【本讲教育信息】
一、教学内容
磁场的描述
二、考点点拨
本节主要学习磁场的基本概念，磁感应强度、磁通量、磁感线是重点，但在高考中不会作为单一的考点出现，往往是和其他考点综合出现。
三、跨越障碍
（一）改变人类活动的发明
1. 指南针
把一块小磁铁放到它可以自由旋转的环境中，这样就做成了一个指南针，无论指南针怎样转动，等它静止下来，它总是一端指南，一端指北，指北的一端是磁铁北极，通常把指南的一端作为标志，因这一端总指南，所以称为“指南针”。
2. 磁现象
（1）磁性：磁铁具有吸引铁、钴、镍等物质的性质，磁铁的这种性质叫做磁性。
（2）磁体：具有磁性的物体叫磁体。
（3）磁极：磁体的各部分磁性强弱不同，磁性最强的区域叫磁极。任何磁铁都有两个磁极，一个叫南极（S极），一个叫北极（N极）。
磁极之间的相互关系：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
（二）地磁场
1. 地磁场
地球本身是一个巨大的磁体，它的周围存在着磁场，叫做地磁场。在地球两极附近地磁场最强。
2. 地磁两极
地球为一个大磁体，其南端为N极、北端为S极。地理南极是地磁场的北极（N极），地理北极是地磁场的南极（S极），如图所示。
在地表，小磁针的北极指向地理南极，这就是我们所说的指南针。磁针指南北，就是因为受到地磁场的作用。
3. 磁偏角
磁场的南北极与地理的南北极不重合，我们把地轴与地磁轴之间的夹角称为磁偏角。（如图所示）世界上最早准确记述磁偏角的是我国宋代学者沈括。
注意：地理两极与地磁两极大致相反，地理南极是地磁场的北极（N极），地理北极是地磁场的南极（S极），但并不完全重合，它们的夹角为磁偏角，而磁偏角与磁倾角并不是一回事，磁倾角是指地球表面任一点的地磁场方向跟水平方向之间的夹角，所以磁倾角会随着纬度的变化而发生变化。
（三）磁性材料
1. 磁化和退磁
使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫做磁化；使原来有磁性的物体失去磁性的过程叫做退磁。
2. 软磁性材料和硬磁性材料
磁性材料是强（铁）磁性物质，磁性材料按磁化后退磁的难易可分为两类：
软磁性材料：容易退磁的物质，如软铁、硅钢、镍铁合金和锰锌铁氧体、镍锌铁氧体等。适用于需要反复磁化的场合，可以用来制造半导体收音机的天线磁棒，录音机的磁头，电子计算机中的记忆元件，以及变压器、交流发电机、电磁铁和各种高频元件的铁芯等. 硬磁性材料：不易退磁的物质，如碳钢、钨钢、铝镍钴合金和钡铁氧体、锶铁氧体等。适合制成永磁铁，应用在磁电式仪表、扬声器、话筒、永磁电机等电器设备中。
（四）对磁场的认识
1. 磁体周围、电流周围都存在着磁场，磁场是一种物质，是客观存在的，虽然我们看不见它，但可以通过很多磁现象感知它的存在。
2. 磁场的基本性质就是对放入其中的磁针、电流等产生磁力的作用。
注意：所有的磁作用都是通过磁场发生的，磁场与电场一样，都是场物质。磁场是磁体、电流和运动电荷周围存在的一种特殊物质。说它“特殊”是因为它和我们常见的分子、原子、离子组成的物质不同，它不是以微粒形式存在，而是以一种“场”的形式存在。说它是“物质”是因为它和我们常见的实物一样，能对放在其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用。因此磁场是一种客观存在的物质。
例1：电磁铁用软铁做铁芯，这是因为软铁
A. 能保持磁性 B. 可能被其他磁体吸引
C. 退磁迅速 D. 能导电
解析：本题考查软磁性材料和硬磁性材料的理解和区别，了解生活中磁现象的理解及应用。软铁属于软磁性材料，其特点是容易退磁，可以用来制造电磁铁，选项C正确。
答案：C
例2：关于地磁场下列说法正确的是
A. 地球的地磁两极与地理两极重合 B. 地球的地磁北极与地理北极重合
C. 地球的地磁北极与地理南极重合 D. 地球的地磁北极在地理南极附近
解析：本题考查对地磁场的认识和理解。
地磁场的两极与地理两极并不重合，而且地磁极缓慢移动，地球的地磁北极在地理南极附近，选项D正确。
