微專題16：磁場、磁感線、磁感應強度和磁通量【知識回顧】一、磁場的性質(zhì)1．客觀存在性：與電場一樣，也是一種物質(zhì)，是一種看不見而又客觀存在的特殊物質(zhì)。存在于磁體、通電導線、運動電荷、變化電場、地球的周圍。2．方向性：人類規(guī)定，磁場中任一點小磁針北極(N極)的受力方向(或小磁針靜止時N極的指向)為該處的磁場方向。3．基本性質(zhì)：對放入其中的磁極、電流、運動的電荷有力的作用，而且磁體與磁體、磁體與電流、電流與電流間的相互作用都是通過磁場發(fā)生的。二、對磁感線的理解1．磁感線與電場線的比較比較項目磁感線電場線相同點意義為了形象地描述磁場的方向和強弱而假想的線為了形象地描述電場的方向和強弱而假想的線方向線上各點的切線方向就是該點的磁場方向線上各點的切線方向就是該點的電場方向疏密表示磁場強弱表示電場強弱特點在空間不相交、不相切、不中斷除電荷處外，在空間不相交、不相切、不中斷不同點閉合曲線始于正電荷或無窮遠處，止于負電荷或無窮遠處。不閉合的曲線2．磁體周圍的磁感線形狀條形磁鐵蹄形磁鐵同名磁極間異名磁極間分布圖分布規(guī)律關于條形磁鐵對稱關于磁鐵的中軸線對稱關于兩磁極的連線及連線的中垂線對稱關于兩磁極連線及連線的中垂線對稱3．三種常見的電流的磁感線形狀安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖直線電流以導線上任意點為圓心的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場越弱環(huán)形電流內(nèi)部磁場比環(huán)外強，磁感線越向外越稀疏通電螺線管內(nèi)部為勻強磁場且比外部強，方向由S極指向N極，外部類似條形磁鐵，由N極指向S極三、對磁感應強度的理解1．磁感應強度的定義式：B＝eq\f(F,IL)(1)公式成立條件：通電導線必須垂直于磁場方向放置，不垂直則公式不成立。(2)決定磁感應強度的因素：僅由磁場本身決定，與導線是否受磁場力以及磁場力的大小無關。(3)磁感應強度的定義式也適用于非勻強磁場，這時L應很短，IL稱為“電流元”，相當于靜電場中的“試探電荷”。2．方向：磁感應強度B是一個矢量，某點磁感應強度的方向不是放在該處的通電導線的受力方向。它的方向可以有以下幾種表述方式：(1)小磁針靜止時N極所指的方向，或小磁針靜止時S極所指的反方向。(2)小磁針N極受力的方向(不論小磁針是否靜止)，或S極受力的反方向。(3)磁感應強度的方向就是該點的磁場方向。四、磁通量Φ1.勻強磁場中磁通量的計算：(1)B與S垂直時：Φ＝BS。B指勻強磁場的磁感應強度，S為線圈的面積．(2)B與S不垂直時：Φ＝BS⊥=BScosθ。S⊥為線圈在垂直磁場方向上的有效面積，在應用時可將S分解到與B垂直的方向上。2.正負：(1)磁通量是標量，但有正負，若取某方向穿入平面的磁通量為正,則反方向穿入該平面的磁通量為負。(2)過一個平面若有方向相反的兩個磁通量,這時的合磁通為相反方向磁通量的代數(shù)和(即相反方向磁通抵消以后剩余的磁通量才是合磁通)3．