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1.磁场:在磁体或电流周围空间存在的一种特殊物质。
2.磁场的基本性质:磁场能够对磁体产生力的作用,令磁体与磁体间相互吸引或排斥,使磁针
发生偏转。
3.磁场的方向:人们把磁场中某点小磁针静止时北极的指向规定为该点磁场的方向。
4.磁感应强度
(1)物理意义:描述磁场的强弱和方向的物理量。
(2)定义:物理学中,把垂直于磁场方向的一小段通电直导线受到的力F与电流I和直导线长度l
的乘积之比,称为磁感应强度。
第1节 磁场及其描述
知识 清单破
知识点 1 磁场 磁感应强度
(3)公式:B=
(4)单位:在国际单位制中,其单位是特斯拉,简称特,符号是T,1 T=1 。
(5)矢量性:磁感应强度是矢量,磁场中某点的磁感应强度方向,即该点的磁场方向,也就是放在
该点的小磁针静止时N极的指向。
1.磁感线:在磁场中画出一些假想曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场的方向一
致,这样的曲线就叫做磁感线。
2.磁感线的特点
(1)用来形象地描述磁场。
(2)在磁场中的磁感线分布越密,表示磁感应强度越大。
知识点 2 磁感线
3.匀强磁场:在磁场的某个区域内,如果各点的磁感应强度大小和方向都相同,则这个区域的
磁场称为匀强磁场。在匀强磁场中,磁感线是一组平行且等间距的直线。
1.通电直导线的磁场:用右手握住导线,让伸直的拇指所指的方向与电流的方向一致,则四指
弯曲的方向就是磁感线的环绕方向(如图甲所示)。
甲 乙 丙
2.环形电流的磁场:让右手弯曲四指的方向与环形电流的方向一致,则伸直拇指所指的方向是
环形电流中心轴线处的磁感线方向(如图乙所示)。
知识点 3 电流的磁场
3.通电螺线管的磁场:用右手握住螺线管,让弯曲四指所指的方向与电流的方向一致,则伸直
拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向,也就是说,拇指指向通电螺线管的北极(N极)
(如图丙所示)。
1.指南针与航海业的发展
(1)古人对磁技术的应用中,首屈一指的当数我国发明的指南针。
(2)指南针的发明,促进了人类文明的传播,使航海事业得到了发展。
2.磁与现代技术
(1)磁与交通:
①磁技术在交通工具中的典型应用是高速磁浮列车。磁浮列车有常导电磁铁吸引式和超导
电磁铁相斥式两种形式。
②原理:运用磁铁“同性相斥,异性相吸”的性质。
(2)磁与医疗:核磁共振成像技术是磁在医学诊断方面的重要应用。
(3)磁的其他应用:发电机、电动机,电冰箱的磁密封条,微波炉产生微波的磁控管,收音机和电视机的多种磁元件等。
知识点 4 磁的应用及意义
1.磁体之间的相互作用是通过磁场发生的,磁场和电场一样,也是一种客观存在的特殊物质。
( )
2.磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向,它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静
止时N极所指的方向一致。( )
3.应用指南针时,小磁针的S极指向南方。 ( )
4.通电螺线管的磁场分布类似于条形磁铁。 ( )
5.通电直导线在磁场中受到的磁场力为零,则说明该处的磁感应强度为零。 ( )
6.安培定则中,弯曲四指所指方向均为磁场的方向。 ( )
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
√
√
√
√
若通电直导线平行于磁场放置,受到的磁场力为零,但该处的磁感应强度不为零。
提示
判断环形电流与通电螺线管的磁场时,弯曲四指所指方向为电流的方向。
提示
讲解分析
1.磁场的客观性
磁场虽然看不见、摸不着,不是由分子、原子组成的,但是客观存在于磁体的周围、电流的
周围。场和实物是物质存在的两种形式。
2.磁场的基本性质
对放入其中的磁体或电流有力的作用。磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之
间的相互作用都是通过磁场发生的。
疑难 情境破
疑难1 磁场的客观性
3.对定义式B= 的理解
