第三节 认识磁场
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.知道磁体间的作用力是通过磁场产生的.
2.知道磁感线，会用磁感线描述磁场．(重点、难点)
3.知道磁感应强度的定义及方向，会用磁感应强度描述磁场．(重点)
4.知道匀强磁场的特点．(重点)
5.理解磁通量及其定义，掌握公式Φ＝BS.(难点)
一、磁场的描述
1．为了形象地描述磁体和电流周围的磁场，英国物理学家法拉第提出用磁感线来形象地描述磁场．如图所示是永磁体的外部磁场磁感线的分布图．
2．磁感线
(1)在磁场中可以利用小磁针静止时北极所指的方向来描述各点的磁场方向．
(2)磁感线是在磁场中画出的一些有方向的假想曲线，在这些曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同．磁场有强弱之分，越靠近磁极的地方磁感线越密．
3．磁感应强度
(1)磁感应强度是矢量，既有大小，又有方向．磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场的方向，它在通过该点的磁感线的切线方向上，还与该点小磁针静止时北极所指的方向一致．
(2)单位：特斯拉，简称特，符号是T.
(3)物理意义：描述磁场强弱的物理量．
二、匀强磁场
1．匀强磁场
(1)定义：如果在磁场的某一区域内，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场称为匀强磁场．
(2)磁感线特点：匀强磁场中的磁感线是一组方向一致的等间距平行线．
2．磁通量
(1)定义：物理学上把磁场的磁感应强度B和与磁场垂直的某一面积S的乘积定义为穿过该面积的磁通量．
(2)公式：Φ＝BS，注意：此公式只适用于B与S垂直的情况．
(3)单位：韦伯，简称韦，符号是Wb.
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)磁感线是闭合的曲线． (√)
(2)磁场看不见摸不着，实际不存在． (×)
(3)磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的． (×)
(4)匀强磁场中磁感线是互相平行且间距相等的直线． (√)
(5)磁通量不仅有大小而且有方向，是矢量． (×)
(6)将一平面置于匀强磁场中的任何位置，穿过该平面的磁通量总相等． (×)
[提示] (2)磁场是真实存在的．
(3)磁感线是假想的．
(5)磁通量是标量．
(6)若平面与磁感线平行，磁通量为0.
2．(多选)下列关于磁感应强度的说法中正确的是( )
A．磁感应强度是矢量，用来表示磁场强弱和方向的物理量
B．小磁针北极在磁场中受力的方向是唯一的，能比较客观地描述磁感应强度的方向
C．磁极在磁场中受磁场力大的地方，该处的磁感应强度一定大
D．磁极在磁场中受磁场力大的地方，该处的磁感应强度不一定大，与放置方向有关
ABC [关于磁感应强度的完整概念有以下内容：第一，是矢量，大小等于垂直穿过单位面积的磁通量，方向是小磁针北极在磁场中的受力方向；第二，物理意义，反映磁场强弱和方向的物理量，从力的角度描述了磁场的性质，磁场强的地方放入磁极受到的力一定大；第三，单位是特斯拉，本题没有考查磁感应强度的单位．根据完整的物理概念，本题选A、B、C.]
3．关于磁通量的概念，以下说法正确的是( )
A．磁感应强度越大，穿过闭合回路的磁通量也越大
B．磁感应强度越大，线圈面积越大，穿过闭合回路的磁通量也越大
C．穿过线圈的磁通量为零时，磁感应强度不一定为零
D．磁通量发生变化时，磁感应强度也一定发生变化
C [由磁通量的定义知Φ＝BS·sin θ(θ为B、S间夹角)，即Φ与B、S、θ三个因素有关．磁感应强度越大，穿过闭合回路的磁通量不一定大．当B、S间夹角为0时，则Φ＝0，而此处磁感应强度不一定等于零．]
磁场的描述
1．磁感线
磁感线是为了形象描述磁体周围空间磁场的分布情况而引入的．在磁场中画一些有方向的曲线，任何一点的切线方向都跟放在该点的小磁针静止时北极所指的方向一致，这样的曲线叫磁感线．
(1)假想的曲线
磁场是客观存在的，而磁感线是为研究磁场而引入的一系列假想曲线，实际上并不存在．曲线的切线方向都跟放在该点的小磁针静止时北极所指方向一致，也就是与该点的磁场方向一致．
(2)疏密性
