史上最全面的高中物理和磁场知识点总结！
1. 磁场
磁铁通过磁场作用于铁、钴、镍物质。 磁场和电场一样，是物质存在的另一种形式，是客观存在的。 小磁针的指南针指向北方，表明地球是一个大磁铁。 磁铁周围空间存在磁场； 电流周围的空间也存在磁场。
电流周围的空间存在磁场。 电流是由大量运动电荷形成的，因此运动电荷周围的空间也存在磁场。 静止电荷周围的空间不存在磁场。
磁场存在于磁铁、电流和移动电荷周围的空间中。 磁场是物质的一种形式。 磁场对磁铁和电流有强大的影响。
就像使用测试电荷来测试是否存在电场一样，您可以使用小磁针来测试是否存在磁场。 图中显示了载流导线周围存在磁场——奥斯特实验，以及磁场对电流产生强大影响的实验。
1.地磁场
地球本身是一块磁铁，附近存在的磁场称为地磁场。 地磁南极靠近地球北极，地磁北极靠近地球南极。
2.地磁体周围的磁场分布
类似于条形磁铁周围的磁场分布。
3.指南针
放置在地球周围的指南针在静止时可以指向北方，这是地磁场的结果。
4.磁偏角
地球的地理两极与地磁极并不重合。 磁针无法准确引导或指向北方。 有一个交叉角称为地磁偏角，简称磁偏角。
阐明：
①地球上不同地点的磁偏角值不同。
② 磁偏角随着地球磁极的缓慢运动而缓慢变化。
③ 地磁轴与地球自转轴的夹角约为11°。
2. 磁场方向
在电场中，电场的方向是由人决定的。 同样，人们也确定磁场的方向。
规则：在磁场中的任意一点，作用在小磁针北极上的力的方向就是该点的磁场方向。
确定磁场方向的方法是：将无外力的小磁针放入磁场中待测位置。 当小磁针静止在该位置时，小磁针的N极方向就是该点的磁场方向。
磁铁磁场：可以用同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引的方法来确定磁场方向。
当前磁场：使用安培定则（也称为右手螺旋定则）确定磁场方向。
3.磁感应线
绘制磁场中的方向曲线来表示磁场线。
磁力线的特点：
(1)磁感应线上各点的切线方向与该点的磁场方向相同。
(2)磁力线的密度反映了磁场的强度。 磁力线越密，磁场越强。 磁力线越稀疏，磁场越弱。
(3)磁场中任意磁力线都是一条闭合曲线，在磁铁外部从N极走向S极，在磁铁内部从S极走向N极。
下图分别展示了条形磁铁和蹄形磁铁的磁场：
阐明：
① 磁力线是为了形象地描述磁场而在磁场中假想的一组方向曲线。 它们并不是客观存在于磁场中的真实曲线。
② 磁力线与电场线相似，在空间上不能相交、相切或中断。
4、几种常见的磁场
1. 直载流导线周围的磁场
(1)安培法则：用右手握住导线，让直拇指指向与电流方向相同的方向。 四根手指弯曲的方向就是磁力线环绕的方向。 该规则也称为右手螺旋规则。 。
(2) 磁力线分布如图：
阐明：
① 直通电导线周围的磁力线是以导线上各点为中心的同心圆。 事实上，电流和磁场应该是一种空间模式。
② 线性电流的磁场没有磁极。
③ 磁场的强度与距导线的距离有关。 离导线越近，磁场越强，离导线越远，磁场越弱。
④图中“×”表示磁场方向垂直进入纸张，“·”表示磁场方向垂直离开纸张。
2.环流磁场
(1)安培法则：让右手弯曲的四个手指与环电流方向相同，直拇指的方向就是环线轴线上的磁力线方向。
(2) 磁力线分布如图：
(3)几种常用的磁力线的绘制方法不同。
阐明：
① 环形电流的磁场类似于条形磁铁的磁场，两侧有N极和S极。
②由于磁力线均为闭合曲线，环内外磁力线数量相等，因此环内磁场强，环外磁场弱。
③环形电流的磁场在微观上可以看作是无数极短的直线电流的磁场的叠加。
3.通电螺线管的磁场
(1)安培法则：用右手握住螺线管，使弯曲时四指方向与电流方向一致。 拇指指向的方向就是螺线管中心轴上磁力线的方向。
(2)磁场线分布：如图所示。
(3)几种常用的不同磁力线绘制方法。
阐明：
① 通电螺线管的磁场分布：螺线管外部的磁场分布与条形磁铁相同。 两端分别为N极和S极。 管内（除边缘外）存在均匀磁场，磁场分布点从S极到N极。
