高考物理磁场部分知识点总结改

磁场专题一、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。二、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（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：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。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：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。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：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。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：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。4．匀强磁场（1）定义：在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应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、磁感应强度磁感应强度：描述磁场强弱和方向的物理量，用符号“B”表示。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，这个比值可能各不相同，因此，这个比值反映了磁场的强弱。（1）磁场对通电导线的作用力①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。②公式：。说明：①B为比例系数，与导线的长度和电流的大小都无关。②不同的磁场中，B的值是不同的。③B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。（3）磁感应强度的方向磁感应强度是矢量，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。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φ表示。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φ=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，φ=0。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)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。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：①，，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。②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。③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。3．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。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对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度。（3）导线L所处的磁场应为匀强磁场；在非匀强磁场中，公式仅适用于很短的通电导线（4）式中的L为导线垂直磁场方向的有效长度。如图所示，半径为r的半圆形导线与磁场B垂直放置，当导线中通以电流I时，导线的等效长度为2r，故安培力F=2BIr。1斜角为θ=30°的光滑导轨AB，上端接入一电动势E=3V、内阻不计的电源，导轨间距为L=10cm，将一个质量为m=30g，电阻R=0.5Ω的金属棒水平放置在导轨上，若导轨周围存在着垂直于导轨平面的匀强磁场，当闭合开关S后，金属棒刚好静止在导轨上，如图所示，求导轨周围空间的磁场方向和磁感应强度的大小是多少？解：合上开关S后金属棒上有电流流过，由闭合电路欧姆定律I==6A金属棒静止在导轨上，它受到重力mg和支持力N的作用，因导轨光滑，仅此二力金属棒不可能平衡，它必需受到垂直于导轨平面的安培力作用才能平衡，根据题意和左手定则判断出，磁场方向垂直轨面斜向下，金属棒受到磁场的安培力沿斜面向上，如图所示。由进一步受力分析得出，若金属棒平衡，则它受到的安培力F应与重力沿斜面向下的分量mgsinθ大小相等，方向相反。F=mgsinθ又因为F=BIL，则可以解得B=0.25T2．如图所示，在两个倾角都为θ的光滑斜面上，各放一根相同的金属棒，分别通有稳恒电流I1和I2。在两通电金属棒所在空间存在匀强磁场，两磁场的磁感应强度的大小相等，其中B1的方向竖直向上，B2的方向垂直于斜面斜向上。两金属棒处于平衡状态，则I1∶I2等于什么？3.如图所示，长60cm、质量为10g的金属棍ab两端用相同的弹簧悬挂起来，放在匀强磁场中。磁感应强度为B=0.4T，方向垂直纸面向里，求：（1）为使弹簧恰好不伸长，金属棍中通入的电流大小和方向（2）当金属棍中通以0.2A的电流，方向自a向b，金属棍下降1mm；若电流仍为0.2A，但方向改为自b向a，金属棍下降多少？（g取10m/s2）4、如图4所示，环形金属轻弹簧线圈，套在条形磁铁中心位置，若将弹簧沿半径向外拉，使其面积增大，则穿过弹簧线圈所包围面积的磁通量将（）A.增大B.减小C.不变D.无法确定变化情况答案：B解析：图5为条形磁铁的磁场分布，由于磁场的磁感线是闭合的曲线，在磁体内部是由S极指向N极，在磁体外部是由N极指向S极，且在磁体外的磁感线分布在磁体四周很大的空间。穿过弹簧线圈的磁感线有磁体内部向上的，也有磁体外部向下的，实际穿过弹簧线圈的磁通量是合磁通量，即向上的磁通量与向下的磁通量之差，当弹簧线圈的面积增大后，穿过弹簧线圈向上的磁通量没有变化，而向下的磁通量增大，所以合磁通量减小，故选B。5、如图6所示，矩形线圈abcd的面积S＝1×10－2m2，其平面与磁场方向夹角θ＝30°，此时穿过线圈的磁通量Φ1＝1×10－3Wb，求：(1)该匀强磁场的磁感应强度；(2)线圈以ab边为轴，cd边向左上方由图示位置转过60°角，求这时穿过线圈磁通量Φ2，上述过程中磁通量变化了多少？(3)若按（2）中转动方向，线圈从图示位置转过180°角的过程中，磁通量变化了多少？解析：首先沿着由b到a方向画出侧视图，如图7所示：(1)设匀强磁场磁感应强度为B，由Φ=BSsin30°得：(2)线圈由图示位置转过60°角时，其线圈平面与磁场方向垂直，此时穿过线圈的磁通量为：Φ2＝BS＝0.2×1×10－2Wb＝2×10－3Wb变化的磁通量为：ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(2×10－3－1×10－3)Wb＝1×10－3Wb(3)设线圈在初始位置时磁通量为正，为：Φ1＝1×10－3Wb翻转180°后，穿过线圈的磁通量为负，为：Φ3＝－1×10－3Wb翻转180°的过程中磁通量的变化量为：ΔΦ＝｜Φ3－Φ1｜＝2×10－3Wb6、有一面积为100cm2的金属环，电阻为0.1Ω，环中磁场变化规律如图8所示，且磁场方向垂直于环面向里，在t1到t2这段时间内，环中流过的电荷量是多少？解析：因为Φ＝B·S，当S一定时，ΔΦ＝ΔB·S，由感应电动势为由图象可知，在t1到t2这段时间内，ΔB＝0.1T，根据闭合电路欧姆定律和电流的定义可得，流过环中的电荷量q为7、如图9所示，竖直放置的长直导线通以恒定电流，有一矩形线框与导线在同一平面内，在下列情况下线圈产生感应电流的是（）A.导线中电流变大B.线框向右平动C.线框向下平动D.线框以ab边为轴转动E.线框以直导线为轴转动答案：ABD解析：讨论是