磁通量Φ、磁通量的變化量ΔΦ及磁通量的變化率eq\f(ΔΦ,Δt)的比較磁通量Φ磁通量的變化量ΔΦ磁通量的變化率eq\f(ΔΦ,Δt)物理意義某時刻穿過磁場中某個面的磁感線條數(shù)在某一過程中，穿過某個面的磁通量的變化量穿過某個面的磁通量變化的快慢當B、S互相垂直時的大小Φ＝BSΔΦ＝eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Φ2－Φ1,B·ΔS,S·ΔB))eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\f(|Φ2－Φ1|,Δt),B·\f(ΔS,Δt),\f(ΔB,Δt)·S))注意若穿過的平面中有方向相反的磁場，則不能直接用Φ＝BS.Φ為抵消以后所剩余的磁通量開始和轉(zhuǎn)過180°時平面都與磁場垂直，但穿過平面的磁通量是不同的，一正一負，ΔΦ＝2BS，而不是零在Φ－t圖像中，可用圖線的斜率表示eq\f(ΔΦ,Δt)【基礎題組】1．如果你看過中央電視臺體育頻道的圍棋講座就會發(fā)現(xiàn)，棋子在豎直放置的棋盤上可以移動，但不會掉下來，如圖所示。原來，棋盤和棋子都是由磁性材料做成的。棋子不會掉落是因為()A．質(zhì)量小，重力可以忽略不計B．受到棋盤對它向上的摩擦力C．棋盤對它的吸引力與重力平衡D．它一方面受到棋盤的吸引，另一方面還受到空氣的浮力2．如圖是電磁起重機的工作原理介紹，其中電磁鐵的工作原理主要利用了電流的一種效應，此效應的發(fā)現(xiàn)者是（）A．庫侖 B．奧斯特 C．洛倫茲 D．法拉第3．B3．磁場中某區(qū)域的磁感線如圖所示，則()A．a(chǎn)、b兩處的磁感應強度的大小不等，Ba＞BbB．a(chǎn)、b兩處的磁感應強度的大小不等，Ba＜BbC．a(chǎn)、b兩處磁場方向一定相同D．a(chǎn)處沒有磁感線，所以磁感應強度為04．下列關于電場線和磁感線的說法中，正確的是()A．電場線和磁感線都是電場或磁場中實際存在的線B．磁場中兩條磁感線一定不相交，但在復雜電場中的電場線是可以相交的C．電場線是一條不閉合曲線，而磁感線是一條閉合曲線D．電場線越密的地方，電場越強，磁感線越密的地方，磁場越弱5．當導線中分別通以圖示方向的電流，小磁針靜止時北極指向讀者的是()ABCD6．關于磁感應強度，下列說法正確的是()A．由B＝eq\f(F,IL)可知，B與F成正比，與IL成反比B．通電導線放在磁場中某點，該點就有磁感應強度，如果將通電導線拿走，該點的磁感應強度就變?yōu)?C．通電導線所受磁場力不為0的地方一定存在磁場，通電導線不受磁場力的地方一定不存在磁場(即B＝0)D．磁場中某一點的磁感應強度由磁場本身決定7．用比值法定義物理量是物理學中一種重要的思想方法，下列表達式中不屬于用比值法定義物理量的是（）8.關于磁通量，下列說法正確的是（）A．穿過某一面積的磁通量為零，該處磁感應強度為零B．磁場中磁感應強度大的地方，磁通量不一定很大C．穿過某平面的磁感線條數(shù)越多，磁通量越大D．在磁場中所取平面的面積越大，磁通量越大9．關于磁通量的概念，下列說法正確的是（）A．磁感應強度越大的地方，穿過線圈的磁通量也越大B．穿過線圈的磁通量為零時，該處的磁感應強度一定為零C．