一周强化

一、内容概述

　　磁及其应用是高考必考的内容，高考考查的重点。重点要通过实验认识磁体的磁性，认识磁场，知道地球周围存在磁场，会用磁感线、磁感应强度描述磁场，知道磁通量，了解电流磁效应的发现过程，知道直线电流、环形电流及通电螺线管周围的磁场分布情况，会用安培定则判断各种形状导线电流的方向与其周围磁感线的方向，知道电磁铁，知道安培“分子电流假说”，了解磁现象的本质，并能解释磁化与去磁现象。

二、重难点知识归纳及讲解

(一)磁场

1、磁场是磁极、电流周围存在的一种特殊物质。

2、磁场的方向

　　规定在磁场中任一点小磁针北极的受力方向就是那一点的磁场方向。

3、磁场的基本特性：磁场对放入其中的磁体、电流和运动电荷都有力的作用。

4、磁现象的电本质

　　最早揭示磁现象电本质的假说是安培分子电流假说。分子电流排列由无序到有序称为磁化，分子电流排列由有序变为无序称为退磁，磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的。

(二)磁感应强度(B)

1、定义

　　(1)在磁场垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度。

　　(2)穿过垂直于磁感线的单位面积的磁感线的条数等于该处的磁感应强度。

2、定义式：

　　，式中F为I与磁场方向垂直时的磁场力(此时磁场力最大，I与磁场平行时，磁场力为0)。

3、方向

　　小磁针静止时，北极所指的方向，即是该点磁场的方向，不是电流元所受的安培力方向。

4、单位：1T=1N/A·m

(三)磁感线

1、定义

　　在磁场中画一系列有向曲线，这些曲线上每一点的切线方向，表示该点的磁场方向，曲线的疏密能定性地表示磁场的强弱，磁感线都是闭合曲线。

2、安培定则

　　对于通电直导线：右手大拇指指向通电直导线的电流方向，四个弯曲的手指方向代表磁场的环绕方向。

　　对于环形电流和通电螺线管，右手大拇指代表穿过中轴线的磁场方向，四个弯曲的手指方向代表电流环绕方向。

3、三种常用的电流磁场的特点及画法比较

　　(1)直线电流的磁场：同心圆，非匀强，距导线越远处磁场越弱，画法如图所示。

　　(2)通电螺线管的磁场：两端分别是N极和S极，管内是匀强磁场，管外为非匀强磁场，画法如图所示。

　　(3)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，画法如图所示。

(四)磁通量

1、概念：穿过某一垂直于磁场的面积S的磁感线的条数叫做穿过这一面积的磁通量，符号Φ标量。

2、磁通量的计算

　　(1)公式：Φ=B·S

　　(2)适用条件：①匀强磁场。②S是垂直于磁场并在磁场中的有效面积。

　　(3)单位：韦伯1wb=1T·m2

　　(4)当磁感线不是垂直，而是与某一面积S的法线为θ角时，应先将该面积在垂直于磁场方向上投影S′，穿过S和穿过S′的磁感线相等，这种情况下的磁通量为Φ=B·Scosθ。

(五)地磁场的主要特点

　　地球的磁场和条形磁体的磁场相似，其主要特点有三个：

1、地磁场的N极在地球南极附近。S极在地球北极附近，磁感线的分布如图所示。

地磁S极　　　　　地理北极
 

2、地磁场B的水平分量Bx总是从地球南极指向北极，而竖直分量By则南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下。

3、在赤道平面上，距离地球表面相等的各点，磁感应强度相等，且方向水平向北。

三、典型例题解析

例1、图中为一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图，其工作原理类似于打点计时器，当电流从电磁铁的接线柱a流入，吸引小磁铁向下运动时，以下选项正确的是（　）

A．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为N极

B．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为S极

C．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为S极

D．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为N极

解析：

　　利用安培定则判断出电磁铁上端为S极，再根据“同名磁极排斥，异性磁铁吸引”就可以确定小磁铁下端的极性。

思考：

　　当电流从电磁铁的接线柱b流入，其它条件不变，正确的选项是哪一个呢？

例2、放在通电螺线管里面的小磁针保持静止时，N极的指向是怎样的？两位同学的回答相反。甲说，磁针的位置如左图所示，因为管内磁感线向右，所以小磁针N极指向右方；乙说，小磁针的位置如右图所示，它的理由是通电螺线管的N极在右侧，根据异名磁极相吸引可知，小磁针的S极指向右方，你的看法是怎样的？他们谁的答案错了？错在哪里？

