第一讲 电流的磁效应

第一讲电流的磁效应

知识点一：磁和磁场

1、磁场的来源：磁铁和电流、变化的电场。磁场的基本性质：对放入其中的磁铁和电流有力的作用----同名磁极相斥、异名磁极相吸；

2、方向（矢量）：磁针北极的受力方向，磁针静止时N极指向

3、磁感线：描述电场用电场线，描述磁场用磁感线。磁感线是指在磁场中引入的一系列曲线，其上每一点的切线方向表示该点的磁场方向，也是小磁针静止时N极的指向．磁感线在磁铁外部由N极到S极，在磁铁内部由S极到N 极，构成一闭合的曲线。磁感线疏密表示磁场强弱。（下图为常见磁场分布）

【例1】下列关于磁场的说法中正确的是

A 磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质

B 磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的

C 磁极与磁极之间是直接发生作用的

D 磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生

【例2】关于磁场和磁感线的描述，正确的说法有（）

A 磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种物质

B 磁感线可以形象地表现磁场的强弱与方向

C 磁感线总是从磁铁的北极出发，到南极终止

D 磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列出的曲线，没有细铁屑的地方就没有磁感线

【针对训练1】关于电场线和磁感线的说法正确的是（）

A 电场线和磁感线都是利用疏密表示场的强弱的

B 电场线是客观存在的，而磁感线是不存在的

C 静电场的电场线是不闭合的，而磁感线是闭合的曲线

D 电场线和磁感线都可能相交

知识点二：电流的磁效应（奥斯特发现）

1、安培定则确定电流产生磁场的方向：安培定则又称为右手螺旋定则，是确定电流磁场的基本法则，不仅适用于通电直导线，同时也适用于通电圆环和通电螺线管．对于通电直导线的磁场，使用时大拇指指向电流方向，弯曲的四指方向表示周围磁场的方向；对于通电圆环或通电螺线管，弯曲的四指方向表示电流环绕方向，大拇指的指向表示螺线管内部的磁场方向。

2、几种常见电流产生的磁感线分布图（?代表往里，?代表往外）

①直线电流的磁场（如图1）

在周围产生的磁场是不均匀分布的，垂直于直导线方向，离直导线越远，磁场越弱；反之越强．

②环形电流的磁场（如图2所示）

螺线管是由多个环形串联而成，所以通电螺线管与环形电流的磁场的确定的方法是相同的．

③地球磁场

地磁场的磁感线的分布与条形磁铁、通电螺线管的磁场相似．如图3所示，与地理南极对应的是地磁北极，与地理北极对应的是地磁南极（不考虑磁偏角时）。（思考：为什么地球的磁场分布会是这样的）

3、安培的分子电流假说：（ 磁现象本质）

在原子、分子等物质微粒的内部，存在一种微小的环形电流。分子电流不但能够解释一些磁现象，同时也揭示的磁现象的电本质。

【例1】一条竖直放置的长直导线，通以由下向上的电流，在它正东方某点的磁场方向为（ ） A 向东 B 向西 C 向南 D 向北

【例2】有一束电子流沿X 轴正方向高速运动，如图所示，电子流在z 轴上的P 点处所产生的磁场方向是沿（ ） A y 轴正方向 B y 轴负方向 C z 轴正方向 D z 轴负方向

【针对训练1】一个电子做高速的逆时针方向圆周运动，如图所示，则此电子的运动将( ) A 不产生磁场

B 产生磁场，圆心处的磁场方向垂直直纸向向里

C 产生磁场，圆心处的磁场方向垂直纸面向外

D 只在圆周的内侧产生磁场

【针对训练2】一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的下方，并与磁针指向平行，如图所示.此时小磁针的S 极向纸内偏转，则这束带电粒子可能是（ ） A 向右飞行的正离子束 B 向左飞行的正离子束 C 向右飞行的负离子束 D 向左飞行的负离子束

2

3

【例1】如图所示，a 、b 是直线电流的磁场，c 、d 是环形电流的磁场，e 是螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向

【针对训练1】试在图中，由电流产生的磁场方向确定导线或线圈中的电流方向（ ）

【针对训练2】请画出如图所示各图中相应的磁感线分布（ ）

【例1】如图所示，当合上开关S 时，小磁针N 极立即向螺线管偏转，则电源A 端为 极。

【例2】如图所示，放在通电螺线管内部中间处的小磁针静止时N 极指向右，则可判定电源的极性和小磁针P 的N 极的指向为（ ）

A 电源的左端为正极，P 的N 极指向左端

B 电源的左端为负极，P 的N 极指向左端

C 电源的左端为正极，P 的N 极指向右端

D 电源的左端为负极，P 的N 极指向右端

【针对训练1】直流电源跟一个线圈连接成闭合回路，线圈的上方和右侧各有一个可以自由转动的小磁针，它们静止时如图所示，则下列判断正确的是 ( ) A 小磁针的c 端为N 极，电源的a 端为正极 B 小磁针的c 端为N 极，电源的a 端为负极 C 小磁针的d 端为N 极，电源的a 端为正极 D 小磁针的d 端为N 极，电源的a 端为负极