(1)B= 是磁感应强度的定义式,其成立的条件是通电直导线必须垂直于磁场方向放置。因
为在磁场中某点通电直导线受力的大小除和磁场强弱、电流I和导线长度l有关以外,还和导
线的放置方向有关。
(2)导线在磁场中的放置方向不同,所受磁场力也不相同。当通电导线与磁场方向平行时,通
电导线受力为零,所以我们不能根据通电导线受力为零来判定磁感应强度B的大小为零。
(3)磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场,这时l应很小,Il称为“电流元”,相当于静电场
中的“试探电荷”。
(4)磁感应强度是矢量,运算遵循平行四边形定则。
典例 如图,在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中,两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置,两者
之间的距离为l。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时,纸面内与两导线距离均
为l的a点处的磁感应强度为零【1】。如果让P中的电流反向、其他条件不变【2】,则a点处磁感
应强度的大小为 ( )
A.0 B. B0 C. B0 D.2B0
C
信息提取 【1】a点处的磁感应强度为零说明匀强磁场、长直导线P和Q产生的磁场叠加
后的矢量和为零。
【2】让P中的电流反向后,根据安培定则可知其产生的磁场也反向。
思路分析 通电直导线周围的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆,根据安培定则可确定
通电导线周围磁场的方向【3】。磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向。
磁感应强度是矢量,合成遵循平行四边形定则。多个通电导体产生的磁场叠加时,合磁场的
磁感应强度等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和【4】。可根据矢量合成求解a
点的磁感应强度。
解析 两长直导线P和Q在a点处的磁感应强度的大小相等,设为B,方向如图甲所示(由【3】
得到),此时a点处的磁感应强度为零,则两磁感应强度的合磁感应强度B合的大小等于B0,方向
与B0相反,即B0的方向水平向左(由【1】得到),此时B= = B0;让P中的电流反向、其
他条件不变,两长直导线P和Q在a点处的磁感应强度的大小仍为B,方向如图乙所示(由【2】
得到),则两磁感应强度的合磁感应强度大小为B,方向竖直向上,B与B0垂直,其合磁感应强度
为Ba= = B0(由【4】得到),C正确。
甲
乙
讲解分析
1.磁感线的特点
(1)磁感线是为了形象地描述磁场而假想出来的有方向的曲线,并不是客观存在于磁场中的
真实曲线。
(2)磁感线的疏密反映磁场的强弱,磁感线越密的地方表示磁场越强,磁感线越疏的地方表示
磁场越弱。
(3)磁感线上任意一点的切线方向就是该点的磁场方向。
(4)磁感线是闭合曲线,不相交,不相切,也不中断。
(5)磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线,在磁体外部由N极指向S极,在磁体内部由S极指
向N极。
疑难2 对磁感线的理解
2.常见磁体的磁感线
典例 如图所示,a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧【1】,当这些小
磁针静止时,小磁针N极的指向【2】是 ( )
A.a、b、c均向左
B.a、b、c均向右
C.a向左,b向右,c向右
D.a向右,b向左,c向右
C
信息提取 【1】在通电螺线管的外部,磁感线从N极指向S极,内部从S极指向N极,形成一条
闭合曲线。
【2】小磁针N极的指向即所处位置的磁感线方向。
思路分析 (1)当小磁针处于直线电流的磁场中,或处于环形电流、通电螺线管内部和外部
时,应该根据小磁针N极所指方向与通过该点的磁感线的切线方向相同【3】来判断小磁针的N
极受力方向。
(2)当小磁针处于磁体产生的磁场中,或环形电流、通电螺线管外部时,可根据同名磁极相斥,