答案：D
地球是一个大磁体，其磁北极（N极）在地理南极附近，磁南极（S极）在地理北极附近，并不重合，它们之间的夹角为磁偏角。
（五）磁感线
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在该点磁场的方向上，这样的曲线称为磁感线。
设想在磁场中每一点都放置一个小磁针，则小磁针就可以将每一点的磁场方向表示出来。在磁场中撒一些碎铁屑，碎铁屑由于被磁化就可以看作一个个小磁针，因此碎铁屑的形状和轮廓即可反映磁场中各点的磁场方向。
在磁场中撒一些碎铁屑，碎铁屑的分布不仅能反映各点的磁场方向，也可以反映各点的磁场分布情况，所以用此种方法可以描绘出磁场的“磁感线”。
注意：碎铁屑显示的并不是磁感线，它只能形象地表示磁感线或磁场的分布。
2. 特征
（1）磁感线在磁体的外部都是从北极（N极）出来进入南极（S极），在磁体的内部则是由南极通向北极，形成一条闭合曲线。
注意：磁感线与电场线不同，磁感线是一条闭合曲线，而电场线起始于正电荷，终止于负电荷。
（2）磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线密的地方磁场较强，磁感线稀疏的地方磁场较弱。
（3）磁感线的切线方向为该点的磁场方向。由于磁感线上任何一点的磁场方向都跟放在该点的小磁针静止时N极所指的方向一致，所以磁感线的方向、磁场的方向和小磁针静止时北极所指的方向，三者是一致的。
注意：磁感线与电场线类似，磁感线是为了形象地研究磁场而人为假想的曲线，在空间中不能相交。
3. 条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线如图所示。
（六）磁通量
1. 定义
磁场中穿过垂直于磁场某一面积S的磁感线条数定义为穿过该面积的磁通量，用
表示。
2. 大小
在磁感应强度为B的匀强磁场中，穿过与磁场方向垂直、面积为S的平面的磁通量为：=BS
注意：在计算磁通量时磁场与垂直磁场的面积的乘积，只有匀强磁场才能用=BS，对于非匀强磁场只有在S足够小，小到S可看作匀强磁场时此公式才能使用。
3. 单位
磁通量的国际单位是韦伯，简称韦，符号Wb，1 Wb=1 T·m2
（七）磁感应强度
1. 定义
物理学中，把垂直穿过某单位面积上的磁通量叫做磁感应强度，用B表示。它的大小反映了磁场的强弱。
2. 大小
B=／S，又称磁通密度
3. 单位
磁感应强度的国际单位是特斯拉，简称特，符号T，1 T=1 Wb／m2
4. 方向
磁场某点的磁感应强度的方向，磁场空间各点磁感应强度的方向与该点处磁感线的切线方向一致。
注意：磁感应强度的方向也即该点的磁场方向，就是放在该点的小磁针N极的受力方向或小磁针静止时N极所指的方向。
5. 匀强磁场
各点的磁感应强度大小和方向都相同的磁场，在匀强磁场中，磁感线是一组平行等距的直线。
匀强磁场是最简单但又很重要的磁场，在电磁仪器和科学实验中有着很重要的应用。
如何理解的正负
磁通量有正负之分，其正负是这样规定的：任何一个面都有正反两面，若规定磁感线从下面穿入为正磁通量，则磁感线从上面穿入时磁通量为负值. 如图所示，规定磁感线从上表面向下穿入平面为正，反之为负，则=
。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，它是标量，而不是矢量。
磁通量及磁通量变化量的计算
①公式=BS
此式的适用条件是：（1）匀强磁场，（2）磁感线与平面垂直，如图所示。
②在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂直，公式=BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积。如图所示，在竖直方向的匀强磁场中，平面与垂直于磁感线方向的平面的夹角为
，则穿过的有效面积的磁通量应为
，
