「知識網路」已將末尾的標點符號去除和兩個多餘的文字框，已經將文字間距加為24磅）
第15章:磁場
一、知識網路
二、重、難點知識歸納
1、磁場
磁場是存在於磁體、電流和運動電荷周圍空間的一種特殊形態的物質。
（1）磁場的基本特性——磁場對處於其中的磁體、電流和運動電荷有磁場力的作用。
（2）磁現象的電本質——磁體、電流和運動電荷的磁場都產生於電荷的運動，並通過磁場而相互作用。
（3）最早揭示磁現象的電本質的假說和實驗——安培分子環流假說和羅蘭實驗。
2、磁感線
磁感線是為了形象描繪磁場中各點磁感應強度情況而假想出來的曲線，在磁場中畫出一組有方向的曲線。在這些曲線上每一點的切線方向，都和該點的磁場方向相同，這組曲線就叫磁感線。磁感線的特點是：
磁感線上每點的切線方向，都表示該點磁感應強度的方向。
磁感線密的地方磁場強，疏的地方磁場弱。
在磁體外部，磁感線由n極到s極，在磁體內部磁感線從s極到n極，形成閉合曲線。
磁感線不能相交。
對於條形、蹄形磁鐵、直線電流、環形電流和通電螺線管的磁感線畫法必須掌握。
3、安培定則
（1）安培定則又稱為右手螺旋定則，是確定電流磁場的基本法則，不僅適用於通電直導線，同時也適用於通電圓環和通電螺線管．對於通電直導線的磁場，使用時大拇指指向表示電流方向，彎曲的四指方向表示磁場的方向；對於通電圓環或通電螺線管，彎曲的四指方向表示電流方向，大拇指的指向表示螺線管內部的磁場方向。
（2）幾種常見的磁場的磁感線分布圖
①直線電流的磁場
如圖15-1所示為直線電流的磁感線分布圖，右手握住直導線，伸直的大拇指方向與一致，彎曲的四指方向就是通電直導線在周圍空間產生的的方向。
通電直導線在周圍產生的磁場是不均勻分布的，垂直於直導線方向，離直導線越遠，磁場強度越強；反之越強。
②環形電流的磁場
如圖15-2所示，右手彎曲的四指方向與電流方向一致，伸直的大拇指的方向就是環形導線中心軸線上磁感線的方向，大拇指指向磁n極的位置。
螺線管是由多個環形串聯而成，所以通電螺線管與環形電流的磁場的確定的方法是相同的。
③運動電荷的磁場
電流是由電荷的定向移動形成的，電流的磁場實質是運動電荷產生的．氫原子核外的電子由於受到庫侖力的作用，繞氫原子核做勻速圓周運動，產生的電流相當於乙個環形電流，由於在乙個週期內電子通過環上任意乙個截面一次，根據電流強度的定義，電流強度大小為[圓周運動週期滿足]，判斷該環形電流的磁場方向時，必須注意，彎曲的四指必須與負電荷運動的方向相反，即指向正電荷運動的方向。
④地球磁場
地磁場的磁感線的分布與條形磁鐵、通電螺線管的磁場相似．如圖15-3所示，與地理南極對應的是地磁北極，與地理北極對應的是地磁南極（不計磁偏角時）。
⑤一對條形磁鐵組成的磁場分布（如圖15-4）
⑥勻強磁場
如果某個區域裡磁感應強度大小相等，且方向相同，這個區域裡的磁場叫做勻強磁場,勻強磁場的磁感線是一組平行的直線．勻強磁場是一種理想化的模型，大的異名磁極之間的磁場、通電螺旋管內部（扣除邊緣區域）的磁場可以近似看作勻強磁場處理，如圖15-5所示：
（3）關於磁偏角
指南針並不指向地球的正南和正北．公元11世紀，我國科學家通過長期的觀察發現，指南針的指向並不是地球的正南和正北，而是略微偏離一點．也就是說地的兩極和地磁的兩極並不重合，這個偏差，在現代科學技術中可以用磁偏角來描述。
如圖15-6所示，地理南北極與地磁南北極並不重合，地磁的北極（n極）在南半球南緯和東經的地方，地磁的南極（s極）在北半球北緯和西經的地方．通過磁針靜止位置所作的豎直平面叫做地磁子午面，地磁子午面和地理子午面做夾的角度叫做磁偏角．實際測量的結果指出，地球各處的磁偏角不同。
