35知識講解-磁場及其描述

1、磁場及其描述【學習目標】. 了解磁現(xiàn)象，理解電流的磁效應及其偉大意義。.通過磁的相互作用現(xiàn)象，知道磁場的存在和磁場的基本性質。. 了解地磁場的分布以及地磁場對地球生命及人類活動的意義。.理解磁感線的意義，能夠熟練地運用安培定則確定電流的磁場方向。.理解磁場的方向；理解磁感應強度的定義、磁通量的定義和計算方法；理解勻強磁場的特點以及 在勻強磁場中磁通量的計算。【要點梳理】【高清課程：磁場及其描述第1節(jié)磁現(xiàn)象】要點一、磁現(xiàn)象要點詮釋：.磁性、磁體物質具有吸引鐵、鉆、饃等物質的性質叫磁性。具有磁性的物體叫磁體。磁體的各部分磁性強弱不同，磁性最強的區(qū)域叫磁極。任何磁體都有兩個磁極，一個叫南極（又稱 極

2、），另一個叫北極（又稱 N極）。.磁極間的相互作用同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。.磁化、磁性材料變無磁性物體為有磁性物體叫磁化，變有磁性物體為無磁性物體叫退磁。磁性材料可分為軟磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物質叫軟磁性材料，不容易去磁的 物質叫硬磁性材料。一般來講軟磁性材料剩磁較小，硬磁性材料剩磁較大。軟磁性材料可應用于需被反復磁化的場合，例如振片磁頭、計算機記憶元件、電磁鐵等；硬磁性材料 可應用于制作永久磁鐵。要點二、電流的磁效應要點詮釋：.電流對小磁針的作用1820年，丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)，導線通電后，其下方與導線平行的小磁針發(fā)生偏轉，如圖所示。說明：在做奧斯特實驗時，

3、為排除地球磁場的影響，小磁針應南北放置，通電導線也應南北放置。.磁鐵對通電導線的作用如圖所示，磁鐵會對通電導線產(chǎn)生力的作用，使導體棒偏轉。.電流和電流間的相互作用如圖所示，有互相平行而且距離較近的兩條導線，當導線中分別通以方向相同和方向相反的電流時, 觀察到發(fā)生的現(xiàn)象是：同向電流相吸，異向電流相斥 ?！靖咔逭n程：磁場及其描述第2節(jié)：磁場】要點三、磁場要點詮釋：.定義磁體或電流周圍存在一種特殊物質，能夠傳遞磁體與磁體、磁體與電流之間、電流與電流之間的相互 作用，這種特殊的物質叫磁場。說明：所有的磁作用都是通過磁場發(fā)生的，磁場和電場一樣，是物質存在的另一種形式，是客觀存在 的。.磁場的基本性質對放

4、入其中的磁極、電流或運動電荷產(chǎn)生力的作用。.磁場的產(chǎn)生(1)永磁體周圍存在磁場；(2)電流周圍存在磁場一一電流的磁效應；(3)運動的電荷周圍存在磁場磁現(xiàn)象的電本質。電流是大量運動電荷形成的，所以運動電荷周圍空間也有磁場。靜止電荷周圍空間沒有磁場。.磁場的方向在磁鐵周圍的不同位置放置一些小磁針，發(fā)現(xiàn)小磁針靜止時，指向各不相同如圖所示，這表明磁場中 不同位置力的作用方向不同，因此磁場具有方向性。物理學上規(guī)定：小磁針靜止時N極所指的方向為該點的磁場的方向。要點四、磁現(xiàn)象的電本質要點詮釋：.安培分子電流假說的內容安培認為，在原子、分子等物質微粒的內部存在著一種環(huán)形電流一一分子電流，分子電流使每個物質

