高二物理選修磁場講義

磁場第一節(jié)我們四周的磁現(xiàn)象知識點回首：1、地磁場（1）地球磁體的北（N）極位于地理南極鄰近，地球磁體的南（S）極位于地理北極鄰近。（2）地球磁體的磁場散布與條形磁鐵的磁場相像。（3）地磁兩極與地理兩極其實不完整重合，存在誤差。2、磁性資料（1）按去磁的難易程度區(qū)分可分為硬磁性資料和軟磁性資料。（2）按資料所含化學(xué)成分區(qū)分可分為和。（3）硬磁性資料剩磁顯然，常用來制造等。（4）軟磁性資料剩磁不顯然，常用來制造等。知識點1：磁現(xiàn)象全部與磁相關(guān)的現(xiàn)象都可稱為磁現(xiàn)象。磁在我們的生活、生產(chǎn)和科技中有著寬泛的應(yīng)用，歸納大概分為：（1）利用磁體對鐵、鈷、鎳等磁性物質(zhì)的吸引力；（2）利用磁體對通電線圈的作使勁；（3）利用磁化現(xiàn)象記錄信息。知識點2：地磁場（要點）地球因為自己擁有磁性而在其四周形成的磁場叫地磁場。對于地磁場的發(fā)源，當前還沒有令人滿意的答案。一種看法以為，地磁場是因為地核中熔融金屬的運動產(chǎn)生的，并且熔融金屬運動方向的變化會惹起地磁場方向的變化。科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，從地球形成迄今的漫長年月里，地磁極曾多次發(fā)生極性倒轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。地磁場擁有這樣的特色：1）地磁北極在地理南極鄰近，地磁南極在地理北極鄰近；2）地磁場與條形磁鐵產(chǎn)生的磁場相像，但地磁場磁性很弱；3）地磁場對宇宙射線的作用，保護生命（極光、宇宙射線的損害）；地磁場對生物活動的影響（遷移動物的東奔西走如信鴿，但候鳥南飛確是受天氣的影響的，不是磁場）拓展：地磁兩極與地理兩極其實不重合，存在地磁偏角。這類現(xiàn)象最早是由我國北宋的學(xué)者沈括在《夢溪筆談》中提出的，比西方早400多年。其實不是全部的天體都有和地球同樣的磁性，如火星就沒有磁性知識點3：磁性資料磁性資料一般指鐵磁性物質(zhì)。按去磁的難易程度，磁性資料可分為硬磁性資料和軟磁性資料。硬磁性資料擁有很強的剩磁，不易去磁，一般用于制造永磁體，如揚聲器、計算機硬盤、信用卡、飯卡等；軟磁性資料沒有顯然的剩磁，退磁快，常用于制造電磁鐵、電動機、發(fā)電機、磁優(yōu)等。易忽視點：如何區(qū)分磁性資料如何判斷給定的物體是采納硬磁性資料仍是軟磁性資料是學(xué)習中簡單犯錯的地方。解決此類問題要點有兩點：1、2、

明確所給物體的功能和原理；熟習這兩種磁性資料的特色。練習：1、以下相關(guān)磁的應(yīng)用中利用磁化現(xiàn)象記錄信息的是（）A、門吸B、磁帶C、磁石治病D、磁懸浮2、為了判斷一根鋼棒有無磁性，采納了以下幾種方法，你以為哪一種方法能夠認定鋼棒沒有磁性（）A、將鋼棒的一端湊近磁針的北極，二者互相吸引，再將鋼棒的另一端湊近磁針的南極，二者互相排擠。B、將鋼棒的一端湊近磁針的北極，二者互相排擠，將鋼棒的另一端湊近磁針的北極時，兩者互相吸引。C、將鋼棒的一端湊近磁針的北極時，二者互相吸引，將鋼棒的另一端湊近磁針的南極時，二者互相吸引。D、將鋼棒的一端湊近磁針的北極時，二者互相吸引，將鋼棒的另一端湊近磁針的北極時，二者互相吸引。第二節(jié)

