1、111.1 磁场及其描述【考点聚焦】1磁场的基本概念磁场是磁体、运动电荷（或电流）在周围空间产生的一种物质磁体与磁体、电流与磁体、电流与电流之间都通过磁场发生相互作用磁场的方向：在磁场中任一点，小磁针静止时 N 极所指的方向，为该点磁场方向磁现象的电本质：磁体和电流的磁场都产生于电荷的运动，并通过磁场而相互作用2磁感线磁感线是为了形象地描述磁场而人为假想的曲线，其疏密表示磁场的强弱，磁感线上每一点的切线方向，都与该点的磁场方向相同在磁体和通电螺线管外部，磁感线从 N 极至 S 极，在它们内部，磁感线从 S 极至 N 极，形成封闭曲线磁感线既不相交，也不相切3磁感应强度磁感应强度是描述磁场强弱和
2、方向的物理量，是矢量定义式： ，其中 I 必须ILFB与该处磁场方向垂直B 与 F、I 、L 无关，只取决于磁场本身单位：特斯拉（ T） 4电流的磁场电流的磁场方向由安培定则判定：对直导线，大拇指指向电流方向，四指弯曲方向是磁感线方向；对环形电流和通电螺线管，四指弯曲方向为电流方向，大拇指指向内部磁感线方向【好题精析】例 1 关于磁感强度 B，下列说法中正确的是A磁场中某点 B 的大小，跟放在该点的试探电流元的情况有关B磁场中某点 B 的方向，跟放在该点的试探电流元所受磁场力方向一致C在磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用时，该点 B 值大小为零D在磁场中磁感线越密集的地方，磁感强度越大解析
3、磁感强 度是磁场本身属性，在磁场中某处为一恒量，其大小可由 计算，但与 试ILF探电流元的 F、I、L 的情况无关； B 的方向规定为小磁针 N 极受磁场力的方向，与放在该处电流元受力方向并不一致；当试探电流元的方向与磁场方向平行时，虽磁感强度不为零，但 电流元受磁场力却为零；据磁感强度大小即磁通密度 可知，在磁场中磁感线越密集的地SB方，磁感强度越大由以上分析可知，正确选项为 D点评 磁场的磁感 强度只取决于磁场本身，与试探电流元无关，正如电场中的电场强度与检验电荷无关一样，是场的本身属性类似的物理量还有速度、加速度、电阻、电容、电势差等，凡是用比值定义的物理量都和定义式中的物理量无关例 2
4、 一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针上方，如图 11.1-1 所示若带电粒子飞过小磁针上方的瞬间，小磁针 N 极向纸面内偏转，这带电粒子可能是 A向右飞行的正离子束B向左飞行的正离子束图 11.1-12C向右飞行的负离子束D向左飞行的负离子束解析 小磁针 N 极向纸面内偏转，表示粒子 飞行轨迹的下方区域的磁场方向垂直纸面向内根据安培定则，由运动粒子形成的等效电流方向应从左向右，所以可能是向右运动的正离子束或向左运动的负离子束由以上分析可知，正确选项为 AD点评 带电粒子的运动相当于有一股电流：带正电的粒子运动时，电流方向即粒子运动方向；带负电的粒子运动时，电流方向与其运 动方向相反因此，在运动的
5、带电粒子周围空间也会形成磁场例 3 如图 11.1-2 所示，图（甲） （乙）是两种结构不同的环状螺线管的示意图其中（乙）图是由两个匝数相同、互相对称的、半圆环形螺线管串联而成的给它们按图示方向通以电流试画出磁感线的分布情况示意图解析 画电流产生的磁场的磁感线分布图应注意掌握三条原则：电流的磁场方向，由右手螺旋定则（安培定则）决定；磁感线是闭合曲线； 磁感强度大的地方磁感线密，磁感 强度小的地方，磁感线疏（甲）图所示的通电螺线管中的磁场，只能存在于环形螺线管的空腔中，磁感线 都是圆形；根据右手螺旋定则，磁感线方向是顺时针 方向如 图中的虚线所示（乙）图为两个对称的半圆环形的螺线管组合而成左边的
6、通电半圆环形螺线 管中的磁场是顺时针方向的；右边的通电半圆环形螺线管中的磁场是逆时针方向的；由于磁感线都是闭合曲线，两个半 圆环形螺线管磁 场的磁感线在环顶相遇都转弯竖直向下，各自闭合，环面中间部分的磁场方向向下点评 磁感线是闭合曲线，图 （甲）中比较容易判断磁感线 方向是顺时针的图（乙）中要注意导线的绕向由于左、右两半圆形螺线管中电流方向不同，应先判断环内磁感线的方向，然后根据磁感线闭合的特点来判断磁感线的形状例 4 在全自动洗衣机中，排水阀是由程序控制器控制其动作的当洗衣机进行排水和脱水工序时，电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁芯 2动作，牵引排水阀的活塞，排除污水牵引电磁铁的结构如图 11.
