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1、 磁场_巩固加强 磁场是历年高考的考查重点，特别是磁场对运动电荷的作用力洛仑兹力，以及电荷在复合场中的运动，一直是高考的热点之一，几乎是年年必考，并且综合性强，难度较大。一般考查带电粒子在复合中做匀速直线运动、匀速圆周运动、抛物线运动等。求解这类问题要注意分析粒子的受力图景、运动图景和能量图景，依据受力和初始条件来确定粒子的运动情况，结合运动情况充分利用数学几何知识求解相关问题。如 2001 年全国卷第 18 题、2004 年湖北理综第 24 题、2004 年广西卷第 18 题、2004 年全国理综（四）第 24 题等。这一章的知识在科研生产实际中有许多重要应用，联系实际是这一章的最大亮点，如
2、速度选择器、质谱仪、回旋加速器、磁流体发电机、电磁流量计、霍耳效应等，几乎是年年考，重复考！同学们一定要舍得下功夫把这些问题弄通弄懂！磁场夯实基础知识1、磁场的产生：磁极周围有磁场。电流周围有磁场（奥斯特） 。变化的电场在周围空间产生磁场（麦克斯韦） 。存在于（磁体、通电导线、运动电荷、变化电场、地球的）周围2、磁场的物质性： 磁场是存在于磁体、电流和运动电荷周围空间的一种特殊形态的物质。3、磁场的基本特性：磁场对处于其中的磁极、电流和运动电荷有力的作用；磁极与磁极、磁极与电流、电流与电流之间的相互作用都是通过磁场发生的( 对 磁 极 一 定 有 力 的 作 用 ； 对 电 流 只 是 可 能
3、 有 力 的 作 用 ， 当 电 流 和 磁 感线 平 行 时 不 受 磁 场 力 作 用 )。4、磁场的方向：磁感线在该点的切线方向;规定在磁场中任意一点小磁针北极的受力方向（小磁针静止时 N 极的指向）为该点处磁场方向。对磁体：外部(N S)，内部 (S N)组成闭合曲线；这点与静电场电场线 (不成闭合曲线)不同。用安培左手定则判断5、磁现象的电本质：奥斯特发现电流磁效应（电生磁）后，安培提出分子电流假说（又叫磁性起源假说）：认为在原子、分子等物质微粒内部，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，它的两侧相当于两个磁极；从而揭示了磁铁磁性的起源：磁铁的磁场和电流
4、的磁场一样都是由电荷运动产生的；根据分子电流假说可以解释磁化、去磁等有关磁现象。 （不等于说所有磁场都是由运动电荷产生的。 ）二、磁感线，电场中引入电场线描述电场，磁场中引入磁感线描述磁场。1、磁感线的定义：为了形象描述磁场，在磁场中画出一簇有向曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致，这簇曲线叫做磁感线。2、物理意义：描述磁场大小和方向的工具(物理摸型) ，磁场是客观存在的，磁感线是一种工具。3、磁感线的性质：（1）磁感线上任意一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同（该点处磁场方向、磁感应强度方向、磁感线的切线方向、小磁针北极受力方向、小磁针静止时 N 极指向都是同一个方向） ；（
5、2）任何两条磁感线不相交、不相切；（3）任何一根磁感线都不中断，是闭合曲线；磁感线在磁体的外部是 N 极指向 S 极，在内部是 S 极指向 N 极；（4）磁感线的稀密表示磁场的强弱，磁感线越密处磁场越强，反之越弱；（5）磁感线并不真实存在，但其形状可以用实验模拟；没有画出磁感线的地方，并不等于没有磁场。3、熟悉几种常见磁场的磁感线的分布：蹄形磁体的磁场、条形磁体的磁场、直线电流的磁场、环形电流的磁BS 场、通电螺电管的磁场。4、地磁场：要明白三个问题：(磁极位置 ? 赤道处磁场特点?南北半球磁场方向 ?)（1）地球是一个巨大的磁体、地磁的 N 极在地理的南极附近，地磁的 S 极在地理的北极附近
