高二物理磁場問題歸納 知識精講 一. 本周教學內容：磁場問題歸納二. 學習目標：1、掌握電流磁場方向的判斷方法。2、重點掌握幾種常見的磁感線的分布特點及安培定則的應用。3、掌握磁感應強度的概念及其矢量性特點。考點地位：本節內容是高中磁場理論的基礎，涉及了高中階段各種常見的典型的磁場分布及其特點、地磁場的分布特點、磁場的疊加等，這些內容的深刻把握，對于處理磁場問題中的綜合問題有很好的作用。近幾年的高考中，突出的考查磁場的基本概念，如電磁感應強度的概念，安培定則等，出題形式主要以選擇或填空的形式出現。三. 重難點解析： 1. 磁場（1）定義：磁體或電流周圍存在一種特殊物質，能夠傳遞磁體與磁體、磁體和電流、電流和電流之間的相互作用，這種特殊的物質叫磁場。（2）磁場的基本性質：對放入其中的磁體和電流產生力的作用。（3）磁場的產生：磁體能產生磁場；電流能產生磁場。（4）磁場的方向：注意：小磁針北極（N極，指北極）受力的方向即小磁針靜止時北極所指方向，為磁場中該點的磁場方向。說明：所有的磁作用都是通過磁場發生的，磁場與電場一樣，都是場物質，這種物質并非由基本粒子構成。 2. 電流的磁場（1）電流對小磁針的作用1820年，丹麥物理學家奧斯特發現，通電后，通電導線下方的與導線平行的小磁針發生偏轉。如圖所示。（2）電流和電流間的相互作用有互相平行而且距離較近的兩條導線，當導線中分別通以方向相同和方向相反的電流時，觀察發生的現象是：同向電流相吸，異向電流相斥。小結：磁體與磁體間、電流與磁體間、電流和電流間的相互作用都是通過磁場來傳遞的，故電流能產生磁場。 3. 磁感線（1）磁感線是為了形象地描述磁場而人為假設的曲線。其疏密反映磁場的強弱，線上每一點的切線方向都跟該點的磁場方向相同。（2）磁感線的特點：在磁體外部，磁感線從北極發出，進入南極；在磁體內部由南極回到北極。磁感線的疏密表示磁場的強弱，磁感線越密的地方磁場越強；磁場方向在過該點的磁感線的切線上。磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷。（3）熟記幾種常見磁場的磁感線的分布。如：條形磁鐵、通電直導線、圓形電流、通電螺線管等。說明：磁感線是為了形象地研究磁場而人為假設的曲線，并不是客觀存在于磁場中的真實曲線。實驗時利用被磁化的鐵屑來顯示磁感線的分布情況，只是研究磁感線的一種方法，使得看不見、摸不著的磁場變得具體形象，給研究帶來方便；但是，絕不能認為磁感線是由鐵屑排列而成的。另外，被磁化的鐵屑所顯示的磁感線分布僅是一個平面上的磁感線分布情況，而磁鐵周圍的磁感線應該分布在長、寬、高組成的三維空間內。 4. 安培定則（右手螺旋定則）（1）定義：用右手握住導線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環繞方向。如圖所示。（2）安培定則的拓展環形電流的磁場：如圖所示。由（甲）圖過渡到（乙）圖。四指繞向為電流方向，則拇指方向即為環形電流中心軸線上磁感線方向。通電螺線管的磁場，如圖所示。（3）通電螺線管：右手握住螺線管，四指環繞電流方向，拇指方向即為螺線管內磁感線的方向。 5. 三種常用的電流磁場的特點及畫法比較（1）直線電流的磁場：無磁極，非勻強，距導線越遠處磁場越弱，畫法如圖所示。（2）通電螺線管的磁場：兩端分別是N極和S極，管內是勻強磁場，管外為非勻強磁場，畫法如圖所示。（3）環形電流的磁場：兩側是N極和S極，離圓環中心越遠，磁場越弱，畫法如圖所示。注意：磁場是分布在立體空間的，要熟練掌握常見磁場的磁感線的立體圖和縱、橫截面的畫法，以備解題時需要。這是本節內容的重點和難點。在學習磁場的過程中可與電場對比著進行掌握。同時要注意磁感線與電場線之間的區別。 6. 關于地磁場地球本身就是一個大磁體，具有以下幾個特點：（1）地磁場的N極在地球南極附近，S極在地球北極附近，磁感線分布如圖所示。地磁S極地磁N極（2）地磁場B的水平分量（）總是從地球南極指向北極，而豎直分量（）則南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下。（3）在赤道平面上，距離地球表面相等的各點，磁場強弱程度一致，且方向水平向北。