磁感线密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱，没有画磁感线的地方，并不表示那里没有磁场存在．匀强磁场的磁感线等间距、互相平行．
(3)不相交
由于磁感线上任一点的切线方向即为该点的磁场方向，又因磁场中任一点的磁场方向是唯一的，所以磁感线在磁体周围空间不能相交．
(4)空间性
磁体周围空间处处存在磁场，通常画出的磁感线是平面的，磁体周围的磁感线应分布在一个三维空间内．
(5)闭合的曲线
在磁体外部的磁感线都是从磁体的N极发出，回到磁体的S极．在磁体内部，磁感线是由S极指向N极，所以磁感线是闭合的曲线．
2．磁感应强度
(1)磁感应强度的物理意义：描述磁场强弱和方向的物理量．
(2)磁感应强度的决定因素：仅由场源来决定．
(3)磁感应强度的标矢性：磁感应强度是矢量．
①其大小描述磁场的强弱，同一小磁针受力越大表明该处磁感应强度越大．
②其方向就是小磁针N极在该点的受力方向，也就是该点磁场的方向，磁感线在该点的切线方向．
【例1】 (多选)关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是( )
A．磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致
B．磁极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
C．磁感线总是从磁铁的北极出发，到南极终止
D．磁感线就是细铁屑连成的曲线
AB [磁场是一种客观存在的物质，磁极间的相互作用是通过磁场发生的．磁感线从N极出从S极入形成闭合曲线．磁感线可以用细铁屑模拟，但不能说是由细铁屑连成的，故选项B正确，选项C、D错误．根据磁场方向的规定知选项A正确．]
磁感线是人为画出的一些假想的曲线，其目的是为了形象地描述磁场的强弱及方向，掌握磁感线的基本规律能很好地处理此类问题．
1．(多选)如图所示是两种常见磁场的磁感线分布示意图，下列说法正确的是( )
A．(a)图中a端是磁铁的S极，b端是磁铁的N极
B．(a)图中a端是磁铁的N极，b端是磁铁的S极
C．(b)图是两异名磁极的磁感线分布示意图，c端是N极，d端是S极
D．(b)图是两异名磁极的磁感线分布示意图，c端是S极，d端是N极
AD [题图(a)是条形磁铁外部磁感线分布示意图，外部磁场的磁感线是从磁铁的N极出来，进入磁铁的S极，故A正确，B错误．题图(b)是两异名磁极间的磁感线分布示意图，磁感线仍然是从N极出来，进入磁铁的S极，故C错误，D正确．]
对磁通量的理解
1．在匀强磁场中，穿过与磁场方向垂直、面积为S的平面的磁通量Φ＝BS，若磁感线与平面不垂直时，如图所示，我们采用投影的方法，将平面向垂直于磁场的方向上投影，就可得到磁通量的一般计算公式Φ＝BS′＝BS·cos θ.
图中的S′是面积为S的平面α在垂直于磁感线方向上的投影面积．θ为平面α与该平面沿垂直磁场方向的投影面之间的夹角．
2．磁通量是标量，只有大小，没有方向，但有正负．其正负仅表示磁感线的贯穿方向，一般来说，如果规定磁感线从线圈的正面穿过时，磁通量为正，那么磁感线从线圈反面穿过时磁通量就为负．磁感线从不同方向穿过同一面积时，磁通量是它们的代数和．
3．由Φ＝BS.得B＝，因此磁感应强度在数值上等于垂直穿过单位面积的磁感线条数．
【例2】 匀强磁场中有一个与磁场垂直放置的矩形线圈，面积为S，磁场磁感应强度为B，在它绕轴线中心从如图所示位置转过180°的过程中，求该线圈磁通量的变化．
思路点拨：①由Φ＝BS计算出初、末态的磁通量．
②由ΔΦ＝|Φ2－Φ1|计算磁通量的变化．
[解析] 起始状态的磁通量Φ1＝BS.末态的磁通量大小Φ2＝BS，但初态是从正面穿入，末态则从反面穿入．若初态Φ1为负，则Φ2为正．所以ΔΦ＝Φ2－(－Φ1)＝BS－(－BS)＝2BS，而不是零．
[答案] 2BS
(1)公式Φ＝BS中的B应是匀强磁场的磁感应强度，S是与磁场方向垂直的面积，因此可以理解为Φ＝BS⊥.
(2)磁通量为标量，算“纯收入”．
(3)ΔΦ＝|Φ2－Φ1|，注意初、末态磁通量的正、负．
2．面积为2.0×10－2 m2的矩形线圈放在磁感应强度为5.0×10－4 T的匀强磁场中，当线圈平面与磁场方向垂直时，求穿过线圈的磁通量．
[解析] 由磁通量的定义知：Φ＝BS＝5.0×10－4×2.0×10－2 Wb＝1.0×10－5 Wb.
