第3节几种常见的磁场[研究学考·明确要求]知识内容几种常见的磁场考试要求学考b选考b基本要求1.了解磁感线的概念，知道磁感线的作用。
2．了解直线电流周围的磁场分布，并会用磁感线描绘。
3．会用安培定则解决直线电流的磁感线方向和电流方向判断问题。
4．了解环形电流和通电螺线管内、外部磁场的分布，并会用磁感线描述。
5．会用安培定则解决环形电流和通电螺线管的磁感线方向和电流方向判断问题。
6．了解匀强磁场的概念，会画匀强磁场的磁感线。
7．了解磁通量的概念，知道公式Φ＝BS及其适用条件，知道磁通量的单位，会计算平面与磁场垂直时的磁通量。
发展要求1.认识直线电流、环形电流、通电螺线管的统一性2．了解磁通密度的概念，知道磁通密度叫做磁感应强度。
3．了解安培分子电流假说，并会用来解释简单的磁现象。
4．会计算磁场方向与平面不垂直时的磁通量。
5．会定性分析平面内具有相反方向磁场的磁通量问题。
6．会用传感器研究磁场。
[基础梳理]1．定义在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度方向一致，这样的曲线称为磁感线。
2．常见永磁体的磁场的磁感线分布(如图1所示)图13．磁感线的特点(1)磁感线上任意一点的切线方向表示该点的磁感应强度的方向，即小磁针N极受力的方向。
(2)磁铁外部的磁感线从N极指向S极，内部从S极指向N极，磁感线是闭合(填“闭合”或“不闭合”)曲线。
(3)磁感线的疏密表示磁场强弱，磁感线密集处磁场强，磁感线稀疏处磁场弱。
(4)磁感线在空间不相交(填“相交”或“不相交”)。
4．磁感线和电场线的比较相同点：都是用疏密程度表示场的强弱，切线方向表示场的方向；都不能相交。
不同点：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)，不闭合；但磁感线是闭合曲线。
[典例精析]【例1】关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是()A．磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止的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．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的D．两个磁场的叠加区域，磁感线可能相交解析条形磁铁内部磁感线的方向是从S极指向N极，A错误；磁感线上每一点切线方向表示磁场方向，磁感线的疏密表示磁场的强弱，小磁针静止时北极受力方向和静止时北极的指向均为磁场方向，所以选项B正确；磁感线是为了形象地描述磁场而假设的一组有方向的闭合曲线，实际上并不存在，所以选项C 错误；叠加区域合磁场的方向也具有唯一性，故磁感线不可能相交，所以D选项错误。
答案 B磁场、电场都是一种客观存在的特殊物质，磁感线、电场线虽是假想的曲线，但可形象地描述磁场、电场的强弱和方向。
应注意两者的区别与关系。
[即学即练]1．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解析由磁感线的特点知，A正确；点电荷周围电场线不平行，故B项错误；条形磁铁内部磁感线的方向由S极指向N极，故C错误；电场线和磁场线的疏密均可表示电场及磁场强弱，故D项错误。
答案 A[基础梳理]1．电流周围的磁感线方向可根据安培定则判断。
直线电流的磁场：让右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。
这个规律也叫右手螺旋定则。
特点：以导线上各点为圆心的同心圆，圆所在平面与导线垂直，越向外越稀疏。
(如图2所示)图22．环形电流的磁场：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向。
特点：内部比外部强，磁感线越向外越稀疏。
(如图3所示)图33．通电螺线管的磁场：用右手握住螺线管，让弯曲的四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向就是螺线管中心轴线上磁感线的方向。
特点：内部为匀强磁场，且内部比外部强。
内部磁感线方向由S极指向N极，外部由N极指向S极。
(如图4所示)图4[典例精析]【例2】如图5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。
图5解析如果已知电流的方向，可用安培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，分别如下列各图所示。
使用安培定则时要注意在直线电流和环形电流中右手拇指各指什么物理量的方向。
要掌握几种通电导体周围的磁场分布情况，熟练掌握安培定则的应用方法。
[即学即练]2．如图6所示为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是()图6A．①③B．②③C．①④D．②④解析由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场方向，①正确、②错误；③和④为环形电流，注意让弯曲的四指指向电流的方向，可判断出④正确、③错误；故正确选项为C。
答案 C[基础梳理]1．安培分子电流假说法国学者安培提出了著名的分子电流假说。
他认为在原子、分子等物质微粒的内部，存在的一种环形电流——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(如图7所示)图72．当铁棒中分子电流的取向大致相同时，铁棒对外显磁性(如图8甲所示)；当铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章时，铁棒对外不显磁性(如图乙所示)，所以磁体在高温或受到猛烈撞击时，将会退磁。