（4）地球上的人類和某些生物常利用地磁來確定方向。【典型例題】問題1：電流磁場方向的判定問題： 1. （2002年上海）如圖所示為一種利用電磁原理制作的充氣泵的結構示意圖。其工作原理類似打點計時器，當電流從電磁鐵的接線柱a流入，吸引小磁鐵向下運動時，以下選項中正確的是（ ）。A. 電磁鐵的上端為N極，小磁鐵的下端為N極B. 電磁鐵的上端為S極，小磁鐵的下端為S極C. 電磁鐵的上端為N極，小磁鐵的下端為S極D. 電磁鐵的上端為S極，小磁鐵的下端為N極解析：當電流從a端流向電磁鐵時，據右手螺旋定則，測出電磁鐵的上端為S極，此時能吸引小磁鐵向下運動，故說明小磁鐵的下端為N極。答案：D變式1、考題2：如圖所示為磁場、磁場作用力演示儀中的赫姆霍茲線圈，當在線圈中心處掛上一個小磁針，且與線圈在同一平面內，則當赫姆霍茲線圈中通以如圖所示方向的電流時（ ）A. 小磁針N極向里轉B. 小磁針N極向外轉C. 小磁針在紙面內向左擺動D. 小磁針在紙面內向右擺動解析：由右手安培定則可知，螺線管內部的磁感線向里，小磁針N極的受力方向即為該處的磁場方向。答案：A變式2：考題3：如圖所示，一束帶電粒子沿水平方向沿虛線飛過磁針上方，并與磁針方向平行，能使磁針N極轉向讀者，那么這束帶電粒子可能是（ ）A. 向右飛的正離子B. 向左飛的負離子C. 向右飛的負離子D. 向左飛的正離子答案：CD問題2、典型磁場分布及安培定則的應用問題：考題4：在蹄形鐵心上繞有線圈，如圖所示，根據小磁針的指向，畫出線圈的繞線方向。考題5：圖所示是通電直導線周圍磁感線分布情況示意圖，各圖的中央表示垂直于紙面的通電直導線及其中電流的方向，其他的均為磁感線，其方向由箭頭指向表示，這四個圖中，正確的是（ ）答案：C考題6：圖所示（甲）、（乙）是兩種結構不同的環狀螺線管的示意圖，其中（乙）由兩個匝數相同、互相對稱的、半圓環形螺線管串聯而成，給它們按圖示方向通以電流，試畫出磁感線的分布情況示意圖。解析：畫電流產生的磁場的磁感線分布圖應注意掌握三條原則：電流的磁場方向，由右手螺旋定則（安培定則）決定；磁感線是閉合曲線；磁感應強度大的地方，磁感線密，磁感應強度小的地方，磁感線疏。考題7：某同學做奧斯特實驗時，把小磁針放在水平的通電直導線的下方，當通電后發現小磁針不動。稍微用手撥動一下小磁針，小磁針轉動了180后靜止不動。由此可知通電直導線的電流方向是（ ）。A. 自東向西B. 自南向北C. 自西向東D. 自北向南答案：A問題3、磁感應強度的概念及其矢量性理解：考題1：有關磁感應強度的下列說法中，正確的是（ ）A. 磁感應強度是用來表示磁場強弱的物理量B. 若有一小段通電導體在某點不受磁場力的作用，則該點的磁感應強度一定為零C. 若有一小段長為L，通以電流為I的導體，在磁場中某處受到的磁場力為F，則該處磁感應強度的大小一定是F/ILD. 由定義式B=F/IL可知，電流強度I越大，導線L越長，某點的磁感應強度就越小答案：A例2. 三根平行長直導線，分別垂直地通過一等腰直角三角形的三個頂點，如圖所示，現在使每條通電導線在斜邊中點處所產生的磁感應強度大小均為B。則該處實際磁感應強度的大小和方向如何？解析：根據安培定則，和在O點處產生的磁感應強度方向相同，在O點處產生的磁感應強度方向與它們垂直，由大小均為B可知，O點處實際磁感應強度的大小，方向在三角形所在的平面內與斜邊夾角。變式：針對訓練3：在紙面上有一個等邊三角形ABC，其頂點處都有通相同電流的三根長直導線垂直于紙面放置，電流方向如圖所示，每根通電導線在三角形的中心產生的磁感應強度大小為，則中心O處的磁感應強度大小為_。答案：零。【模擬試題】 1. 如圖所示，橡膠圓盤上帶有大量負電荷，當圓盤在水平面上沿逆時針方向轉動時，懸掛在圓盤邊緣上方的小磁針可能轉動的方向是（ ）A. N極偏向圓心B. S極偏向圓心C. 無論小磁針在何位置，圓盤轉動對小磁針無影響D. A、B兩種情況都有可能 2. 對以下電磁現象判斷正確的是（ ）A. 指南針在大電流輸電線路附近時，指示方向不正確B. 兩條平行的輸電導線有靠近的趨勢C. 東西走向的輸電導線總是受到向下的磁場力D. 柔軟的螺線管通電后長度縮短 3. 關于地磁場下列說法中正確的是（ ）A. 地理位置的南、北極即為地磁場的南北極B. 