[答案] 1.0×10－5 Wb
1．磁场中任一点的磁场方向，规定为小磁针在磁场中( )
A．受磁场力的方向
B．北极受磁场力的方向
C．南极受磁场力的方向
D．转动的方向
B [规定磁场中N极受力的方向为该点磁场方向，或小磁针静止时N极的指向，所以A、C、D项错．]
2.如图所示为某磁场的一条磁感线，其上有A、B两点，则下列说法正确的是( )
A．A点的磁感应强度一定大
B．B点的磁感应强度一定大
C．因为磁感线是直线，所以A、B两点的磁感应强度一样大
D．条件不足，无法确定A、B两点的磁感应强度的大小
D [图中只有一条磁感线，不知道磁感线的分布情况，所以无法确定A、B两点磁感应强度的大小关系．]
3．如图所示，矩形线框平面与匀强磁场方向垂直，穿过的磁通量为Φ.若线框面积变为原来的，则磁通量变为( )
A.Φ B.Φ C．2Φ D．4Φ
B [磁感应强度与线圈面积相互垂直，则Φ＝BS；B不变，面积变为原来的，则可得磁通量变为Φ′＝B·S＝Φ，故B正确，A、C、D错误．]
课件38张PPT。第一章 电与磁第三节 认识磁场法拉第 越密北极磁场大小方向磁场切线北特斯拉特等间距大小方向一致韦伯乘积BS√ √ × × × × 磁场的描述 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(三)
(时间：40分钟 分值：100分)
[基础达标练]
选择题(本题共8小题，每小题6分)
1．关于磁场和磁感线，下列说法正确的是( )
A．两磁感线空隙处不存在磁场
B．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北极所指的方向一致
C．磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止的
D．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的
B [磁感线是为了形象描述磁场而假设的一组有方向的闭合的曲线，实际上并不存在，所以选项C、D错误．磁感线上每一点切线方向表示磁场方向，磁感线疏密表示磁场的强弱，小磁针静止时北极受力方向、北极指向均为磁场方向，所以选项B正确．磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，两磁感线间的空隙处也存在磁场，A项错误．]
2．下列关于磁场的说法中，正确的是( )
A．磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质
B．磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的
C．磁极与磁极之间是直接发生作用的
D．磁场只有在磁极与磁极发生作用时才产生
A [磁场是客观存在于磁极或电流周围的一种物质，是不以人的意志为转移的，所以A对，B、D错；磁极与磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间的作用都是通过它们的磁场发生的，并不需要物体之间直接接触，所以C是错误的．]
3．(多选)下列关于磁通量的说法，正确的是( )
A．磁通量是反映磁场强弱和方向的物理量
B．某一面积上的磁通量是表示穿过此面积的磁感线的总条数
C．在磁场中所取的面积越大，该面上磁通量越大
D．穿过任何封闭曲面的磁通量一定为零
BD [磁通量Φ是磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，即Φ＝BS，亦表示穿过磁场中某面积S的磁感线的总条数，Φ只有大小，没有方向，是标量．由此可知选项A错误，B正确．磁通量Φ的大小由B、S共同决定，所以面积大，Φ不一定大，由此可知选项C错误．由于磁感线是闭合曲线，所以只要有磁感线穿入封闭曲面，如一个球面，则该磁感线必然从该曲面穿出，由此可知选项D正确．]
4．关于磁场的下述说法中正确的是( )
A．磁极之间相互作用是通过磁场发生的
B．看不见、摸不着的磁场不是客观存在的
C．只有磁体周围才存在磁场
D．地球周围不存在磁场
A [磁场对放入其中的磁体一定有磁场力作用，磁极之间相互作用是通过磁场发生的，选项A正确；磁场是客观存在的一种物质形态，虽然看不见，摸不着，但可通过小磁针来体现是否存在，选项B错误；在整个空间中都有磁场的存在，只不过在磁体的周围，磁场的强度比较大，磁场可以很明显的表现出来，离得远的地方，磁场比较弱，磁场不容易表现出来，所以不是只有磁体周围才存在磁场，地球周围也存在着磁场，选项C、D错误．]
5．在匀强磁场中有一个闭合金属线框如图所示，它可以绕轴转动，开始时金属线框与磁感线平行，则( )
A．当金属线框平面与磁感线平行时，穿过线框的磁通量最大
B．当线框平面与磁感线垂直时，穿过线框的磁通量最大
C．当线框平面与磁感线垂直时，穿过线框的磁通量为零
D．当线框平面与磁感线成任意角度时，穿过线框的磁通量为零
B [根据Φ＝BSsin θ可知，当B、S一定时，θ＝90°，即B、S垂直时，sin θ最大，Φ最大为Φm＝BS.]