6、；（2）地磁场的分布和条形磁体磁场分布近似；（3）在地球赤道平面上，地磁场方向都是由北向南且方向水平（平行于地面） ；（4）近代物理研究表明地磁场相对于地球是在缓慢的运动和变化的；地磁场对于地球上的生命活动有着重要意义。电流的磁场、安培定则夯实基础知识1、直线电流的磁场。磁感线是以导线为圆心的同心圆，其方向用安培定则判定：右手握住导线，让伸直的大姆指指向电流方向，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。直线电流周围空间的磁场是非匀强磁场，距导线近，磁场强；距导线远，磁场弱。2、环形电流的磁场。右手握住环形导线，弯曲的四指和环形电流方向一致，伸直的大姆指所指方向就是环形电流中心轴线上磁感线的方
7、向3、通电螺线管的磁场。右手握住螺线管，让弯曲的四指指向电流方向，伸直的大姆指的指向为螺线管内部磁感线方向；长通电螺线管内部的磁感线是平行均匀分布的直线，其磁场可看成是匀强磁场，管外空间磁场与条形磁体外部空间磁场类似。四、磁感应强度磁场的最基本性质是对放入其中的电流有磁场力的作用。电流垂直于磁场时受磁场力最大，电流与磁场方向平行时，磁场力为零。1、定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，所受的安培力 F 跟电流 I 和导线长度 L 之乘积 IL 的比值叫做磁感应强度，定义式为 。 （条件是匀强磁场中，或 L 很小，并且 LB ）ILFB磁感应强度是矢量。单位是特斯拉，符号为 T，1T=1N/
8、(A m)=1kg/(As2)2、对定义式的理解：（1）定义式中反映的 F、B 、I 方向关系为：B I，FB ，FI，则 F 垂直于 B 和 I 所构成的平面。（2）定义式可以用来量度磁场中某处磁感应强度，不决定该处磁场的强弱，磁场中某处磁感应强度的大小由磁场自身性质来决定。（3）磁感应强度是矢量，其矢量方向是小磁针在该处的北极受力方向，与安培力方向是垂直的。（4）如果空间某处磁场是由几个磁场共同激发的，则该点处合磁场（实际磁场）是几个分磁场的矢量和；某处合磁场可以依据问题求解的需要分解为两个分磁场；磁场的分解与合成必须遵循矢量运算法则。3、匀强磁场：磁感强度的大小处处相等，方向都相同的区域
9、。两个较大的异名磁极之间(除边缘外) ，长直通电螺线管内部(除两端外)都是匀强磁场。匀强磁场的磁感线是平行等距的直线。磁通量、磁通密度夯实基础知识1、磁通量的定义：如果在磁感应强度为 B 的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，其面积为 S，则定义 B 与 S 的乘积为穿过这个面的磁通量，用 表示。可以认为磁通量就是穿过某面积的磁感线的条数叫做穿过这一面积的 磁通量。2、磁通量的计算公式：若面积 S 所在处为匀强磁场 B，磁感应强度方向又垂直面积 S，则穿过面积 S 的磁通量为 =BS。若面积 S 与垂直于磁场方向的平面间的夹角为 ，则穿过 S 的磁通量 BS BScos；若 S 与 B 之间
10、的夹角为 ，则 BS BSsin；无论采用哪一种公式计算，关键把握住“线圈的有效面积线圈平面沿磁场方向的投影”若平面 S 与磁场 B 平形，则 =03、磁通量是标量，没有方向，但有正负。若规定磁感线从某一边穿过平面时磁通量为正，则反方向穿过平面的磁通量就为负，当某面上同时有正反两个方向的磁感线穿过时，则穿过该面的实际磁通量为正负磁通量的代数和， 正 负 。4、穿过某一线圈（多匝时）平面的磁通量的大小与线圈的匝数无关。穿过任意闭合曲面的总磁通量总是为零（如：穿过地球表面的总磁通量为零） 。5、在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯（Wb）：1Wb1Tm 21Nm 2/Am1Nm/A1J/A1VAS/
11、A 1VS。6、磁通密度：垂直穿过单位面积上磁感线的条数（/S ）叫磁通密度。由 BS ，有 B/S ，故磁感应强度也叫磁通密度。磁通密度是从磁感线的稀密角度来描述磁场强弱的。国际单位制中规定：垂直穿过 1m2 面积上的磁感线条数为 1 根时，该面上的磁感应强度为 1T（1T1Wb/m 2） 。磁场对电流的作用夯实基础知识一、磁场对直线电流的作用1、安培力：磁场对电流的作用叫安培力。2、安培力的大小：（1）安培力的计算公式：FBILsin ， 为磁场 B 与直导体 L 之间的夹角。（2）当 90时，导体与磁场垂直，安培力最大 FmBIL；当 0时，导体与磁场平行，安培力为零。（3）FBILsi
