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1、2012 届高考物理基础知识归纳:磁场及其描述第 1 时磁场及其描述基础知识归纳1 磁场(1)磁场：磁极、电流和运动电荷周围存在的一种物质；所有磁现象都起于电荷运动；磁场对放入其中的磁体(通电导线和运动电荷)产生力的作用；(2)磁场的方向：规定小磁针在磁场中N极的受力方向( 或小磁针静止时N 极的指向)为该处的磁场方向2 磁感线及其特点用形象描述磁场的一组假想曲线，任意一点的切线方向为该点磁场方向，其疏密反映磁场的强弱；在磁体外部磁感线由N极到S极，在内部由S 极到N极，形成一组永不相交的闭合曲线3 几种常见的磁感线(1)条形磁铁的磁感线：见图 1，外部中间位置磁感线切线与条形磁铁平行；(2)
2、蹄形磁铁的磁感线：见图 2 图 1图 2(3)电流的磁感线：电流方向与磁感线方向的关系由安培定则判定直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场 特点无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越弱与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场最强，管外为非匀强磁场环形电流的两侧是 N 极和 S 极且离圆环中心越远，磁场越弱立体图 横截面图 纵截面图 (4)地磁场的磁感线：见图 3，地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，其主要特点有三个：地磁场的N极在地理南极附近，S极在地理北极附近；地磁场 B 的水平分量(Bx)总是从地球南极指向地球北极，而竖直分量 B 在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下；在赤道平面上，
3、距离表面高度相等的各点，磁感应强度相等，且方向水平向北() 匀强磁场的磁感线：磁场的强弱及方向处处相同；其磁感线是疏密相同，方向相同的平行直线；距离很近的两个异名磁极之间的磁场及通电螺线管内部的磁场(边缘部分除外) ，都可以认为是匀强磁场4 磁感应强度用表示磁场强弱和方向的物理量(符号：B)定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受安培力与电流的比值大小：B ，单位：特斯拉(符号：T)方向：磁场中某点的磁感应强度方向是该点磁场的方向，即通过该点的磁感线的切线方向；磁感应强度的大小由磁场本身决定，与放入磁场中的电流无关磁感应强度是矢量磁通量()在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有一个与磁场方向
4、垂直的平面，面积为 S，我们把 B 与 S 的乘积叫做穿过这个面积的磁通量用公式表示为：BS磁通量是标量，但有方向重点难点突破一、理解“磁场方向 ”、 “磁感应强度方向”、 “小磁针静止时北极的指向”以及“磁感线切线方向 ”的关系它们的方向是一致的，只要知道其中任意一个方向，就等于知道了其他三个方向二、正确理解磁感应强度1 磁感应强度是由比值法定义的，磁场中某位置的磁感应强度的大小及方向是客观存在的，由磁场本身的性质决定，与放入的通电导线的电流大小 I、导线长度 L 无关，与通电导线是否受安培力无关，即使不放入通电导体，磁感应强度依然存在；2 必须准确理解定义式 B 成立的条是通电导线垂直于磁
5、场放置磁场的方向与安培力的方向垂直；3 磁感应强度是矢量，遵守矢量分解、合成的平行四边形定则三、安培定则的应用1 判定直线电流形成的磁场方向：大拇指指电流方向，四指指磁场的环绕方向2 判定环形电流(或通电螺线管)的磁场方向时，四指指电流方向，大拇指指环内中心轴线(或螺线管内部)的磁感线方向典例精析1 对磁感应强度的理解【例 1】以下说法正确的是()A 电流元在磁场中受磁场力为 F，则 B ，电流元所受磁场力 F的方向即为该点的磁场方向B 电流元在磁场中受磁场力为 F，则磁感应强度可能大于或等于 磁场中电流元受磁场力大的地方，磁感应强度一定大D 磁感应强度为零的地方，一小段通电直导线在该处一定不
