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3．3几种常见磁场学习目标学习重点考查热度知道磁现象的电本质，了解安培分子电流假说★★★会用安培定则判断电流的磁场方向★★★★知道磁感线的定义，知道条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流和通电螺线管的磁感线分布情况，会以安培定则判定电流的磁场方向★★★★知道磁通量定义，知道Φ＝BS的适用条件，会用这一公式进行计算★★★★基础梳理一、磁感线在磁场中画一些有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同，这样的曲线称为磁感线．二、几种常见的磁场1．磁体的磁场2．匀强磁场磁场的某一区域内，若磁感应强度B的大小、方向恒定，则该区域的磁场为匀强磁场．匀强磁场的磁感线平行等间距的直线．3．电流周围的磁场项目直线电流的磁场环形电流的磁场通电螺线管的磁场示意图弯曲四指磁感线环绕方向与环形电流方向一致与电流方向一致手指指向拇指电流方向中心轴线上磁感线的方向通电螺线管内部磁感线的方向(指向N级)特点非匀强磁场，且距导线越远处磁场越弱环形电流的两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱与条形磁铁的磁场相似立体图横截面图纵截面图【概念拓展】(1)易错警示：应用安培定则判断电流的磁场时，直线电流是判定导线之外磁场的方向，环形电流和通电螺线管是判定线圈轴上磁场的方向．(2)教材延伸：与天然磁体的磁场相比，电流磁场的强弱容易控制，因而在实际中有很多重要的应用．环形电流磁场的等效处理：环形电流的磁场，两侧是N极和S极，离圆环中心越远磁场越弱，它可以等效为无数段很短小的直导线，即可用通电直导线周围磁场来判断，也可根据环形电流的安培定则直接判断．(3)解释说明：图中，“×”表示磁场方向垂直纸面向里“·”表示磁场方向垂直纸面向外“⊗”表示电流方向垂直纸面向里“⊙”表示电流方向垂直纸面向外三、安培分子电流假说1．安培分子电流假说的内容安培认为，在原子、分子等物质微粒的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．分子的两侧相当于两个磁极(如图所示)．2．安培假说对有关磁现象的解释(1)磁化现象：一根软铁棒，在未被磁化时．内部各分子电流的取向杂乱无章．它们的磁场互相抵消，对外不显磁性，当软铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流取向变得大致相同时，两端显示较强的磁作用，形成磁极，软铁棒就被磁化了．(2)磁体的消磁：磁体在高温或猛烈敲击，即在激烈的热运动或机械运动影响下．分子电流取向又变得杂乱无章，磁体磁性消失．3．磁现象的本质安培的分子电流假说揭示了磁性的起源，它使我们认识到磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的．【概念拓展】(1)安培提出分子电流假说时．人们还不知道物质的微观结构，电子绕原子核高速旋转，所以称为假说，但现在我们知道分子电流假说是真理．(2)分子电流假说揭示了电和磁的本质联系．四、磁通量1．理解因为用磁感线可以形成地描述磁场，故也可用穿过某一面积的磁感线条数表示磁通量．若穿过某平面的磁感线有Φ条，我们就称穿过这个平面的磁通量为Φ.2．磁通密度垂直于磁场方向单位面积内的磁通量叫作磁通密度．它反映了磁感应强度的大小．即B＝ΦS，由此可知磁感强度B的另一个单位为Wb·m－2，1T＝1Wbm2＝1NA·m.3．计算(1)公式：Φ＝BS.(2)适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直．(3)若磁感线与平面不垂直，公式Φ＝BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积，即Φ＝BS′.如图所示，在竖直方向的弱强磁场中，平面abcd与垂直于磁感线方向的平面的夹角为θ，则穿过平面abcd的磁通量应为Φ＝BScosθ，Scosθ即平面在垂直于磁感线方向的投影面积．(4)若有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁感线条数为Φ1，反向磁感线条数为Φ2，则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和)，即Φ＝Φ1－Φ2.