01磁场的基本性质

第九章《磁场》 第一讲《磁场的基本性质》

【计划课时】3课时 【学习目标】

1．知道磁感应强度，会用磁感应线来描述磁场 2．会判断通电流导线和通电线圈周围磁场的方向 3. 会分析磁场叠加问题

【教学重难点】

1．电流的磁场；磁场叠加应用

【自学与探究】

一、磁场 磁感应强度

1．磁场

⑴定义：存在于_______________________________周围的一种特殊物体，它能传递磁体与磁体，磁体与电流、电流与电流之间的相互作用

⑵基本特性：对放入磁场中的（磁极、电流、运动的电荷）有力的作用，它们的相互作用通过磁场发生。

⑶方向：磁场中任一点小磁针____的受力方向为该处的磁场方向。 2、磁感应强度：

⑴意义：表示磁场强弱的物理量，是反应磁场本身特性的物理量。

⑵定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，受到的磁场力F与电流I和导线长度L的乘积的比值叫做通电直导线所在处的磁感应强度。

⑶大小：B=F/IL；

⑷方向：是小磁针静止时_______的指向，就是该位置的磁场方向

理解：B

F

IL

是定义式，磁场中某位置B的大小，方向都是定值，是客观存在的， B只与产生磁场的源及位置有关。与(I大小、导线的长短，受力)都无关。即使导线不载流，B照样存在。因此不能说B与F成正比，或B与IL成反比。要注意此定义式适用条件是：一小段通电导体垂直磁场方向放入磁场。即磁场中某一点定了，则该处磁感应强度的大小与方向就是唯一确定的。

特别注意：通电导线在磁场中受力为0时，磁感应强度不一定为0；而电荷在电场中所受电场力为0，电场强度一定为0。

【例1】关于磁感应强度，下列说法正确的是（ ）

A、一小段通电导线放在B为零的位置，那么它受到的磁场力也一定为零 B、通电导线所受的磁场力为零，该处的磁感应强度也一定为零

C、放置在磁场中长1m的通电导线，通过1A的电流，受到的磁场力为1N，则该处的磁感应强度就是1T

D、磁场中某处的B的方向跟电流在该处受到磁场力F的方向相同

【解析】：A选项根据磁感应强度的定义A选项对。B选项通电导线（电流I）与磁场平行时，磁场力为零。B选项错。C选项通电导线（电流I）与磁场垂直。C选项错。D选项B与F方向一定垂直D选项错。答案：A

【探究1】关于磁感应强度，下列说法正确的是（ ）

A、一小段通电导体放在磁场A处，受到的磁场力比B处的大，说明A处的磁感应强度比B处的磁感应强度大

B、由BF可知，某处的磁感应强度大小与放入该处的通电导线所受磁场力F成正比，与导线

IL

的IL成反比

C、一小段通电导体在磁场中某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零 D、小磁针N极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向 二、磁感线及常见的磁场

1、磁感线：在磁场中人为地画出一系列曲线，曲线的切线方向表示该位置的磁场方向，曲线的疏密能定性地表示磁场的强弱，这一系列曲线称为磁感线。

对磁感应线的理解：

⑴是形象描述磁场强弱而假想的曲线，实际不存在，但磁场是客观存在的。

⑵磁感应线上某点的切线方向就是该点的磁感应强度方向（是小磁针N极所受磁场力的方向），也是该点的磁场方向。

⑶磁感应线疏密程度表示磁场的强弱，（特别注意：没有画磁感应线的地方，磁场仍然存在）

⑷磁感应线在空间不相交，不中断，是闭合的曲线（注意，静电场线的电场线是不闭合的）

右图是条形磁铁、蹄形磁铁周围的磁感应线分布情况。

2．几种常见的磁场特点及分布： ⑴直线电流磁场：无磁极，非匀强，距导线越远处磁场越弱。直线电流磁场的磁感线的立体图、横截面、纵截面图如右图所示：

⑵环形电流磁场：环立体图 安培定则 横截面图 纵截面图

两侧分别是N极和S极，离环越远磁场越弱。环形电流的磁感线的立体图、横截面图、纵截面图磁感应线分布如右图所示。

⑶通电螺线管磁场：类似于条形磁体磁场，两端分别为N、S极，管内是匀强磁场，且磁场最强，管外是非匀强磁场。通电螺线管磁场的磁感线的立体图、横截面图、纵截面图如右图所示。

立体图

安培定则 横截面图 纵截面图

⑷地磁场

地磁场的N极在地球______附近，S极在地球________附近，磁感应分布如图所示。地磁场B的水平分量Bx总是从地球________指向________，而竖直分量，By则南北相反，在南半球

垂直地面向上，北半球垂直地面向下，在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感应强度_____且方向水平_____