認識磁場知識點1：磁場（要點）實物和場是物質(zhì)存在的兩種不一樣形式，磁場和電場同樣，都是客觀存在的一種特別物質(zhì)。一、磁場客觀存在于磁體、電流四周，磁體和電流經(jīng)過磁場傳達互相作用。二、磁場的基天性質(zhì)：對放入此中的磁體或電流產(chǎn)生力的作用。磁極和磁極之間、磁場和電流之間、電流和電流之間的互相作用都是經(jīng)過磁場來傳達的三、磁場有強弱和方向，能夠用磁感線形象地描繪磁場的強弱和方向，也能夠用小磁針受力方素來描繪磁場的方向。物理學(xué)規(guī)定，磁場的方向即小磁針N極受力的方向，亦即小磁針靜止時N極指向。四、磁場是媒介物：磁極間、電流間、磁極與電流間的互相作用是經(jīng)過磁場發(fā)生的。知識點2：磁感線（要點）在磁場中每一點，磁場都有確立的大小和方向，物理學(xué)頂用磁感線形象地描繪磁場。所謂磁感線就是為了令人們更形象更直觀地描繪磁場，而引入的一系列有方向的曲線：（1）磁感線的定義在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點的切線方向都跟這點的磁感覺強度的方向一致，這樣的曲線叫做磁感線。（2）特色：A、磁感線是閉合曲線，磁鐵外面的磁感線是從北極出來，回到磁鐵的南極，內(nèi)部是從南極到北極.B、每條磁感線都是閉合曲線，隨意兩條磁感線不訂交。C、磁感線上每一點的切線方向都表示該點的磁場方向。D、磁感線的疏密程度表示磁感覺強度的大小注意：磁感線是為了形象地描繪磁場而引入的數(shù)學(xué)工具，最早是由英國物理學(xué)家法拉第提出的，其實不真切存在，實驗經(jīng)常用被磁化的鐵屑來顯示磁感線的散布，但絕不可以以為磁感線是由細鐵屑構(gòu)成的。磁感線是閉合的，磁場中未畫磁感線的空間，磁場仍舊存在，磁感線不訂交。磁感線和電場線的差別項目磁感線電場線相像點意義形象地描繪磁場方向和形象地描繪電場方向和相對強弱而相對強弱而聯(lián)想的線聯(lián)想的線方向線上各點的切線方向即線上各點的切線方向即為該點的磁為該點的磁場方向，是小場方向，是正電荷受力方向磁針N極的受力方向疏密表示磁場強弱表示電場強弱特色在空間不訂交、不中止除電荷外，在空間不訂交、不中止不一樣點不一樣點是閉合曲線靜電場線始于正電荷或無量遠處，止于負電荷或無量遠，是不閉合曲線知識點3：安培定章（要點）法國物理學(xué)家安培經(jīng)過實驗總結(jié)出了用于判斷電流的磁場散布的法例——安培定章，又稱為右手螺旋定章。可用于判斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁感線散布。直線電流的方向和磁感線方向之間的關(guān)系可用安培定章（也叫右手螺旋定章）來判斷：用右手握住導(dǎo)線，讓挺直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，曲折的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向.幾種常有磁場的磁感線的散布1）條形磁鐵和碲形磁鐵的磁感線條形磁鐵和蹄形磁鐵是兩種最常有的磁體，如下圖的是這兩種磁體在平面內(nèi)的磁感線形狀，其實它們的磁感線散布在整個空間內(nèi)，并且磁感線是閉合的，它們的內(nèi)部都有磁感線散布。2）通電直導(dǎo)線磁場的磁感線通電直導(dǎo)線磁場的磁感線的形狀與散布如下圖，通電直導(dǎo)線磁場的磁感線是一組組以導(dǎo)線上各點為圓心的齊心圓。