高考物理备考之磁场公式总结

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高考物理备考之磁场公式总结

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高考物理备考之磁场公式总结

　　高考物理磁场公式备考：

　　1、磁感应强度是用来表示磁场的强弱和方向的物理量，是矢量，单位T），1T=1N/Am

　　2、安培力F=BIL；（注：L⊥B）{B：磁感应强度（T），F：安培力（F），I：电流强度（A），L：导线长度（m）}

　　3、洛仑兹力f=qVB（注V⊥B）；质谱仪〔见第二册P155〕{f：洛仑兹力（N），q：带电粒子电量（C），V：带电粒子速度（m/s）｝

　　4、在重力忽略不计（不考虑重力）的情况下，带电粒子进入磁场的运动情况（掌握两种）：

　　（1）带电粒子沿平行磁场方向进入磁场：不受洛仑兹力的作用，做匀速直线运动V=V0

　　（2）带电粒子沿垂直磁场方向进入磁场：做匀速圆周运动，规律如下

　　（a）F向=f洛=mV2/r=mω2r=mr（2π/T）2=qVB；r=mV/qB；T=2πm/qB；

　　（b）运动周期与圆周运动的半径和线速度无关，

　　洛仑兹力对带电粒子不做功（任何情况下）；

　　（c）解题关键：画轨迹、找圆心、定半径、圆心角（=二倍弦切角）。

　　注：

　　（1）安培力和洛仑兹力的方向均可由左手定则判定，只是洛仑兹力要注意带电粒子的正负；

　　（2）磁感线的特点及其常见磁场的磁感线分布要掌握〔见图及第二册P144〕；

　　（3）其它相关内容：地磁场/磁电式电表原理〔见第二册P150〕/回旋加速器〔见第二册P156〕/磁性材料

　　磁场知识点

　　一. 磁现象和电流的磁效应

　　1．磁现象

　　(1) 磁性和磁体物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体。(2) 磁极磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫磁极。任何磁体都有两个磁极，一个叫南极(又称S极)，另一个叫北极(又称N极)。(3) 磁极间的相互作用同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。(4) 磁化和去退磁使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫做磁化；反过来，磁化后的物体失去磁性的过程叫做退磁或去磁。(5) 磁性材料磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成，如铁、钴、镍等．它一般分为两类，即软磁性材料和硬磁性材料。其中磁化后容易去磁的为软磁性材料，不容易去磁的为硬磁性材料。【说明】物体磁化后的磁极与使该物体产生磁性的磁体的相邻磁极互为异名磁极。

　　2. 电流的磁效应

　　(1) 奥斯特实验

　　① 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现，沿南北方向放置的导线通电后，其下方与导线平行的小磁针会发生偏转。

　　② 奥斯特实验的意义：发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系。

　　【注意】在做“奥斯特实验时”，为减弱地磁场的影响，通电导线应南北放置，且放在小磁针的正下方或正上方(不应将小磁针放在通电导线的延长线上)。因为小磁针静止时指向南北方向，若将导线东西放置，小磁针可能不偏转。

　　③ 电流的磁效应：通电导线周围有磁场，即电流的周围有磁场，电流的磁场使放在导线周围的磁针发生偏转，磁场的方向跟电流的方向有关，这种现象叫做电流的磁效应。

　　(2) 磁铁对通电导线的作用

　　磁铁对通电导体棒产生力的作用，使导体棒运动。

　　(3) 电流和电流间的相互作用

　　① 相互平行而且距离较近的两条导线，当导线中分别通以方向相同或方向相反的电流时，观察到发生的现象是：通同向电流的两根导线会靠近，通异向电流的两根导线会远离。

　　② 结论：同向电流相互吸引，异向电流相互排斥。

　　二. 磁场和地磁场

　　1．磁场

　　(1) 磁场的定义

　　磁体或电流周围空间存在的一种特殊物质，磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间、通电导体与通电导体之间的相互作用，是通过磁场发生的。

