磁場專題
一、磁場
磁體是通過磁場對鐵一類物質發生作用的，磁場和電場一樣，是物質存在的另一種形式，是客觀存在。小磁針的指南指北表明地球是乙個大磁體。磁體周圍空間存在磁場；電流周圍空間也存在磁場。
電流周圍空間存在磁場，電流是大量運動電荷形成的，所以運動電荷周圍空間也有磁場。靜止電荷周圍空間沒有磁場。
磁場存在於磁體、電流、運動電荷周圍的空間。磁場是物質存在的一種形式。磁場對磁體、電流都有磁力作用。
與用檢驗電荷檢驗電場存在一樣，可以用小磁針來檢驗磁場的存在。如圖所示為證明通電導線周圍有磁場存在——奧斯特實驗，以及磁場對電流有力的作用實驗。
二、磁場的方向
規定：在磁場中的任意一點小磁針北極受力的方向就是那一點的磁場方向。
確定磁場方向的方法是：將一不受外力的小磁針放入磁場中需測定的位置，當小磁針在該位置靜止時，小磁針n極的指向即為該點的磁場方向。
磁體磁場：可以利用同名磁極相斥，異名磁極相吸的方法來判定磁場方向。
電流磁場：利用安培定則（也叫右手螺旋定則）判定磁場方向。
三、磁感線
在磁場中畫出有方向的曲線表示磁感線，在這些曲線上，每一點的切線方向都跟該點的磁場方向相同。
（1）磁感線上每一點切線方向跟該點磁場方向相同。
（2）磁感線特點
（1）磁感線的疏密反映磁場的強弱，磁感線越密的地方表示磁場越強，磁感線越疏的地方表示磁場越弱。
（2）磁感線上每一點的切線方向就是該點的磁場方向。
（3）磁場中的任何一條磁感線都是閉合曲線，在磁體外部由n極到s極，在磁體內部由s極到n極。
以下各圖分別為條形磁體、蹄形磁體、直線電流、環行電流的磁場
說明： ①磁感線是為了形象地描述磁場而在磁場中假想出來的一組有方向的曲線，並不是客觀存在於磁場中的真實曲線。
②磁感線與電場線類似，在空間不能相交，不能相切，也不能中斷。
四、幾種常見磁場
1通電直導線周圍的磁場
（1）安培定則：右手握住導線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環繞的方向，這個規律也叫右手螺旋定則。
（2）磁感線分布如圖所示：
說明：①通電直導線周圍的磁感線是以導線上各點為圓心的同心圓，實際上電流磁場應為空間圖形。
②直線電流的磁場無磁極。
③磁場的強弱與距導線的距離有關，離導線越近磁場越強，離導線越遠磁場越弱。
④圖中的「×」號表示磁場方向垂直進入紙面，「·」表示磁場方向垂直離開紙面。
2．環形電流的磁場
（1）安培定則：讓右手彎曲的四指與環形電流的方向一致，伸直的拇指的方向就是環形導線軸線上磁感線的方向。
（2）磁感線分布如圖所示：
（3）幾種常用的磁感線不同畫法。
說明：①環形電流的磁場類似於條形磁鐵的磁場，其兩側分別是n極和s極。
②由於磁感線均為閉合曲線，所以環內、外磁感線條數相等，故環內磁場強，環外磁場弱。
③環形電流的磁場在微觀上可看成無數根很短的直線電流的磁場的疊加。
3．通電螺線管的磁場
（1）安培定則：用右手握住螺線管，讓彎曲時四指的方向跟電流方向一致，大拇指所指的方向就是螺線管中心軸線上的磁感線方向。
（2）磁感線分布：如圖所示。
（3）幾種常用的磁感線不同的畫法。
說明：①通電螺線管的磁場分布：外部與條形磁鐵外部的磁場分布情況相同，兩端分別為n極和s極。管內（邊緣除外）是勻強磁場，磁場分布由s極指向n極。
②環形電流巨集觀上其實就是只有一匝的通電螺線管，通電螺線管則是由許多匝環形電流串聯而成的。因此，通電螺線管的磁場也就是這些環形電流磁場的疊加。
4．勻強磁場
（1）定義：在磁場的某個區域內，如果各點的磁感應強度大小和方向都相同，這個區域內的磁場叫做勻強磁場。
（2）磁感線分布特點：間距相同的平行直線。
（3）產生：距離很近的兩個異名磁極之間的磁場除邊緣部分外可以認為是勻強磁場；相隔一定距離的兩個平行放置的線圈通電時，其中間區域的磁場也是勻強磁場，如圖所示：
五、磁感應強度
1、磁感應強度
磁感應強度：描述磁場強弱和方向的物理量，用符號「b」表示。
對於同一磁場，當電流加倍時，通電導線受到的磁場力也加倍，這說明通電導線受到的磁場力與通過它的電流強度成正比。而當通電導線長度加倍時，它受到的磁場力也加倍，這說明通電導線受到的磁場力與導線長也成正比。對於磁場中某處來說，通電導線在該處受的磁場力f與通電電流強度i與導線長度l乘積的比值是乙個恒量。
它與電流強度和導線長度的大小均無關。在磁場中不同位置，這個比值可能各不相同，因此，這個比值反映了磁場的強弱。
（1）磁場對通電導線的作用力
①內容：通電導線與磁場方向垂直時，它受力的大小與i和l的乘積成正比。
②公式：。
說明：①b為比例係數，與導線的長度和電流的大小都無關。
②不同的磁場中，b的值是不同的。
③b應為與電流垂直的值，即式子成立條件為：b與i垂直。