图83．安培分子电流假说揭示了磁现象的电本质：一切磁现象都是由电荷的运动产生的。
[典例精析]【例3】关于分子电流假说，下面说法中正确的是()A．分子电流假说最初是由英国学者法拉第提出的B．分子电流假说揭示了磁体的磁场与电流的磁场具有共同的本质，即磁场都是由电荷的运动形成的C．“分子电流”是专指分子内部存在的环形电流D．分子电流假说无法解释加热“去磁”现象解析分子电流假说是由法国学者安培提出的，它揭示了磁现象的电本质，并且能够解释一些相关磁现象。
答案 B小磁针被铁棒吸引说明铁棒有了磁性，铁棒有磁性说明铁棒内部分子电流变得大致取向一致。
安培的分子电流假说不仅解决了磁现象的电本质问题，同时在生活生产中也很有指导作用，让我们知道了如何充磁、如何退磁。
[即学即练]3．用安培提出的分子电流假说可以解释的现象是()A．非永久磁铁的磁场B．直线电流的磁场C．环形电流的磁场D．软铁棒被磁化的现象解析安培分子电流假说是安培为解释磁体的磁现象而提出来的，而通电导线周围的磁场是由其内部自由电荷定向移动产生的宏观电流而产生的。
分子电流和宏观电流虽然都是运动电荷引起的，但产生的原因是不同的，故选项D正确。
答案 D[基础梳理]1．匀强磁场(1)定义：强弱、方向处处相同的磁场是匀强磁场。
(2)磁感线的特点：间隔相同的平行直线。
(3)产生：距离很近的两个异名磁极之间除边缘部分以外可认为是匀强磁场；相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场也是匀强磁场。
如图9所示。
图92．磁通量：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，面积为S，把B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量。
定义式：Φ＝BS，适用条件：匀强磁场，且磁场方向与平面垂直。
单位：在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号是Wb。
图103．当平面与磁场方向不垂直时，穿过平面的磁通量可用平面在垂直于磁场B的方向的投影面积进行计算，则Φ＝BS⊥＝BS cos θ(如图10)4．磁通密度：从Φ＝BS可以得出B＝ΦS，表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量。
因此磁感应强度又叫做磁通密度，用Wb/m2做单位：1 T＝1 Wbm2＝1NA·m。
[典例精析]【例4】下列关于磁通量的说法，正确的是()A．在匀强磁场中，穿过某一个面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积B．磁通量是矢量，其正负表示方向C．磁通量是形象描述穿过某一个面的磁感线条数的物理量D．磁通量越大，磁通量的变化就越快解析只有B与S垂直时穿过某一个面的磁通量才等于磁感应强度与该面面积的乘积，选项A错误；磁通量是标量，选项B错误；磁通量的物理意义为表示穿过线圈的磁感线条数，选项C正确；显然选项D错误。
答案 C【例5】将面积为0.5 m2的单匝线圈放在磁感应强度为2.0×10－2 T的匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，那么穿过这个线圈的磁通量为()A．2.0 Wb B．0.5×10－2 WbC．0.5×10－1 Wb D．1.0×10－2 Wb解析根据磁通量Φ＝BS，可知穿过线圈的磁通量Φ＝2.0×10－2T×0.5 m2＝1.0×10－2 Wb，选项D对。
答案 D(1)当平面与磁场方向不垂直时，穿过平面的磁通量可用平面在垂直于磁场B的方向的投影面积进行计算，即Φ＝BS⊥。
(2)在分析穿过某个面的磁通量时，要注意通过这个面的磁场是否有两个不同的方向。
当有两个不同方向的磁感线同时穿过时，磁通量的计算应为“净”值。
[即学即练]4．如图11所示，在条形磁铁外套有A、B两个大小不同的圆环，穿过A环的磁通量ΦA与穿过B环的磁通量ΦB相比较则()图11A．ΦA>ΦB B．ΦA<ΦBC．ΦA＝ΦB D．不能确定解析本题考查磁通量概念，Φ＝Φ内－Φ外。
分别画出穿过A、B环的磁感线的分布如图所示，磁铁内的磁感线条数与其外部磁感线条数相等。
通过A、B环的磁感线条数应该这样粗略计算，用磁铁内的磁感线总条数减去磁铁外每个环中的磁感线条数(因为磁铁内、外磁感线的方向相反)。
很明显，磁铁外部的磁感线通过B环的条数比A环的多，故B环中剩下的磁感线比A环中剩下的磁感线条数少，所以ΦA>ΦB。
故A正确，B、C、D错误。
答案 A1．下图表示磁场的磁感线，依图分析磁场中a点的磁感应强度比b点的磁感应强度小的是()解析磁感线的疏密可表示磁感应强度的大小。
答案 B2．如下图所示，当开关S闭合后，小磁针处在通电电流的磁场中的位置正确的是()解析依据安培定则，判断出电流的磁场方向；再根据小磁针静止时N极的指向为磁场的方向，判知D正确。
答案 D3．如图12所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面。
若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为()图12A．πBR2B．πBr2C．nπBR2D．nπBr2解析磁通量与线圈匝数无关，且磁感线穿过的面积为πr2，而并非πR2，故B 项正确。
答案 B4．为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的。
在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是()解析地磁场是从地球的南极附近出来，进入地球的北极附近，除两极外地表上空的磁场都具有向北的磁场分量，由安培定则，环形电流外部磁场方向向北，B 正确；A图地表上空磁场方向向南，A错误；C、D在地表上空产生的磁场方向是东西方向，C、D错误。