需要指出的是，通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場是不平均的，越湊近導(dǎo)線，磁場越強，磁感線越密。電流的方向與磁感線方向的關(guān)系能夠用安培定章來判斷，如下圖。用右手握住直導(dǎo)線，挺直的大拇指與電流方向一致，曲折的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。3）環(huán)形電流磁場的磁感線環(huán)形電流磁場的磁感線是一些環(huán)繞環(huán)形導(dǎo)線的閉合曲線，在環(huán)形的中心軸上，由對稱性可知，磁感線是與環(huán)形導(dǎo)線的平面垂直的一條直線。如圖甲所示，環(huán)形電流方向與磁感線方向的關(guān)系也能夠用右手定章來判斷，如圖乙所示，讓右手曲折的四指和環(huán)形電流的方向一致，挺直的大拇指所指的方向就是圓環(huán)軸線上磁感線的方向；如圖丙所示，讓右手握住部分環(huán)形導(dǎo)線，挺直的大拇指與電流方向一致，則四指所指的方向就是環(huán)繞環(huán)形導(dǎo)線的磁感線的方向。（4）通電螺線管的磁感線通電螺線管表現(xiàn)出來的磁性很像一根條形磁鐵，一端相當于北極（N），另一端相當于南極（S），形成的磁感線在通電螺線管的外面從北極（N）出來進入南極（S），通電螺線管內(nèi)部擁有磁場，磁感線方向與管軸線平行，方向都是由S極指向N極，并與外面磁感線連接形成一些閉合曲線，其方向也可用安培定章判斷，用右手握住螺線管，讓曲折的四指所指的方向跟電流的方向一致，那么大拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向，如下圖。5）地磁場的磁感線地磁場的南北極與地理上的南北極恰巧相反，因此磁感線從地理的南極出來進入地理的北極如下圖。知識點4：分子電流假說內(nèi)容：法國物理學(xué)家安培遇到通電螺線管外磁場與條形磁鐵的磁場相像的啟迪，提出了著名的分子電流假說：任何物質(zhì)的分子中都存在環(huán)形電流——分子電流，分子電流使每個物質(zhì)分子都成為一個細小的磁體，如圖。解說：安培的分子電流假說對相關(guān)磁現(xiàn)象的解說：（1）磁化現(xiàn)象：一軟鐵棒，在未被磁化時，內(nèi)部各分子電流的取向凌亂無章，它們的磁場相互抵消，對外不顯磁性。當軟鐵棒受到外界磁場的作用時，各分子電流取向變得大概相同，兩頭顯示較強的磁作用，形成磁極，軟鐵棒就被磁化了。（2）消磁：磁體在高溫或劇烈敲擊下，即在強烈的熱運動或機械運動影響下，分子電流取向變得凌亂無章了，磁體磁性消逝。拓展：1）假說是一種常用的科學(xué)研究方法，在安培的時代，人們不知道物質(zhì)內(nèi)部為何會有分子電流，20世紀后，跟著電子的發(fā)現(xiàn)，人們認識到，原子內(nèi)部帶電粒子的不斷運動即對應(yīng)安培所說的分子電流，分子電流假說已經(jīng)成為真諦，揭露了磁現(xiàn)象的電實質(zhì)。2）需要指出的是并不是全部的磁場都是由電荷的運動產(chǎn)生的依據(jù)麥克斯韋的電磁場理論，變化的電場能夠產(chǎn)生磁場。3）磁現(xiàn)象的電實質(zhì)：磁鐵和電流的磁場實質(zhì)上都是運動電荷產(chǎn)生的．