人教版高中物理选修3-1知识点整理及重点题型梳理]_几种常见的磁场

人教版高中物理选修3-1知识点梳理重点题型（常考知识点）巩固练习几种常见的磁场【学习目标】1．理解磁感线的意义，能够熟练地运用安培定则确定电流的磁场方向2．理解磁场的方向；理解磁通量的定义和计算方法3．理解匀强磁场的特点以及在匀强磁场中磁通量的计算【要点梳理】要点一、磁感线要点诠释：1.定义：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线就叫做磁感线。

2．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。

（4）磁感线在空间不能相交，不能相切，也不能中断。

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）没有磁感线的地方，并不表示就没有磁场存在，通过磁场中的任一点总能而且只能画出一条磁感线．要点二、几种常见的磁场要点诠释：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：如下图所示．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．通电螺线管的磁场（1）安培定则：用右手握住螺线管，让弯曲的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．说明：与天然磁体的磁场相比，电流磁场的强弱容易控制，因而在实际中有很多重要的应用．4.常见电流磁场的分布特点电流的磁场通常研究的是直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场，判断它们的磁场，都可用安培定则来判断，该定则也叫右手螺旋定则，各种电流的磁场分布及磁感线方向的判断如下：安培定则立体图横截面图纵截面图特点直线电流（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，磁场越弱环形电流（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通电螺线管（1）内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S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注意：（1）应用安培定则判定电流的磁场时，直线电流是判定导线之外磁场的方向，环形电流和通电螺线管判定的是线圈轴线上磁场的方向．（2）放置在螺线管内的小磁针受力方向按磁感线方向判断，不能根据螺线管的极性判断．（3）不管是磁体的磁场还是电流的磁场，其都是分布在立体空间的，要熟练掌握其立体图，纵、横截面图的画法及转换．要点三、安培分子电流假说要点诠释：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．安培假说对有关磁现象的解释（1）磁化现象：一根软铁棒，在未被磁化时，内部各分子电流的取向杂乱无章，它们的磁场互相抵消，对外不显磁性；当软铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流取向变得大致相同时，两端显示较强的磁性作用，形成磁极，软铁棒就被磁化了．（2）磁体的消磁：磁体在高温或猛烈敲击状况，即在激烈的热运动或机械运动影响下，分子电流取向又变得杂乱无章，磁体磁性消失．3．磁现象的电本质磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由运动的电荷产生的．说明：（1）根据物质的微观结构理论，原子由原子核和核外电子组成，原子核带正电，核外电子带负电，核外电子在库仑引力作用下绕核高速旋转，形成分子电流，在安培生活的时代，由于人们对物质的微观结构尚不清楚，所以称为“假说”．但是现在，“假说”已成为真理．（2）分子电流假说揭示了电和磁的本质联系，指出了磁性的起源：一切磁现象都是由运动的电荷产生的．要点四、匀强磁场要点诠释：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．要点五、磁通量要点诠释：1．定义：设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，把B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，用字母 表示．2．物理意义：穿过某一面的磁感线条数． 3．公式：BS Φ=（1）公式运用的条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直．（2）在匀强磁场B 中，若磁感线与平面不垂直，公式BS Φ=中的S 应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积．BScos θΦ= 式中Scos θ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．单位：在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号是Wb ，21 Wb 1 T m =． 5．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，B SΦ=。

