史上最全面的高中物理和磁場知識點總結！
1. 磁場
磁鐵通過磁場作用于鐵、鈷、鎳物質。 磁場和電場一樣，是物質存在的另一種形式，是客觀存在的。 小磁針的指南針指向北方，表明地球是一個大磁鐵。 磁鐵周圍空間存在磁場； 電流周圍的空間也存在磁場。
電流周圍的空間存在磁場。 電流是由大量運動電荷形成的，因此運動電荷周圍的空間也存在磁場。 靜止電荷周圍的空間不存在磁場。
磁場存在于磁鐵、電流和移動電荷周圍的空間中。 磁場是物質的一種形式。 磁場對磁鐵和電流有強大的影響。
就像使用測試電荷來測試是否存在電場一樣，您可以使用小磁針來測試是否存在磁場。 圖中顯示了載流導線周圍存在磁場——奧斯特實驗，以及磁場對電流產生強大影響的實驗。
1.地磁場
地球本身是一塊磁鐵，附近存在的磁場稱為地磁場。 地磁南極靠近地球北極，地磁北極靠近地球南極。
2.地磁體周圍的磁場分布
類似于條形磁鐵周圍的磁場分布。
3.指南針
放置在地球周圍的指南針在靜止時可以指向北方，這是地磁場的結果。
4.磁偏角
地球的地理兩極與地磁極并不重合。 磁針無法準確引導或指向北方。 有一個交叉角稱為地磁偏角，簡稱磁偏角。
闡明：
①地球上不同地點的磁偏角值不同。
② 磁偏角隨著地球磁極的緩慢運動而緩慢變化。
③ 地磁軸與地球自轉軸的夾角約為11°。
2. 磁場方向
在電場中，電場的方向是由人決定的。 同樣，人們也確定磁場的方向。
規則：在磁場中的任意一點，作用在小磁針北極上的力的方向就是該點的磁場方向。
確定磁場方向的方法是：將無外力的小磁針放入磁場中待測位置。 當小磁針靜止在該位置時，小磁針的N極方向就是該點的磁場方向。
磁鐵磁場：可以用同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引的方法來確定磁場方向。
當前磁場：使用安培定則（也稱為右手螺旋定則）確定磁場方向。
3.磁感應線
繪制磁場中的方向曲線來表示磁場線。
磁力線的特點：
(1)磁感應線上各點的切線方向與該點的磁場方向相同。
(2)磁力線的密度反映了磁場的強度。 磁力線越密，磁場越強。 磁力線越稀疏，磁場越弱。
(3)磁場中任意磁力線都是一條閉合曲線，在磁鐵外部從N極走向S極，在磁鐵內部從S極走向N極。
下圖分別展示了條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場：
闡明：
① 磁力線是為了形象地描述磁場而在磁場中假想的一組方向曲線。 它們并不是客觀存在于磁場中的真實曲線。
② 磁力線與電場線相似，在空間上不能相交、相切或中斷。
4、幾種常見的磁場
1. 直載流導線周圍的磁場
(1)安培法則：用右手握住導線，讓直拇指指向與電流方向相同的方向。 四根手指彎曲的方向就是磁力線環繞的方向。 該規則也稱為右手螺旋規則。 。
(2) 磁力線分布如圖：
闡明：
① 直通電導線周圍的磁力線是以導線上各點為中心的同心圓。 事實上，電流和磁場應該是一種空間模式。
② 線性電流的磁場沒有磁極。
③ 磁場的強度與距導線的距離有關。 離導線越近，磁場越強，離導線越遠，磁場越弱。
④圖中“×”表示磁場方向垂直進入紙張，“·”表示磁場方向垂直離開紙張。
2.環流磁場
(1)安培法則：讓右手彎曲的四個手指與環電流方向相同，直拇指的方向就是環線軸線上的磁力線方向。
(2) 磁力線分布如圖：