5、微粒都成為微小的磁體，分子的兩側相當于兩個磁極。.安培假說對有關磁現(xiàn)象的解釋(1)磁化現(xiàn)象：一根軟鐵棒，在未被磁化時，內部各分子電流的取向雜亂無章，它們的磁場互相抵 消，對外不顯磁性；當軟磁棒受到外界磁場的作用時，各分子電流取向變得大致相同時，兩端顯示較強的 磁性作用，形成磁極，軟鐵棒就被磁化了。(2)磁體的消磁：磁體的高溫或猛烈敲擊，即在激烈的熱運動或機械運動影響下，分子電流取向又 變得雜亂無章，磁體磁性消失。.磁現(xiàn)象的電本質磁鐵的磁場和電流的磁場一樣，都是由運動的電荷產(chǎn)生的。說明：根據(jù)物質的微觀結構理論，原子由原子核和核外電子組成，原子核帶正電，核外電子帶負電，核外 電子在庫侖引力作用下繞

6、核高速旋轉，形成分子電流。在安培生活的時代，由于人們對物質的微觀結構尚 不清楚，所以稱為“假說”。但是現(xiàn)在，“假設”已成為真理。分子電流假說揭示了電和磁的本質聯(lián)系，指出了磁性的起源：一切磁現(xiàn)象都是由運動的電荷產(chǎn)生的。要點五、地球的磁場要點詮釋：.地磁場地球本身是一個磁體，附近存在的磁場叫地磁場，地磁的南極在地球北極附近，地磁的北極在地球的 南極附近。地磁體周圍的磁場分布與條形磁鐵周圍的磁場分布情況相似。指南針放在地球周圍的指南針靜 止時能夠指南北，就是受到了地磁場作用的結果。.磁偏角地球的地理兩極與地磁兩極并不重合，磁針并非準確地指南或指北，其間有一個交角，叫地磁偏角， 簡稱磁偏角。說明：地球

7、上不同點的磁偏角的數(shù)值是不同的。磁偏角隨地球磁極緩慢移動而緩慢變化。地磁軸和地球自轉軸的夾角約為11 。要點六、磁感應強度要點詮釋：.磁感應強度的方向(1)磁感應強度描述磁場強弱和方向的物理量，用符號“B”表示。(2)磁感應強度的方向磁感應強度的方向即磁場的方向：小磁針靜止時N極所指的方向為該點的磁感應強度的方向，簡稱為磁場的方向。.磁感應強度的大小(1)電流元定義：物理學中把很短一段通電導線中的電流I與導線長度L的乘積IL叫作電流元。理解：孤立的電流元是不存在的，因為要使導線中有電流，就必須把它連到電源上。(2)磁感應強度定義：在磁場中垂直于磁場方向的通電直導線，受到的磁場力的作用F,跟電流

8、I和導線長度L的乘積IL的比值，叫作通電直導線所在處的磁場的磁感應強度。物理意義：磁感應強度是描述磁場力的性質的物理量。公式：B=F / IL 。單位：在國際單位單位中，磁感應強度的單位是特斯拉，簡稱特，符號是To即B是矢量，其方向就是磁場方向，即小磁針靜止時N極所指的方向。說明：磁感應強度是反映磁場性質的物理量，是由磁場自身決定的，與是否引入電流無關，與引入的電流 是否受力無關，因為通電導線取不同方向時，其受力大小不盡相同，在定義磁感應強度時，式中F是直導線垂直磁場時受到的磁場力。磁感應強度的方向是該處磁場的方向，而不是F的方向?！镜湫屠}】類型一、認識、利用磁現(xiàn)象例1、鐵棒A能吸引小磁針，

9、鐵棒B能排斥小磁針，若將鐵棒A靠近鐵棒B時,下述說法中正確的是（）A. A、B一定相互吸引B. A、B 一定相互排斥C. A、B間可能無磁場力作用D. A、B可能相互吸引，也可能相互排斥【答案】D【解析】磁體可以使原來沒有磁性的鐵棒磁化而吸引鐵棒，也可以是因為兩個磁體的異名磁極相互吸引，這是吸引的兩種情況，而排斥只有兩個磁體間才可能發(fā)生.小磁針本身有磁性， 能夠吸引沒有磁性的鐵棒，故鐵棒A可能有磁性，也可能沒有磁性.鐵棒B能排斥小磁針，說明鐵棒 B 一定有磁性.若 A無磁性，當A靠近B時，在B的磁場作用下 A也會被磁化而發(fā) 生相互的吸引作用；若 A有磁性，則A、B兩磁體都分別有北極和南極，當它