异名磁极相吸【4】来判断小磁针N极的受力方向。
解析 小磁针静止时N极的指向与该点磁感线方向相同,如果a、b、c三处磁感线方向确定,
那么三枚小磁针静止时N极的指向也就确定(由【2】【3】【4】得到)。通电螺线管的磁场
与条形磁体的磁场类似,画出通电螺线管的磁感线如图所示(由【1】得到),可知a磁针的N极
指向左边,b磁针的N极指向右边,c磁针的N极指向右边,C正确。
第5章 初识电磁场与电磁波
第1节 磁场及其描述
基础过关练
题组一 对磁场、磁感应强度的理解
1.关于磁场,下列说法正确的是 ( )
A.磁场是看不见、摸不着、实际不存在的,是人们假想出来的一种物质
B.磁场是客观存在的一种特殊物质形态
C.磁场的存在与否取决于人的思想,想其有则有,想其无则无
D.磁场中某点的磁感应强度的方向与小磁针S极在此处的受力方向一致
2.关于磁感应强度,下列说法中正确的是 ( )
A.根据磁感应强度定义式B=可知,磁感应强度B与F成正比,与IL成反比
B.一小段通电直导线放在磁感应强度为零的地方,它所受到的磁场力一定为零
C.一小段通电直导线在某处不受磁场力的作用,则该处的磁感应强度一定为零
D.磁场中某处磁感应强度的方向,与通电导线在该处所受磁场力的方向相同
题组二 对磁感线的理解
3.关于磁感线和电场线,下列说法中正确的是 ( )
A.磁感线是闭合曲线,而电场线不是闭合曲线
B.磁感线和电场线都是一些互相平行的曲线
C.磁感线起始于N极,终止于S极;电场线起始于正电荷,终止于负电荷
D.磁感线和电场线都只能分别表示磁场和电场的方向
4.如图为某磁场的磁感线,用BA表示A点的磁感应强度,用BB表示B点的磁感应强度,则下列说法中正确的是 ( )
A.BA>BB
B.BAC.BA=BB
D.BA的方向与BB的方向相同
题组三 电流的磁场
5.物理实验都需要有一定的控制条件,奥斯特做电流磁效应实验时,应排除地磁场对实验的影响,关于奥斯特的实验,下列说法中正确的是 ( )
A.该实验必须在地球赤道上进行
B.通电直导线应该竖直放置
C.通电直导线应该水平东西方向放置
D.通电直导线应该水平南北方向放置
6.如图所示,(a)、(b)是直线电流的磁场,(c)、(d)是环形电流的磁场,(e)、(f)是通电螺线管的磁场,试在图中补画出电流的方向或磁感线方向。
能力提升练
题组一 对磁感应强度的理解
1.将一根长为20 cm 的直导线,垂直于磁场方向放在匀强磁场中的P处,通以0.5 A电流时,它受到的磁场力为1.0 N,现将该通电导线从磁场中撤走,则P处的磁感应强度为 ( )
A.0 B.0.1 T C.1 T D.10 T
2.某校物理兴趣小组做估测磁体附近磁感应强度的实验。他们将一小磁针放在一个水平放置的螺线管的中心轴线上,如图所示。小磁针静止时N极指向y轴正方向,当接通电源后,发现小磁针N极指向与y轴正方向成60°角。已知该地地面处地磁场的磁感应强度的水平分量约为3×10-5 T。
(1)请在图上标明螺线管导线的绕向;
(2)可得出该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度的大小为 (结果保留一位有效数字)。
题组二 电流的磁场及其叠加
3.如图,四条相互平行的细长直导线垂直坐标系xOy平面,导线与坐标平面的交点为a、b、c、d四点。已知a、b、c、d为正方形的四个顶点,正方形中心位于坐标原点O。四条导线中的电流大小相等,其中过a点的导线的电流方向垂直坐标平面向里,其余导线电流方向垂直坐标平面向外,若过a点的导线在O点产生的磁感应强度为B,则 ( )
A.O点的磁感应强度为0
B.O点的磁感应强度为B
C.移走d点的导线,O点磁感应强度变为B
D.移走d点的导线,O点磁感应强度变为B
4.(多选)市面上有一种有趣的磁浮玩具,打开电源后,磁性玩偶会稳定浮起来。其内部构造如图所示,其中滑动变阻器的阻值可改变,则下列说法正确的是 ( )
A.该玩具的电源必须是交流电源
B.a端应接电源正极
C.软铁内的磁感线朝向上方
D.滑动变阻器的滑片向上滑动,玩偶的高度会上升
题组三 磁场的应用
5.如图所示是实验室里用来测量磁场力的一种仪器——电流天平,某同学在实验室里,用电流天平测算通电螺线管中的磁感应强度,他测得的数据记录如下所示,请你算出通电螺线管中的磁感应强度B的大小。