(3)幾種常用的磁力線的繪制方法不同。
闡明：
① 環形電流的磁場類似于條形磁鐵的磁場，兩側有N極和S極。
②由于磁力線均為閉合曲線，環內外磁力線數量相等，因此環內磁場強，環外磁場弱。
③環形電流的磁場在微觀上可以看作是無數極短的直線電流的磁場的疊加。
3.通電螺線管的磁場
(1)安培法則：用右手握住螺線管，使彎曲時四指方向與電流方向一致。 拇指指向的方向就是螺線管中心軸上磁力線的方向。
(2)磁場線分布??：如圖所示。
(3)幾種常用的不同磁力線繪制方法。
闡明：
① 通電螺線管的磁場分布：螺線管外部的磁場分布與條形磁鐵相同。 兩端分別為N極和S極。 管內（除邊緣外）存在均勻磁場，磁場分布點從S極到N極。
② 環流實際上是宏觀上只有一匝的通電螺線管，通電螺線管是由多匝環流串聯而成。 因此，通電螺線管的磁場是這些環形電流磁場的疊加。
③無論是磁鐵的磁場還是電流的磁場，其分布都是在三維空間中。 需要掌握三維圖、縱剖面圖、橫剖面圖的繪制與轉換。
4.磁場均勻
(1)定義：在磁場的某一區域內，如果各點磁感應強度的大小和方向相同，則該區域內的磁場稱為均勻磁場。
(2)磁力線分布特征：等間距的平行直線。
（3）產生：兩個非常接近的磁極之間的磁場，除了邊緣部分外，可以認為是均勻磁場； 當兩個按一定距離平行放置的線圈通電時，中間區域的磁場也是均勻的。 磁場，如圖：
5. 磁感應強度
1.磁感應
為了表征磁場的強度和方向，我們引入一個新的物理量：磁感應強度。 描述磁場強度和方向的物理量，用符號“B”表示。
通過精密實驗可知，在均勻磁場中，當通電的直導線垂直于磁場方向時，它受到磁場作用在其上的力的影響。 對于相同的磁場，當電流加倍時，載流導線上的磁場力也加倍。 這表明載流導線上的磁場力與通過它的電流強度成正比。 當載流導線的長度加倍時，它所受到的磁場力也加倍，這表明載流導線所受到的磁場力也與導線的長度成正比。 對于磁場中的某一位置，該處通電導線上的磁場力F與通電電流強度I與導線長度L的乘積之比是一個常數，與電流大小無關強度或電線的長度。 該比率在磁場中的不同位置可能會有所不同，因此反映了磁場的強度。
(1)磁感應強度的定義
定義：磁場中垂直于磁場方向的通電直導線上所受的力F與電流I與導線長度L的乘積IL之比，稱為磁場的磁感應強度，其中通電直導線位于。
公式：B=F/IL。
(2) 磁感應強度單位
在國際單位制中，B的單位是特斯拉（T）。 由B的定義可知：
1特(T)=1牛(N)/安培(A)·米(m)
(3)磁感應強度方向
磁感應強度是一個矢量，它不僅有大小，還有方向，它的方向就是該位置磁場的方向。 當小磁針靜止時，N極所指向的方向定義為該點磁感應強度的方向，稱為磁場方向。 B為矢量，其方向為磁場方向，即小磁針靜止時N極所指向的方向。
2. 磁通量
磁感線和電場線一樣，也是形象地描述磁場強度大小和方向分布的假想線。 磁感應線上各點的切線方向就是該點磁感應強度的方向。 磁感應線的密度反映了磁感應強度。 的大小。 為了定量確定磁力線數量與磁感應強度大小的關系，規定垂直磁場方向每平方米面積的磁力線數量為那里的磁感應強度的大小（單位：特克斯）。 這里需要注意的是，一般來說，磁感應線可以根據上面指定的任何數字來繪制。 這種畫法只能幫助我們了解磁感應強度的大小； 方向的分布不能通過每平方米磁感應線的數量來獲得。 強度值。