② 环流实际上是宏观上只有一匝的通电螺线管，通电螺线管是由多匝环流串联而成。 因此，通电螺线管的磁场是这些环形电流磁场的叠加。
③无论是磁铁的磁场还是电流的磁场，其分布都是在三维空间中。 需要掌握三维图、纵剖面图、横剖面图的绘制与转换。
4.磁场均匀
(1)定义：在磁场的某一区域内，如果各点磁感应强度的大小和方向相同，则该区域内的磁场称为均匀磁场。
(2)磁力线分布特征：等间距的平行直线。
（3）产生：两个非常接近的磁极之间的磁场，除了边缘部分外，可以认为是均匀磁场； 当两个按一定距离平行放置的线圈通电时，中间区域的磁场也是均匀的。 磁场，如图：
5. 磁感应强度
1.磁感应
为了表征磁场的强度和方向，我们引入一个新的物理量：磁感应强度。 描述磁场强度和方向的物理量，用符号“B”表示。
通过精密实验可知，在均匀磁场中，当通电的直导线垂直于磁场方向时，它受到磁场作用在其上的力的影响。 对于相同的磁场，当电流加倍时，载流导线上的磁场力也加倍。 这表明载流导线上的磁场力与通过它的电流强度成正比。 当载流导线的长度加倍时，它所受到的磁场力也加倍，这表明载流导线所受到的磁场力也与导线的长度成正比。 对于磁场中的某一位置，该处通电导线上的磁场力F与通电电流强度I与导线长度L的乘积之比是一个常数，与电流大小无关强度或电线的长度。 该比率在磁场中的不同位置可能会有所不同，因此反映了磁场的强度。
(1)磁感应强度的定义
定义：磁场中垂直于磁场方向的通电直导线上所受的力F与电流I与导线长度L的乘积IL之比，称为磁场的磁感应强度，其中通电直导线位于。
公式：B=F/IL。
(2) 磁感应强度单位
在国际单位制中，B的单位是特斯拉（T）。 由B的定义可知：
1特(T)=1牛(N)/安培(A)·米(m)
(3)磁感应强度方向
磁感应强度是一个矢量，它不仅有大小，还有方向，它的方向就是该位置磁场的方向。 当小磁针静止时，N极所指向的方向定义为该点磁感应强度的方向，称为磁场方向。 B为矢量，其方向为磁场方向，即小磁针静止时N极所指向的方向。
2. 磁通量
磁感线和电场线一样，也是形象地描述磁场强度大小和方向分布的假想线。 磁感应线上各点的切线方向就是该点磁感应强度的方向。 磁感应线的密度反映了磁感应强度。 的大小。 为了定量确定磁力线数量与磁感应强度大小的关系，规定垂直磁场方向每平方米面积的磁力线数量为那里的磁感应强度的大小（单位：特克斯）。 这里需要注意的是，一般来说，磁感应线可以根据上面指定的任何数字来绘制。 这种画法只能帮助我们了解磁感应强度的大小； 方向的分布不能通过每平方米磁感应线的数量来获得。 强度值。
(1) 磁通量的定义
通过某一区域的磁力线的数量称为通过该区域的磁通量，用符号φ表示。
物理意义：穿过某一表面的磁感应线的数量。
(2)磁通量与磁感应强度的关系
根据前面的规定，单位面积上穿过垂直磁场方向的磁感应线数等于磁感应强度B，因此在均匀磁场中，垂直于S的面积S上的磁通φ磁场方向=BS。
如果S平面不垂直于磁场方向，则应将S平面投影到垂直于磁场的方向。
当平面S与磁场方向平行时，φ=0。
公式
(1) 公式：Φ=BS。
(2) 公式的应用条件：
A。 均匀磁场； b. 磁场线垂直于平面。
（3）在均匀磁场B中，如果磁力线不垂直于平面，则式Φ=BS中的S应为平面在垂直于磁力线方向的投影面积。
此时的公式就是面积S在垂直于磁力线方向的投影，我们称之为“有效面积”。
(3) 磁通量单位
在SI单位中，磁通量的单位是韦伯（Wb），简称Wei。 磁通量是一个只有大小而没有方向的标量。
(4) 磁通密度
磁通线越密，穿过垂直单位面积的磁通线数量越多，反之亦然。 因此，通过单位面积的磁通量——磁通密度，反映了磁感应强度的大小，在数值上等于磁感应强度的大小，B=Φ/S。
6、磁场对电流的影响
1.安培分子电流假说
安培认为，原子和分子等物质粒子内部存在环电流——分子电流。 分子电流使每个物质粒子变成一个微小的磁体，分子的两侧相当于两个磁极。