奥斯特实验

【例1】做奥斯特实验时，把小磁针放在水平的通电直导线的下方，通电后发现小磁针不动，用手拨动一下小磁针，

小磁针转动180o

后静止不动，由此可知通电直导线放置情况是（ ） A 东西向 B 南北向 C 正西南 D 正西北

电

A B

N

S

S

【针对训练1】物理实验都需要有一定的控制条件.奥斯特做电流磁效应实验时就应排除地磁场对实验的影响.下列关于奥斯特实验的说法中正确的是( ) A 该实验必须在地球赤道上进行 B 通电直导线必须竖直放置

C 通电直导线应该水平东西方向放置

D 通电直导线可以水平南北方向放置

知识点三：磁感应强度与磁通量 1 磁感应强度：

定义一：穿过单位面积的磁感线条数，用B 表示，反应磁场强弱的一个物理量（可以由磁感线疏密反映出来）。磁通量：穿过某个面积的磁感应条数，用Φ表示，大小BS =Φ，单位是韦伯，简称韦，符号为Wb 。

定义二：将一小段通电直导线垂直磁场放置时，其受到的磁场力F 与电流强度I 成正比、与导线的长度L 成正比，其中F /IL 是与通电导线长度和电流强度都无关的物理量，它反映了该处磁场的强弱，定义F /IL 为该处的磁感应强度的大小，其单位为特斯拉（T ），方向为该点的磁感线的切线方向，也是小磁针在该处静止时N 极的指向。 计算公式：磁感应强度IL

F

B =

，单位：特斯拉，简称特国际符号T ，1T=1N/A·m 2 磁场的叠加：磁感强度是矢量，空间某点的磁场的叠加遵循平行四边形法则。

? 磁感应强度

【例1】关于磁场，以下说法正确的是 （ ）

A 电流在磁场中某点不受磁场力作用，则该点的磁感强度一定为零

B 磁场中某点的磁感强度，根据公式B=F/I·L ，它跟F ，I ，L 都有关

C 磁场中某点的磁感强度的方向垂直于该点的磁场方向

D 磁场中任一点的磁感强度等于单位面积的磁通量

【针对训练1】下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是( ). A 通电导线受磁场力大的地方，磁感应强度一定大

B 一小段通电导线放在某处不受磁场力作用，则该处的磁感应强度一定为零

C 磁感线的指向就是磁感应强度减小的方向

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无关

【例3】磁感应强度单位是特斯拉，1特斯拉相当于 （ ） A 1kg/A·s 2 B 1kg·m/A·s 2 C 1kg·m 2/s 2 D 1kg·m 2/A·s 2

【例4】一根导线长0．2m ，通以3A 的电流，在磁场中某处受到的最大的磁场力是6×10－

2N ，则该处的磁感应强度B 的大小是____T ．如果该导线的长度和电流都减小一半，则该处的B 的大小是______T ．

? 磁感应强度的叠加

【例1】如图所示，电流从A 点分两路通过对称的半圆支路汇合于B 点，在圆环中心O 处的磁感应强度为（ ） A 最大，垂直纸面向外

B 最大，垂直纸而向里

C 零

D 无法确定

【例2】如图所示，有两垂直交叉，但不接触的导线，通以大小相等的电流，问下述哪些区域中的点磁场有可能为零（ ） A 1区 B 2区 C 3区 D 4区

【例3】在同一平面内放置六根通电导线，通以相等的电流，方向如图所示，则在a 、b 、c 、d 四个面积相等的正方形区域中，磁场最强且磁感线指向纸外的区域是（ ） A a 区 B b 区 C c 区 D d 区

【例4】在纸面上有一个等边三角形ABC ，在B 、C 顶点处都通有相同电流的两根长直导线，导线垂直于纸面放置，电流方向如图所示，每根通电导线在三角形的A 点产生的磁感应强度大小为B ，则三角形A 点的磁感应强度大小为 . 方向为 .若C 点处的电流方向反向，则A 点处的磁感应强度大小为 ，方向为 .