(1) 磁通量的定義
通過某一區域的磁力線的數量稱為通過該區域的磁通量，用符號φ表示。
物理意義：穿過某一表面的磁感應線的數量。
(2)磁通量與磁感應強度的關系
根據前面的規定，單位面積上穿過垂直磁場方向的磁感應線數等于磁感應強度B，因此在均勻磁場中，垂直于S的面積S上的磁通φ磁場方向=BS。
如果S平面不垂直于磁場方向，則應將S平面投影到垂直于磁場的方向。
當平面S與磁場方向平行時，φ=0。
公式
(1) 公式：Φ=BS。
(2) 公式的應用條件：
A。 均勻磁場； b. 磁場線垂直于平面。
（3）在均勻磁場B中，如果磁力線不垂直于平面，則式Φ=BS中的S應為平面在垂直于磁力線方向的投影面積。
此時的公式就是面積S在垂直于磁力線方向的投影，我們稱之為“有效面積”。
(3) 磁通量單位
在SI單位中，磁通量的單位是韋伯（Wb），簡稱Wei。 磁通量是一個只有大小而沒有方向的標量。
(4) 磁通密度
磁通線越密，穿過垂直單位面積的磁通線數量越多，反之亦然。 因此，通過單位面積的磁通量——磁通密度，反映了磁感應強度的大小，在數值上等于磁感應強度的大小，B=Φ/S。
6、磁場對電流的影響
1.安培分子電流假說
安培認為，原子和分子等物質粒子內部存在環電流——分子電流。 分子電流使每個物質粒子變成一個微小的磁體，分子的兩側相當于兩個磁極。
2.安培假說解釋了磁現象
(1)磁化現象：軟鐵棒未磁化時，內部分子電流取向紊亂，它們的磁場相互抵消，對外表現出無磁性； 當軟鐵棒受到外部磁場的作用時，分子中的電流取向變得大致相同，兩端表現出較強的磁效應，形成磁極，軟鐵棒被磁化。
(2)磁體退磁：磁體高溫或猛烈敲擊，即在強烈的熱運動或機械運動的影響下，分子電流取向變得紊亂，磁體的磁性消失。
磁現象的電學性質
磁鐵的磁場與電流的磁場一樣，是由移動的電荷產生的。
闡明：
①根據物質微觀結構理論，原子由原子核和原子核外的電子組成。 原子核帶正電，核外的電子帶負電。 原子核外的電子在庫侖引力的作用下繞原子核高速旋轉，形成分子電流。 在安培生活的時代，由于人們不知道物質的微觀結構，所以被稱為“假說”。 但現在，“如果”已經成為事實。
②分子電流假說揭示了電與磁之間的本質聯系，并指出了磁的起源：一切磁現象都是由移動的電荷產生的。
磁場中施加在載流導線上的力稱為安培力。
3.安培力的方向——左手定則
(1) 左手定則
伸出左手，使拇指與其他四指垂直，并與手掌處于同一平面。 將手放入磁場中，讓磁感應線穿過手掌，讓伸出的四個手指指向電流方向。 那么拇指所指的方向就是安培力的方向。
(2)安培力F、磁感應強度B、電流I的方向關系：
①F安培⊥I，F安培⊥B，即安培力垂直于電流和磁力線所在平面，但B和I不一定垂直。
②判斷載流導線在磁場中所施加的安培力時，一定要用左手，并注意方向之間的關系。
③ 若B、I方向已知，則F方向確定； 但如果B（或I）和F的方向已知，則I（或B）的方向是不確定的。
4.電流相互作用定律
相同方向的電流相互吸引，相反方向的電流相互排斥。
安培力大小的公式
(1) 當B垂直于I時，F=BIL。
(2) 當B和I形成角度θ時，F=θ，θ為B和I之間的角度。
推導過程：如圖所示，B分解為垂直電流的B2=Bsinθ和沿電流方向的B1=Bcosθ。 B對I的影響可以等價地用B1和B2對電流的影響來代替，F=F1+F2=0+B2IL=θ。