即为面积S在垂直于磁感线方向的投影，我们称之为“有效面积”。若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁感线条数为1，反向磁感线条数为2，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），即=
。
注意：（1）在计算磁通量时，如果磁场与平面成一夹角，不可盲目硬套公式，应画出两者的关系示意图，找出投影面积或垂直面积的磁感应强度理解计算。
（2）如图所示，若闭合电路abcd和ABCD所在平面均与匀强磁场B垂直，面积分别为S1和S2且S1>S2，但磁场区域恰好只有ABCD那么大，穿过S1和S2的磁通量是相同的，因此，=BS中的S应是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积。
（3）磁通量与线圈的匝数无关，也就是磁通量大小不受线圈匝数的影响。同理，磁通量的变化量
也不受线圈匝数的影响. 所以，直接用公式求、
时，不必去考虑线圈匝数n。
③磁通量的变化量的求解：
仔细分析有下列三种情况：
（1）磁感应强度B不变. 有效面积S变化，则穿过回路中的磁通量的变化是：
（2）磁感应强度B变化. 磁感线穿过的有效面积S不变，则穿过回路中的磁通量的变化是：
（3）磁感应强度B和回路面积S同时发生变化的情况. 则
例3：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. 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. 沿磁感线方向磁场逐渐减弱
解析：本题考查磁感线的认识和理解. 磁感线没有起点也没有终点，是闭合的曲线，静电场中的电场线不是闭合的曲线，起始于正电荷（或来自无穷远），终止于负电荷（或射向无穷远），选项A错误，B正确. 磁感线并不是自由小磁针在磁场力作用下的运动轨迹，磁感线的疏密表示磁场的强弱，选项CD错误。
答案：B
磁感线是为了便于描述磁场而假想出来的，它不相交，切线方向表示磁场方向，疏密表示磁场的强弱，但不同于电场线的是，磁感线是闭合的。
例4：关于磁场，以下说法正确的是
A. 线框在匀强磁场中某点的磁通量为零，则该点的磁感强度一定为零
B. 匀强磁场中某点的磁感强度，由公式
可知它跟、S都有关
C. 匀强磁场中某点的磁感强度的方向垂直于该点的磁场方向
D. 匀强磁场中任一点的磁感强度等于磁通密度，即垂直于磁感强度方向的单位面积的磁通量
解析：本题考查磁通量和磁感应强度的理解和认识，注意磁通量的适用条件。
当线框在匀强磁场中放置且与磁场方向垂直时，磁感强度，若线框平行于磁场方向，虽然磁通量为零，但磁感应强度不为零，磁感应强度是由磁场决定的，与、S都无关，选项AB错误，D正确，匀强磁场中某点的磁感强度的方向就是该点的磁场方向，选项C错误。
答案：D
磁通量是在匀强磁场中垂直穿过某一面积的磁感线的条数，其大小的计算公式
，由公式，知匀强磁场中任一点的磁感强度等于磁通密度，即垂直磁感强度方向的单位面积的磁通量。
例5：如图所示，有一个100匝的线圈，其横截面是边长为L=
解析：本题考查磁通量及磁通量变化量的大小，注意线圈与磁场垂直，磁通量与匝数无关。
线圈横截面是正方形时的面积S1=L2=（0.20）
穿过线圈的磁通量1=BSl=0.50×4.0×10－2Wb=2.0×10－2Wb
截面形状为圆形时，其半径
截面的面积大小
穿过线圈的磁通量
所以磁通量的变化量
四、小结
磁通量、磁感应强度、磁感线的特点是本节课的重点和难点，概念必须理解透彻。
五、预习导学（选修3—1 第五章 第三节）
1、奥斯特实验
。
2、安培定则
。
3、直线电流周围磁场的磁感线分布
。
4、分子电流假说
。
5、磁现象的电本质
。
【模拟试题】（答题时间：60分钟）
1. 某同学用缝衣针自制了一枚简易指南针. 他的做法是把普通缝衣针的尾部在永磁体的一个磁极上沿着一个方向摩擦，使针磁化后，将磁铁放在桌子上，再把这枚针穿过一个发泡塑料制成的小球，再放在瓷碗中的水面上。当缝衣针静止后，发现缝衣针不指南北，那么原因可能是
A. 缝衣针没有被磁化
