是磁感应强度大小、方向处处相同

的磁场．距离很近的两个异名磁极之间的磁场、

相隔一定距离的两个平行放置的通电线圈其中

间区域的磁场都是匀强磁场．

匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的平行

直线．如图3—19所示．

5．磁通量

研究电磁现象时，往往要讨论穿过某一面积的磁场和它的变化，这需引入新的物理量-----磁通量。

磁通量的定义：

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，我们把B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁

通量，简称磁通。用字母Φ表示，则有Φ=BS．因为用磁感线形

象地描述磁场，故也可用穿过某一面积的磁感线条数表示磁通量．

注意：

（1）在匀强磁场中，若与S不垂直，如图，则应把S投影到

与B垂直的面S ⊥上，S与S⊥上穿过的磁感线条数相等，如图所示，

穿过面S的磁通量Φ=BS⊥＝BScosθ．

讨论：当θ＝00时，B与S垂直Φ=BS．

当θ＝900时，B与S垂直，Φ=0．

当0≤Φ≤900时，0≤Φ≤BS

（2）磁通量是针对某一个面而言的．磁感应强度是针对某一磁场的某个位置说的．（3）在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号：Wb．1Wb=1 T?m2．

例题非常解析

1．有关磁感线的性质

【例1】关于磁感线，下列说法中正确的是( )

A．两条磁感线的空隙处一定不存在磁场

B．磁感线总是从N极到S极

C．磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致

D．两个磁场叠加的区域，磁感线有可能相交

【析】磁感线是为了形象描绘磁场而假设的一组有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向表示磁场方向，曲线疏密表示磁场强弱，所以C正确，A不正确．在磁铁外部磁感线从N极到S极，内部从S极到N极，磁感线不相交，所以B，D不正确．【解】答案：C

【评】通过本题求解应该要注意到以下两点：(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，方向的唯一性——空间任意一点场线不相交．(2)从两种场线的区别理解两种场的区别：电场线——电荷有正负——电场线有始终；磁感线——N，S极不可分离——磁感线闭合．

【例2】放在通电螺线管里面的小磁针保持静止时，N极的指向是怎样的?两位同学的回答相反．甲说，小磁针的位置如图3—3—16所示，因为管内的磁感线方向向右，所以小磁针的N极指向右方．乙说，小磁针的位置如图3—3—17所示．他的理由是通电螺线管的N极在右侧，根据异名磁极相互吸引可

知，小磁针的S极指向右方．你的看法是怎样

的?他们谁的答案错了?

【析】根据磁场方向和磁感线方向的定义，自由小磁针在磁场中静止时，它的N极一定指向磁感线的方向．所以，甲的回答是正确的，而乙的答案错误的．

【解】乙的答案错

【评】“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”只适用于两个磁体互为外部时磁极间的相互作用．而自由小磁针在磁场中静止时，N极所指的方向就是磁感线的方向，这是普遍适用的规律．所以应用某一规律，必须注意是否符合条件，不能随意套用．2．对安培分子电流的认识

【例3】一根软铁棒被磁化是因为( )

A．软铁棒中产生了分子电流

B．软铁棒中分子电流的取向杂乱无章

C．软铁棒中分子电流消失

D．软铁棒中分子电流取向变得大致相同

【析】软铁棒中分子电流是一直存在的，并不因为外界的影响而产生或消失，因而A、C答案错误．根据磁化过程实质知，D正确．

【解】答案：D

【例4】用安培提出的分子电流假说可以解释下列哪些现象( )

A．永久磁铁的磁场

B．直线电流的磁场

C．环形电流的磁场

D．软铁棒被磁化的现象

【析】分子电流假说是安培为解释磁体的磁现象而提出的，所以选项A、D是正确的．而通电导线周围的磁场是由其内部自由电荷定向移动而产生的宏观电流产生的．分子电流和宏观电流虽然都是运动电荷引起的，但还是有区别的．

【解】答案：AD

【评】分子是一种微观粒子，分子电流的取向会受到外加磁场、加热或敲击的影响而改变方向，而直线电流和环形电流的磁场并不会受此影响。磁铁的磁场和电流的磁场一样，都可归结为运动电荷（电流）之间通过磁场而发生作用。但磁体的磁场起源于内部的分子电流，而直线、环型电流周围的磁场起源于运动电荷的定向移动。