磁感應強度越大，線圈面積越大，穿過線圈的磁通量也越大D．穿過線圈的磁通量的大小可用穿過線圈的磁感線的條數(shù)來衡量10.如圖所示,兩個單匝線圈a、b的半徑分別為r和2r。圓形勻強磁場B的邊緣恰好與a線圈重合,則穿過a、b兩線圈的磁通量之比為(A)A.1∶1 B.1∶2C.1∶4 D.4∶111.設想地磁場是由地球內(nèi)部的環(huán)形電流形成的,那么這一環(huán)形電流的方向應該是()12.如圖所示,一金屬直棒MN兩端接有細導線懸掛于線圈上方,為使MN垂直紙面向外運動,可以將()A.a、c端接電源正極,b、d端接電源負極B.a、d端接電源正極,b、c端接電源負極C.b、d端接電源正極,a、c端接電源負極D.b、c端用導線連接,a接電源正極,d端接電源負極13.如圖所示,把一根柔軟的金屬彈簧懸掛起來,彈簧靜止時,它的下端剛好跟槽中的水銀接觸。通電后,關于彈簧,下列說法中正確的是()A.彈簧始終不動B.彈簧不斷上下振動C.彈簧向上收縮后,保持靜止D.彈簧向下伸長后,保持靜止14.2017年12月30日,北京首條磁懸浮軌道交通S1線在門頭溝開通試運營,標志著我國成為世界第二個掌握中低速磁懸浮技術的國家。其簡化后的結(jié)構(gòu)原理簡圖如圖所示,其中懸浮線圈和導向線圈分別位于車體的底部和側(cè)面。間隙傳感器能夠控制懸浮線圈和導向線圈中電流大小,下列說法中正確的是()A.導向線圈的主要作用是使列車處于懸浮狀態(tài)B.當列車沿水平直軌道平穩(wěn)運行時,懸浮線圈中的電流不變C.通電的懸浮線圈和導向線圈與金屬導軌之間都是斥力作用D.間隙傳感器控制導向線圈中的電流發(fā)生改變是為了使列車加速15.（多選）如圖所示，無限大的水平勻強磁場B中，有一面積為S的矩形線圈，可繞豎直軸MN轉(zhuǎn)動.關于穿過此線圈的磁通量，下列說法正確的是()當線圈平面與磁感線垂直時，磁通量最大當線圈平面與磁感線平行時，磁通量最大線圈繞軸MN轉(zhuǎn)過180°的過程中，磁通量保持不變線圈繞軸MN轉(zhuǎn)過90°的過程中，磁通量會發(fā)生變化16.指南針是我國古代的四大發(fā)明之一。司南是春秋戰(zhàn)國時期發(fā)明的一種指南針,如圖所示。它由青銅盤和磁勺組成,磁勺放置在青銅盤的中心,可以自由轉(zhuǎn)動。由于受地磁場作用,司南的磁勺尾靜止時指向南方。下列說法中正確的是()A.磁勺能夠指示方向,是利用了地磁場對磁勺的作用B.磁勺的指向不會受到附近磁鐵的干擾C.磁勺的指向不會受到附近鐵塊的干擾D.磁勺的N極位于司南的磁勺尾部【能力提升題組】18．有一小段通電直導線，長為1cm，通過的電流為5A，把它置于磁場中某點，受到的磁場力為0.1N，則該點的磁感應強度()A．B＝2T B．B≤2TC．B≥2T D．以上情況都有可能19.如圖所示，直角三角形ABC中∠A=60°，AD=DC，置于B、C兩點垂直紙面的直導線中通有大小相等、方向向里的恒定電流，D點的磁感應強度大小為B0。若把置于C點的直導線移至A點，電流大小和方向都不變，則D點的磁感應強度變?yōu)?)A.

大小為，方向向下

B.

大小為等，方向向下C.

大小為B0，方向向左

D.