注意：应用安培定则时首先应特别注意伸的是右手，其次要注意不同情况下四指环绕方向、拇指指向的不同意义。

【例2】关于磁场和磁感线的描述，下列哪些是正确的（ ） A．磁感线从磁体的N极出发到磁体的S极终止

B．自由转动的小磁针放在通电螺线管内部，其N极指向螺线管的北极 C．磁感线的方向就是磁场方向 D．两条磁感线空隙处不存在磁场

【解析】磁感线与电场线不同，它是一条闭合曲线，在磁体的外总由N极到S极，而在磁体的内部则由S极到N极，故选项A是不正确的。

螺线管内部的磁感线和条形磁铁相似，是由S极到N极，即磁场方向也是从S极向N极，所以放置其中的小磁针N极必然是指向磁场方向，即螺线管的北极，故选项B正确。

只有磁感线是直线时，磁感线的方向才与磁场方向一致，如果磁感线是曲线，那么某点的磁场方向是用该点的切线方向来表示的，故选项C不正确。

磁感线是为研究问题方便而假想的曲线，磁场中磁感线有无数条，故提出两条磁感线之间是否有空隙，是否存在磁场等类似的问题是毫无意义的，故选项D不正确。

【例3】：如图所示为通电螺线管的剖面图，“”和“”分别表示导线中电流垂直纸面流进和流出，图中四个小磁针（黑色一端为N极）静止时的指向肯定错误的是（ ）

【解析】：根据安培定则可知，螺母管左端为N极，右端为S极，所以要螺线管内部磁场方向向左，外部则由左向右，故AB错误。

【探究2】如图所示，带负电的金属环绕轴OO以角速度ω匀速旋转，请判断，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是（ ）

A．N极竖直向上 B．N极竖直向下 C．N极沿轴线向左 D．N极沿轴线向右

【探究3】一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针正上方，如图所示．若带电粒子飞过小磁针上方的瞬间，小磁针N极向纸面内偏转，这带电粒子可能是（ ）

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 三、磁感叠加问题

磁场应强度B是矢量，满足分解合成的平行四边形定则，注意磁场应强度的方向就是该处的磁场方向，并不是在该处的电流的受力方向。

【例4】：在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图。过c点的导线所受安培力的方向（ ）

A．与ab边平行，竖直向上 B．与ab边平行，竖直向下 C．与ab边垂直，指向左边 D．与ab边垂直，指向右边 【解析】：本题考查了左手定则的应用。导线a在c处产生的磁场方向由安培定则可判断，即垂直ac向左，同理导线b在c处产生的磁场方向垂直bc向下，则由平行四边形定则，过c点的合场方向平行于ab，根据左手定则可判断导线c受到的安培力垂直ab边，指向左边。

方法点拨：此题也可应用电流之间的“同吸异斥”特点进行快速判断，即导线ABC中彼此平行，且电流大小相等流向相同，则C受到AB的吸引力方向相同，根据力的合成特点可知C选项正确。

【探究4】： 四根相互平行的通电长直导线a、b、c电流均为I，如图所示放在正方形的四个顶点上，每根通电直导线单独存在时，四边形中心O点的磁感应强度都是B，则四根通电导线同时存在时O点的磁感应强度的大小和方向为

A

．，方向向左 B

．，方向向下 C

．，方向向右 D

．，方向向上

四、安培分子电流假说

1．分子电流假说：分子、原子等物质的微粒内部存在一种环形电流，叫分子电流。这种环形电流使得每个物质微粒成为一个很小的磁体。这就是安培分子电流假说。

⑴对磁现象的解释：

磁化：在外界磁场作用下，使物体内部分子电流取向变得大致相同，对外显示出磁性。

消磁：加热、敲击或不但的改变外界磁场的方向，使物体内部分子电流取向重新变得杂乱，对外就不显示磁性。

⑵揭示磁现象的本质：磁铁的磁场的电流的磁场都是由运动电荷产生的 2．磁性材料分类：

⑴软磁性材料特点：易磁化易去磁：适用于交变磁场，常被用来制作变压器，电磁铁或继电器、镇流器以及各种电感元件的铁芯。

⑵硬磁性材料特点：磁化后剩磁强，常用于电表、扬声器、录音机等电气设备中的永磁体 【例5】：软铁棒在磁场中被磁化，这是因为（ ） A．软铁棒中形成了分子电流 B．软铁棒中产生了定向移动的电子流

C．软铁棒中的分子电流取向变得大致相同 D．软铁棒中的分子电流变大了 【解析】：根据安培分子电流假说可知，软铁棒在磁场中被磁化是由于软铁棒中的分子电流取向变得大致相同，故C选项正确。

【探究5】：关于磁现象的电本质，下列说法正确的是（ ） A．磁铁的磁场和电流的磁场都是运动电荷的运动产生的

B．一切磁作用都是电流或运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用

C．根据安培分子电流假说，在外界磁场的作用下，铁磁性物体内部分子电流取向变得大致相同时，物体就被磁化，两端就形成磁极

D．为了使永久磁铁保持磁性，要定期让它受到高温或猛烈的撞击，促使分子电流易于取向一致。

五、磁通量

1定义：磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的乘积叫穿过这个面积的磁通量，简称磁通，即Φ＝_____；单位：1wb=1_______