12、n 要求 L 上各点处磁感应强度相等，故该公式一般只适用于匀强磁场。3、安培力的方向：（1）安培力方向用左手定则判定：伸开左手，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流方向，那么大拇指所指的方向就是通电导体在磁场中的受力方向。（2）F、B、I 三者间方向关系：已知 B、I 的方向（B、 I 不平行时） ，可用左手定则确定 F 的唯一方向：FB，F I，则 F 垂直于 B 和 I 所构成的平面（如图所示） ，但已知 F 和 B 的方向，不能唯一确定 I 的方向。由于I 可在图中平面 内与 B 成任意不为零的夹角。同理，已知
13、F 和 I 的方向也不能唯一确定 B 的方向。（3）用“同向电流相吸，反向电流相斥”（反映了磁现象的电本质） 。只要两导线不是互相垂直的，都可以用“同向电流相吸，反向电流相斥”判定相互作用的磁场力的方向；当两导线互相垂直时，用左手定则判定。4、安培力的作用点：安培力是分布在导体的各部分，但直导线在匀强磁场中受安培力的作用点是导体受力部分的几何中心。磁场对运动电荷的作用夯实基础知识一、洛仑兹力的大小和方向1、洛仑兹力的概念。磁场对运动电荷的作用力叫洛仑兹力。2、洛仑兹力的大小。（1）洛仑兹力计算式为 FqvBsin ，其中 为 v 与 B 之间的夹角；（2）当 0时，vB，F 0；当 90 时，
14、vB ，F 最大，最大值 FmaxqvB 。3、洛仑兹力的方向。（1）洛仑兹力的方向用左手定则判定：伸开左手，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入掌心，四指指向正电荷的运动方向，那么，大拇指所指的方向就是正电荷所受洛仑兹力的方向；如果运动电荷为负电荷，则四指指向负电荷运动的反方向。（2）F、v、B 三者方向间的关系。已知 v、B 的方向，可以由左手定则确定 F 的唯一方向：Fv、FB、则 F垂直于 v 和 B 所构成的平面（如图所示） ；但已知 F 和 B 的方向，不能唯一确定 v 的方向，由于 v 可以在 v 和 B所确定的平面内与 B 成不为零
15、的任意夹角，同理已知 F 和 v 的方向，也不能唯一确定 B 的方向。二、洛仑兹力的特性1、洛仑兹力计算公式 F 洛 qvB 可由安培力公式 F 安 =BIL 和电流的微观表达式 InqvS 共同推导出：F 安BIL B（nqvS ）L （nSL）qvB，而导体 L 中运动电荷的总数目为 NnsL，故每一个运动电荷受洛伦兹力为F 洛 F 安 /NqvB。安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。2、无论电荷的速度方向与磁场方向间的关系如何，洛仑兹力的方向永远与电荷的速度方向垂直，因此洛仑兹力只改变运动电荷的速度方向，不对运动电荷作功，也不改变运动电荷的速率和动能。所以运动电荷垂直磁感线进入匀
16、强磁场仅受洛仑磁力作用时，一定作匀速圆周运动。3、洛仑兹力是一个与运动状态有关的力，这与重力、电场力有较大的区别，在匀强电场中，电荷所受的电场力是一个恒力，但在匀强磁场中，若运动电荷的速度大小或方向发生改变，洛仑兹力是一个变力。带电粒子在匀强磁场中的运动夯实基础知识1、在不计带电粒子（如电子、质子、 粒子等基本粒子）的重力的条件下，带电粒子在匀强磁场有三种典型的运动，它们决定于粒子的速度（v）方向与磁场的磁感应强度（B）方向的夹角（ ） 。（1）若带电粒子的速度方向与磁场方向平行时，粒子不受洛仑兹力作用而作匀速直线运动。（2）若粒子的速度方向与磁场方向垂直，则带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度 v 作匀速圆周运动，其运动所需的向心力全部由洛仑兹力提供。