解析：

　　在磁场中保持静止的小磁针，它的N极一定指向磁感线的方向。甲回答的根据是对的，因此结论是正确的。

答案：略

说明：

　　“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”只适用于两个磁体互为外部时磁极间的相互作用。小磁针在磁场中静止时，N极所指的方向就是磁感线的方向，这是普遍适用的，所以应用某一规律，必须注意是否符合条件，不能任意套用。

例3、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是螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向。

解析：

　　根据安培定则，可以确定a中电流方向垂直纸面向里，b中电流的方向从下向上，c中电流方向是逆时针，d中磁感线的方向向下，e中磁感线方向向左，f中磁感线的方向向右。

答案：略

说明：

　　使用安培定则时要注意对于直线电流和环形电流右手拇指和四指各指向什么方向。同时要搞清楚所给图示是平面图还是立体图。

例4、关于磁场和磁感线的描述有下列说法，判别这些说法的正误（　）

A．磁场的分布与观察的方位有关，从不同的方位观察，磁场的分布不同。

B．正如铁屑所显示的一样，磁感线是实际存在的平面曲线

C．磁感线的方向就是磁场的方向

D．两条磁感线空隙处不存在磁场

解析：

　　磁场是客观存在的，稳定磁场的分布是不变的，与观察的方位无关，但由于观察的方位不同，同一磁场的磁感线分布可以有多种画法，正如给一个人画像一样，从不同的角度去画得到的画像不同，要注意磁感线分布的空间立体图和平面图间的转换，故A说法是错误的。

　　磁场是客观存在的，但磁感线是为了形象地描述磁场而引入的假想曲线，也就是说实际上磁感线并不存在，用铁屑来演示磁感线实际上只是一种模拟，是为了使初学者对磁感线的分布有一点直观的认识，不能由此得出磁感线实际存在的结论。另外，磁感线分布在三维空间，并不只局限于二维平面上的，所以对磁场的认识一定要建立起空间分布的图像，故B选项错误。

　　只有磁感线是直线时，磁感线的方向才与磁场的方向是一致的，如果磁感线是曲线，那么某点的磁场方向是给磁感线上该点的切线方向，所以C的说法正确。

　　没有画磁感线的地方并不表示那里就没有磁场的存在，通过磁场中的任意一点只能画出一条磁感线，所以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中的说法是错误的。

答案：四个说法均是错误的。

例5、在同一平面内有四根彼此绝缘的通电导线，如图所示。四根导线中电流i4=i3>i2>i1，要使O点磁场增强，则应切断哪根导线中的电流(　)

A．i1　　　　　　B．i2　　　　　　C．i3　　　　　　　　D．i4

解析：

　　根据安培定则，i1，i2，i3，i4在O点的磁场方向分别为垂直于纸面向里，向里，向里，向外，且i3=i4。知切断i4可使O点的磁场增强。

例6、如图，A、B两点哪一点磁感应强度大？　

解析：

　　因磁感线是闭合的，所以通电螺线管内部和外部磁感线条数相等，但内部密、外部稀，故A点磁感应强度大于B点磁感应强度。

例7、如图所示，线圈平面与水平方向θ角，磁感线竖直向下，设磁感应强度为B，线圈面积为S，则穿过线圈的磁通量Φ=________。

解析：

　　此题的线圈平面abcd与磁感应强度B的方向不垂直，不能直接用Φ=BS计算，处理时可以用以下两种方法：

　　(1)与S投影到与B垂直的方向即水平方向(如图所示a′b′cd)

　　S⊥=Scosθ　　　故Φ=BS⊥=BScosθ

　　(2)把B分解为平行于线圈平面的分量B∥和垂直于线圈平面的分量B⊥，显然B∥不穿过线圈，且B⊥=B×cosθ，故Φ=B⊥S=BScosθ。

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