3．安培定则的应用

【例5】如图3—29所示，一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁

针上方时，磁针的S极向纸内偏转，则这束带电粒子可能是( )

A．向右飞行的正离于束

B．向左飞行的正离子束

C．向右飞行的负离子束

D．向左飞行的负离子束

【析】小磁针N极的指向即是磁针所在处的磁场方向．题中磁针S极向纸内偏转，说明离子束下方的磁场方向由纸内指向纸外．由安培定则可判定由离子束的定向运动所产生的电流方向由右向左，故若为正离子，则应是自右向左运动，若为负离子，则应是自左向右运动．

【解】答案：BC

【评】带电粒子束的定向运动可以看作“等效电流”，正电荷定

向移动方向和“等效电流”方向相同，负电荷相反，“等效电流”的磁

场也可以应用安培定则判定．

【例6】如图3—31所示，ABCD是一环形导线，在C，D处用导

线与直导线ab接通，图中标出了环形电流的磁感线方向，则可知A，B

两端中接电源正极的是端，放在ab下方的小磁针极将转向

纸外．

【析】由安培定则可知，ABCD中电流方向应为B→D→C→A，故B端接电源正极，同理由安培定则可知，ab下方磁场方向垂直纸面向外．

【解】答案：B N

【评】本题考查同学们运用安培定则判断环形电流、直线电

流产生磁场的熟练程度．安培定则在环形电流、直线电流的运用

既有明显的区别，但也是相通的，同学们学习时一定要认真领会。

【例7】如图15-3所示，a、b两根垂直纸面的直导线通有等

值的电流，两导线旁有一点P，P点到a、b距离相等．要使P处

磁场方向向右，则a、b中电流的方向

A．都向纸外 [ ] B．都向纸里

C．a中电流向纸外；b中电流向纸里

D．a中电流向纸里；b中电流向纸外

【析】因为通电直导线周围磁场的磁感线是一组以导线上各点为圆心的同心圆，所以直导线a中电流在P处激发的磁场方向垂直于aP连线，直导线b中电流在P处激发的磁场方向垂直于bP连线。又因为P点合磁感应强度B的方向水平向右，所以由矢量合成法则可知，a中电流在P处激发的磁场方向垂直aP连线向右上，b中电流在P处激发的磁场方向垂直bP连线向右下，再根据安培定则就很容易判断a、b中的电流方向。

【解】答案：C

【评】磁感应强度B是矢量，所以磁场的合成也遵循矢量的平行四边形法则。

【例8】如图3—32所示，在条形磁铁外套有A，B两个大小不同的圆环，穿过A环的磁通量ΦA与穿过B环的磁通量ΦB相比较( )

A．ΦA>ΦB B．ΦA<ΦB

C．ΦA＝ΦB D．不能确定

【析】Φ＝Φ内－Φ外，对A，B两环，Φ内相同，而对于Φ外，

B环的要大于A环的，所以ΦA>ΦB．

【解】答案：A

【评】在分析穿过某个面的磁通量时，要注意通过这个面的磁场是否有两个不同的方向．特别是涉及通电螺线管和条形磁铁的题目，因为在磁体的内部，所有的磁感线都是由S极指向N极的．要熟悉常见磁体和电流周围的磁感线分布，并牢记磁感线是闭会曲线，这样才能正确求解不同情况下穿过线圈的磁通量。

【例9】如图3—33所示是等腰直角三棱柱，其中面ABCD 为正方形，边长为L ，按图示位置放置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B ，下面说法中正确的是( )

A ．通过ABCD 平面的磁通量大小为L 2B

B ．通过BCFE 平面的磁通量大小为B L 222

C ．通过ADFE 平面的磁通量大小为零

D ．通过整个三棱柱的磁通量为零

【析】 ABCD 平面在垂直于B 方向的投影S ⊥＝22

2L ，所以Φ＝B S ⊥＝B L 22

2，A 错；BCFE 平面与B 垂直，S ⊥＝222L ，所以Φ＝B L 222，B 正确；ADFE 平面与B 平行，S ⊥＝0，Φ＝0，C 正确；整个棱柱穿进的磁感线和穿出的磁线条数相等，抵消为零，所以Φ＝0，D 正确．