【例5】两根通电的长直导线平行放置，电流分别为I 1和I 2，电流的方向如右图所示，在与导线垂直的平面上有a 、b 、c 、d 四点，其中a 、b 在导线横截面连线的延长线上，c 、d 在导线横截面连线的垂直平分线上．则导体中的电流在这四点产生的磁场的磁感应强度可能为零的是( )

A a 点

B b 点

C c 点

D d 点

【针对训练1】如图所示，有两根平行长直导线，通以大小相等、方向相反的电流，下列说法中正确表达了与两导线在同一平面，且与两导线距离都相等的各点的磁场的磁感应强度的是( ) A 等于零

B 不等于零，方向从一根导线垂直指向另一根导线

C 不等于零，方向平行于导线

D 不等于零，方向垂直于导线所在平面

【针对训练2】如图所示，a 、b 两根垂直纸面的直导线通有等值的电流，两导线旁有一点P ，P 点到a 、b 距离相等，关于P 点的磁场方向，以下判断正确的是 （ ）

A a 中电流方向向纸外，b 中电流方向向纸里，则P 点的磁场方向向右

B a 中电流方向向纸外，b 中电流方向向纸里，则P 点的磁场方向向左

C a 中电流方向向纸里，b 中电流方向向纸外，则P 点的磁场方向向右

D a 中电流方向向纸里，b 中电流方向向纸外，则P 点的磁场方向向左

【针对训练3】三根完全相同的长直导线互相平行，通以大小和方向都相同的电流．它们的截面处于一个正方形abcd 的三个顶点a 、b 、c 处，如图所示．已知每根通电长直导线在其周围产生的磁感应强度与距该导线的距离成反比，通电导线b 在d 处产生的磁场其磁感应强度大小为B ，则三根通电导线产生的磁场在d 处的总磁感应强度大小为( ) A 2B B 3B C 2.1B D 3.8B

磁通量大小的计算

一种方法是：考虑到磁感应强度是矢量，可以分解为平行于平面的分量和垂直于平面的分量，如图所示，由于平行于平面的分量并不穿过平面，所以磁通量数值上等于垂直于平面的分量与面积的乘积，

ααsin sin BS S B =?=Φ。

I I 1 2 3

4 图

9-1-11

另一种方法是：磁感应强度不分解，将平面的面积做投影，磁通量数值上等于磁感应强度与投影面积的乘积，

αsin BS BS ==Φ⊥。

不管用哪种方法来计算磁通量的值，必须保证BS =Φ中的磁感应强度与平面垂直。

注：磁通量是标量，但是有正和负，它与磁感应强度穿过面积的方向有关。当同一个面积内，存在两个相反方向的磁场时，会相互抵消。

【例1】如图所示，匀强磁场的磁感强度B =2．0T ，方向沿z 轴正方向，且ab=40cm ，bc=30cm ，ae=50cm ，求通过面积S 1(abcd)、S 2(befc)、S 3(aefd)的磁通量φ1、φ2、φ3分别是 、 、 。

【例2】如图所示边长为100cm 的正方形闭合线圈置于磁场中，线圈AB 、CD 两边中点连线OO/的左右两侧分别存在方向相同、磁感强度大小各为B1＝0.6T ，B2=0.4T 的匀强磁场。若从上往下看，线圈逆时针转过370时，穿过线圈的磁通量改变了多少？

【针对训练1】如右图，匀强磁场磁感应强度为B ，平面abcd 的面积为S ，（1）若平面abcd 与磁场方向垂直，则穿过平面abcd 的磁通量为 ；（2）若平面abcd 与磁场方向不垂直，a ′ b ′ cd 是它在垂直于磁场方向上的投影平面，则穿过平面abcd 的磁通量为 ；

【针对训练2】面积为S=0.5m 2的闭合导线圆环，处于B=0.4T 的匀强磁场中，当环与磁场平行时，穿过环的磁通量Φ1是多少？当环面转过900时，穿过导线环的磁通量Φ2是多少？

环面再转1800

后，穿过导线环的磁通量Φ3时多少？在第二次转动过程中磁通量的改变量ΔΦ为多少？

【针对训练3】如图甲所示，一个电阻为R ，面积为S 的矩形导线框abcd ，水平旋转在匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B ，方向与ad 边垂直并与线框平面成450角，o 、o’ 分别是ab 和cd 边的中点。现将线框右半边obco’ 绕oo’ 逆时针900到图乙所示位置。在这一过程中，穿过该线圈的磁通量变化量为

A ． BS

B ．BS 22

C ．BS 2-

D ．BS 2

2-

了解

磁通密度：穿过单位面积的磁通量称为磁通密度，根据这一定义，磁通密度与磁感应强度数值上是等价的，即

⊥Φ=S B /。磁感线越密处（磁通密度越大），磁场的磁感应强度越大，磁感线越稀疏处，（磁通密度越小），磁场的

a

a

b b

c c

d

d B

B

450

B

450

B

甲

乙 o

o

o /

o /

磁感应强度越小。