6．对于磁感线的认识，下列说法中错误的是( )
A．磁场是由磁感线组成的
B．不画磁感线的地方也存在磁场
C．磁感线上任一点的切线方向就是该点的磁场方向
D．在有磁场的空间内，任何一点只能画出一条磁感线
A [磁感线是一种形象描述磁场强弱分布和方向的假想的线，故A错误，B正确．磁感线上各点的切线方向即该点的磁感应强度的方向，故C正确．磁感线的疏密反映磁感应强度的大小，任意两条磁感线不能相交，D正确．]
7．如图所示，与磁场方向垂直的线圈以OO′为轴旋转90°的过程中，穿过线圈的磁通量( )
A．变大 B．变小
C．先变大后变小 D．先变小后变大
B [设线圈转过的角度为θ，则穿过线圈的磁通量Φ＝BScos θ.在θ由0°增大到90°时，线圈的磁通量Φ逐渐减小，B正确．]
8．磁感线如图分布，下列关于A、B、C三点场强的说法正确的是( )
A．A处磁场最强
B．B处磁场最强
C．C处无磁场
D．以上说法都不对
A [磁感线密处磁场强，无磁感线处不是无磁场．]
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题7分)
1．下列有关磁场的说法中，错误的是( )
A．磁体周围的空间存在着看不见、摸不着的磁场
B．磁极间的相互作用是通过磁场发生的
C．磁场是有方向的，在磁场中的不同位置，其磁场方向一般不同
D．在磁场中的某点，小磁针南极所受磁场力的方向与该点的磁场方向相同
D [磁场虽然看不见、摸不到，但它是一种客观存在的物质，它的基本性质是对放入其中的磁体产生力的作用，磁极间的相互作用就是通过磁场发生的．磁场具有方向性，在磁场中的某点，小磁针北极所受磁场力的方向与该点的磁场方向一致，南极所受磁场力的方向跟该点的磁场方向相反(磁场方向的另一种描述方法)．故A、B、C正确，D错误．]
2．下列关于磁感线的说法中正确的是( )
A．磁感线可以形象地描述磁场的强弱与方向
B．磁感线总是从磁铁的N极发出，到S极终止
C．磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列的曲线，没有细铁屑的地方就没有磁感线
D．沿磁感线的方向磁场逐渐减弱
A [磁场是一种看不见的特殊物质，人们为了形象地描述磁场而引入了磁感线这一假想的曲线，它可以表示磁场的强弱与方向，选项A正确；磁感线在磁铁外部从N极发出，从S极进入，构成闭合曲线，由安培定则知电流产生的磁场其磁感线都是闭合曲线，选项B错误；磁感线是人们假想的曲线，与有无铁屑无关，选项C错误；磁场的强弱由磁感线的疏密程度表示，而与磁感线的方向无关，选项D错误．]
3．如图所示，矩形线框abcd放置在水平面内，磁场方向与水平方向成α角，已知sin α＝，回路面积为S，磁感应强度为B，则通过线框的磁通量为( )
A．BS B．BS
C．BS D．BS
B [Φ＝BSsin α＝BS，选B.]
4．如图所示，条形磁铁的外面有一圆环，在条形磁铁从上到下穿过圆环的过程中，穿过圆环的磁通量的变化情况是( )
A．不变
B．先变大再变小
C．先变小再变大
D．无法判断
B [磁铁靠近圆环的过程中穿过圆环的磁感线条数增多，远离圆环时，穿过圆环的磁感线条数减少，所以穿过圆环的磁通量先增大后减小．]
二、非选择题(本题共2小题，共24分)
5．(10分)在一个半径为R的线圈内，一个半径为r的区域内有一匀强磁场．磁感应强度为B，如图所示，则穿过这个线圈的磁通量为________．
[解析] 公式Φ＝BS中的S为线圈所包围的磁场的面积．
[答案] πBr2
6．(14分)面积为0.5 m2的闭合导线环垂直于匀强磁场放置时，穿过环的磁通量为0.25 Wb，该磁场的磁感应强度为多少？当环面转至与磁场平行时，穿过环的磁通量为多少？磁场的磁感应强度为多少？
[解析] 由Φ＝BS得B＝＝ T＝0.5 T.
当环面转至与磁场平行时，Φ＝0；磁感应强度仍为0.5 T，与线圈位置无关．
[答案] 0.5 T 0 0.5 T