大小為2B0，方向向左20．（多選）如圖，紙面內(nèi)有兩條相互垂直的長直絕緣導線L1、L2，L1中的電流方向向上，L2中的電流方向向右；L1的右邊有a、b兩點，它們相對于L2對稱。整個系統(tǒng)處于某勻強磁場中，該勻強磁場的磁感應強度大小為B0，方向垂直于紙面向外。已知a、b兩點的磁感應強度大小分別為和，方向均垂直于紙面向里。則（）21.如圖所示,在薄金屬圓筒表面上通以與其軸線平行、分布均勻的恒定電流時,該圓筒的形變趨勢為()A.沿軸線上下壓縮B.沿軸線上下拉伸C.沿半徑向內(nèi)收縮D.沿半徑向外膨脹22.（單選）在磁感應強度為B0、方向豎直向上的勻強磁場中,水平放置一根通電長直導線,電流的方向垂直于紙面向里。如圖所示,a、b、c、d是以直導線為圓心的同一圓周上的四點,在這四點中()A.c、d兩點的磁感應強度大小相等B.a、b兩點的磁感應強度大小相等C.c點的磁感應強度的值最小D.b點的磁感應強度的值最大23.如圖所示,在平面直角坐標系中,a、b、c是等邊三角形的三個頂點,三個頂點處分別放置三根互相平行的長直導線,導線中通有大小相等的恒定電流,方向垂直紙面向里。對于頂點c處的通電直導線所受安培力的方向,下列說法中正確的是()A.沿y軸正方向 B.沿y軸負方向C.沿x軸正方向 D.沿x軸負方向24.如圖,在磁感應強度大小為B0的勻強磁場中,兩長直導線P和Q垂直于紙面固定放置,兩者之間的距離為l。在兩導線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時,紙面內(nèi)與兩導線距離均為l的a點處的磁感應強度為零。如果讓P中的電流反向、其他條件不變,則a點處磁感應強度的大小為()A.0 B.B330 C.B2330 25.如圖所示，兩個同心放置的平面金屬圓環(huán)，條形磁鐵穿過圓心且與兩環(huán)平面垂直，則通過兩圓環(huán)的磁通量Φa、Φb間的關系是（）A．Φa＞ΦbB．Φa＜ΦbC．Φa＝ΦbD．不能確定26.如圖所示，M、N和P是以MN為直徑的半圓弧上的三點，O為半圓弧的圓心，∠MOP＝60°，在M、N處各有一條長直導線垂直穿過紙面，導線中通有大小相等的恒定電流，方向如圖所示，這時O點的磁感應強度大小為B1。若將N處的長直導線移至P處，則O點的磁感應強度大小變?yōu)锽2，則B2與B1之比為()C.D.1B.1:2C.3:1D.27.如圖所示,在光滑的水平絕緣桿上,套有一個通電線圈(從右側(cè)向左看電流為順時針方向),線圈左側(cè)放置一個與線圈共軸的螺線管。閉合開關后,將通電線圈由圖示位置靜止釋放。下列說法正確的是 ()A.線圈向右移動,磁通量增大B.線圈向右移動,磁通量減小C.線圈向左移動,磁通量增大D.線圈向左移動,磁通量減小28.(多選)如圖，紙面內(nèi)有兩條互相垂直的長直絕緣導線L1、L2，L1中的電流方向向左，L2中的電流方向向上；L1的正上方有a、b兩點，它們相對于L2對稱。整個系統(tǒng)處于勻強外磁場中，外磁場的磁感應強度大小為B0，方向垂直于紙面向外。已知a、b兩點的磁感應強度大小分別為eq\f(1,3)B0和eq\f(1,2)B0，方向也垂直于紙面向外。則()A．流經(jīng)L1的電流在b點產(chǎn)生的磁感應強度大小為eq\f(7,12)B0B．流經(jīng)L1的電流在a點產(chǎn)生的磁感應強度大小為eq\f(1,12)B0C．流經(jīng)L2的電流在b點產(chǎn)生的磁感應強度大小為eq\f(1,12)B0D．流經(jīng)L2的電流在a點產(chǎn)生的磁感應強度大小為eq\f(7,12)B029．