　　【说明】磁场与电场一样，都是场物质，都是真实存在的。磁场是传递磁作用的一种物质。

　　(2) 磁场的基本性质

　　磁场对放入其中的磁体、通电导体或运动电荷有力的作用。

　　(3) 磁场的产生

　　①永磁体周围存在磁场；②通电导体周围存在磁场——电流的磁效应；③运动电荷的周围存在磁场。

　　2.地磁场

　　(1) 地磁场

　　地球是一个巨大的磁体，周围空间存在的磁场叫地磁场。地球磁极的北极在地理的南极附近，地球磁极的南极在地理的北极附近。

　　【说明】不但地球具有磁场，宇宙中的其他天体也有磁场。

　　(2) 地磁场的特点

　　地球周围的磁场与条形磁铁周围的磁场分布的情况相似。两极磁性最强，中间磁性最弱。在地磁场北极、南极附近，磁场方向是竖直的，而在赤道附近磁场方向是水平的。

　　(3) 磁偏角

　　地球的地理两极与地磁两极并不完全重合，磁针并非准确地指南或指北，其间有一个夹角，叫地磁偏角，简称磁偏角。

　　【说明】

　　①地球上不同点的磁偏角数值不同。

　　②由于地球磁极的缓慢移动，磁偏角也在缓慢变化。

　　③地磁轴和地球自转轴的夹角约为11度。

　　知识组2磁感应强度和几种常见磁场

　　一. 磁感应强度

　　1．磁感应强度的方向

　　(1) 磁感应强度

　　描述磁场强弱和方向的物理量，用符号B表示。

　　(2) 磁感应强度的方向

　　小磁针静止时N极所指的方向为该点的磁感应强度的方向，简称磁场方向。无论小磁针是否处于静止状态，其N极受力方向是确定的，因此磁场的方向也可说成小磁针在磁场中N极的受力方向。

　　2．磁感应强度的大小

　　二. 磁感线（重点）

　　1．定义

　　在磁场中画一些有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同，这样的曲线称为磁感线。

　　2．常见磁场的磁感线分布

　　3．磁感线的特点

　　(1) 磁感线在磁体的外部是从北极(N极)出来，进入南极(S极)，在磁体的内部则是由南极回到北极，形成一条闭合的曲线。

　　(2) 磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。磁感线密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱。

　　(3) 磁感线上每一点的切线方向为该点的磁场方向。

　　(4) 磁感线是为了形象地研究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。

　　(5) 磁感线在空间不相交，不相切，也不中断。

　　(6) 没有磁感线的地方，并不表示就没有磁场存在，通过磁场中的任一点总能而且只能画出一条磁感线。

　　三. 几种常见的磁场

　　1．直线电流的磁场(重点)

　　(1) 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，也叫右手螺旋定则。

　　(2) 分布特点

　　① 直线电流的磁场分布的立体图和截面图。

　　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，实际上电流磁场为空间图形。

　　③ 直线电流的磁场无磁极。

　　④ 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．环形电流的磁场(重点)

　　(1) 安培定则

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

　　(2) 分布特点

　　① 环形电流的磁场分布的立体图和截面图。

　　② 环形电流的磁场类似于条形磁铁的磁场，其两侧可等效为N极和S极。

　　③ 由于磁感线为闭合曲线，所以环内、外磁感线条数相等，故环内磁场强，环外磁场弱。

　　④ 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。

　　3．通电螺线管的磁场(重点)

　　(1) 安培定则

　　用右手握住螺线管，让弯曲的四指所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的方向(大拇指指向螺线管北极)。

　　(2) 分布特点

　　① 通电螺线管的磁场分布的立体图和截面图。

　　② 内部近似为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极。

　　③ 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。

　　【注意】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中的，要熟练掌握其立体图及纵、横截面图的画法以及转换。

　　4．安培分子电流假说

　　(1) 安培分子电流假说的内容

　　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，它的两侧相当于两个磁极。

　　(2) 安培分子电流假说对一些磁现象的解释

　　① 磁化现象：

　　一根铁棒未被磁化时，内部各分子电流的取向是杂乱无章的，它们的磁场互相抵消，对外不显磁性。当铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流的取向变得大致相同，铁棒被磁化，两端对外界显示出较强的磁作用，形成磁极。

　　② 磁体的消磁：磁体受到高温或猛烈撞击时，即在剧烈的热运动或震动的影响下，分子电流取向又变得杂乱无章，磁体的磁性消失。

　　(3) 磁现象的本质

　　磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由运动的电荷产生的。

　　四. 匀强磁场

　　1．定义

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

　　2．磁感线的特点

　　间距相同的平行直线。

　　3．存在位置

　　距离很近的两个平行的异名磁极之间(边沿除外)、通电螺线管内部(边沿除外)的磁场都是匀强磁场。

　　五. 磁通量

　　1．定义

　　，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，我们把B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通。用字母Φ表示。

　　2．计算（重点）

　　(1) 公式：Φ＝BS.