地磁場的磁感線是不閉合曲線C. 在赤道上的磁針的N極在靜止時指向地理南極D. 在赤道上的磁針的N極在靜止時指向地理北極 4. 如圖所示為某磁場的一條磁感線，其上有A、B兩點，則（ ）A. A點的磁感應強度一定大B. B點的磁感應強度一定大C. 因為磁感線是直線，A、B兩點的磁感應強度一樣大D. 條件不足，無法判斷 5. 如圖所示，在同一平面內有四根彼此絕緣的通電直導線，四根導線中電流，要使O點處磁場增強，則應切斷哪一根導線中的電流（ ）A. 切斷B. 切斷C. 切斷D. 切斷 6. 對于通有穩恒電流的長而直的螺線管，下面說法中正確的是（ ）A. 通電螺線管內部的磁場是勻強磁場B. 通電螺線管磁感線的分布都是從N極指向S極C. 放在通電螺線管內部的小磁針靜止時，N極指向通電螺線管的N極D. 通電螺線管內部的小磁針靜止時，N極指向螺線管的S極 7. 在地球赤道上空有一小磁針處于水平靜止狀態，突然發現小磁針N極向東偏轉，由此可知（ ）A. 一定是小磁針正東方向有一條形磁鐵的N極靠近小磁針B. 一定是小磁針正東方向有一長形磁鐵的S極靠近小磁針C. 可能是小磁針正上方有電子流自南向北通過D. 可能是小磁針正上方有電子流自北向南水平通過 8. 如圖所示，三條長直導線都通以垂直于紙面向外的電流，且，則距三導線等距的A點的磁場方向為（ ）A. 向上B. 向右C. 向左D. 向下 9. 鐵環上繞有絕緣的通電導線，電流方向如圖所示，則鐵環中心O處的磁場方向為（ ）A. 向下B. 向上C. 垂直紙面向里D. 垂直紙面向外 10. 如圖所示，a、b是直線電流的磁場，c、d是環形電流的磁場，e、f是螺線管電流的磁場，試在各圖中補畫出電流方向或磁感線方向。參考答案 1. A 提示：負電荷的運動方向與其形成的電流方向相反，在盤上方的磁場方向應指向圓心。 2. A、D提示：大的輸電流的導線在其附近產生較強的磁場，會對磁針產生顯著的作用，故指南針指示方向不正確，A選項正確。兩條平行的輸電導線中若電流方向相反，兩導線受到相互排斥的磁場力，相互遠離，通電螺線管相鄰導線電流方向相同，各圈導線之間相互吸引，螺線管縮短，故B選項不正確，D選項正確，東西走向的輸電導線與地磁場方向垂直，要受到磁場力的作用，但因電流的方向不同而使輸電導線受到的磁場力也不相同，方向可能向上，也可能向下，故C選項不正確。 3. D提示：據地磁場特點知，地理北極即為地磁場南極，即S極，在地球表面磁感線由地理南極指向地理北極，故A、B、C都不對，D是正確的。 4. D提示：因磁感應強度的大小是由磁感應線的疏密度決定的。 5. D提示：由安培定則可知，的磁場在O處與其他磁場方向相反。 6. A、C提示：磁感線是閉合曲線，外部從N極到S極，內部從S極指向N極。 7. C提示：在赤道上空地磁場方向為水平向北，在地磁場的作用下，小磁針只穩定地水平指北，而指北的這一端為小磁針的N極。當小磁針的N極突然向東偏轉，說明小磁針所在空間內突然有一指向東邊的磁場對小磁針產生磁力的作用。這一磁場既可是磁體產生的，也可是電流產生的。在小磁針正東方向，條形磁鐵N極所產生的磁場是經小磁針指向西方，故A選項一定不成立。而條形磁鐵S極產生的磁場是經小磁針自西指向東，故B選項可能成立，但不是惟一原因，故B選項不對。當小磁針正上方有電子流通過時，電子流產生的磁場是在垂直于電子流的平面內，以電子流為圓心的同心圓。而小磁針的磁場方向將因電子流水平通過而成水平方向，若電子流水平自南向北，則經過小磁針的磁場方向為水平向東；若電子流水平自北向南，則其經小磁針的磁場方向為水平向西。由此可知C選項正確。 8. B提示：的磁場在A處合成為0，故只有的磁場。 9. A提示：鐵環上端為N極，下端為S極，故磁場方向為向下。 10. 解：根據安培定則有a圖中的電流方向為“”，b圖中電流方向向上；c圖中電流方向為逆時針，d圖中磁感線方向向下；e圖中磁感線方向向左，f圖中磁感線方向向右。【勵志故事】真理需要堅持 一天，在課堂上，哲學家蘇格拉底拿出一個蘋果，站在講臺前說：“請大家聞聞空氣中的味道！” 一位學生舉手回答：“我聞到了，是蘋果的香味！”蘇格拉底走下講臺，舉著蘋果慢慢地從每一個學生的面前走過，并叮囑道：“大家再仔細聞一聞，