2．磁通量是标量；磁通密度即磁感应强度；即B=

S，即有1T=1Wbm

1N2Am 【例5】：如图所示，线圈平面与水平方向夹角θ=60°，磁感线竖直向下，线圈平面面积S=0.4m2

，匀强磁场磁感应强度B=0.6 T，

（1）则穿过线圈的磁通量Φ为多少？

（2）把线圈以cd为轴顺时针转过90°角，则通过线圈磁通量又为多少？通过线圈磁通量的变化量为多少？

（3）若把线圈以cd为轴顺时针转过180°角，则通过线圈磁通量的变化量又是多少？

【探究6】：放置六根通电导线，通以相等的电流，方向如图。则在a、b、c 、 d四个面积相等的正方形区域中，磁感线指向纸外且磁通量最大的区域是（ ） A．仅在a区 B．仅在b区 C．仅在c区 D．仅在d区

【针对训练】

1．有关磁感应强度B的方向，下列说法正确的是（ ） A、B的方向就是小磁针N极所指的方向

B、B的方向与小磁针在任何情况下N极受力方向一致 C、B的方向就是通电导线的受力方向 D、B的方向就是该处磁场的方向

2．关于磁感线的概念和性质，以下说法中正确的是 （ ） A．磁感线可以形象地描述磁场中各点的磁场方向和大小 B．两条磁感线的空隙处不存在磁场 C．磁感线是假想的曲线，实际并不存在

D．与静电场中的电场线不同，磁感线是闭合的 3．关于匀强磁场，下列说法中正确的是（ ） A．匀强磁场里的磁感线是等间距的平行直线 B．任意改变通电导线在匀强磁场中的方向，它所受到的磁场力的大小不变 C．在匀强磁场中，磁感应强度的大小处处相等 D．以上说法都不对

4．在通电螺线管内部有一点A，通过A点的磁感线方向一定是（ ） A．从螺线管的N极指向S极 B．放在该点的小磁针北极受力的方向 C．从螺线管的S极指向N极 D．放在该点的小磁针的南极受力的方向

5．磁场某区域的磁感线如图所示，a、b处的磁感应强度大小分别为Ba、Bb，则（ ） A．BaBb

C．Ba和Bb的方向相同

D．无法比较Ba和Bb的大小

6．如图所示是通电直导线周围磁感线分布示意图，磁感线的方向由箭头表示，各图中央是表示垂直于纸面的通电直导线的截面和其中的电流方向，其中正确的是（ ）

7．如图所示，在条形磁铁外面套一圆环，当圆环从磁铁的N极向下平移到S极的过程中，穿过圆环的磁通量如何变化（ ） A、逐渐增加 B、逐渐减少

C、先逐渐增加，后逐渐减少 D、先逐渐减少，后逐渐增大

8．下列说法正确的是 （ ）

A．穿过某一面积的磁通量为零，该面积所在处的磁感强度也为零 B．穿过任一面积的磁通量越大，该处磁感强度也越大

C．磁感应强度等于穿过垂直于磁感强度方向上的单位面积的磁通量

D．匀强磁场中任一平面的磁通量的值等于磁通密度乘以该平面在垂直于磁场方向的投影面积 9．如图所示条形磁铁竖直放置，N极向下，有大小两只圆形线圈a、b套在磁铁中部同一水平位置，则（ ）

A．穿过线圈的总磁通量是向上的 B．穿过两只线圈的磁通量均为零 C．穿过大线圈a的磁通量大 D．穿过小线圈b的磁通量大

10．一个可以自由运动的线圈L2和一个固定的线圈L1互相绝缘垂直放置，且两个线圈的圆心重合，当两线圈通以如图所示的电流时，从左往右看，则线圈L2将（ ） A、不动 B、顺时针转动 C、逆时针转动 D、向纸面内平动

11．如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，它的上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直的导体棒，给导线通以垂直纸面向内的电流，在通电的一瞬间则（ ） A.磁铁对桌面的压力减小 B.磁铁对桌面的压力增大 C.磁铁受到向右的摩擦力 D.磁铁受到向左的摩擦力

12．如图所示，面积为S的矩形线圈，垂直于磁感应强度B放置。则图示位置处，穿过线圈的磁通量为 。若线圈以OO′为轴转过60°，则穿过线圈的磁通量的变化量为 。若将线圈以OO′为轴转过90°，则穿过线圈的磁通量的变化量为 。若将线圈以OO′为轴转过180°，则穿过线圈的磁通量的变化量为 。 13．匀强磁场磁感强度B=0.2T,方向指向图所示x轴正方向，图中 ab=40㎝,be=30㎝,ad=50㎝,abcd、befc、aefd都是矩形，求穿过以上三个矩形的磁通量。