5.一些說明
(1)當載流導體垂直于磁場方向時，F=BIL最大； 平行時最小，F=0。
(2) B 為所放置通電導線的外部磁場的磁感應強度。
(3)導體L所在的磁場應為均勻磁場。
(4) 式中L為導線垂直于磁場方向的有效長度。 如圖所示，將一根半徑為r的半圓形導線垂直于磁場B放置，當電流I通過導線時，導線的等效長度為2r，因此安培力F=2BIr。
7、磁電電流表
一、電流表的結構
磁電電流表的結構如圖所示。 蹄磁鐵兩磁極之間有一個固定的圓柱形鐵芯。 鐵芯上套有可旋轉的鋁框，鋁框上纏繞有線圈。 鋁框的轉軸上安裝有兩個螺旋彈簧和一個指針。 線圈的兩端分別與兩個螺旋彈簧連接。 被測電流通過這兩個彈簧流入線圈。
2.電流表的工作原理是什么？
如圖所示，假設線圈所在位置的磁感應強度為B，線圈長度為L，寬度為d，匝數為n。 當電流I流過線圈時，安培力在轉軸上產生扭矩：M1=2(Fd/2)=Fd，安培力的大小為：F=nBIL。 因此，安培力的力矩大小為M1=nBILd。
當線圈旋轉時，無論被通電線圈轉到何處，其平面與磁力線平行，安培力的扭矩保持不變。
當線圈旋轉過角度θ時，指針的偏轉角度為角度θ，阻礙線圈旋轉的兩個彈簧產生的扭矩為M2。 對于線圈來說，根據扭矩平衡，M1=M2。
假設彈簧材料的扭矩與偏轉角度成正比，即M2=kθ。
從nBILd=kθ，我們得到I=kθ/nBLd。
其中k、n、B、I、d是一定的，所以有I∝θ。
可見，電流表的工作原理是指針的偏轉角θ的值可以反映I值的大小，并且電流表的刻度是均勻的。 不同θ對應的刻度上標有相應的電流值，以便直接讀取。 獲取當前值。
磁場對電流的影響
基礎知識
1. 安培力
1、安培力：載流導線在磁場中所施加的力稱為安培力。
說明： 磁場對載流導線中定向移動的電荷具有強大的影響。 磁場對這些定向移動的電荷的力的宏觀表現是安培力。
2、安培力的計算公式：F=θ（θ為I與B夾角）； 當載流導線垂直于磁場方向，即θ=90°時，此時安培力最大； 當載流導線與磁場方向平行時，即θ=0°時，安培力有最小值，F=0N； 當0°<B<90°時，安培力F在0和最大值之間。
3、安培公式的適用條件：
① 公式F=BIL一般適用于均勻磁場中I⊥B的情況。 它僅近似適用于非均勻磁場（例如電流元件），但仍然適用于一些特殊情況。
如圖所示，電流I1//I2，若I1的磁場在I2處的磁感應強度為B，則I1對I2的安培力F=BI2L，方向向左，同理，I2對I1的安培力向右，即同方向的電流相互吸引，相反方向的電流相互排斥。
②根據力相互作用原理，如果磁鐵對通電導體施加力，通電導體就會對磁鐵產生反作用力。 兩根載流導線之間的磁力也遵循牛頓第三定律。
2. 左手定則
1.用左手定則確定安培力的方向：伸出左手，使拇指與其他四指垂直并與手掌在同一平面，讓磁感應線垂直穿過手掌手的四指指向電流方向。 當手掌平面與磁力線和導體平面垂直時，拇指所指的方向就是載流導體上安培力的方向。
2、安培力F的方向既垂直于磁場方向，又垂直于通電導線的方向，即F垂直于BI所在平面，但B和I的方向不一定垂直。
3.安培力F、磁感應強度B與電流I的關系
①已知I、B的方向，即可唯一確定F的方向；
②當F、B方向已知，導線位置確定后，I的方向即可唯一確定；