易錯點：磁體內(nèi)部小磁針指向在判斷小磁針處于磁體內(nèi)部N極指向問題時，有些同學(xué)常常套用初中的結(jié)論“同名磁極互相排擠，異名磁極互相吸引”而做犯錯誤判斷，錯誤原由是不認識結(jié)論的合用條件。對于小磁針處于磁體內(nèi)部時，我們應(yīng)當運用高中教材中的物理學(xué)規(guī)定：“小磁針在磁場中靜止時，N極所指的方向就是磁場的方向，也就是磁感線的方向?！币虼耍瑢W(xué)習物理知識，切忌不加剖析，盲目套用公式或結(jié)論。易忽視點：磁場的方向磁場的方向可用磁感線的切線方素來表示，也可用小磁針的N極指素來表示。在用小磁針描繪時，簡單忽視的是：小磁針的哪一極以及小磁針的狀態(tài)（靜止時）。易混點：磁場和電場磁場和電場固然都是物質(zhì)的一種特別形態(tài)，都擁有物質(zhì)性，但其實不是完整同樣的物質(zhì)，其不一樣點有：（1）發(fā)源不一樣。電場存在于電荷四周，磁場存在于磁體、電流和運動電荷的四周。（2）場線不一樣。電場線不閉合，開端于正電荷停止于負電荷；磁感線閉合，外面從N極到S極，內(nèi)部從S極到N極。3）（靜）電場是守舊力場，電場力做功與路徑?jīng)]關(guān)，只與初末地點的電勢差相關(guān)。磁場是渦旋場，不可以引入相應(yīng)的“勢能”看法來研究磁場的性質(zhì)。練習：2、如圖11-1-1所示，a、b、c三枚小磁針分別放在通電螺線管的正上方、管內(nèi)和右邊。當這些小磁針靜止時，小磁針N極的指向是（）Ａ．a(chǎn)、b、c均向左Ｂ．a(chǎn)、b、c均向右Ｃ．a(chǎn)向左，b向右，c向右Ｄ．a(chǎn)向右，b向左，c向右變式訓(xùn)練1：如圖11-1-2所示，帶負電的金屬環(huán)繞軸軸線上的小磁針最后均衡的地點是（）Ａ．N極豎直向上Ｂ．N極豎直向下Ｃ．N極沿軸線向左Ｄ．N極沿軸線向右

11-1-1OO'以角速度勻速旋轉(zhuǎn)，在環(huán)左邊圖11-1-24、依據(jù)安培假說的思想，以為磁場是因為運動電荷產(chǎn)生的，這類思想對地磁場也應(yīng)是合用的，而當前在地球上并未發(fā)現(xiàn)相對地球定向挪動的電荷，那么由此推測，地球應(yīng)當（）A、負電荷B、帶正電C、不帶電D、沒法確立5、一個電子沿紙面做迅速的順時針方向的圓周運動，則這個電子的運動將（）A、不產(chǎn)生磁場B、產(chǎn)生只在圓周內(nèi)側(cè)存在的磁場C、產(chǎn)生相當于環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場，在圓心處的磁場方向垂直紙面向里D、產(chǎn)生相當于環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場，在圓心處的磁場方向垂直紙面向外判斷以下圖中導(dǎo)線A所受磁場力的方向.答案：知識點1：安培力(要點)磁場對電流的作使勁稱為安培力，安培力是按性質(zhì)命名的力，在對物體（通電導(dǎo)線）進行受力剖析時，應(yīng)當加以考慮。（1）安培力方向的判斷方向——左手定章：張開左手，使大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿過手心，使張開的四指指向電流方向，那么大拇指所指的方向為安培力的方向。（2）安培力的大?。