6、受磁场力【解析】判断磁感应强度的大小，需在电流元受力最大的前提下进行，且电流元受磁场力方向与该点磁场方向垂直，故 A 错，B 对电流元在磁场中所受磁场力与其放置的位置有关，电流元受力大的地方磁感应强度不一定大，故错【答案】BD【思维提升】(1)准确理解公式 B 成立的条是 BI，即受力最大的前提是解题的关键；(2)准确理解磁感应强度的大小、方向是由磁场本身的性质决定的，不能说 B 与 F 成正比、与 IL 的乘积成反比【拓展 1】一根导线长 02 ，通有 3 A 的电流，垂直磁场放入磁场中某处受到的磁场力是 6102 N，则该处的磁感应强度大小 B 为01T ；如果该导线的长度和电流都减小一半
7、，则该处的磁感应强度大小为01T 若把这根通电导线放入磁场中的另外一点，所受磁场力为 12102 N ，则该点磁感应强度大小为 02T【解析】通电导线垂直放入磁场中，由定义式得B T01 T某点的磁感应强度由磁场本身决定，故 B01 T当通电导线在某处所受磁场力一定，将其垂直放入时，对应的 B最小Bin= T02 T ，故 B02 T2 安培定则的应用【例 2】当 S 闭合时，在螺线管内部的一根小铁棒被磁化，右端为 N 极试判断通电螺线管的极性和电的极性，这时用绝缘线悬挂的小通电圆环将怎样运动(俯视)？【解析】小磁针(本题中为磁化后的软铁棒) 静止时 N 极的指向为该点的磁场方向，在螺线管内部
8、磁感线由 S 极到 N 极，故螺线管内右端为 N 极再根据安培定则及等效法确定电右端为负极，左端为正极，小通电圆环顺时针转动(同时靠近螺线管)【思维提升】明确磁场方向，小磁针 N 极受力方向( 或静止时 N极指向)、磁感线在该点的切线方向及磁感应强度 B 的方向是同一个方向明确磁感线在磁体外部是由 N 极到 S 极，在内部是由 S 极到 N极的闭合曲线【拓展 2】弹簧秤下挂一条形磁棒，其中条形磁棒 N 极的一部分位于未通电的螺线管内，如图所示下列说法正确的是( A )A 若将 a 接电正极，b 接负极，弹簧秤示数将减小B 若将 a 接电正极，b 接负极，弹簧秤示数将增大若将 b 接电正极，a
9、接负极，弹簧秤示数将增大D 若将 b 接电正极，a 接负极，弹簧秤示数将减小【解析】条形磁铁在本题中可以看做小磁针，当 a 接电正极时，条形磁铁的 N 极方向与螺线管的磁感线方向相反，相互排斥，示数减小，A 对，B 错；同理对，D 错su3 安培定则与磁感应强度的矢量性【例 3】如图所示，互相绝缘的三根无限长直导线的一部分ab、d、ef 组成一个等边三角形三根导线通过的电流大小相等，方向如图所示为三角形的中心， 、N 分别为关于 ab、d 的对称点已知三电流形成的合磁场在点的磁感应强度的大小为 B1，在点的磁感应强度大小为 B2，此时合磁场在 N 点的磁感应强度的大小为若撤去 ef 中的电流，
10、而 ab、d 中电流不变，则 N 点的磁感应强度大小为【解析】设每根电流线在点产生的磁感应强度大小为 B0，ef 、d在点产生的磁感应强度大小为 B0，则在点有 B1B0 在点有 B22B0B0在 N 点有 BNB0 B1撤去 ef 中的电流后，在 N 点有 BNB0B0由式解得 BN 【答案】B1； 【思维提升】直线电流的磁场方向由安培定则确定，直线电流的磁场强弱与电流 I 的大小及位置有关，充分利用“ 对称性”是解本题的关键【拓展 3】三根平行的直导线，分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点，如图所示，现使每条通电导线在斜边中点所产生的磁感应强度的大小为 B 则该处的实际磁感应强度的大
11、小和方向如何？【解析】根据安培定则，I1 与 I3 在点处产生的磁感应强度相同，I2 在点处产生的磁感应强度的方向与 B1(B3)相垂直又知B1、B2、B3 的大小均为 B，根据矢量的运算可知处的实际磁感应强度的大小 B0 ，方向三角形平面内与斜边夹角 artan 2，如图所示易错门诊【例 4】如图所示，电流从 A 点分两路通过环形支路再汇合于 B点，已知两个支路的金属材料相同，但截面积不相同，上面部分的截面积较大，则环形中心处的磁感应强度方向是 ()A 垂直于环面指向纸内 B 垂直于环面指向纸外磁感应强度为零 D 斜向纸内【错解】根据磁感应强度的矢量性，在点场强很有可能选择或 D【错因】对于两个支路的电流产生的磁场在点的磁场的大小没作认真分析，故选择，有时对方向的分析也不具体，所以容易选择 D【正解】两个支路在处的磁感应强度方向均在垂直于圆环方向上，但上面支路的电流大，在处的磁感应强度较大，故叠加后应为垂直于纸面向里，选择 A【答案】A【思维提升】认真审题，结合电路的结构特点，分析电流的大小关系，利用矢量合成原理分析处的磁感应强度方向
