2014.03.19 15:48
高中物理选修3-1中磁场是最后一部分内容，也是这本书最难的一部分。磁场部分的知识繁多，便于同学们把众多概念联系起来复习，我们物理网编辑做了专门针对此章节概念的整理。包括：磁场的定义，磁感线的性质，安培定则，安培分子电流假说，磁感应强度，磁通量，安培力，洛伦兹力，安培力与洛伦兹力的联系，几种常见的磁场。具体内容如下：
磁场的定义
⒈磁场是一种客观物质，存在于磁体和运动电荷（或电流）周围。
⒉磁场（磁感应强度）的方向规定为磁场中小磁针N极的受力方向（磁感线的切线方向）。
⒊磁场的基本性质是对放入其中的磁体、运动电荷（或电流）有力的作用。
磁感线性质
⒈磁感线是徦想的，用来对磁场进行直观描述的曲线，它并不是客观存在的。
⒉磁感线是闭合曲线；
⒊磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向。
⒋任何两条磁感线都不会相交，也不能相切。
磁感线（不是磁场线）的性质最好与电场线的性质对比来记忆。
安培定则
安培定则是用来确定电流方向与磁场方向关系的法则。
我们可以使用安培定则来做如下判定：
（1）已知电流方向，判定此电流产生的磁场方向（磁极方向）。
（2）已知磁场方向（磁极方向），判定电流方向。
安培定则必须使用右手来判定，具体的使用包括如下两种情况。
安培定则应用1
应用1=右手螺旋定则。这种情况我们再初中物理课本上就讲过；只不过，右手螺旋定则仅仅是安培定则的一种特殊情况（一部分）。
如上图所示，弯曲的四指代表电流流动的方向（由手掌流向指尖），拇指的方向代表等效磁铁N磁极的方向。（小拇指代表的是S磁极的方向）
我们可以通过螺旋线上电流的方向来判定等效磁铁的NS磁极，同样，我们也可以反过来，通过NS磁极的分布来确定螺旋管上的电流方向。
安排定则应用2
应用2=单根导线周围的磁场判定。
应用2同样适用的是右手来判定。拇指方向与电流方向相同，则弯曲的四指代表的是磁感线的方向。
如果我们知道（直流电）电流的方向，就能通过右手来判定磁场方向；反之，我们知道导线周围磁场的分布，也就能判定电流的方向了。
安培定则虽然都是通过右手来判定的，可安培定则与右手定则不同，同学们可以点击这里来了解右手定则的内容。
安培分子电流假说
揭示了磁现象的电本质，即磁体的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的。
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，使每个微粒成为微小的磁体，分子的两侧相当于两个磁极.通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的，它们产生的磁场互相抵消，对外不显磁性。当外界磁场作用后，分子电流的取向大致相同，分子间相邻的电流作用抵消，而表面部分未抵消，它们的效果显示出宏观磁性。
安培的分子电流假说在当时物质结构的知识甚少的情况下无法证实，它带有相当大的臆测成分；在今天已经了解到物质由分子组成，而分子由原子组成，原子中有绕核运动的电子，安培的分子电流假说有了实在的内容，已成为认识物质磁性的重要依据。
磁感应强度
公式B=F/（IL）
磁感应强度是由什么决定的？磁感应强度的大小并不是由F、I、L来决定的，而是由磁极产生体本身的属性。
如果是一块磁铁，那么B的大小之和这块磁铁的大小和磁性强弱有关。
如果是电磁铁，那么B与I、匝数及有无铁芯有关。
物理网很多文章都建议同学们采用类比的方法来理解各个物理量。我们用电阻R来做个对比。
R的计算公式是R=U/I；可一个导体的电阻R大小并不是由U或者I来决定的。而是由其导体自身属性决定的，包括电阻率、长度、横截面积。同样，磁感应强度B也不是由F、I、L来决定的，而是由磁极产生体本身的属性。
如果同学们有时间，可以把静电场中电容的两个公式来复习、巩固下。
B为矢量，方向与磁场方向相同，并不是在该处电流的受力方向，运算时遵循矢量运算法则。
磁通量
⒈定义一：φ=BS，S是与磁场方向垂直的面积，如果平面与磁场方向不垂直，应把面积投影到与磁场垂直的方向上，求出投影面积；
⒉定义二：表示穿过某一面积磁感线条数；此时，我们认为B代表的意义是单位面积内的磁感线密度。
磁通量是标量，但有正、负，正、负号不代表方向，仅代表磁感线穿入或穿出。同学们能不能想到其他类似的物理量呢？比如，电流，也是有“运动方向”的标量。
当一个面有两个方向的磁感线穿过时，磁通量的计算应算“纯收入”，即ф=ф -ф （ф 为正向磁感线条数，ф 为反向磁感线条数。）
安培力
安培力的大小
⒈公式F=BILsinθ （θ为B与I夹角）
⒉通电导线与磁场方向垂直时，安培力最大；
⒊通电导线平行于磁场方向时，安培力为零；
⒋B对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度
⒌式中的L为导线垂直于磁场方向的有效切割长度。
例如，半径为r的半圆形导线与磁场B垂直放置，导线的的等效长度为2r，安培力的大小就是BI*2r 。
安培力的方向
⒈方向由左手定则来判断。请点击这里查看左手定则的内容。
⒉安培力总是垂直于磁感应强度B和电流I所决定的平面，但B、I不一定是垂直关系。
洛伦兹力
洛伦兹力的大小
⒈当电荷速度方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力的大小f=Bvq；物理网编辑建议同学们用小写的f来表示洛伦兹力，以便于和安培力区分。
⒉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的作用是不同的。
⒊当时电荷沿着（或逆着）磁感线方向运行时，洛伦兹力为零。
⒋当电荷运动方向与磁场方向夹角为θ时，洛伦兹力的大小f=Bvqsinθ；
洛伦兹力的方向
⒈用左手定则来判断：让磁感线穿过手心，四指指向正电荷运动的方向（或负电荷运动方向的反方向），大拇指指向就是洛伦兹力的方向。
⒉无论v与B是否垂直，洛伦兹力总是同时垂直于电荷运动方向与磁场方向。
洛伦兹力的特点
洛伦兹力的方向总与粒子运动的方向垂直，洛伦兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小，故洛伦兹力永远不会对v有积分，即洛伦兹力永不做功。
安培力和洛伦兹力的关系
安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观实质。两者的方向判定都是由左手定则判断的。
洛伦兹力不做功，安培力可以做功。
几种常见磁场
⒈直线电流的磁场：无磁极，非匀强，距导线越远处磁场越弱。
⒉通电螺线管的磁场：管外磁感线分布与条形磁铁类似，管内为匀强磁场。
⒊地磁场（与条形磁铁磁场类似）
⑴地磁场N极在地球南极附近，S极在地球北极附近。
地磁场B的水平分量总是从地球南极指向北极，而竖直分量南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下
⑵在赤道平面上，距离地球表面相等的各点，磁感强度相等，且方向水平向北。
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