和煌妼?dǎo)線，按不一樣方式放在同一磁場中，如下圖，三種狀況下，通電導(dǎo)線與磁場垂直時遇到的安培力最大，取為Fmax；當通電導(dǎo)線與磁場方向平行時，不受安培力，F(xiàn)=0；其余狀況下，0<F<Fmax。①當B與I垂直時，F(xiàn)=BIL。②當B與I成角時，F(xiàn)BILsin，是B與I的夾角。推導(dǎo)過程：如下圖，將B分解為垂直電流方向的B2Bsin和沿電流方向的B1Bcos，B對I的作用可用B1、B2對I的作用等效代替，F(xiàn)10,F2B2ILBILsin，由平行四邊形定章可知磁場B對電流I的力FF12F22F2BILsin。3）安培力的性質(zhì)：通電導(dǎo)線在磁場中與磁場方向非平行擱置時，導(dǎo)線將遇到安培力作用，安培力對通電導(dǎo)線可做正功，也可做負功。安培力做功的過程，是電能與其余形式的能（機械能）互相轉(zhuǎn)變的過程。①安培力F的方向垂直于磁場B和電流I所確立的平面，與通電導(dǎo)線運動方向不必定垂直，能夠同樣也能夠相反。②安培力F的方向總與磁場方向垂直，電場力F的方向與電場方向平行。③安培力的大小除與B、I、L相關(guān)外，還跟磁場B與電流I方向的夾角相關(guān)，平行時00,F

0。知識點2：磁感覺強度（要點）磁感覺強度是描繪磁場強弱和方向的物理量。（1）定義：磁場中垂直于磁場方向的通電直流導(dǎo)線，遇到的安培力F，跟電流I和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值，叫做通電導(dǎo)線所在處的磁感覺強度。（2）定義式：BFT，1T1N/(A?m)。，單位：特斯拉，符號IL3）矢量：方向就是磁場方向，即小磁針N極的受力方向。4）磁感覺強度大小、方向到處都不變的磁場稱為勻強磁場。距離很近的兩個異名磁極之間的磁場，通電螺線管內(nèi)中間部分的磁場都以為是勻強磁場。注意：①磁感覺強度是反應(yīng)磁場力的性質(zhì)的物理量，與靜電場中的電場強度相像，只與場自己相關(guān)，與安培力F、電流I、導(dǎo)線長度L和夾角均沒關(guān)。②感覺強度的方向是磁場的方向，即該點磁感線的切線方向，與安培力F方向垂直。電場強度（E）磁感覺強度（B）意義描繪電場的力的性質(zhì)的物理量描繪磁場的力的性質(zhì)的物理量概①電場對電荷q有作使勁；①磁場對直線電流有作使勁念②對電場中的不一樣點，E的值一般不②對磁場中的不一樣點，B的值一般的同不一樣建③E由電場自己決定③B由磁場自己決定立F

B=

F公式E=q單位1N/C=1V/m方向正電荷遇到電場力方向知識點3：磁通量（難點）

IL1T=1N/A·m靜止小磁針N極遇到的磁場力方向在勻強磁場中有一個與磁場方向垂直的平面，設(shè)磁場的磁感覺強度為B，平面的面積為S，我們將磁感覺強度B與面積S的乘積，叫做穿過這個面的磁通量，用Φ表示。（1）在磁感覺強度為B的勻強磁場中，穿過與磁場方向垂直、面積為S的平面的磁通量Φ=BS（合用于B與S垂直）。（2）單位：韋伯，符號Wb，1Wb1T?m2。（3）B，磁感覺強度B又叫磁通密度，1T1Wb/m2。S拓展：公式Φ=BS合用于勻強磁場且S與B垂直，若平面與磁場方向不垂直，應(yīng)把面積S投影到與磁場垂直的方向上，求出投影面積S，代入得BS,如下圖BSBScos。當00時，B與S垂直，Φ=BS，當900時，B與S平行，Φ=0.磁通量變化有三種形式：a、磁感覺強度B不變，有效面積S變化。21B(S2S1)B?S,如圖所示b、面積S不變，磁感覺強度B變化。