　　(2) 适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直。

　　(3) 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，即Φ＝BS⊥，在竖直方向的匀强磁场中，平面abcd与垂直于磁感线方向的平面的夹角为θ，则穿过面积abcd的磁通量应为Φ＝BScos θ，Scos θ即为面积S在垂直于磁感线方向的投影。

　　(4) 若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁感线条数为Φ1，反向磁感线条数为Φ2，则磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和，净磁通量)，即Φ＝Φ1－Φ2。

　　(5) 磁感线是闭合曲线(不同于静电场的电场线)，所以穿过任意闭合曲面的磁通量一定为零，即Φ＝0。例如一个球面，磁感线只要穿入球面，就一定穿出球面，穿过球面的磁感线的净条数为零，即磁通量为零。

　　【点透】磁通量是针对某个面来说的，与给定的线圈的匝数多少无关，即在有关磁通量的计算时，只要n匝线圈的面积相同，放置情况也相同，则穿过n匝线圈与单匝线圈的磁通量相同，不需要考虑线圈匝数n。

　　3．单位

　　4．磁通密度

　　5．磁通量的正负

　　磁通量是标量，有正负之分。其正负是这样规定的：任何一个面都有正、反两面，若规定磁感线从正面穿入时磁通量为正值，则磁感线从反面穿入时磁通量为负值。

　　【说明】磁通量的正负既不表示大小，也不表示方向，仅是为了计算方便而引入的。

　　高考物理磁场知识点

　　电生磁

　　1、奥斯特实验证明：通电导线的周围存在着磁场，磁场的方向跟电流的方向有关，这种现象叫做电流的磁效应。这一现象是由丹麦物理学家奥斯特在1820年发现的。

　　2、把导线绕在圆筒上，做成螺线管，也叫线圈，在通电情况下会产生磁场。通电螺线管的磁场相当于条形磁体的磁场，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个磁极。

　　3、通电螺线管的磁场方向与电流方向有关。磁场的强弱与电流强弱、线圈匝数、有无铁芯有关。

　　4、在通电螺线管里面加上一根铁芯，就成了一个电磁铁。电磁铁磁场的强弱与电流的强弱、线圈的匝数、铁芯的有无有关。可以制成电磁起重机、扬声器和吸尘器等。

　　5、判断通电螺线管的磁场方向可以使用安培(右手)定则：将右手的四指顺着电流方向抓住螺线管，姆指所指的方向就是该螺线管的N极。

　　电磁继电器扬声器

　　1、继电器是利用低电压、弱电流电路的通断，来间接地控制高电压、强电流电路的装置。实质上它就是利用电磁铁来控制工作电路的一种开关。

　　2、电磁继电器由电磁铁、衔铁、簧片、触点组成;其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分组成。

　　3、扬声器是把电信号转换成声信号的一种装置。它主要由固定的永久磁体、线圈和锥形纸盆构成。

　　电动机

　　1、通电导体在磁场中会受到力的作用。它的受力方向跟电流方向、磁感线方向有关。

　　2、电动机由转子和定子两部分组成。能够转动的部分叫转子;固定不动的部分叫定子。

　　3、当直流电动机的线圈转动到平衡位置时，线圈就不再转动，只有改变线圈中的电流方向，线圈才能继续转动下去。这一功能是由换向器实现的。换向器是由一对半圆形铁片构成的，它通过与电刷的接触，在平衡位置时改变电流的方向。实际生活中电动机的电刷有很多对，而且会用电磁场来产生强磁场。