4、安培力
（1）、安培力的方向（左手定則）：當磁場與電流垂直時，安培力、磁場、電流構成如圖15-7的三維直角座標系．當磁場方向與電流方向不垂直時，安培力、磁場的垂直分量、電流構成如圖所示的三維直角座標系．儘管磁場與電流方向可以不垂直，但安培力肯總是直於電流方向、同時也垂直於磁場方向，即垂直於電流方向和磁場方向所構成的平面．
（2）、安培力的大小：在勻強磁場中，通電導線受到的安培力的計算公式為f=bil．非勻強磁場可以看成是很多個大小、方向不同的勻強磁場的組合，通電導線在非勻強磁場中受到的安培力，是每一小段受到的安培力的合力。
公式可以表示為：f=bil，當導線與b有夾角的時候，f=bilsinθ，θ為導線與b的夾角。此公式適用於勻強磁場。
（3）左手定則：大拇指指向安培力方向，四指伸直指向電流方向，磁感線從手心插入，這樣可以進行f方向和i方向的相互判別。磁感線從手心穿入不一定要垂直。
（4）、磁場對通電導線的作用
磁場對電流的作用力，叫做安培力，如圖15-8所示，一根長為l的直導線，處於磁感應強度為b的勻強磁場中，且與b的夾角為。當通以電流i時，安培力的大小可以表示為f = bil sin。
式中為b與i（或l）的夾角，bsin為b垂直於i的分量。在b、i、l一定時，f sin.
當 = 90°時，安培力最大為：fm = bil
當 = 0°或180°時，安培力為零：f = 0
應用安培力公式應注意的問題
第一、 安培力的方向，總是垂直b、i所決定的平面，即一定垂直b和i，但b與i不一定垂直（圖15-9）。
第二、彎曲導線的有效長度l，等於兩端點連線直線的長度（如圖15-10所示）相應的電流方向，沿l由始端流向末端。
所以，任何形狀的閉合平面線圈，通電後在勻強磁場受到的安培力的向量和一定為零，因為有效長度l = 0。
公式的運動條件:一般只運用於勻強磁場。
5、磁感應強度
為了定量描述磁場的大小和方向，引入磁感應強度的概念，在磁場中垂直於磁場方向的通電導線，受到磁場力f跟電流強度i和導線長度l的乘積il的比值，叫通電導線所在處的磁感應強度。用公式表示是
單位為特斯拉（t），磁感應強度是為磁體本身的乙個性質。
磁感應強度是向量。它的方向就是小磁針n極在該點所受磁場力的方向。
公式是定義式，磁場中某點的磁感應強度與產生磁場的磁極或電流有關，和該點在磁場中的位置有關。與該點是否存在通電導線無關。
6、電流錶的工作原理
（一）、安培力矩公式
在磁感應強度為b的勻強磁場中，乙個匝數為n、面積為s的矩形線圈，當通以電流i時，受到的安培力矩為m = nfad sin = nbi ab ad sin（圖15-11所示），即m = nbis sin。
在使用安培力矩公式時，應注意下列問題。
（1）角與的區別與聯絡
公式中的角，表示線圈平面（s）與磁場中性面（s0）的夾角或線圈平面法線（n）與b方向的夾角，而不是線圈平面與b的夾角（）。
因為 + = 90°，所以安培力矩公式還可以表示為m = nbis cos。
一般，規定通電線圈平面的法線方向由右手螺旋定則確定，即與環形電流中心的磁場方向一致。
（2）公式的適用條件
勻強磁場，且轉軸（oo）與b垂直；相對平行於b的任意轉軸，安培力矩均為零。
任意形狀的平面線圈，如三角形、圓形和梯形等。因為任意形狀的平面線圈，都可以通過微分法，視為無數矩形元組成。