c、面積S和磁感覺強度B均不變,改變B與S的夾角，如下圖，轉(zhuǎn)過1800過程中BS(BS)2BS③磁通量是標量，有正負之分，其正負是這樣規(guī)定的：任何一個平面都有正反兩面，若規(guī)定磁感線從正面穿入為正磁通量，則磁通量為負值即表示磁感線從反面穿入。若磁感線沿相反方向穿過同一平面，且正向磁感線條數(shù)為1，反向磁感線條數(shù)為2，則磁通量等于穿過該平面的磁感線的凈條數(shù)（磁通量的代數(shù)和），即12。易錯點：BFBIL與FFILBBIL是安培力的關(guān)系式。所謂定義式是被定義的物是磁感覺強度的定義式，F(xiàn)IL理量與定義它的物理量之間沒有函數(shù)關(guān)系，磁感覺強度B只與磁場自己的性質(zhì)相關(guān)，與F、I、L沒關(guān)。從前學(xué)過的物理量的定義式如EF,CQ,RU等都有這類性質(zhì)。關(guān)系qUI式中物理量與其余量有函數(shù)關(guān)系，安培力F與B、I、L都相關(guān)系。需要指出的是，上述的BFBIL只合用于磁場B與電流I方向垂直的情況。和FIL易混點：磁感覺強度與電場強度磁感覺強度與電場強度都是描繪場的性質(zhì)的物理量，二者既有相像之處，也有差別，電場和磁場的差別搞不清楚，是致使犯錯的主要原由。差別：（1）方向規(guī)定合用不一樣。磁感覺強度的方向規(guī)定為小磁針N極的受力方向。電場強度的方向規(guī)定為正電荷所受力的方向。電場強度的方向必定跟靜電力的方向在一條直線上。磁感覺強度的方向必定跟電流所受磁場力的方向垂直。（2）定義式合用條件不一樣。F只合用于B方向與電流方向垂直的狀況，EFB廣泛ILq合用。3）受力條件不一樣。電荷在靜電場中必定遇到靜電力作用，電流在磁場中不必定受磁場力作用，一定非平行擱置。（4）單位不一樣。磁感覺強度的單位：特斯拉，1T1N/(A?m)1Wb/m2。電場強度的單位：牛頓每庫倫或伏特每米（N/C或V/m）。（5）物理意義不一樣。磁感覺強度B，在數(shù)值上等于垂直于磁場方向擱置長為1m，電流為1A的導(dǎo)線所受安培力的大小。電場強度E，在數(shù)值上等于電場強度對單位電荷作使勁的大小。易忽視點：磁通量是標量，正、負表示穿入和穿出兩個相反的狀態(tài)。忽視磁通量的正、負，是易犯的錯誤，在剖析磁通量及其變化時，若過程前后狀態(tài)不一樣，一般選用正方向，以防止計算過程出現(xiàn)錯誤。練習1、對于磁感覺強度，以下說法正確的選項是（）A、由B

F

可知，B與F成正比，與IL成反比ILB、通電導(dǎo)線放在磁場中的某點，那點就有磁感覺強度，假如將通電導(dǎo)線拿走，那點的磁感覺強度就為零C、通電導(dǎo)線受安培力不為零的地方必定存在磁場，通電導(dǎo)線不受安培力的地方不必定存在磁場（B=0）D、磁場中某一點的磁感覺強度是由磁場自己的性質(zhì)決定的，其大小和方向是獨一確立的，與通電導(dǎo)線沒關(guān)2、以下對于電場和磁場的說法中正確的選項是（）A、電荷在某處不遇到電場力的作用，則該處的電場強度為零B、一小段通電導(dǎo)體在某處不遇到電場力作用，則該處磁感覺強度必定為零C、把一個嘗試電荷放在電場中的某點，它遇到的電場力與所帶電荷量的比值表示該點電場的強弱D、把一小段通電導(dǎo)線放在磁場中某處，它遇到的磁場力與該小段通電導(dǎo)線的長度和電流的乘積的比值，表示該處磁場的強弱3、如下圖，兩齊