磁场

1.         磁场
　　磁体是通过磁场对铁一类物质发生作用的，磁场和电场一样，是物质存在的另一种形式，是客观存在。磁场存在于磁体、电流、运动电荷周围的空间。磁场是物质存在的一种形式。磁场对磁体、电流都有磁力作用。

1)        地磁场
　　地球本身是一个磁体，附近存在的磁场叫地磁场，地磁的南极在地球北极附近，地磁的北极在地球的南极附近。地磁体周围的磁场分布与条形磁铁周围的磁场分布情况相似。

²  指南针：放在地球周围的指南针静止时能够指南北，就是受到了地磁场作用的结果。

²  磁偏角：地球的地理两极与地磁两极并不重合，磁针并非准确地指南或指北，其间有一个交角，叫地磁偏角，简称磁偏角。
　　说明：
　　①地球上不同点的磁偏角的数值是不同的。
　　②磁偏角随地球磁极缓慢移动而缓慢变化。
　　③地磁轴和地球自转轴的夹角约为11°。

2)        磁场的方向

a)         在电场中，电场方向是人们规定的，同理，人们也规定了磁场的方向。

规定：在磁场中的任意一点小磁针北极受力的方向就是那一点的磁场方向。

b)        判定：

I)         磁体磁场：可以利用同名磁极相斥，异名磁极相吸的方法来判定磁场方向。

II)       电流磁场：利用安培定则（也叫右手螺旋定则）判定磁场方向。

3)        磁感线
　　在磁场中画出有方向的曲线表示磁感线，在这些曲线上，每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同。

a)         磁感线上每一点切线方向跟该点磁场方向相同。

b)        磁感线的疏密反映磁场的强弱，磁感线越密的地方表示磁场越强，磁感线越疏的地方表示磁场越弱。

c)         磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线，在磁体外部由N极到S极，在磁体内部由S极到N极。

　　以下各图分别为条形磁体、蹄形磁体、直线电流、环行电流的磁场

²  磁感线是为了形象地描述磁场而在磁场中假想出来的一组有方向的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线。

²  磁感线与电场线类似，在空间不能相交，不能相切，也不能中断。

4)        几种常见磁场

a)        通电直导线周围的磁场

I)         安培定则：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。

II)       磁感线分布如图所示：

²  通电直导线周围的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆，实际上电流磁场应为空间图形。

²  直线电流的磁场无磁极。

²  磁场的强弱与距导线的距离有关，离导线越近磁场越强，离导线越远磁场越弱。

²  图中的“×”号表示磁场方向垂直进入纸面，“·”表示磁场方向垂直离开纸面。

b)        环形电流的磁场

I)         安培定则：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向。
　　

II)       磁感线分布如图所示：

　　

III)    几种常用的磁感线不同画法。
　　　　　　　　　　　　
　　

²  环形电流的磁场类似于条形磁铁的磁场，其两侧分别是N极和S极。

²  由于磁感线均为闭合曲线，所以环内、外磁感线条数相等，故环内磁场强，环外磁场弱。

²  环形电流的磁场在微观上可看成无数根很短的直线电流的磁场的叠加。

c)         通电螺线管的磁场

I)         安培定则：用右手握住螺线管，让弯曲时四指的方向跟电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管中心轴线上的磁感线方向。

II)       磁感线分布：

III)    几种常用的磁感线不同的画法。
　　　　　　　　　　　　　　

²  通电螺线管的磁场分布：外部与条形磁铁外部的磁场分布情况相同，两端分别为N极和S极。管内（边缘除外）是匀强磁场，磁场分布由S极指向N极。

²  环形电流宏观上其实就是只有一匝的通电螺线管，通电螺线管则是由许多匝环形电流串联而成的。因此，通电螺线管的磁场也就是这些环形电流磁场的叠加。

²  不管是磁体的磁场还是电流的磁场，其分布都是在立体空间的，要熟练掌握其立体图、纵截面图、横横面图的画法及转换。

d)        匀强磁场

I)         定义：在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应强度大小和方向都相同，这个区域内的磁场叫做匀强磁场。

II)       磁感线分布特点：间距相同的平行直线。

III)    产生：距离很近的两个异名磁极之间的磁场除边缘部分外可以认为是匀强磁场；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，如图所示：
　　　　　　　　　　　　　

2.         磁感应强度

a)         磁感应强度

I)         物理意义：为了表征磁场的强弱和方向，我们引入一个新的物理量：磁感应强度。描述磁场强弱和方向的物理量，用符号“B”表示。

II)       定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，受到的安培力的作用F，跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值，叫做通电直导线所在处的磁场的磁感应强度。
　　公式：B=F / IL。