CD段导线长度:4×10-2 m
天平平衡时钩码重力:4×10-5 N
通过导线的电流:0.5 A
答案与分层梯度式解析
第5章 初识电磁场与电磁波
第1节 磁场及其描述
基础过关练
1.B 2.B 3.A 4.A 5.D
1.B 磁场是存在于磁体周围的一种特殊物质,它与实物粒子不同,磁场看不见、摸不到,但又是客观存在的,通常用人们假想的磁感线来描述,A错误,B正确;磁场的存在是客观的,并非取决于人的思想,C错误;磁场中某点的磁感应强度的方向与小磁针N极在此处的受力方向一致,D错误。
2.B 磁感应强度的定义式是比值定义式,故与其中的物理量没有正、反比关系,选项A错误;由F=BIL知,磁感应强度为零,则磁场力一定为零,选项B正确;当磁感应强度B的方向与通电导线中电流I的方向平行时,通电导线所受磁场力为零,但不能说明磁感应强度为零,选项C错误;F与B的方向是不相同的,是垂直关系,选项D错误。
3.A 磁体周围的磁感线从N极出发回到S极,在内部则是从S极出发回到N极,磁感线是闭合曲线,电场线从正电荷或无限远处出发,终止于无限远处或负电荷,电场线不是闭合曲线,故A正确,C错误;磁感线和电场线不一定互相平行,故B错误;磁感线和电场线不仅能表示磁场和电场的方向,其分布的疏密还反映场的强弱,越密越强,反之越弱,故D错误。
4.A 磁感线越密,磁感应强度越大,由图可知BA>BB,故A正确,B、C错误;磁感线上某点切线方向表示该点的磁感应强度方向,故BA的方向与BB的方向不同,故D错误。
5.D 地磁场的N极在地理的南极附近,地磁场的S极在地理的北极附近,地磁场方向由南指向北,小磁针N极在地磁场的作用下会自动指向北方,因此通电直导线可以水平南北方向放置,这样小磁针在通电直导线周围磁场的作用下指向东西方向,表明电流周围有磁场,通电直导线不一定要放置在地球赤道上,故D正确。
6.答案 如图所示
解析 图(a),已知磁场沿顺时针方向,则电流垂直纸面向里;
图(b),电流右侧的磁场方向向里,左侧的磁场方向向外,则电流的方向向上;
图(c),已知环形电流内部磁场方向垂直纸面向外,则电流沿逆时针方向;
图(d),环形电流从右侧流出,从左侧流入,由安培定则可知磁场方向向下;
图(e),根据螺线管中电流方向,利用安培定则可以确定螺线管内部的磁场方向向左;
图(f),根据螺线管中上边的电流垂直纸面向外,下边的电流垂直纸面向里,利用安培定则可以确定螺线管内部磁场方向向右。
能力提升练
1.D 2.C 3.BD
1.D 根据磁感应强度的定义式B=,代入数据可得磁感应强度的大小B=10 T,磁感应强度大小与通电导线无关,因此撤走通电导线,P处的磁感应强度仍为10 T。故选D。
2.答案 (1)如图所示
(2)5×10-5 T
解析 (1)由小磁针静止时N极指向可知导线的绕向如答案图所示。
(2)由题意,可知
B=B地 tan 60°≈5×10-5 T
3.C 四条导线中的电流大小相等,且到O点的距离相等,故四条通电导线在O点产生的磁感应强度大小相等,均为B。根据安培定则可知四条导线在O点产生的磁感应强度方向,如图所示。
由图可知,Bb与Bc相互抵消,Ba与Bd合成,则O点的磁感应强度方向由O指向c,其大小为2B,故A、B错误;移走d点的导线,其他三条导线在O点产生的磁感应强度不变,则O点磁感应强度大小变为B,故C正确,D错误。故选C。
4.BD 由题意可知,玩偶稳定浮起来,且下端为S极,则线圈的上端为S极,根据右手螺旋定则可得,a端接电源的正极,b端接电源的负极,电源是直流电源,故A错误,B正确;根据线圈的上端为S极,知软铁内的磁感线朝向下方,故C错误;若滑动变阻器的滑片向上滑动,电阻值调小,则线圈中的电流增大,玩偶的高度会上升,故D正确。故选B、D。
5.答案 2.0×10-3 T
解析 由题意知,I=0.5 A,G=4×10-5 N,L=4×10-2 m。电流天平平衡时,导线所受磁场力的大小等于钩码的重力,即F=G。由磁感应强度的定义式B=得B== T=2.0×10-3 T。
所以通电螺线管中的磁感应强度的大小为2.0×10-3 T。
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