【解】答案：BCD ’

【评】计算磁通量时一定要注意找到垂直于B 方向的面积。同时，通过D 选项可以推广到任何闭合曲面，即穿过任何闭合曲面的磁通量均为零．

考题非常赏析

1．(2003年郑州)若地磁场是由地表带电产生的，则地表带电情况是

A ．正电

B ．南半球带正电，北半球带负电

C ．负电

D ．北半球带正电，南半球带负电

【析】地球所带电荷随地球自转，形成电流，电流产生磁场，就是地磁场。

【解】地球自西向东旋转，如果地球带正电，则正电也跟随地球一起自西向东，形成自西向东的电流，产生的磁场方向为内部为自南指北，外部自北指南，与实际地磁场相反。因而地表带负电。正确答案：C

习题非常训练

1．关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是 （ ）

A ．磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致

B ．磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种客观存在的特殊物质

C ．磁感线总是从磁铁的N 极出发，到S 极终止

D ．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的

2．要使两个电磁铁的极性满足如图3—23所示的要求，它

的线圈应怎样绕？请在图中画出．

3．在图3—24中，当电流通过导线、线圈时，磁针的N极均指向读者。试在图ａ、图ｂ中画出电流方向。

4．有一种理论认为地球的地磁场是由于地球本身带电所引起的。如果认为地球所带的电荷相对地球是静止的，则根据这种理论，地球应该( )

A．带正电B．带负电C．不带电D．无法确定

5．在地球赤道上空有一小磁针处于水平状态，突然发现小磁针的N极向东偏转，由此可以判断( )

A．一定是小磁针正东方向有一条形磁铁的N极靠近小磁针

B．一定是小磁针正东方向有一条形磁铁的S极靠近小磁针

C．可能是小磁针的正上方有电子流自南向北水平通过

D．可能是小磁针的正上方有电子流自北向南水平通过

6．如图3—26所示，一个电子做快速逆时针方向的圆周运动。请

标出圆心处产生的磁场的方向，并说明小磁针南极的转动方向。

7．铁心上有两个线圈，把它们和一个干

电池连接起来，已知线圈的电阻比电池

的内阻大得多，如图15-11所示的图中，哪一种接法铁芯的磁性最强（）

8．在纸上有一个等边三角形ABC，其顶点处垂直于纸面放置通有

相同电流的三根长直导线，电流方向如图3—18所示，每根通电导

线在三角形的中心O产生的磁感应强度大小为B o，则中心O处的

磁感应强度的大小为。

9．如图3—38所示，一矩形线框从abcd位置移到a'b'c'd'位置的过

程中，关于穿过线框的磁通量情况，下列叙述正确的是(线框平行于

纸面移动) ( )

A．一直增加

B．一直减少

C．先增加后减少

D．先增加，再减少到零，然后再增加，然后再减少

10．面积为S的闭合导线环处于磁感应强度为B的匀强磁场中，环面

与磁场垂直，下列说法中正确的是( )

A．穿过导线环面的磁通量是BS

B．当导线环转过900时，穿过环面的磁通量为零，

C．导线环转过900过程中，环中磁通量的变化数值是BS

D．若导线环转过1800，环中磁通量的变化量为零

11．如图3—40所示，6根通电导线互相绝缘，所通电流相同，a，b，

c，d为四个大小相等的正方形区域，则( )

A．a区垂直纸面向外的磁通量最大

B．b区垂直纸面向里的磁通量最大

C．c区垂直纸面向里的磁通量最大

D．d区垂直纸面向外的磁通量最大

12．在进行奥斯特的电流磁效应的实验时，要使实验现象明显，通电直导线的放置位置应该是

A.平行西南方向，在小磁针上方（）

B.平行东南方向，在小磁针上方

C.平行东西方向，在小磁针上方

D.平行南北方向，在小磁针上方