III)    单位：在国际单位制中，B的单位是特斯拉（T），由B的定义式可知：
　　1特（T）=

IV)    方向

磁感应强度是矢量，不仅有大小，而且有方向，其方向即为该处磁场方向。小磁针静止时N极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向，简称为磁场的方向。

I)         B是矢量，其方向就是磁场方向，即小磁针静止时N极所指的方向。

²  电流元

①       定义：物理学中把很短一段通电导线中的电流I与导线长度L的乘积IL叫做电流元。

②       理解：孤立的电流元是不存在的，因为要使导线中有电流，就必须把它连到电源上。

b)        磁场对通电导线的作用力

I)         内容：通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小与I和L的乘积成正比。

II)       公式：。

²  B为比例系数，与导线的长度和电流的大小都无关。

²  不同的磁场中，B的值是不同的。

²  B应为与电流垂直的值，即式子成立条件为：B与I垂直。

3.         磁通量
　　磁感线和电场线一样也是一种形象描述磁场强度大小和方向分布的假想的线，磁感线上各点的切线方向即该点的磁感应强度方向，磁感线的密疏，反映磁感应强度的大小。为了定量地确定磁感线的条数跟磁感应强度大小的关系，

规定：在垂直磁场方向每平方米面积的磁感线的条数与该处的磁感应强度大小（单位是特）数值相同。这里应注意的是一般画磁感线可以按上述规定的任意数来画图，这种画法只能帮助我们了解磁感应强度大小；方向的分布，不能通过每平方米的磁感线数来得出磁感应强度的数值。

a)         物理意义：穿过某一面的磁感线条数。

b)        定义：穿过某一面积的磁感线的条数，叫做穿过这个面积的磁通量，用符号φ表示。                        
                                 

²  磁通量与磁感应强度的关系
　　按前面的规定，穿过垂直磁场方向单位面积的磁感线条数，等于磁感应强度B，所以在匀强磁场中，垂直于磁场方向的面积S上的磁通量φ=BS。

　　若平面S不跟磁场方向垂直，则应把S平面投影到垂直磁场方向上。

　　当平面S与磁场方向平行时，φ=0。

c)         公式：Φ=BS。（条件：匀强磁场and磁感线与平面垂直）

，式中即为面积S在垂直于磁感线方向的投影，我们称为“有效面积”。
　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　

d)        单位：在国际单位中，磁通量的单位是韦伯（Wb），简称韦。磁通量是标量，只有大小没有方向。

4.         磁通密度
　　磁感线越密的地方，穿过垂直单位面积的磁感线条数越多，反之越少，因此穿过单位面积的磁通量——磁通密度，它反映了磁感应强度的大小，在数值上等于磁感应强度的大小，B =Φ/S。

5.         磁场对电流的作用

1)        安培分子电流假说

a)         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。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　

b)        对有关磁现象的解释

I)         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；当软磁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，两端显示较强的磁性作用，形成磁极，软铁棒就被磁化了。

II)       磁体的消磁：磁体的高温或猛烈敲击，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。

III)    磁现象的电本质：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由运动的电荷产生的。
　　

²  根据物质的微观结构理论，原子由原子核和核外电子组成，原子核带正电，核外电子带负电，核外电子在库仑引力作用下绕核高速旋转，形成分子电流。在安培生活的时代，由于人们对物质的微观结构尚不清楚，所以称为“假说”。但是现在，“假设”已成为真理。

²  分子电流假说揭示了电和磁的本质联系，指出了磁性的起源：一切磁现象都是由运动的电荷产生的。

2)        安培力

a)         定义：通电导线在磁场中受到的力称为安培力。

b)        方向——左手定则

²  安培力F、磁感应强度B、电流I三者的方向关系：
　　①，，即安培力垂直于电流和磁感线所在的平面，但B与I不一定垂直。
　　②判断通电导线在磁场中所受安培力时，注意一定要用左手，并注意各方向间的关系。