③當F和I的方向已知時，磁感應強度B的方向不能唯一確定。
4、由于B、I、F之間的方向關系往往是在三維空間中，所以在解決這部分問題時，要具有良好的空間想象力，善于將三維圖片轉化為平面圖易于分析，即將它們繪制成俯視圖。 剖面圖、側視圖等
常規方法
1. 安培力的性質和定律：
① 公式F=BIL中，L為導體的有效長度，即連接導體兩端點的直線長度。 相應的電流方向沿著L從頭到尾流動。 如圖，A中：，B中：L'=d(直徑)=2R（半徑為R的半圓環）
②安培力的作用點是通電導體在磁場中的幾何中心；
③ 安培力做功：做功的結果是將電能轉化為其他形式的能量。
2、判斷物體在安培力作用下的運動方向
(1)電流元法：即將整個電流等效為多個線性電流元。 首先，利用左手定則確定施加在電流元件每個小段上的安培力的方向，從而確定整段電流上的合力的方向，最后確定運動方向。
(2)特殊位置法：將電流或磁鐵移動到便于分析的特殊位置，然后確定安培力的方向，從而確定運動方向。
(3)等效法：環流和通電螺線管可以等效為條形磁鐵，條形磁鐵也可以等效為環流或通電螺線管，通電螺線管也可以等效為多匝。 分析環流。
（4）運用結論法：①當兩個電流相互平行時，沒有旋轉的趨勢，同方向的電流相互吸引，相反方向的電流相互排斥； ②當兩電流不平行時，有旋轉到彼此平行的趨勢，電流方向相同。
（5）轉換研究對象法：由于電流以及電流與磁體之間的相互作用滿足牛頓第三定律，為了定性分析磁體在電流和磁場作用下如何運動，我們可以首先分析電流在磁體磁力中的行為方式。字段。 然后利用磁體受到的安培力，根據牛頓第三定律確定施加在磁體上的電流力，從而確定磁體的合力和運動方向。
(6)分析帶電導體在安培力作用下運動的一般步驟
① 畫出通電導線所在位置的磁力線方向和分布
② 用左手定則確定通電導線各段上的安培力。
③) 根據初速度方向和牛頓定律確定導體的運動
(7)磁場對通電線圈的影響：若線圈面積為S，線圈中的電流強度為I，磁場的感應強度為B，線圈之間的夾角平面，磁場為θ，則磁場對線圈的力矩為：M=θ。
磁場對移動電荷的影響
基礎知識
1.洛倫茲力
磁場對移動電荷的作用力
1、洛倫茲力的公式：f=θ，θ為V與B的夾角。
2、當帶電粒子的運動方向與磁場方向平行時，F=0。
3、當帶電粒子的運動方向與磁場方向垂直時，f=qvB。
4. 只有磁場中移動的電荷才會受到洛倫茲力的影響。 磁場中的靜止電荷對電荷的磁場力必須為零。
2. 洛倫茲力的方向
1、洛倫茲力F的方向不僅垂直于磁場B的方向，而且垂直于運動電荷的速度v的方向，即F總是垂直于B和B所在的平面v 位于。
2、用左手定則確定洛倫茲力的方向時，伸出左手，使拇指與四指垂直并在同一平面上。 讓磁力線穿過手掌。 四個手指指向正電荷運動的方向（當是負電荷時，四個手指指向與電荷運動方向相反的方向），大拇指所指的方向就是電荷所受到的洛倫茲力的方向。
3、洛倫茲力與安培力的關系
1、洛倫茲力是作用在磁場中單個運動電荷上的力，而安培力是洛倫茲力作用在導體中所有定向運動的自由電荷上的宏觀表現。
2、洛倫茲力一定不做功，它不改變移動電荷的速度； 但安培力可以做功。
4、帶電粒子在均勻磁場中的運動
1、帶電粒子在均勻磁場中不受重力影響的運動可分為三種情況：一是勻速直線運動； 二、勻速圓周運動； 第三，螺旋運動。