10、們的同名磁極互相靠近時， 互相排斥，當異名磁極互相靠近時，互相吸引，這說明不論A有無磁性，它們之間總有磁場的作用，故正確答案為D.【總結升華】無論磁針的哪一個磁極靠近鐵棒時，都會把鐵棒磁化，并且是相互吸引的.鐵棒磁化后，靠 近磁針某端的磁極與磁針的該端互為異名磁極.舉一反三【變式】新民晚報曾報道一則消息，“上海雨點鴿從內蒙古放飛后，歷經(jīng) 20余天，返回上海市區(qū)鴿巢”，信鴿的這種驚人的遠距離辨認方向的本領，實在令人稱奇.人們對信鴿有高超的認路本領的原因提出了如 下猜想：A.信鴿對地形地貌有極強的記憶力B.信鴿能發(fā)射并接收某種超聲波C.信鴿能發(fā)射并接收某種次聲波D.信鴿體內有某種磁性物質，它能借助

11、地磁場辨別方向 那么信鴿究竟靠什么辨別方向呢？科學家曾做過這樣一個實驗：把幾百只訓練有素的信鴿分成兩組，在一組信鴿的翅膀下各縛一塊小磁鐵，而在另一組信鴿的翅膀下各縛一塊大小相同的銅塊，然后把它們帶到離 鴿舍一定距離的地方放飛，結果絕大部分縛銅塊的信鴿飛回鴿舍，而縛磁鐵的信鴿全部飛散了.科學家的實驗支持了上述哪種猜想（）【答案】D【解析】這是一道要求從閱讀材料的過程中收集信息、分析處理信息的應用類題.因為信鴿所縛的小磁鐵所產(chǎn)生的磁場擾亂了它體內磁性物質產(chǎn)生的磁場，所以縛磁鐵的一組信鴿全部飛散，即D項正確.類型二、電流的磁效應一一奧斯特實驗例2、奧斯特實驗說明了（）A .磁場的存在B.磁場的方向性

12、C.電流可以產(chǎn)生磁場D.磁體間有相互作用【答案】C【解析】 本題考查了電流的磁效應及奧斯特實驗.奧斯特實驗中電流能使靜止的小磁針發(fā)生偏轉，說明 電流周圍能產(chǎn)生磁場.故正確答案為C.【總結升華】（1）做奧斯特實驗時應注意地磁場的影響.地磁場使靜止的小磁針指向南北方向，所以直導 線應南北水平放置，小磁針要平行地放在導線正下方或正上方.（2）奧斯特實驗只證明了電流周圍產(chǎn)生磁場即發(fā)生了電流的磁效應，揭示了電與磁的聯(lián)系，但該 實驗卻沒有說明磁場的方向性和磁體間的相互作用，這是本題的易錯點.舉一反三【變式】在做奧斯特實驗時，下列操作中現(xiàn)象最明顯的是（）A.沿電流方向放置磁針，使磁針在導線的延長線上B.沿電

13、流方向放置磁針，使磁針在導線的正下方C.電流沿南北方向放置在磁針的正上方D.電流沿東西方向放置在磁針的正上方【答案】C【解析】做本實驗時，首先要考慮到地磁場的影響。若導線東西放置，小磁針有可能不偏轉，導致實驗失 敗。將導線沿南北方向放置在地磁場中處于靜止狀態(tài)的磁針的正上方，通電時磁針發(fā)生明顯的偏轉，是由 于南北方向放置的電流的正下方的磁場恰好是東西方向。類型三、對磁場的理解例3、以下說法中正確的是（）A.磁極與磁極間的相互作用是通過磁場產(chǎn)生的B.電流與電流間的相互作用是通過電場產(chǎn)生的C.磁極與電流間的相互作用是通過電場與磁場而共同產(chǎn)生的D .磁場和電場是同一種物質【答案】A【解析】電流能產(chǎn)生磁