7、1-3 所示以下说法正确的是A若某时刻输入控制电流时， a 为正，b 为负，则铁芯 2 中 A 端为 N 极，B 端为 S 极B若某时刻输入控制电流时，a 为正，b 为负，则铁芯 2 中 A 端为 S 极，B 端为 N 极C若 a、b 处输入交变电流，铁芯 2 不能吸入线圈中D若 a、b 处输入交变电流，铁芯 2 能吸入线圈中 解析 在磁场中的任一点，小磁 针北极（N 极）受力的方向，即小磁针静止时北极所指的方向，就是那一点的磁场方向N 极周围的磁感应线是向外发散的，若将另一个 N 极放入它的场中，受力与磁感线方向相同，必远 离第一个 N 极而被排斥若将一个 S 极放入它的场中，受力与图 11
8、.1-3图 11.1-23磁感线方向相反，必靠近 N 极而被吸引在上述全自动洗衣机排水阀问题中，线圈 a、b 间通以直流电，a 为正，b 为负时线圈的左端为 N 极，铁芯在图示位置被磁化，A 端为 S 极， B 端为 N 极， S 极处于螺线管内部，而管内部的磁感应线方向水平向左（磁场方向水平向左），铁芯 A 端 S 极受力方向则为水平向右，当然管外磁感应线方向也水平向左（整体而言），铁芯 B端 N 极受力为水平向左，但是因管内部磁感 应线较管外更密集（磁场更强），水平向右的作用力更大，结果铁芯所的合力水平向右，铁芯要被吸入线圈中，如不考虑其他因素的影响（如复位弹簧的弹力的影响），铁芯 N、S
9、 两极受力平衡断电后，铁芯在复位弹簧作用下回到原位置（图中未画弹簧）因此，A 错，B 对当 a、b 处输入交变电流时，仍能吸入线圈，因为铁芯仍能被磁化，且磁化后的磁性 总是与线圈要发生相吸的作用因此，C 错，D 对由以上分析可知，正确选项为 BD点评 “同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引 ”只适用于螺线管外部磁场，不适用于其内部，磁极在螺线管内部的受力要根据“N 极受力与磁场同向， S 极受力与磁场反向”来判断例 5 如 11.1- 4 图，真空中两点电荷+q 和q 以相同角速度 绕轴 匀速转动，P 点离O+q 较近，试判断 P 点的磁感应强度的方向解析 点电荷+q 逆时针方向旋 转，相当于逆
10、时针方向的环形电流，由安培定则，逆时针方向环行电流在 P 点产生磁场的磁感应强度方向向上点 电荷q 逆时针方向旋转，相当于顺时针方向的环 行电流，由安培定 则，顺时针方向环行电流在 P 点产生磁场的磁感应强度方向向下因+q 离 P 点近，+ q 逆时针 方向旋转相当的环行电流在 P 处激发磁场的磁感应强度大，故 P 点合磁场的磁感应强度方向向上点评 空间如果存在多个 电流或磁体激发磁场，求空间某一点磁感应强度的大小和方向时，首先要用安培定则确定各个电流或磁体在该点的磁感应强度方向，然后根据磁场叠加原理，用矢量叠加方法求该点合磁场的磁感应强度的大小和方向【当堂反馈】1按要求完成下列各图(如图 1
11、1.1-5) (1)根据图(a)中小磁针静止时指向，标出电源极性(2)根据图(b)中蹄形磁铁通电后的磁感线方向，画出线圈绕法(3)要求两线圈通电后互相吸引，画出图(c)中导线的连接方法(4)根据图(d)中合上电键 S 后小磁针 A向右摆动的现象，画出小磁针 B 的转动方向2如图 11.1-6 是一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图其工作原理类似打点计时器当电流从电磁铁的接线柱 a 流入，吸引小磁铁向下运动时，以下选项中正确的是A电磁铁的上端为 N 极，小磁铁的下端为 N 极B电磁铁的上端为 S 极，小磁铁的下端为 S 极图 11.1-4图 11.1-5图 11.1-64C电磁铁的上端为 N