(5)磁感线是闭合曲线(不同于静电场的电场线)，所以穿过任意闭合曲面的磁通量一定为零，即Φ＝0.例如一个球面，磁感线只要穿入球面，就一定穿出球面，穿过球面的磁感线的净条数为零，即磁通量为零．4．磁通量的变化量ΔΦ＝Φ1－Φ0，其数值等于初、末态穿过某个平面的磁通量的代数差．一般有下面三种情况：(1)磁感应强度B不变，有效面积S变化，则ΔΦ＝Φt－Φ0＝B·ΔS；(2)磁感应强度B变化，有效面积S不变，则ΔΦ＝Φt－Φ0＝ΔB·S；(3)磁感应强度B和有效面积S同时发生变化，则磁通量的变化量ΔΦ＝Φt－Φ0≠ΔB·ΔS.【概念拓展】(1)易错警示：磁通量是标量，但也有正负，如果磁感线从线圈的正向穿过线圈，线圈的磁通量就为“＋”；那么磁感线从线圈的反面穿过线圈，线圈的磁通量就为“－”．磁通量的正负既不表示大小，也不表示方向，仅是为了计算方便而引入的．(2)注意说明：磁通量是针对某个面来说的，与给定的线圈的匝数多少无关，即在计算磁通量时，不需要考虑线圈匝数．(3)解题通法：在计算磁通量及磁通量的变化量时要注意以下几点：①投影法与分解法是计算磁通量的两种重要方法，实际计算时可任选一种；②穿过线圈的磁通量与线圈匝数无关；③要特别注意θ角的含义，不能死板套公式，以免出错；④用ΔΦ＝Φt－Φ0计算时，要注意Φt和Φ0的正负．规律方法考点鸟瞰高考热度考点一：磁感线认识★★★★考点二：安培定则与磁场的叠加原理★★★★考点三：安培的分子电流假说★★★考点四：磁通量Φ＝BS★★★★★考点一磁感线认识磁感线是为了形象描绘磁场而假设的一组有方向的曲线，是假想线，是主观引入的．(1)磁感线在磁体的外部都是从北极(N极)出来进入南极(S极)，在磁体的内部则是由南极指向北极形成一条闭合曲线．(2)磁感线密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱．(3)磁感线的切线方向为该点的磁场方向．(4)磁感线是为了形象地研究磁场而人为假想的曲线，为形象、直观、方便地研究磁场提供了依据．(5)磁感线与电场线类似，在空间不能相交，若有两条磁感线相交，据磁感线定义，在交点处就有两个方向，这与事实不符．关于磁场和磁感线的描述，下列哪些是正确的()A．磁感线从磁体的N极出发到磁体的S极终止B．自由转动的小磁针放在通电螺线管内部．其N极指向螺线管的北极C．磁感线的方向就是磁场方向D．两条磁感线的空隙处不存在磁场【解析】磁感线与电场线不同，它是一条闭合曲线，在磁体的外部由N极到S极，而在磁体的内部则由S极到N极，故A项是不正确的．螺线管内部的磁感线和条形磁铁相似，是由S极到N极的，即磁场方向也是从S极指向N极，所以放置其中的小磁针N极必然是指向磁场方向，即螺线管的北极．故B项正确．只有磁感线是直线时．磁感线的方向才与磁场方向一致；如果磁感线是曲线，那么，某点的磁场方向是用该点的切线方向来表示的，所以C项错误．磁感线是为研究问题方便而假想的曲线．磁场中磁感线有无数条，故提出两条磁感线之间是否有空隙，是否存在磁场等类似的问题是毫无意义的．故D项错误．【答案】B(多选)下列关于电场线和磁感线的说法中，正确的是()A．电场线和磁感线都是电场和磁场中实际存在的线B．磁场中两条磁感线一定不相交，但在复杂电场中的电场线是可以相交的C．电场线是不闭合曲线，磁感线是闭合曲线D．电场线越密的地方，电场越强，磁感线越密的地方，磁场也越强【解题导引】求解此题应把握以下两点：(1)磁感线、电场线都是假想的线，实际并不存在．(2)磁感线是闭合曲线，磁感线不相交，不相切，也不中断，电场线不闭合．【解析】电场线与磁感线分别是为了形象地描述电场、磁场而引入的假想曲线，实际不存在，A项错误；两种场线的切线方向均表示相应的场方向，两种场线都不会相交，B项错误；电场线起始于正电荷或无穷远处，终止于无穷远处或负电荷，而磁感线在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，组成闭合曲线，C项正确；电场线越密，表示该处电场越强；磁感线越密，表示该处磁场越强，所以D项正确．【答案】CD概念理解磁感线和电场线的区别(1)电场线是电场的形象描述，磁感线是磁场的形象描述．(2)电场线不是闭合曲线，而磁感线是闭合曲线．