14、場，在電流的周圍就有磁場存在，不論是磁極與磁極間還是電流與電流間、磁極與 電流間，都有相互作用的磁場力.磁場是一種特殊物質，它的基本特點是對放入磁場中的磁極、電流有磁 場力的作用；而電場是電荷周圍存在的一種特殊物質，其最基本的性質是對放入電場中的電荷有電場力的 作用，它不會對放入電場中的磁極產(chǎn)生力的作用，因此，磁場和電場是兩種不同的物質，各自具有其本身 的特點.【總結升華】（1）注意磁場與電場的區(qū)別；（2）理解磁極與磁極、磁極與電流、電流與電流之間的作用都 是通過磁場發(fā)生的.舉一反三【變式1】兩個完全相同的圓形線圈，如圖所示，穿在一根絕緣的光滑水平橫桿上，分別通以方向相同的 電流，1l、I2,

15、則（）A.兩線圈互相吸引B,兩線圈互相排斥C.兩線圈靜止D.兩線圈先吸引后排斥【解析】磁場的基本性質是對放入其中的磁極或電流產(chǎn)生力的作用.通電導體周圍能夠產(chǎn)生磁場，圖中每個通電導線分別處于對方的磁場之中，受到磁場力的作用.由實驗得知：同向電流相吸，異向電流相斥.故正確答案為A.【總結升華】奧斯特實驗證明了電流周圍產(chǎn)生磁場，揭示了電流的磁效應，進一步實現(xiàn)說明了電流間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，同向電流相互吸引，異向電流相互排斥.【變式2】家用照明電路中的火線和零線是相互平行的，當用電器工作火線和零線都有電流時，它們將（）A.相互吸引B. 一會兒吸引，一會兒排斥 C.相互排斥D.彼此不發(fā)生相互作用

16、【答案】C【解析】火線與零線雖然都連接用電器，且相互平行，但是當用電器正常工作時，流過它們的電流方向相 反，并且時刻相反。再根據(jù)電流產(chǎn)生磁場，磁場對電流有作用力來判斷，因通過火線和零線的電流方向總 是相反的，根據(jù)平行導線中通以同向電流時相互吸引，通以反向電流時相互排斥的結論可以得出C選項正確。類型四、地球的磁場例4、地球是一個大磁體：在地面上放置一個小磁針，小磁針的S極指向地磁場的南極；地磁場的N極在地理南極附近；赤道附近地磁場的方向和地面平行；北半球地磁場方向相對地面是斜向上的； 地球上任何地方的磁場方向都是和地面平行的.以上關于地磁場的描述正確的是（）A. B. C. D.【答案】D【解析

17、】本題考查地球的磁場，地球的磁場與條形磁鐵的磁場相似，主要有三個特點：（1）地磁場的N極在地理南極附近，S極在地理北極附近，磁感線分布如圖所示.（2）地磁場B的水平分量（Bx）總是從地球南極指向北極，而豎直分量（ By）則南北相反，在南半 球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下.（3）在赤道平面上，距離地球表面相等的各點， 磁感應強度相等，且方向水平向北.故正確答案為D. 【總結升華】認識地磁場，掌握地磁場的特點是分析該類題目的關鍵.舉一反三【變式】為了解釋地球的磁性，19世紀安培假設：地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的。在下列四個圖中，正確表示安培假設中環(huán)形電流方向的是（）【答案】B