2、忽略重力，帶電粒子在均勻磁場中做勻速圓周運動的軌跡半徑為r=mv/qB； 其運動周期為T=2πm/qB（與速度無關）。
3、帶電粒子無論重力如何，垂直進入均勻電場時和垂直進入均勻磁場時，都是作曲線運動，但有區別：帶電粒子垂直進入均勻電場，作曲線運動在電場中以勻速運動（類似于平拋運動）； 垂直進入均勻磁場，會做變加速度曲線運動（勻速圓周運動）。
常規方法
1、帶電粒子在磁場中運動的中心、半徑和時間的測定
(1)利用幾何知識確定圓心并求半徑。
因為F方向指向圓的中心，根據F必須垂直于V的事實，繪制粒子軌跡中任意兩個點的F或半徑方向（主要是注入點和出口點）。 它們的延伸線的交點是圓的中心。 然后使用幾何知識找到其半徑和和弦長度之間的關系。
（2）確定與軌跡相對應的中心角并找到運動時間。
首先使用圓的中央角度與和弦的切線角之間的關系，或四邊形的內部角度等于360°（或2π），以計算中央角度θ的大小，然后使用公式t =θT/360°（或θt/2π）計算運動時間。
（3）注意循環運動中對稱定律。
例如，當從相同邊界注入的粒子從相同的邊界彈出時，速度和邊界之間的角度相等。 在圓形磁場區域，必須沿著徑向方向彈出沿徑向方向注射的顆粒。
2.洛倫茲力的多個解決方案問題
（1）帶電顆粒的電性能不確定，導致多種溶液。
帶電的顆粒可能會陽性帶電或負電荷。 在相同的初始速度下，正和負顆粒在磁場的不同軌跡中移動，導致雙重溶液。
（2）磁場的方向不確定，導致多種溶液。
如果僅告知磁感應強度的大小，但是沒有說明磁性感應強度的方向，則應考慮多個解決方案，因此應考慮磁場方向的不確定性。
（3）臨界狀態不是唯一的，并形成多個解決方案
當帶電的粒子在洛倫茲力的作用下穿過有界的磁場時，它可以通過，或者可以偏轉180°并與入射界面相反的方向飛行。 另外，在光滑的水平桌子上，絕緣燈繩將一個小帶電的球拉動，在均勻的磁場中進行均勻的圓形運動。 如果繩索突然折斷，球可能處于運動狀態。 由于球的電化，繩索中沒有張力。 導致多種解決方案。
（4）運動的重復性質創造了多種解決方案。
例如，當帶電的顆粒在部分是電場并部分是磁場的空間中移動時，它們通常具有往復式性質，從而形成多種溶液。
[示例]如圖所示，在半徑為r的絕緣圓柱體中沿軸方向有一個均勻的磁場，磁感應強度為b，一個帶有質量M和電荷Q的正粒子（不計數重力） ）v速度從徑向方向進入氣缸壁的一個孔進入氣缸。 假設粒子和氣缸壁之間的碰撞中沒有電荷和能量損失。 然后初中物理磁電，粒子必須與氣缸壁連續碰撞，然后在圓柱壁上一個圓后從孔中彈出。 ，問：
①對于磁感應強度B的大小必須滿足什么條件？
②顆粒在管中移動需要多長時間？
分析：①將粒子注入圓柱體后，它被洛倫茲力偏轉。 假設它首次與B點相撞。 碰撞后，速度方向再次指向O。 假設粒子會碰撞N-1次，然后從點A移動。如果彈出粒子，則其軌跡是N相等的弧長。
假設第一弧的中心為O'，半徑為r，則θ=2π/2n =π/n。 從幾何關系中，我們獲得r =rtanπ/n，從r = mv/bq獲得：b = mv/rqtanπ/n（n = 1，2初中物理磁電，3 ...）
②粒子運動的周期為：t =2πm/qb，將b代替t =2πtan（π/n）r/v
ARC AB縮減的中央角度：
粒子從a到b傳播所需的時間：
（n = 3，4，5 ...）
因此，粒子運動的總時間是：
（n = 3，4，5 ...）