(3)电场线上每一点的切线方向都是跟该点的场强方向一致，磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁感应强度方向一致．(4)电场线的疏密程度表示电场强度的大小，磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小．考点二安培定则与磁场的叠加原理1．安培定则判断电流磁场方向的原则．且若为直线电流，则拇指为电流方向，四指环绕为磁感线方向；若为环形电流，则四指环绕为电流方向，拇指为磁感线方向．磁针N极的指向和磁感线的切线方向相同．2．磁场叠加磁感应强度是矢量，当空间存在多个磁场时，合磁场的磁感应强度等于每一个磁场单独存在时磁感应强度的矢量和，满足矢量合成的平行四边形定则．3．安培定则可以判断电流周围的磁场分布，多段电流产生磁场必须利用磁场的叠加．如图所示，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向．请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向．【解析】如果已知电流的方向，可用右手螺旋定则判断磁感线的方向．如果已知小磁针静止时N极指向．那么小磁针N极所指方向就是磁感线方向．【答案】用安培定则来判断，分别如下图各图所示19世纪20年代，以塞贝克为代表的科学家已经认识到，温度差会引起电流，安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差，从而提出如下假说：地球磁场是绕地球的环行电流引起的，则该假设中的电流方向是()A．由西向东垂直于磁子午线B．由东向西垂直于磁子午线C．由南向北沿磁子午线方向D．由赤道向两极沿磁子午线方向【思路点拨】了解地磁场的特点，构建正确的物理模型是正确使用安培定则的前提，也是正确分析该类题目的关键．【解析】本题为信息迁移题，解题的关键是抽象出模型，想象赤道为环形电流．地球内部磁场方向由地理北极指向地理南极，由安培定则可判定电流方向．如图所示，则从上往下看，由安培定则可知电流方向为顺时针方向，即自东向西．【答案】B如图所示，两根垂直纸面平行放置的直导线a和b.若(1)a、b中都通有垂直纸面向里的等大电流I；(2)a中通有垂直纸面向外的电流I，b中通有垂直纸面向里的电流I，试分析纸面上与a、b等距的P点磁感应强度的方向．【解题导引】明确电流方向―→安培定则判磁场方向―→矢量合成计算【解析】(1)由安培定则知，直线电流形成磁场的磁感线是以直导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆与直导线垂直．圆上各点切线方向为该点磁场方向(与该点到直导线的垂线垂直)．因此，如图甲所示，垂直a、P连线作电流a在P处形成的磁感应强度Ba，垂直b、P连线作电流b在P处形成的磁感应强度Bb.由于P点到a、b两电流等距离，所以a、b两等大电流在P点产生的磁感应强度大小相等，由矢量求和(平行四边形定则)知，P点合磁感应强度B水平向右，即平行于a、b连线向右．(2)如图乙所示，依安培定则，垂直a、P连线作电流a在此处形成的磁感应强度Ba.垂直b、P连线作电流b在此处形成的磁感应强度Bb，直线电流a、b在P点产生磁感应强度大小相等，依矢量求和知，P点合磁感应强度B与a、b连线的中垂线重合向上．【答案】见解析考点三安培的分子电流假说安培认为，在原子、分子等物质微粒的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．分子的两侧相当于两个磁极．在未被磁化时．软铁棒内部各分子电流的取向杂乱无章．它们的磁场互相抵消，对外不显磁性，当软铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流取向变得大致相同时，两端显示较强的磁作用，形成磁极，软铁棒就被磁化了．一根软铁棒被磁化是因为()A．软铁棒中产生了分子电流B．软铁棒中分子电流取向杂乱无章C．软铁棒中分子电流消失D．软铁棒中分子电流取向变得大致相同【解析】软铁棒中分子电流是一直存在的，并不因为外界的影响而产生或消失，故A、C两项错误．根据磁化过程实质知D项正确．【答案】D考点四磁通量Φ＝BS磁通量是穿过某一面积的磁感线条数，和磁场强弱、线圈面积、放置方式有关．1．求磁通量首先明确哪个面积．2．Φ＝BS适用条件：匀强磁场、B⊥S，如不垂直时，S为垂直于磁场方向的投影面