③       已知B、I方向，则方向确定；但若已知B（或I）和方向，则I（或B）方向不确定。

²  电流间的作用规律——同向电流相互吸引，异向电流相互排斥。

c)         公式

I)         当B与I垂直时，F=BIL。

II)       当B与I成角时，，是B与I的夹角。

²  通电导线与磁场方向垂直时，F=BIL最大；平行时最小，F=0。

²  B对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度。

²  导线L所处的磁场应为匀强磁场；在非匀强磁场中，公式仅适用于很短的通电导线（我们可以把这样的直线电流称为直线电流元）。

²  式中的L为导线垂直磁场方向的有效长度。如图所示，半径为r的半圆形导线与磁场B垂直放置，当导线中通以电流I时，导线的等效长度为2 r，故安培力F=2BIr。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　

6.         洛伦兹力

1)        定义：运动电荷在磁场中所受的力叫做洛伦兹力。

²  洛伦兹力与安培力的关系

安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观解释。电流是带电粒子定向运动形成的，通电导线在磁场中受到磁场力（安培力）的作用，提示了带电粒子的定向运动的电荷数。
　　大小关系：，式中的N是导体中的定向运动的电荷数。

2)        方向——左手定则

3)        洛伦兹力的大小

公式来计算，其中为电荷速度方向与磁感应强度方向的夹角。

²  当运动电荷运动方向与磁感应强度方向垂直时：F=qvB；

²  当运动电荷运动方向与磁感应强度方向平行时：F=0；

²  当电荷在磁场中静止时：F=0。

4)        洛伦兹力公式F=qvB的另一种推导
　　设导体内单位长度上自由电荷数为n，自由电荷的电荷量为q，定向移动的速度为v，设长度为L的导线中的自由电荷在t时间内全部通过截面A，如图所示，设通过的电荷量为Q，有Q=nqL=nq·vt。
　　又因为，，故。

安培力可以看作是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力的合力，这段导线中含有的运动电荷数目为nL，所以　

5)        洛伦兹力的方向

a)         洛伦兹力的方向可由左手定则判定，决定洛伦兹力方向的因素有三个：

I)         电荷的电性（正、负）、速度方向、磁感应强度的方向。当电荷一定即电性一定时，其他两个因素中，如果只让一个因素的方向相反，则洛伦兹力方向必定相反；如果同时让两个因素的方向相反，则洛伦兹力方向将不变。

II)       在电荷的运动方向与磁场方向垂直时，由左手定则可知，洛伦兹力的方向既与磁场方向垂直，又与电荷的运动方向垂直，即洛伦兹力垂直于v和B两者决定的平面。

III)    电荷运动的方向v和B不一定垂直，但洛伦兹力一定垂直于磁感应强度B和速度v的方向。

²  公式F=qvB仅适用于v⊥B的情况，式中的v是电荷相对于磁场的运动速度。

²  当电荷的运动方向与磁场方向相同或相反，即v与B平行时，由实验可知，F=0。所以只有当v与B不平行时，运动电荷才受洛伦兹力。当电荷运动方向与磁场方向夹角为时，电荷所受洛伦兹力的计算公式为：F=Bqvsin。

²  当v=0时，F=0。即磁场对静止的电荷无作用力，磁场只对运动电荷有作用力。这与电场对其中的静止电荷或运动电荷总有电场力作用是不同的。

第二篇：高中物理中的定义式与决定式总结

高中物理中的定义式与决定式总结

1、力学

 定义式                             决定式

                      

                  

                             

                           

                        

                              

                          

                                              

                  

                           

                          

                           

                           

                          

                              ，

2、电磁学

                 

                           

                             

                             

                             

                             

                           

                           

                 

                   

3、定义式与决定式的区别

（1）定义式：告诉我们这个被定义的物理量的物理意义是什么，以及可以怎样测量和计算该物理量。但是，被定义出来的物理量却与定义式中几个物理量无关，而由另外的因素决定。

（2）决定式：告诉我们这个物理量由什么因素决定。但是，从决定式看不出来该物理量的物理意义。

【例1】加速度

定义式指明，加速度的物理意义——加速度描述的是物体速度改变的快慢，测量加速度可以测量物体一段时间内速度的该变量，进而由该式求出物体的加速度；但是，a与、无关，而是由作用在物体上的合外力和物体质量共同决定的，此即加速度的决定式——此决定式表明了加速度的决定因素，但是从该式看不出加速度的物理意义。

【例2】电动势

定义式表明，电动势的物理意义——电动势是描述电源中非静电力做功本领的物理量——由变形式可以看出，移动相同的电荷量q，电动势ε大的电源，非静电力将做更多的功，将使更多的其他形式能转化为电能。但是，非静电力做功的本领到底与什么有关，该式并没有揭示。表明了在电磁感应现象中感应电动势由哪些因素决定，但从决定式看不出电动势的物理意义。