12、 极，小磁铁的下端为 S 极D电磁铁的上端为 S 极，电磁铁的下端为 N 极【强化训练】1关于磁场和磁感线的下列说法中，正确的是A磁极对磁极、电流对电流及磁极对电流的作用力都是通过磁场发生的B磁感线总是从磁北极出发，到磁南极终止C磁场中某点的磁场方向就是小磁针在该点时北极的指向D磁场中某点磁场方向就是小磁针北极在该点的受力方向2磁场中某区域的磁感线如图 11.1-7 所示则 Aa、b 两处磁感强度大小不等， BaBbBa、b 两处磁感强度大小不等， BaB bC同一小段通电导线放在 a 处时受力一定比 b 处时大D同一小段通电导线放在 a 处时受力可能比 b 处时小3下列说法中正确的是A通电导
13、线受安培力大的地方磁感应强度一定大B磁感线的指向就是磁感应强度减小的方向C放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同D磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大 小和方向无关4十九世纪二十年代，以塞贝克（数学家）为代表的科学家已认识到：温度差会引起电流安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差，从而提出如下假设：地球磁场是由绕地球的环行电流引起的，则该假设中的电流方向是A由西向东垂直磁子午线B由东向西垂直磁子午线C由南向北沿磁子午线方向D由赤道向两极沿磁子午线方向5如图 11.1-8 所示，若负离子沿 Y 轴正向运动，则在 Z 轴上的某点 A 的磁场方向应是A沿
14、X 轴正向 B沿 X 轴负向C沿 Z 轴正向 D沿 Z 轴负向6如图 11.1-9 所示，ab、cd 是两根在同一竖直平面内的直导线，在两导线中央悬挂一个小磁针，静止在同一竖直平面内当两导线中通以大小相等的电流时，小磁针 N 极向纸面里转动，则两导线中的电流方向A一定都是向上B一定都是向下Cab 中电流向下，cd 中电流向上Dab 中电流向上，cd 中电流向下7磁感强度的单位是特斯拉（T） ，1T 相当 A1kg/As 2B1kgm/As 2C1kgm 2/s2D1kgm 2/As28如图 11.1-10 所示，两个半径相同、互相垂直的同心圆环形线图 11.1-7图 11.1-9图 11.1-
15、10图 11.1-85圈，当通以相等的电流后可绕 xx轴自由转动，达到平衡时，圆心 O 处的磁感强度 B与单个圆环线圈在圆心 O 处的磁感强度 B 的关系是_9磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度，其值为 ，式中 B 是磁感应强度， 是磁导2率，在空气中 为一已知常数为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度 B，一学生用一根端面面积为 A 的条形磁铁吸住一相同面积的铁片 P，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离 ，并测出拉力 F，如图 11.1-11 所示，因为 F 所做的功等于l间隙中磁场的能量，所以由此可得磁感应强度 B 与 F、A 之间的关系为_10根据下列材料：碳钢、坡莫合金、软铁、铜、铝、铁氧体、陶瓷制作条形磁棒时应选用_；制作小量程电流表中蹄形磁铁应选用_；制作打点计时器内振动片应选用_；制作电磁铁铁芯应选用_参考答案当堂反馈： 1 （1）右端正极；（2）略；（3）略；（4）向纸外转2D 强化训练： 1AD 2BD 3D 4B 5B 6D 7A 8 B29 10碳钢；碳钢；软铁；软铁 AF图 11.1-11