如圖所示，置于絕緣水平面上、沿順時針方向的環(huán)形電流在圓心O點產(chǎn)生的磁感應強度的大小為B，環(huán)形電流上的a、b兩點的連線為圓環(huán)的直徑，現(xiàn)將右邊半圓環(huán)繞直徑ab向上彎折60°，則O點的磁感應強度的大小變（）30.我們知道:電流周圍有磁場。圖1所示為環(huán)形電流周圍磁場的分布情況。根據(jù)電磁學理論可知,半徑為R、電流為I的環(huán)形電流中心處的磁感應強度大小B=kIR圖1(1)正切電流計是19世紀發(fā)明的一種儀器,它可以利用小磁針的偏轉(zhuǎn)來測量電流。圖2為其結(jié)構(gòu)示意圖,在一個豎直放置、半徑為r、匝數(shù)為N的圓形線圈的圓心O處,放一個可以繞豎直軸在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的小磁針(帶有刻度盤)。線圈未通電流時,小磁針穩(wěn)定后所指方向與地磁場水平分量的方向一致,調(diào)整線圈方位,使其與靜止的小磁針在同一豎直平面內(nèi)。給線圈通上待測電流后,小磁針偏轉(zhuǎn)了α角。已知儀器所在處地磁場的磁感應強度水平分量大小為BC。求:圖2a.待測電流在圓心O處產(chǎn)生的磁感應強度BO的大小;b.待測電流Ix的大小。(2)電流的本質(zhì)是電荷的定向移動,電流可以產(chǎn)生磁場意味著運動的電荷也可以產(chǎn)生磁場。如圖3所示,一個電荷量為q的點電荷以速度v運動,這將在與速度垂直的方向上、與點電荷相距為d的A點產(chǎn)生磁場。請你利用上面電流產(chǎn)生磁場的規(guī)律,自己構(gòu)建模型,求出該點電荷在此時的運動將在A點產(chǎn)生的磁場的磁感應強度大小BA。圖3【參考答案】1.B解析：棋子受力分析如圖所示，磁性棋子受到棋盤的吸引力而對棋盤產(chǎn)生壓力，棋盤對棋子有向外的彈力。重力使得棋子有向下滑動的趨勢，從而使棋子受到棋盤向上的靜摩擦力，此力和重力平衡，使得棋子不會滑下來。由于空氣浮力遠小于重力，故可忽略不計。2.B3.B解析：由題圖可知b處的磁感線較密，a處的磁感線較疏，所以Ba＜Bb，故A錯，B對；磁場中某點的磁場方向與磁感線在該點的切線方向相同，由圖判斷，a、b兩點磁場方向不同，故C錯；磁感線是用來描述磁場的，不可能在存在磁場的區(qū)域內(nèi)全部畫磁感線，那樣將會與不畫磁感線產(chǎn)生相同的效果，故D錯。4.C解析：電場線與磁感線分別是為了形象描述電場、磁場而引入的假想線，實際不存在，A錯誤；兩種場線的切線方向均表示相應場的方向，兩種場線都不會相交，B錯誤；電場線起始于正電荷或無限遠、終止于無限遠或負電荷，而磁感線在磁體外部由N極指向S極，在磁體內(nèi)部由S極指向N極，組成閉合曲線，C正確；電場線越密，表示該處電場越強；磁感線越密，表示該處磁場越強，D錯誤。5.C6.D解析：磁感應強度B＝eq\f(F,IL)只是一個定義式，而不是決定式；磁感應強度B是由磁場本身的性質(zhì)決定的，與放不放通電導線無關，故選D。7．B【解析】A．電場強度是由電場本身性質(zhì)決定的，電場強度與F、q無關，所以該式屬于用比值法定義，故A不符合題意；B．導體的電阻與導體的長度成正比，與導體的橫截面積成反比，所以該式不屬于用比值法定義，故B符合題意；C．電容與Q、U無關，由電容器本身性質(zhì)決定，所以該式屬于用比值法定義，故C不符合題意。D．磁感應強度是由磁場本身性質(zhì)決定的，磁感應強度的定義為電流元受到的安培力和電流與導線長度乘積的比值，所以該式屬于用比值法定義，故D不符合題意。故選B。8.B9．D【詳解】A．磁感應強度越大的地方，穿過線圈的磁通量不一定越大，若線圈與磁感線平行，磁通量等于零，A錯誤；B．穿過線圈的磁通量為零時，該處的磁感應強度不一定為零，可能線圈與磁感線平行，B錯誤；C．