18、【解析】主要考查安培定則和地磁場分布。地理的南極是地磁場的N極，根據(jù)地磁場分布和安培定則判斷可知正確答案是 Bo類型五、對磁感應強度的理解例5、下列說法中正確的是()A.磁場中某一點的磁感應強度可以這樣測定：把一小段通電導線放在該點時受到磁場力F與該導線的長度L、通過的電流，乘積的比值，即 B 二ILB.通電導線在某點不受磁場力的作用，則該點的磁感應強度一定為零C.磁感應強度B ，只是定義式，它的大小取決于場源以及在磁場中的位置，與 F、I、L以及通電 導線在磁場中的方向無關D.通電導線所受磁場力的方向就是磁場的方向【答案】 C【解析】根據(jù)磁感應強度的定義，通電導線應為“在磁場中垂直于磁場方向

19、的通電直導線”，只有在這個方向導線所受磁場力才最大，故A選項是錯誤的.通電導線若放置方向與電流平行時，也不受磁場力作 用，所以B選項也是錯誤的.在磁場場源穩(wěn)定的情況下，磁場內各點的磁感應強度(包括大小和方向)都 是確定的，與放入該點的檢驗電流、導線無關，故選項 C正確.根據(jù)左手定則，磁場力方向與磁感應強度 方向垂直，選項 D錯誤.【總結升華】磁感應強度b f是反映磁場的力的性質的物理量，是采用比值的方法來定義的，該公 式是定義式而不是決定式，磁場中各處的B值是確定的，與放入該點的檢驗電流的大小、方向等無關.實驗表明：磁場力方向是與磁場方向垂直的，在這一點上磁場與電場是不一樣的.類型六、對磁感應

20、強度方向的理解例6、下列關于磁感應強度的方向的說法中，正確的是()A .某處磁感應強度的方向就是一小段通電導體放在該處時所受磁場力的方向B .小磁針N極受磁場力的方向就是該處磁感應強度的方向C.垂直于磁場放置的通電導線的受力方向就是磁感應強度的方向D .磁場中某點的磁感應強度的方向就是該點的磁場方向【答案】BD【解析】本題考查對磁感應強度方向的理解.磁場中某點磁感應強度的方向表示該點的磁場的方向，磁場方向也就是小磁針 N極受力的方向.但電流受力的方向不代表磁感應強度和磁場的方向.【總結升華】(1)磁感應強度的方向和小磁針N極受力方向相同，但絕非電流的受力方向.(2)磁場中某點磁感應強度的大小和

21、方向是確定的，和小磁針、電流的存在與否無關.類型七、磁感應強度的矢量性例7、磁感應強度為矢量，它可以分解為幾個分量.(1)如果北半球某處地磁場的磁感應強度大小為B,與水平方向的夾角為，那么該處地磁場的磁感應強度的水平分量和豎直分量各為多大？(2)如果地理南、北極和地磁北、南極是重合的，那么在赤道上空磁場的豎直分量是多大？在極地 上空地磁場的水平分量是多大？【答案】(1) B水平=BcosB豎直=8$所 (2) B豎直=0 B水平=0【解析】 本題從矢量角度考查了對磁感應強度的理解.因為磁感應強度大小為B,與水平方向的夾角為，所以地磁場的磁感應強度的水平分量和豎直分量分別為：B水T=Bcos , B豎直=8$所.在赤道上空,因為 =0 ,故有B豎直=0;在極地上空，因為 =90 ,故有B水平=0.【總結升華】(1)磁感應強度的合成與分解遵守矢量的平行四邊形法則.（2）為了描述磁場強弱，我們引入了磁感應強度這個新的物理量.而新課標更注重規(guī)律探究的過程,對磁感應強度概念的學習可以結合電場強度的定義來加深理解.B上類型八、對定義式IL的理解及應用例8、物理學中，通過引入檢驗電流來了解磁場力的特性，對檢驗電流的要求是（）A.將檢驗電流放入磁場，測量其所受的磁場力F,導線長度L,通電電流，應用公式 B ,，即可測得磁感應強度BB.檢驗