第三节　几种常见的磁场
课标定位
学习目标：1.了解安培分子电流假说．
2．知道磁感线，知道几种特殊磁场的磁感线分布，会用安培定则判断电流
的磁场方向．
3．知道磁通量．
重点难点：会用安培定则判断磁感线方向，能计算磁通量的大小．
一、磁感线
1．定义：在磁场中画出的一些有方向的曲线，在这些曲线上每一点的切线方向都跟这点的___________的方向一致，这样的曲线就叫磁感线．
2．特点
(1)磁感线是为了形象地描述磁场而假想出来的一组有______的曲线，客观上并不存在．
(2)磁感线的疏密反映磁场的______，磁感线越密的地方表示磁场______，磁感线越疏的地方表示磁场越弱．
磁感应强度
方向
强弱
越强
(3)磁感线上每一点的______方向就是该点的磁场方向．
(4)磁感线在空间不能相交，不能相切，也不能中断．
(5)磁场中的任何一条磁感线都是______曲线，在磁体______由N极指向S极，在磁体______由S极指向N极．
二、几种常见的磁场
直线电流、环形电流的磁场方向都可以用__________来判定．
切线
闭合
外部
内部
安培定则
1．直线电流(通电直导线)
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________环绕的方向．如图3－1－1甲所示．
图3－3－1
磁感线
2．环形电流和通电螺线管
让右手弯曲的四指与___________的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线_______或螺线管内部_______的方向．如图3－3－1乙、丙所示．
三、安培分子电流假说
1.
图3－3－2
环形电流
轴线上
磁感线
内容：安培认为：在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种______电流——分子电流．分子电流使每个物质微粒都成为微小的_____，它的两侧相当于两个______．(如图3－3－2所示)
2．对磁现象的解释
(1)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_________，它们的磁场互相抵消，对外不显______；当软铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流取向变得_________，两端对外界显示较强的磁作用，形成磁极，软铁棒就被磁化了．
环形
磁体
磁极
杂乱无章
磁性
大致相同
(2)磁体的消磁：磁体受到____或猛烈敲击时，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_________，磁体磁性消失．
3．意义
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．
四、匀强磁场
1．定义：磁感应强度的_____处处相同的磁场．
高温
杂乱无章
强弱
2．磁感线的特点：间隔相同的__________．
3．实例：距离很近的两个异名磁极间的磁场，两平行放置的通电线圈，其中间区域的磁场都是匀强磁场．
五、磁通量
1．定义：匀强磁场磁感应强度B与和磁场方向______的平面面积S的乘积，即Φ＝____.
2．单位：韦伯，简称韦，符号 Wb.1 Wb＝1 T·m2.
平行直线
垂直
BS
磁通密度
核心要点突破
一、几种常见磁场的磁感线分布
1．常见永磁体的磁场(如图3－3－3)
图3－3－3
2．三种常用的电流的磁场
特别提醒：(1)应用安培定则判定电流的磁场时，直线电流是判定导线外部的磁场方向，而环形电流和通电螺线管是判定线圈轴线上磁场的方向．
(2)利用安培定则不仅可以判断磁场的方向，还可以根据磁场方向判定电流的方向．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(2011年厦门高二检测)下列四图为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是(　　)
图3－3－4
A．①③　　　　　　　　　　　 B．②③
C．①④ D．②④
解析：选C.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.
二、对磁通量的进一步理解
1．磁通量的计算
(1)公式：Φ＝BS.
适用条件：
①匀强磁场；
②磁感线与平面垂直．
(2)在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂直，公式Φ＝BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积．
2．磁通量的正、负
(1)磁通量是标量，但有正、负，当磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正值，穿出时即为负值．
(2)若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量为Φ1，反向磁通量为Φ2，则穿过该平面的磁通量Φ＝Φ1－Φ2.
3．磁通量的变化，一般有三种情况：
(1)磁感应强度B不变，有效面积S变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B·ΔS.
(2)磁感应强度B变化，磁感线穿过的有效面积S不变，则：ΔΦ＝Φ2－Φ1＝ΔB·S.
(3)磁感应强度B和回路面积S同时发生变化时：ΔΦ＝Φ2－Φ1.此时ΔΦ≠ΔB·ΔS.