　　4、电动机构造简单、控制方便、体积小、效率高、功率可大可小，被广泛应用在日常生活和各种产业中。它在电路图中用M表示。电动机工作时是把电能转化为机械能。

　　磁生电

　　1、在1831年由英国物理学家法拉第首先发现了利用磁场产生电流的条件和规律。当闭合电路的一部分在磁场中做切割磁感线运动时，电路中就会产生电流。这个现象叫电磁感应现象，产生的电流叫感应电流。

　　2、没有使用换向器的发电机，产生的电流，它的方向会周期性改变方向，这种电流叫交变电流，简称交流电。它每秒钟电流方向改变的次数叫频率，单位是赫兹，简称赫，符号为Hz。我国的交流电频率是50Hz。

　　3、使用了换向器的发电机，产生的电流，它的方向不变，这种电流叫直流电。(实质上和直流电动机的构造完全一样，只是直流发电机是磁生电，而直流电动机是电生磁)

　　4、直流电动机原理：是利用通电线圈在磁场里受力转动的原理制成的。

　　5、实际生活中的大型发电机由于电压很高，电流很强，一般都采用线圈不动，磁极旋转的方式来发电，而且磁场是用电磁铁代替的。

　　电话

　　1、1876年由美国科学家贝尔发明了电话。最简单的电话由话筒和听筒组成。话筒将声信号转变为音频电信号，听筒将音频电信号转变为声信号。通话双方的话筒和听筒是互相串联的，自己的话筒和听筒是互相独立的。

　　2、为了节约电话线路的使用效率，人们发明了电话交换机，1891年出现了自动电话交换机，它通过电磁继电器进行接线。现代的程控电话是利用程控电话交换机，它是通过电子计算机技术进行接线。

　　3、电话按信号输方式来分，可分为有线电话和无线电话;按信号类型来分，可分为模拟电话和数字电话。

　　4、模拟信号在传输过程中会丢失信息，而且抗干扰能力不强，保密性也很差，信号衰减厉害。数字信号在传输过种中，抗干扰能力强，保密性好。

　　电磁波的海洋

　　1、导线中的电流迅速变化会在空间激起电磁波。电磁波在空气、水、某些固体，甚至真空中都能传播。光也是电磁波的一种。电磁波的速度和光速一样，都是3×108m/s，电磁波的速度，等于波长和频率f的乘积：c=λf单位分别是m/s(米每秒)、m(米)、Hz(赫兹);频率的常用单位还有千赫(kHz)和兆赫(MHz)。

　　2、用于广播、电视和移动电话的电磁波是数百千赫至数百兆赫的那一部分，叫做无线电波。

　　广播电视和移动通信

　　1、无线电广播的发射由广播电台完成;发射部分主要由话筒、载波发生器、调制器、放大器和发射天线组成。接收部分主要由接收天线、调谐器、解调器和扬声器组成。

　　2、电视信号的传输与无线电广播基本相同，只是发射部分多了摄像机，接收部分多了显像管。

　　3、移动电话(无线电话，手机)既是无线电的发射装置，又是无线电的接收装置。它的特点是体积小，发射功率不大，天线简单，灵敏度不高，需要基站台转发信号。无绳电话是家庭电话中主机电话与分机电话沟通的一种家用电话，一般使用范围在几十米或几百米之内。

　　4、音频电流和视频电流加载到高频电流上，形成了发射能力很强的射频电流。

　　越来越宽的信息之路

　　1、微波是波长在10m——1mm之间，频率在30MHz——3105MHz之间的电磁波。微波大致直线传播，所以每隔50公里左右就要建一个微波中继站。

　　2、利用卫星做通信中继站，称之为卫星通信。这种卫星相对于地球静止不动，叫做同步地球卫星。在一球周围均匀分布3颗卫星，就可以实现全球通信。

　　3、1960年，美国科学家梅曼发明了第一台激光器。激光的特点是频率单一、方向高度集中。光纤通信是利用激光在光纤中传输信号的。光纤由中央的玻璃芯和外面的反射层、保护层构成的，可以传输大量的信息。

　　4、将数台计算机通过各种方式联结在一起，便组成了网络通信。现在世界上的计算机网络叫因特网(Internet)。它使用最频繁的通信方式是电子邮件(e-mail)。电子邮件传递信息既快又方便。

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