磁感應強度：
定義：在磁場中垂直於磁場方向的通電直導線，受到的安培力的作用f，跟電流i和導線長度l的乘積il的比值，叫做通電直導線所在處的磁場的磁感應強度。 公式：b=f / il。
（3）磁感應強度的方向
磁感應強度是向量，小磁針靜止時n極所指的方向規定為該點的磁感應強度的方向，簡稱為磁場的方向。
2、磁通量
磁感線和電場線一樣也是一種形象描述磁場強度大小和方向分布的假想的線，磁感線上各點的切線方向即該點的磁感應強度方向，磁感線的密疏，反映磁感應強度的大小。為了定量地確定磁感線的條數跟磁感應強度大小的關係，規定：在垂直磁場方向每平方公尺面積的磁感線的條數與該處的磁感應強度大小（單位是特）數值相同。
這裡應注意的是一般畫磁感線可以按上述規定的任意數來畫圖，這種畫法只能幫助我們了解磁感應強度大小；方向的分布，不能通過每平方公尺的磁感線數來得出磁感應強度的數值。
（1）磁通量的定義
穿過某一面積的磁感線的條數，叫做穿過這個面積的磁通量，用符號φ表示
物理意義：穿過某一面的磁感線條數。
（2）磁通量與磁感應強度的關係
按前面的規定，穿過垂直磁場方向單位面積的磁感線條數，等於磁感應強度b，所以在勻強磁場中，垂直於磁場方向的面積s上的磁通量φ=bs。
若平面s不跟磁場方向垂直，則應把s平面投影到垂直磁場方向上。
當平面s與磁場方向平行時，φ=0。
公式 （1）公式：φ=bs。
（2）公式運用的條件：
a．勻強磁場；b．磁感線與平面垂直。
（3）在勻強磁場b中，若磁感線與平面不垂直，公式φ=bs中的s應為平面在垂直於磁感線方向上的投影面積。
此時，式中即為面積s在垂直於磁感線方向的投影，我們稱為「有效面積」。
(4)磁通密度
磁感線越密的地方，穿過垂直單位面積的磁感線條數越多，反之越少，因此穿過單位面積的磁通量——磁通密度，它反映了磁感應強度的大小，在數值上等於磁感應強度的大小，b =φ/s。
六、磁場對電流的作用
1．安培分子電流假說的內容
安培認為，在原子、分子等物質微粒的內部存在著一種環形電流——分子電流，分子電流使每個物質微粒都成為微小的磁體，分子的兩側相當於兩個磁極。
2．安培力的方向——左手定則
（1）左手定則
伸開左手，使大拇指跟其餘四個手指垂直，並且都跟手掌在同一平面內，把手放入磁場，讓磁感線穿過手心，讓伸開的四指指向電流方向，那麼大拇指所指方向即為安培力方向。
（2）安培力f、磁感應強度b、電流i三者的方向關係：
①，，即安培力垂直於電流和磁感線所在的平面，但b與i不一定垂直。
②判斷通電導線在磁場中所受安培力時，注意一定要用左手，並注意各方向間的關係。
③若已知b、i方向，則方向確定；但若已知b（或i）和方向，則i（或b）方向不確定。
3．電流間的作用規律
同向電流相互吸引，異向電流相互排斥。
安培力大小的公式表述
（1）當b與i垂直時，f=bil。
（2）當b與i成角時，，是b與i的夾角。
5．幾點說明
（1）通電導線與磁場方向垂直時，f=bil最大；平行時最小，f=0。
（2）b對放入的通電導線來說是外磁場的磁感應強度。
（3）導線l所處的磁場應為勻強磁場；在非勻強磁場中，公式僅適用於很短的通電導線
（4）式中的l為導線垂直磁場方向的有效長度。如圖所示，半徑為r的半圓形導線與磁場b垂直放置，當導線中通以電流i時，導線的等效長度為2 r，故安培力f=2bir。
1 斜角為θ=30°的光滑導軌ab，上端接入一電動勢e=3v、內阻不計的電源，導軌間距為l=10cm，將乙個質量為m=30g，電阻r=0.5ω的金屬棒水平放置在導軌上，若導軌周圍存在著垂直於導軌平面的勻強磁場，當閉合開關s後，金屬棒剛好靜止在導軌上，如圖所示，求導軌周圍空間的磁場方向和磁感應強度的大小是多少？
解：合上開關s後金屬棒上有電流流過，由閉合電路歐姆定律i= =6a
金屬棒靜止在導軌上，它受到重力mg和支援力n的作用，因導軌光滑，僅此二力金屬棒不可能平衡，它必需受到垂直於導軌平面的安培力作用才能平衡，根據題意和左手定則判斷出，磁場方向垂直軌面斜向下，金屬棒受到磁場的安培力沿斜面向上，如圖所示。
由進一步受力分析得出，若金屬棒平衡，則它受到的安培力f應與重力沿斜面向下的分量mgsinθ大小相等，方向相反。
f=mgsinθ
又因為f=bil，則可以解得b=0.25t
2． 如圖所示，在兩個傾角都為θ的光滑斜面上，各放一根相同的金屬棒，分別通有穩恆電流i1和i2。在兩通電金屬棒所在空間存在勻強磁場，兩磁場的磁感應強度的大小相等，其中b1的方向豎直向上，b2的方向垂直於斜面斜向上。兩金屬棒處於平衡狀態，則i1∶i2等於什麼？
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