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一轮复习第一讲 磁场及其描述

【基础知识梳理】

一、磁场、磁感应强度 (考纲要求 Ⅰ)

( 1)基本特性:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用.

( 2)方向:小磁针的 N极所受磁场力的方向.

2.磁感应强度

( 1)物理意义:描述磁场的强弱和方向.

( 2)大小:(通电导线垂直于磁场). F= BIL通电导线受力为零时,磁感应强度不一定为零.

( 3)方向:小磁针静止时 N极的指向.磁感应强度的方向不是小磁针北极的指向,而是自由小磁针静止时北极的指向.

( 4)单位:特斯拉 (T)

3.匀强磁场

( 1)定义:磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场.

( 2)特点

匀强磁场中的磁感线是疏密程度相同的、方向相同的平行直线

二、磁感线 通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 (考纲要求Ⅰ)

1.磁感线

( 1)磁感线:在磁场中画出一些有方向的曲线,使曲线上各点的切线方向跟这点的磁感应强度方向一致.

( 2)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布

2.几种电流的磁场分布

【核心考点突破】

磁感线的特点

【例 1】(广东高考)磁体之间的相互作用是通过磁场发生的.对磁场认识正确的是()

A.磁感线有可能出现相交的情况

B.磁感线总是由 N极出发指向 S

C.某点磁场的方向与放在该点小磁针静止时 N极所指方向一致

D.若在某区域内通电导线不受磁场力的作用,则该区域的磁感应强度一定为零

【答案】 C

【解析】磁感线是人为画出的、描述磁场的曲线,不相交,故选项 A错误;由于是闭合曲线,在磁体外部是由 N极指向 S极,在内部是由 S极指向 N极,故选项 B错误;若导线与磁场方向平行,则导线不受磁场力的作用,选项 D错误;故本题正确选项为 C.

【点拨】 磁感线和电场线的特性有相似之处,都能表示场的强弱和方向,但也有不同:电荷周围的电场线是不闭合的,磁感线是闭合的.

二、对磁感应强度 B的理解及磁感应强度 B的叠加

1.磁感应强度由磁场本身决定,就像电场强度由电场本身决定一样,跟该位置放不放通电导线无关,因此不能根据公式BF成正比,与 IL成反比.

2.磁感应强度 B的定义式也是其度量式,但用来测量的小段通电导线必须垂直放入磁场,如果小段通电导线平行放入磁场,则所受安培力为零,但不能说该点的磁感应强度为零.

3.磁感应强度是矢量,其方向为放入其中的小磁针静止时 N极的指向.

4.磁感应强度 B与电场强度 E的比较

电场强度 E是描述电场强弱的物理量,磁感应强度 B是描述磁场强弱的物理量.这两个物理量比较如下表所示:

【例 2】下列关于磁感应强度大小的说法,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.通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大

C.放在匀强磁场中各处的通电导线,受力大小和方向处处相同

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和方向无关

【答案】 D

【解析】磁场中某点磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定,与通电导线的受力及方向都无关,故选项 A错误,选项 D正确.通电导线在磁场中受力的大小不仅与磁感应强度有关,而且与通电导线的取向有关,故选项 B错误.虽然匀强磁场中磁感应强度处处相等,但当导线在各个位置的方向不同时,磁场力是不相同的(导线与磁场垂直时所受磁场力最大,与磁场平行时所受磁场力为 0),而选项 C中没有说明导线在各个位置的取向是否相同,所以选项 C错误.