B. 由于桌面上磁铁的影响，使缝衣针指向了磁铁，从而不能指南北
C. 当地的地磁场太弱，不能使缝衣针偏转
D. 该同学制作指南针的方法不对，制作失败
2. 实验表明：磁体能吸引一元硬币，对这种现象解释正确的是
A. 硬币一定是铁做的，因为磁铁能吸引铁
B. 硬币一定是铝做的，因为磁铁能吸引铝
C. 磁体的磁性越强，能吸引的物质种类越多
D. 硬币中含有磁性材料，磁化后能被吸引
3. 关于地磁场，下列叙述正确的是
A. 地球的地磁两极和地理两极重合
B. 我们用指南针确定方向，指南的一极是指南针的北极
C. 地磁的北极与地理的南极重合
D. 地磁的北极在地理南极附近
4. 关于磁场和磁感线的描述，正确的是
A. 磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向就表示该点的磁场方向
B. 磁极间的相互作用是通过磁场发生的
C. 磁感线是从磁铁的N极指向S极
D. 磁感线就是磁场中碎铁屑排列成的曲线
5. 磁场中任一点的磁场方向规定为小磁针在磁场中
A. 受磁场力的方向
B. 北极受磁场力的方向
C. 南极受磁场力的方向
D. 静止时南极所指的方向
6. 如图所示，实线表示磁场的磁感线，依图分析磁场中a点的磁感应强度比b点的磁感应强度大的图是
*7. 关于磁通量，正确的说法是
A. 磁通量不仅有大小而且有方向，是矢量
B. 在匀强磁场中，a线圈面积比b线圈面积大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的大
C. 磁通量大，磁感应强度不一定大
D. 把某线圈放在磁场中的M、N两点，若放在M处的磁通量比放在N处的大，则M处的磁感应强度一定比N处大
*8. 磁感应强度为B的匀强磁场方向水平向右，一面积为S的线圈abcd如图所示放置。平面abcd与竖直面成角。将abcd绕ad轴转180°角，则穿过线圈的磁通量的变化量为
A. 0
B. 2BS C. 2BScos D. 2BSsin
*9. 如图所示，矩形线圈长
*10. 匀强磁场的磁感强度是2 T，其方向沿x轴正方向. 有一个棱柱如图放置，它的尺寸已标在图上。求：
（1）穿过abcd面的磁通量
（2）穿过befc面的磁通量
（3）穿过aefd面的磁通量
**11. 如图所示，两个圆环A、B同心放置，且半径不同，一条形磁铁置于两环的圆心处，且与圆环平面垂直，则A、B两环的磁通量哪个大？
【试题答案】
1. 答案B
解析：地球磁场此时和放在桌子上的磁铁相比，磁性弱得多，无法吸引缝衣针，故其无法指南。
2. 答案D
解析：只要是磁性材料就可以被磁化，从而被磁铁吸引。
3. 答案D
解析：地磁南北极和地理南北极是相反的，但并不重合，有夹角。
4. 答案AB
解析：磁场是客观存在的物质，磁体间的作用力就是通过磁场作用的，B对，磁感线是假想的曲线，外部从N到S，内部从S回到N；切线方向就是磁场方向，A对CD错。
5. 答案B
解析：磁场方向是小磁针北极的受力方向，是静止时北极的指向。
6. 答案AC
解析：磁感线的疏密反映了磁场的强弱，a处密的磁场强。
7. 答案C
解析：磁通量有正负，但是标量，磁通量的大小和磁感应强度有关，还和放入磁场中垂直于磁场的面积有关，故不能由磁通量大而得到磁感应强度就一定大。
8. 答案C
解析：若最初磁通量为
，转了180°后磁通量为
，则
9. 答案：
0
解析：图示位置时，线圈和磁场垂直，
转90°后垂直于磁场的面积为零，则
10. 答案：
解析：（1）磁场沿x轴正方向，与abcd面垂直
（2）磁场沿x轴正方向，与befc面平行
（3）磁场沿x轴正方向，与aefd面有夹角，但可看到aefd面垂直于磁场方向的面积等于abcd，所以
11. 答案：
解析：此题如果直接用公式，认为
，从而得到
，就错了。根据磁通量是穿过某面的磁感线条数，而且穿的方向不同还要相互抵消可知，如图A、B两个环都把磁体围住，磁体内从S到N的A、B的磁感线条数是相同的，但因为，所以A中磁体外部从N到S的磁感线条数要多些，那就抵消的多些，剩的条数就少，所以