Appearance
磁场 磁感应强度
磁现象
磁性和磁体
物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性。具有磁性的物体叫做磁体。
- 天然磁体：磁铁矿（Fe₃O₄）
- 人造磁体：条形磁体、蹄形磁体、针形磁体等
- 永磁体：能够长期保持磁性的磁体
磁极
磁体上磁性最强的部分叫做磁极。任何磁体都有两个磁极：
- N极（北极）：自由转动的磁体静止时指向北方的一端
- S极（南极）：自由转动的磁体静止时指向南方的一端
磁极间的相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
磁化
使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫做磁化。
- 铁磁性物质（铁、钴、镍）都能被磁化
- 软铁磁化后磁性容易消失，钢磁化后磁性能够长期保持
- 磁化的本质：磁畴的定向排列
磁场
磁场的概念
磁体周围存在着一种特殊物质，叫做磁场。磁场对放入其中的磁体有力的作用，磁体之间的相互作用是通过磁场发生的。
磁场是客观存在的特殊物质，虽然看不见、摸不着，但可以通过它对其他物体的作用来认识它。
磁场的基本性质
对放入其中的磁体产生力的作用，磁极间的相互作用就是通过磁场发生的。
磁场的方向
在磁场中的某一点，放入一个小磁针，小磁针静止时N极所指的方向就是该点磁场的方向。
磁感线
磁感线的定义
为了形象地描述磁场，人们在磁场中画出一些有方向的曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致，这样的曲线叫做磁感线。
磁感线是假想的曲线，实际上并不存在。
磁感线的性质
- 闭合曲线：磁感线在磁体外部从N极出发，回到S极；在磁体内部从S极指向N极，形成闭合曲线
- 不相交：磁场中任意两条磁感线都不会相交
- 疏密表示强弱：磁感线越密的地方，磁场越强；越疏的地方，磁场越弱
- 磁感线的切线方向就是该点的磁场方向
几种典型磁场的磁感线
1. 条形磁体
- 外部：磁感线从N极出发，回到S极
- 两端磁感线密，中间疏，说明两端磁性强，中间弱
2. 蹄形磁体
- 类似于条形磁体，但开口处磁场比较均匀
3. 同名磁极和异名磁极
- 异名磁极相对：磁感线从一个磁极出发，直接到达另一个磁极
- 同名磁极相对：磁感线在磁极附近弯曲，相互推开，不交叉
地磁场
地磁场的概念
地球本身是一个巨大的磁体，地球周围空间存在的磁场叫做地磁场。
地磁场的分布
- 地磁的N极在地理南极附近，地磁的S极在地理北极附近
- 地磁场的磁感线分布与条形磁体相似
磁偏角
地理两极与地磁两极并不重合，磁针所指的南北方向与地理的南北方向稍有偏离，这个夹角叫做磁偏角。
我国宋代学者沈括最早记述了磁偏角现象。
电流的磁效应
奥斯特实验
1820年，丹麦物理学家奥斯特发现：通电导线周围存在磁场，磁场方向与电流方向有关。这个现象叫做电流的磁效应。
奥斯特实验揭示了电现象和磁现象之间的联系，说明电流可以产生磁场。
通电直导线的磁场
通电直导线周围的磁感线是以导线为圆心的同心圆，越靠近导线，磁感线越密，磁场越强。
磁场方向用**安培定则（右手螺旋定则）**判断：右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。
通电螺线管的磁场
通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场一样。
磁感线方向判断：用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的N极。
磁感应强度
磁感应强度的定义
在磁场中，垂直于磁场方向放置的通电导线，受到的安培力F与电流I和导线长度L的乘积IL的比值，叫做该位置的磁感应强度，用B表示。
定义式： B = F / (IL)
其中：
- F：安培力（N）
- I：电流强度（A）
- L：导线长度（m）
- B：磁感应强度（特斯拉，符号T），
1 T = 1 N/(A·m)
磁感应强度的物理意义
磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量，是矢量。
- 大小：反映磁场的强弱
- 方向：该点的磁场方向，即小磁针静止时N极所指的方向
注意：磁感应强度B由磁场本身决定，与放入的导线、电流I、安培力F无关。
匀强磁场
如果磁场中各点的磁感应强度大小相等、方向相同，这个磁场叫做匀强磁场。
匀强磁场的磁感线是平行等距的直线。
磁通量
磁通量的定义
在匀强磁场中，磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，叫做穿过这个面积的磁通量，用Φ表示。
公式： Φ = B · S
单位：韦伯，符号Wb，1 Wb = 1 T·m²