4．计算磁通量时应注意的问题：
计算穿过某一平面的磁通量的变化时：
(1)明确磁场是否为匀强磁场，知道磁感应强度的大小．
(2)平面的面积应为磁感线通过的有效面积．当平面S与磁场方向不垂直时，应明确所研究的平面与磁感应强度方向的夹角，准确找出垂直面积．
(3)线圈的磁通量及其变化与线圈匝数无关，即磁通量的大小不受线圈匝数的影响．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2. (2011年绍兴高二检测)如图3－3－5所示的磁场中竖直放置两个面积相同的闭合线圈S1(左)、S2(右)，由图可知穿过线圈S1、S2的磁通量大小关系正确的是(　　)
A．穿过线圈S1的磁通量比较大
B．穿过线圈S2的磁通量比较大
C．穿过线圈S1、S2的磁通量一样大
D．不能比较
图3－3－5
解析：选A.线圈S1处的磁感线密集，磁感应强度大；线圈S2处的磁感线稀疏，磁感应强度小，由Φ＝BS可知，穿过线圈S1的磁通量比较大，选项A正确．
课堂互动讲练
磁场中某区域的磁感线如图3－3－6所示，则(　　)
A．a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba>Bb
B．a、b两处的磁感应强度的大小不等，BaC．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小
D．a处没有磁感线，所以磁感应强度为零
图3－3－6
【思路点拨】　磁感线是人们为描述磁场而人为画出的线，其方向描述磁场的方向，疏密描述磁场的强弱．
【精讲精析】　由图中可知b处的磁感线较密，a处的磁感线较疏，所以Ba【答案】　B
变式训练1　(2011年潮州高二检测)关于磁感线与电场线的描述，正确的是(　　)
A．电场线起止于电荷，磁感线起止于磁极
B．静电场电场线一定不闭合，磁感线一定是闭合的
C．磁感线是自由小磁针在磁场力作用下的运动轨迹
D．电场线和磁感线实际上均存在，只是肉眼看不到
答案：B
(2011年大庆高二检测)如图3－3－7所示，将通电线圈悬挂在磁铁N极附近，磁铁处于水平位置和线圈在同一平面内，且磁铁的轴线经过线圈圆心，线圈将(　　)
A．转动同时靠近磁铁
B．转动同时离开磁铁
C．不转动，只靠近磁铁
D．不转动，只离开磁铁
图3－3－7
【思路点拨】　本题主要考查磁体与电流磁场间的相互作用，我们可以把环形电流等效成一个小磁针，很容易作出正确判断．
图3－3－8
【精讲精析】　把环形电流等效成一个小磁针，由安培定则知，此小磁针的N极向里S极向外．条形磁铁的N极吸引小磁针的S极排斥N极，故线圈将发生转动同时靠近磁铁．从上面观察的俯视图如图3－3－8所示．答案为A.
【答案】　A
【方法总结】　小磁针也可等效成环形电流，通电螺线管也可以与条形磁铁互相等效，运动电荷可以等效为电流等，利用等效法解题，往往既简单又准确．
变式训练2　如图3－3－9所示，一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针上方时，磁针的S极向纸内偏转，则这束带电粒子可能是(　　)
A．向右飞行的正离子束
B．向左飞行的正离子束
C．向右飞行的负离子束
D．向左飞行的负离子束
图 3－3－9
解析：选BC.小磁针N极的指向即是磁针所在处的磁场方向．题中磁针S极向纸内偏转，说明离子束下方的磁场方向由纸内指向纸外．由安培定则可判定由离子束的定向运动所产生的电流方向由右向左，故若为正离子，则应是自右向左运动，若为负离子，则应是自左向右运动．
有两个固定的完全相同的通电圆环，通过的电流大小相同，方向如图3－3－10所示．一个在竖直平面内放着，一个在水平面内放着，每个圆环在共同圆心O处产生的磁感应强度大小均为B，则在O点的总磁感应强度多大？
图3－3－10
变式训练3　(2011年大庆实验中学高二质检)两根长直通电导线互相平行，电流方向相同，它们的截面处于等边△ABC的A和B处，如图3－3－11所示．两通电导线在C处产生磁场的磁感应强度大小都是B0，则C处磁场的总磁感应强度大小是(　　)
图3－3－11
如图3－3－12所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则穿过平面的磁通量为________．若使框架绕OO′转过60°角，则穿过框架平面的磁通量为________；若从初始位置转过90°角，则穿过框架平面的磁通量为________；若从初始位置转过180°角，则穿过框架平面的磁通量变化量大小为________．
图3－3－12
【思路点拨】　当面积S和匀强磁场方向垂直时Φ＝BS，不垂直时应取垂直于磁场方向的有效面积．磁通量是有正负的，可以认为磁感线从同一面穿入时为正、穿出时为负．
【自主解答】
图3－3－13
【规律总结】　(1)只有在匀强磁场中B⊥S时，Φ＝BS才适用，若B与S不垂直，应将S投影，也可以将B分解，取B、S垂直部分的乘积．
(2)磁通量的变化量，ΔΦ＝Φ2－Φ1，在具体的计算中，一定要注意Φ1及Φ2的正、负问题．
变式训练4　如图3－3－14所示，两个同心放置的平面金属圆环，条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直，则通过两圆环的磁通量Φa、Φb间的关系是(　　)
A．Φa＞Φb B．Φa＜Φb
C．Φa＝Φb D．不能确定
图3－3－14
解析：选A.通过圆环的磁通量为穿过圆环的磁感线的条数，首先明确条形磁铁的磁感线分布情况，另外要注意磁感线是闭合的曲线．条形磁铁的磁感线在磁体的内部是从S极到N极，在磁体的外部是从N极到S极，内部有多少根磁感线，外部的整个空间就有多少根磁感线同内部磁感线构成闭合曲线．对两个圆环，磁体内部的磁感线全部穿过圆环，外部的磁感线穿过多少，磁通量就抵消多少，所以面积越大，磁通量反而越小，