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 ，2

1 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 S

Φ

=

。2Wb N

1T 1

1

m 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=⋅∆．