2Wb N1T 11m A m==⋅．要点六、 对磁通量和磁通量变化的理解要点诠释：1．对磁通量的理解（1）磁通量是标量，但有正负．当磁感线从某一面积上穿入时，磁通量为正值，穿出时即为负值． （2）磁通量与磁感线的关系是当规定单位面积上磁感线条数等于B 时，磁通量就等于该面积上的磁感线条数．（3）磁感线是闭合曲线（不同于静电场的电场线），所以穿过任意闭合曲面的磁通量一定为零，即φ=0．例如一个球面，磁感线只要穿入球面，就一定穿出球面，穿过磁感线的净条数为零，即磁通量为零． （4）磁通量是针对某个面来说的．与给定的线圈的匝数多少无关．即在有关磁通量的计算时，不要考虑线圈匝数n ．2．对磁通量变化的理解与计算磁通量的变化，一般有下列三种情况：（1）磁感应强度B 不变，有效面积S 变化，则0t B S ∆Φ=Φ-Φ=⋅∆．如下图所示，金属三角形框架MON 与导体棒DE 构成回路，处在匀强磁场中与磁场垂直，若B=0.1 T ，DE 从O 点出发，向右以1 m ／s 的速度匀速运动4 s 时，回路中磁通量的变化是：00.8Wb t B S ∆Φ=Φ-Φ=⋅∆=．（2）磁感应强度B 变化，磁感线穿过的有效面积S 不变，则穿过回路中的磁通量的变化是：0t B S ∆Φ=Φ-Φ=⋅∆．在下图中，若令2S 8 m =保持不变，而B 从0.1 T 变为0.8 T ，则穿过回路的磁通量的变化量0 5.6Wb t BS ∆Φ=Φ-Φ=∆=．（3）磁感应强度B 和回路面积S 同时发生变化的情况，则0t B S ∆Φ=Φ-Φ≠∆⋅∆．在图中，若回路面积从20S 8 m =变到2t S 18 m =，磁感应强度B 同时从0B 0.1 T =变到t B 0.8 T =，则回路中的磁通量的变化是：00013.6Wb t t t B S B S ∆Φ=Φ-Φ=-=．注意：（1）磁通量的正负既不表示大小，也不表示方向，是为了计算方便而引入的．（2）当磁感应强度和回路面积同时发生变化时，不能用B S ∆Φ=∆⋅∆计算，即上述（3）中常见的错误算法是(0.80.1)(188)Wb 7Wb B S ∆Φ=∆⋅∆=-⨯-=．【典型例题】类型一、 对磁场、磁感线的理解例1、 （2015 黄浦区一模）关于磁感线，下列说法中正确的是（ ） A ．磁感线是实际存在于磁场中的线 B ．磁感线是一条条不闭合的曲线 C ．磁感线有可能出现相交的情况D ．磁感线上任意一点的切线方向，都跟该点的磁场方向一致 【答案】D【解析】磁感线是为了描述磁场而引入的假想的曲线，并不客观存在，故A 错误；在磁体内部，磁感线从磁体的S 极出发回到N 极，而外部则是从磁体的N 极出发回到S 极，构成闭合曲线，故B 错误；若两条磁感线可以相交，则交点处就可以做出两个磁感线的方向，即该点的磁场方向就会有两个，这与理论相矛盾，因此磁感线不能相交，故C 错误；磁感线上任意一点的切线方向，都跟该点的磁场方向一致，故D 正确。

故选D【总结升华】（1）磁场是一种客观存在的特殊物质，磁感线虽是假想的闭合的曲线，但可形象地描述磁场的强弱和方向．（2）理解并区别电场线和磁感线．①从电场、磁场的概念理解两种场线的相似点：矢量性——线的切线，强弱——线的疏密，方向的唯一性——空间任意一点场线不相交．②从两种场线的不同特性理解两种场的区别：电场线——电荷有正负——电场线有始终；磁感线——N、S极不可分离——磁感线闭合．【课程：磁场及其描述例题1】【变式】关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是（）A．磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该处静止时北极所指的方向一致B．磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种客观存在的特殊物质C．磁感线总是从磁铁北极出发，到南极终止的D．磁感线就是细铁屑连成的曲线【答案】AB类型二、安培定则的应用例2、如图所示，图a、图b是直线电流的磁场，图c、图d是环形电流的磁场，图e、图f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的方向．【答案】见解析【解析】本题考查安培定则的应用．根据安培定则，可以确定图a中电流方向垂直纸面向里，b中电流的方向自下而上，c中电流方向是逆时针，d中磁感线的方向向上，e中磁感线方向向左，f中磁感线的方向向右．【总结升华】使用安培定则时要注意对直线电流和环形电流右手拇指各指什么方向．要掌握几种通电导体周围的磁场分布情况，同时又要搞清楚所给图示是平面图还是投影图，熟练掌握安培定则的应用方法．举一反三【变式1】 19世纪20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，从而提出如下假说：地磁场是由绕地球的环形电流引起的．则该假说中的电流方向是（）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【答案】 B【解析】地球内部磁场方向由北向南，由安培定则可判定电流方向．本题为信息迁移题，关键是抽象出模型．想象赤道为环形电流．如图，则从上往下看，由安培定则可知电流方向为顺时针方向，即自东向西．【总结升华】了解地磁场的特点，构建正确的物理模型是正确使用安培定则的前提，也是科学分析该类题目的关键．【课程：磁场及其描述例题3】【变式2】如图所示，水平放置一螺旋管，现在管内、外的相应位置放两个小磁针A和B，试确定通电后A、B小磁针静止时两端极性，其中小磁针A的右端为________极，小磁针B的右端为_________极。