高中物理--磁场专题

磁场

一．知识点梳理

考试要点

基本概念

一、磁场和磁感线（三合一）

1、磁场的来源：磁铁和电流、变化的电场

2、磁场的基本性质：对放入其中的磁铁和电流有力的作用

3、磁场的方向（矢量）

方向的规定：磁针北极的受力方向，磁针静止时N极指向。

4、磁感线：切线～～磁针北极～～磁场方向

5、典型磁场——磁铁磁场和电流磁场（安培定则（右手螺旋定则））

6、磁感线特点：①客观不存在、②外部N极出发到S，部S极到N极③闭合、不相交、

④描述磁场的方向和强弱

二．磁通量（Φ韦伯Wb 标量）

通过磁场中某一面积的磁感线的条数，称为磁通量，或磁通

二．磁通密度（磁感应强度B 特斯拉T 矢量）

大小：通过垂直于磁感线方向的单位面积的磁感线的条数叫磁通密度。

S

B

Φ

= 1 T = 1 Wb / m2

方向：B的方向即为磁感线的切线方向

意义：1、描述磁场的方向和强弱

2、由场的本身性质决定

三．匀强磁场

1、定义：B的大小和方向处处相同，磁感线平行、等距、同向

2、来源：①距离很近的异名磁极之间

②通电螺线管或条形磁铁的部，边缘除外

四．了解一些磁场的强弱

永磁铁―10－3 T，电机和变压器的铁芯中―0.8～1.4 T

超导材料的电流产生的磁场―1000T，地球表面附近―3×10－5～7×10－5 T

比较两个面的磁通的大小关系。如果将底面绕轴L旋转，则磁通量如何变

化？

地球磁场通电直导线周围磁场通电环行导

N S

L

Ⅱ 磁场对电流的作用——安培力

一．安培力的方向 ——（左手定则）伸开左手，使大拇指与四指在同一个平面，并跟四指垂直，让磁感线穿入手心，使四指指向电流的流向，这时大拇指的方向就是导线所受安培力的方向。（向里和向外的表示方法（类比射箭））

规律：（1）左手定则

（2）F ⊥B ，F ⊥I ，F 垂直于B 和I 所决定的平面。但B 、I 不一定垂直

安培力的大小与磁场的方向和电流的方向有关，两者夹角为900时，力最大，夹角为00时，力＝0。猜想由90度到0度力的大小是怎样变化的 二．安培力的大小：匀强磁场，当B ⊥ I 时，F ＝ B I L

在匀强磁场中，当通电导线与磁场方向垂直时，电流所受的安培力等于磁感应将度B 、电流I 和导线的长度L 三者的乘积

在非匀强磁场中，公式F ＝BIL 近似适用于很短的一段通电导线 三．磁感应强度的另一种定义 匀强磁场，当B ⊥ I 时，IL

F B 练习

有磁场就有安培力（×） 磁场强的地方安培力一定大（×） 磁感线越密的地方，安培力越大（×） 判断安培力的方向

I

不受力

Ⅲ电流间的相互作用和等效长度 一．电流间的相互作用

总结：通电导线有转向电流同向的趋势

二．等效长度 推导：

水平方向：向左＝F 1 sin α ＝ BIL 1 sin α ＝ B I h 向右＝F 2 sin β ＝ BIL 2 sin β ＝ B I h ⇒

水平方向平衡

竖直方向：左导 F 1 cos α ＝ BIL 1 cos α 右导 F 2 cos β ＝ BIL 2 cos β ⇒ F ＝ B I L

推广：等效长度为导线两端连线的长度 一 ．洛伦兹力的方向——左手定则：

四指指向正电荷的运动方向或负电荷运动的反方向

F

同向吸引

F

同向排斥

F

转向同向， 同时靠近

转向同向， 同时靠近

L

S

大拇指指向洛伦兹力的方向 f ⊥ B f ⊥ v

4、q 、v 、B 三者有一个或三个“反向”，则f 变向 若有两个“反向”则f 反向不变

（1）电荷静止，f ＝0（2）v ∥B ，f ＝0（3）v ⊥B ，f 最大

二．洛伦兹力的大小

已知：I ⊥ B 匀强、导线截面积s 、 电荷电量q 、电荷定向移动速率v 单位体积电荷数n 、导线长度L

有：nqsv I = BIL F = 三．洛伦兹力不做功 1、判断三种粒子电荷的正负

2、三个完全相同的金属带电球，同一高度，同时下落

（1）落地速度V 1 ＝ V 3 ＜ V 2 （2）下落时间 t 1 ＝ t 2 ＜ t 3

v

F

v

力向里

v qvB f nsL

F

f B 条件=⇒=

⇒

v

e

2

f = 2eBv

⊥

E

B

A

B

四、带 电 粒 子 的 圆 周 运 动 1、运动状态

v ⊥ 匀强B ，忽略重力

f ⊥ v ，洛伦兹力不做功，速率不变 f ＝ q v B ，充当向心力 2．轨道半径和周期

半径qB

mv

r r mv qvB =⇒=2 周期qB

m T qB mv

r v

r T ππ22=⇒=

= 周期与速率无关，对于确定的磁场，周期取决于荷质比。 五、电流表构造：

蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地福向分布的．

（2）铝框上绕有线囵，铝框转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针． 六、安培分子电流假说

导体中的电流是由大量的自由电子的定向移动而形成的，而电

流的周国又有磁场，所以电流的磁场应该是由于电荷的运动产生的．那么，磁铁的磁场是否也是由电荷的运动产生的呢？

安培提出在磁铁中分子、原于存在着一种环形电流一一分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体．

磁铁的分子电流的取向大致相同时，对外显磁性；磁铁的分子电流取向杂乱无章时，对外不显磁性。

近代的原子结构理论证实了分子电流的存在．

根据物质的微观结构理论，微粒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，电子在库仑力的作用下，绕核高速旋转，形成分子电流．可见，磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的 三种场力的特点

1、重力的特点：其大小为mg ，方向竖直向下；做功与路径无关，与带电粒子的质量及起、讫点的高度差有关

2、电场力的特点：大小为qE ，方向与E 的方向及电荷的种类有关；做功与路径无关，与带电粒子的带电量及起、终点的电势差有关

3、洛伦兹力的特点：大小与带电粒子的速度、磁感应强度、带电量及速度与磁感应强度间

匀速圆周运动