(二)、磁電式電流錶
（1）、結構：磁電式電流錶的構造：刻度盤、指標、蹄形磁鐵、極靴（軟鐵製成） 、螺旋彈簧、線圈、圓柱形鐵芯（軟鐵製成）。
（2）、原理：
a、蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場是均勻地輻射分布的，不管通電線圈轉到什麼角度，它的平面都跟磁感應線平行，當電流通過線圈時線圈上跟鐵軸平行的兩邊都要受到安培力，這兩個力產生的力矩使線圈發生轉到，線圈轉動使螺旋彈簧被扭動，產生乙個阻礙線圈轉動的力矩，其大小隨線圈轉動的角度增大而增大，當這種阻礙力矩和安培力產生的使線圈轉動的力矩相平衡時，線圈停止轉動。
b、磁場對電流的作用力與電流成正比，因而線圈中的電流越大，安培力產生的力矩也越大，線圈和指標偏轉的角度也越大，因而根據指標的偏轉角度的大小，可以知道被測電流的強弱。
c 、當線圈中的電流方向發生變化時，安培力的方向也隨之改變，指標的偏轉方向也發生變化，所以根據指標的偏轉方向，可以知道被測電流的方向。
(3)、特點：
a、表盤的刻度均勻，θ∝i。
b、靈敏度高，但過載能力差，容易燒壞。
c、滿偏電流i g，內阻rg反映了電流錶的最主要特性。
7、磁場對運動電荷的作用
（1）、洛倫茲力的方向：和確定安培力的方向一樣，確定洛倫茲力的方向也可以用左手定則.由於電流方向規定為正定向移動的方向，所以用左手定則判斷洛倫茲力方向時，四指應該指向正運動的方向.
磁場可以和電荷的運動速度方向不垂直，但洛倫茲力一定既垂直於電荷的速度方向，又垂直於磁感應強度方向，即垂直於速度方向和磁感應強度方向所構成的平面。
（2）、計算洛倫茲力的公式：如果電流方向與磁場方向不垂直，設磁場與電流方向的夾角等於θ，洛倫茲力公式為f=qvbsinθ，當電荷的運動方向與磁場方向垂直時，電荷受到的磁場力最大等於f=qvb。
（3）、洛倫茲力與電場力的對比
電荷在電場中就會受到電場力，其大小等於f=qe，和電荷是否運動無關．磁場對靜止的電荷沒有作用力，對運動的電荷也不一定有作用力，只有對運動方向與磁感應強度方向垂直的電荷才有作用力．電場力移動電荷時，必然伴隨著電場做功，涉及到電場能與其它形式的能的轉化．洛倫茲力移動電荷時，對電荷不做功。
磁場知識點總結
班級姓名小組評價 學習目標 1知道磁感應強度和磁通量，會用磁感線描述磁場 2認識安培力，洛倫茲力，並會計算相關題目3復合場 學習重點 學習難點 帶電粒子在復合場中的運動 課堂六環節 一 導 教師匯入新課。2 3分鐘 二 思 學生自主學習。學生結合課本自主學習，完成以下有關內容 時間不少於13分鐘 學...
磁場知識點總結
班級姓名小組評價 學習目標 1.知道磁感應強度和磁通量，會用磁感線描述磁場 2.認識安培力，洛倫茲力，並會計算相關題目3復合場 學習重點 學習難點 帶電粒子在復合場中的運動 課堂六環節 一 導 教師匯入新課。2 3分鐘 二 思 學生自主學習。學生結合課本自主學習，完成以下有關內容 時間不少於13分鐘...
磁場知識點
第一節電流的磁效應 一磁場1 磁場 磁體周圍存在的一種特殊的物質叫磁場。磁體間的相互作用力是通過磁場傳送的。磁體間的相互作用力稱為磁場力，同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。2 磁場的性質 磁場具有力的性質和能量性質。3 磁場方向 在磁場中某點放乙個可自由轉動的小磁針，它n極所指的方向即為該點的磁場...