如果平面不垂直于磁场方向，设平面的法线方向与磁场方向的夹角为θ，则： Φ = B · S · cosθ
磁通量的物理意义
磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数。磁感应强度B越大，面积越大，穿过该面积的磁感线条数越多，磁通量越大。
磁通量的计算
磁通量是标量，但有正负之分：
- 当磁感线从正面穿过时，Φ为正
- 当磁感线从反面穿过时，Φ为负
如果有相反方向的磁场穿过同一平面，总磁通量等于相反方向磁通量的代数和。
磁感应强度与磁通量的关系
由 Φ = B S 可得 B = Φ / S，所以磁感应强度也叫做磁通密度，单位可以表示为 Wb/m²，1 Wb/m² = 1 T。
练习题
选择题
下列关于磁场和磁感线的说法中，正确的是：
- A. 磁场和磁感线都是客观存在的
- B. 磁感线总是从磁体的N极出发，到S极终止
- C. 磁感线越密的地方，磁感应强度越大
- D. 磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向
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答案：CD解析：磁场是客观存在的，但磁感线是假想的，不存在，A错误；磁感线是闭合曲线，在磁体外部从N到S，内部从S到N，不是终止于S极，B错误；磁感线的疏密表示磁场强弱，越密越强，C正确；磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向，D正确。
下列关于磁感应强度的说法中，正确的是：
- A. 由
B = F/(IL)可知，B与F成正比，与IL成反比 - B. 磁感应强度的方向就是通电导线在磁场中的受力方向
- C. 一小段通电导线放在磁感应强度为零的位置，所受安培力一定为零
- D. 磁场中某点磁感应强度的方向由放入该点的小磁针指向决定
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答案：C解析：公式
B = F/(IL)是定义式，B由磁场本身决定，与F、IL无关，A错误；磁感应强度方向是磁场方向，安培力方向与磁场方向垂直，B错误；由F = BIL sinθ，B=0则F=0，C正确；B由磁场本身决定，与放入的小磁针无关，D错误。- A. 由
面积为
5.0 × 10⁻² m²的矩形线圈放在匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直。已知磁感应强度B = 2.0 T，则穿过线圈的磁通量为：- A. 0
- B.
1.0 × 10⁻¹ Wb - C.
5.0 × 10⁻² Wb - D.
1.0 × 10⁻² Wb
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答案：B解析：线圈平面与磁场垂直，所以
Φ = B S = 2.0 T × 5.0 × 10⁻² m² = 1.0 × 10⁻¹ Wb，选B。
计算题
一根长为0.50 m的导线，通有2.0 A的电流，垂直放置在匀强磁场中，受到的安培力大小为0.20 N。求该位置的磁感应强度大小。如果将导线长度减小到0.25 m，电流不变，磁感应强度又是多少？此时安培力是多少？
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解答： 由定义式
B = F/(IL)得：B = 0.20 N / (2.0 A × 0.50 m) = 0.20 T磁感应强度由磁场本身决定，与导线长度无关，所以长度减小后B仍然是 0.20 T。
此时安培力：
F' = B I L' = 0.20 T × 2.0 A × 0.25 m = 0.10 N答：原磁感应强度为0.20 T；长度减小后B仍为0.20 T，安培力为0.10 N。
一个面积S = 400 cm²的矩形线框，放在磁感应强度B = 0.50 T的匀强磁场中。求： (1) 当线框平面与磁场垂直时，穿过线框的磁通量； (2) 当线框平面与磁场平行时，穿过线框的磁通量； (3) 若线框转动到法线与磁场方向成60°角时，磁通量又是多少？
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解答： S = 400 cm² = 4.0 × 10⁻² m²
(1) 平面与磁场垂直，θ = 0°：
Φ = B S cos0° = 0.50 T × 4.0 × 10⁻² m² × 1 = 2.0 × 10⁻² Wb(2) 平面与磁场平行，θ = 90°：
Φ = B S cos90° = 0(3) 法线与磁场成60°角：
Φ = B S cos60° = 0.50 × 4.0 × 10⁻² × 0.5 = 1.0 × 10⁻² Wb答：(1) 2.0 × 10⁻² Wb；(2) 0；(3) 1.0 × 10⁻² Wb。