磁感應強度越大，線圈面積越大，穿過線圈的磁通量不一定越大，還與線圈與磁感線的角度有關，C錯誤；D．穿過線圈的磁通量的大小可用穿過線圈的磁感線的條數(shù)來衡量，D正確。故選D。10.A11.A解析：地磁的北極在地理的南極附近,由于地球繞地軸自西向東旋轉(zhuǎn),故地球上所帶電荷的運動形成了一個環(huán)形電流,根據(jù)安培定則可知右手的拇指指向地理的南極附近,則彎曲的四指的指向是自東向西,故環(huán)形電流的方向應該由東向西,故A正確,B、C、D錯誤。12.B解析：a、c接電源正極,b、d接電源負極時,直棒MN中電流方向為M→N,螺線管中的電流方向為c→d,由右手螺旋定則判斷可知,螺線管中電流在其上方產(chǎn)生的磁場方向向下,由左手定則判斷,此時MN受垂直紙面向里的安培力,MN將垂直紙面向里運動,A錯誤;a、d接電源正極,b、c接電源負極時,直棒MN中電流方向為M→N,螺線管中的電流方向為d→c,由右手螺旋定則判斷可知,螺線管中電流在其上方產(chǎn)生的磁場方向向上,由左手定則判斷,此時MN受垂直紙面向外的安培力,將垂直紙面向外運動,B正確;b、d接電源正極,a、c接電源負極時,直棒MN中電流方向為N→M,螺線管中的電流方向為d→c,由右手螺旋定則判斷可知,螺線管中電流在其上方產(chǎn)生的磁場方向向上,由左手定則判斷,此時MN受垂直紙面向里的安培力,將垂直紙面向里運動,C錯誤;b、c用導線連接,a接電源正極,d接電源負極時,直棒MN中電流方向為M→N,螺線管中的電流方向為c→d,由右手螺旋定則判斷可知,螺線管中電流在其上方產(chǎn)生的磁場方向向下,由左手定則判斷,此時MN受垂直紙面向里的安培力,將垂直紙面向里運動,D錯誤。13.B解析：通電后,彈簧中通有電流,彈簧的每一圈相當于一個小磁針,由右手螺旋定則判斷,知每一個小磁針的上端為S極下端為N極,根據(jù)異名磁極互相吸引可知,線圈之間互相吸引而使彈簧變短,使下端離開水銀面,離開水銀面后斷電,沒有了電流,彈簧又恢復到原長狀態(tài),然后又重復上述過程,故B選項正確。14.B解析：懸浮線圈的主要作用是使列車處于懸浮狀態(tài),A錯;列車勻速直線運動時,F合=0,mg=F懸,則懸浮線圈中的電流不變,B對;當列車轉(zhuǎn)彎時,通電的導向線圈與金屬導軌之間可能會有引力,C錯;導向線圈的主要作用是讓列車轉(zhuǎn)彎,D錯。15.AD16.A解析：司南能夠指示南北,是由于地球具有磁性,地磁場是南北指向,故A正確;磁勺具有磁性,它的指向會受到附近磁鐵的干擾,故B錯誤;磁勺附近的鐵塊會被磁化,進而影響磁勺的指向,故C錯誤;由于司南的磁勺尾靜止時指向南方,所以磁勺的S極位于司南的磁勺尾部,故D錯誤?！灸芰μ嵘}組】18.C解析：磁感應強度的定義式中的電流是垂直于磁場方向的。如果通電導線是垂直于磁場方向放置的，此時所受磁場力最大，F(xiàn)＝0.1N，則該點的磁感應強度為B＝eq\f(F,IL)＝2T；如果通電導線不是垂直于磁場方向放置的，則受到的磁場力小于垂直放置時受到的磁場力，通電直導線不垂直磁場放置時受到的磁場力為0.1N時，由定義式可知，磁感應強度B將大于2T，故選項C正確。19.A20．BD【詳解】故選BD。21.C解析：兩條平行的通電直導線之間會通過磁場發(fā)生相互作用:電流方向相同時,相互吸引;電流方向相反時,相互排斥。根據(jù)題意,薄金屬圓筒表面上通以與其軸線平行、分布均勻的恒定電流,可將其看成是若干個電流方向相同的導體,它們彼此之間會產(chǎn)生吸引力,則圓筒的形變趨勢為沿半徑向內(nèi)收縮,故C正確。22.C解析：通電直導線在c點的磁感應強度方向與B0的方向相反,b、d兩點的電流磁