[针对训练 1]关于磁感应强度 B,下列说法中正确的是()

A.磁场中某点 B的大小,跟放在该点的试探电流元的情况有关

B.磁场中某点 B的方向,跟放在该点的试探电流元所受磁场力方向一致

C.在磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用时,该点 B值大小为零

D.在磁场中磁感线越密集的地方,磁感应强度越大

(答案下期找)

【例 3】( 2011大纲全国. 15)如图 3所示,两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流 I 1I 2,且 I 1> I 2abcd为导线某一横截面所在平面内的四点且 abc与两导线共面; b点在两导线之间, bd的连线与导线所在平面垂直.磁感应强度可能为零的点是()

Aa

Bb

Cc

Dd

【答案】 C

【解析】由于 I 1> I 2,且离导线越远产生的磁场越弱,在 aI 1产生的磁场比 I 2产生的磁场要强, A错,同理, C对. I 1I 2b点产生的磁场方向相同,合成后不可能为零, B错. d点两电流产生的磁场 B 1B 2不共线,合磁场不可能为 0D错.

【点拨】 磁感应强度是矢量,其合成同样遵守平行四边形定则,即先根据安培定则判断每条导线在某点的磁感应强度的大小和方向,然后根据平行四边形定则进行合成.

[针对训练 2]( 2009荆州模拟)如图 4所示,一根通电直导线垂直放在磁感应强度为 1 T的匀强磁场中,在以导线截面的中心为圆心, r为半径的圆周上有 abcd四个点.已知 a点的实际磁感应强度为 0,则下列叙述正确的是()

A.直导线中的电流方向垂直纸面向里

Bb点的实际磁感应强度为,方向斜向上,与 B的夹角为 45°

Cc点的实际磁感应强度也为 0

Dd点的实际磁感应强度与 b点相同

(答案下期找)

三、安培定则的应用及磁场方向的确定

【例 4】如图 5所示,直导线 AB、螺线管 C、电磁铁 D三者相距较远,它们的磁场互不影响,当开关 S闭合后,则小磁针的北极 N(黑色一端)指示出磁场方向正确的是()

Aac

Bbc

Ccd

Dad

【答案】 A

【解析】根据安培定则判断出:( 1) AB直导线在小磁针 a所在位置垂直纸面向外,所以磁针 aN极指向正确;( 2) C左侧为 N极,内部磁场向左,所以磁针 cN极指向正确,磁针 bN极指向不对;( 3) D左为 S极,右为 N极,所以磁针 dN极指向不正确.

【点拨】( 1)电流的磁场分布于三维空间,用安培定则时要注意磁场的空间性.

( 2)小磁针在磁场中静止时,北极指向与磁场方向一致,在此要特别注意螺线管内部的磁场方向.

[针对训练 3]( 2011新课标. 14)为了解释地球的磁性, 19世纪安培假设:地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流 I引起的.在下列四个图中,正确表示安培假设中环形电流方向的是()

四、对磁通量的理解

1.如图 6甲、乙所示,如何计算下面两图中磁通量的大小,你是怎样理解面积 S的含义的?

2.如果图 6中的线圈都是 n匝线圈,那么通过线圈的磁通量又应该如何计算?

3.如何计算图 7中穿过线圈的磁通量的大小?

【总结】

1. S为线圈在磁场中的有效面积,即线圈在磁场中沿垂直磁场方向投影面的面积.

2.与上一问的情况相同,线圈的磁通量等于通过某一匝的磁通量.

3.用向里的磁通量减向外的磁通量.

【例 5】如图 8所示,矩形线圈有 N匝,面积大小为 S,放在水平面内,加一个竖直向下的范围较大的匀强磁场,磁感应强度为 B,则穿过平面的磁通量是多少?若使线圈绕 ab边转过 60°,则穿过线圈平面的磁通量是多少?若线圈绕 ab边转过 180°,则穿过线圈的磁通量改变了多少?

【答案】 BS;; 2 BS

【解析】 由磁通量的定义可知Φ 1BS

ab边转过 60°后的磁通量为Φ 2BScos 60°=

ab边转过 180°后的磁通量为Φ 3=- BS

磁通量的改变量为ΔΦ=|Φ 3-Φ 1|= 2 BS.

【点拨】磁通量的大小直接用公式Φ= BScosθ求解即可,应特别注意θ角的大小及Φ的正负号.