2.安培假说解释了磁现象
(1)磁化现象：软铁棒未磁化时，内部分子电流取向紊乱，它们的磁场相互抵消，对外表现出无磁性； 当软铁棒受到外部磁场的作用时，分子中的电流取向变得大致相同，两端表现出较强的磁效应，形成磁极，软铁棒被磁化。
(2)磁体退磁：磁体高温或猛烈敲击，即在强烈的热运动或机械运动的影响下，分子电流取向变得紊乱，磁体的磁性消失。
磁现象的电学性质
磁铁的磁场与电流的磁场一样，是由移动的电荷产生的。
阐明：
①根据物质微观结构理论，原子由原子核和原子核外的电子组成。 原子核带正电，核外的电子带负电。 原子核外的电子在库仑引力的作用下绕原子核高速旋转，形成分子电流。 在安培生活的时代，由于人们不知道物质的微观结构，所以被称为“假说”。 但现在，“如果”已经成为事实。
②分子电流假说揭示了电与磁之间的本质联系，并指出了磁的起源：一切磁现象都是由移动的电荷产生的。
磁场中施加在载流导线上的力称为安培力。
3.安培力的方向——左手定则
(1) 左手定则
伸出左手，使拇指与其他四指垂直，并与手掌处于同一平面。 将手放入磁场中，让磁感应线穿过手掌，让伸出的四个手指指向电流方向。 那么拇指所指的方向就是安培力的方向。
(2)安培力F、磁感应强度B、电流I的方向关系：
①F安培⊥I，F安培⊥B，即安培力垂直于电流和磁力线所在平面，但B和I不一定垂直。
②判断载流导线在磁场中所施加的安培力时，一定要用左手，并注意方向之间的关系。
③ 若B、I方向已知，则F方向确定； 但如果B（或I）和F的方向已知，则I（或B）的方向是不确定的。
4.电流相互作用定律
相同方向的电流相互吸引，相反方向的电流相互排斥。
安培力大小的公式
(1) 当B垂直于I时，F=BIL。
(2) 当B和I形成角度θ时，F=θ，θ为B和I之间的角度。
推导过程：如图所示，B分解为垂直电流的B2=Bsinθ和沿电流方向的B1=Bcosθ。 B对I的影响可以等价地用B1和B2对电流的影响来代替，F=F1+F2=0+B2IL=θ。
5.一些说明
(1)当载流导体垂直于磁场方向时，F=BIL最大； 平行时最小，F=0。
(2) B 为所放置通电导线的外部磁场的磁感应强度。
(3)导体L所在的磁场应为均匀磁场。
(4) 式中L为导线垂直于磁场方向的有效长度。 如图所示，将一根半径为r的半圆形导线垂直于磁场B放置，当电流I通过导线时，导线的等效长度为2r，因此安培力F=2BIr。
7、磁电电流表
一、电流表的结构
磁电电流表的结构如图所示。 蹄磁铁两磁极之间有一个固定的圆柱形铁芯。 铁芯上套有可旋转的铝框，铝框上缠绕有线圈。 铝框的转轴上安装有两个螺旋弹簧和一个指针。 线圈的两端分别与两个螺旋弹簧连接。 被测电流通过这两个弹簧流入线圈。
2.电流表的工作原理是什么？
如图所示，假设线圈所在位置的磁感应强度为B，线圈长度为L，宽度为d，匝数为n。 当电流I流过线圈时，安培力在转轴上产生扭矩：M1=2(Fd/2)=Fd，安培力的大小为：F=nBIL。 因此，安培力的力矩大小为M1=nBILd。
当线圈旋转时，无论被通电线圈转到何处，其平面与磁力线平行，安培力的扭矩保持不变。
当线圈旋转过角度θ时，指针的偏转角度为角度θ，阻碍线圈旋转的两个弹簧产生的扭矩为M2。 对于线圈来说，根据扭矩平衡，M1=M2。
假设弹簧材料的扭矩与偏转角度成正比，即M2=kθ。
从nBILd=kθ，我们得到I=kθ/nBLd。
其中k、n、B、I、d是一定的，所以有I∝θ。
可见，电流表的工作原理是指针的偏转角θ的值可以反映I值的大小，并且电流表的刻度是均匀的。 不同θ对应的刻度上标有相应的电流值，以便直接读取。 获取当前值。
磁场对电流的影响
基础知识
1. 安培力
1、安培力：载流导线在磁场中所施加的力称为安培力。
说明： 磁场对载流导线中定向移动的电荷具有强大的影响。 磁场对这些定向移动的电荷的力的宏观表现是安培力。
2、安培力的计算公式：F=θ（θ为I与B夹角）； 当载流导线垂直于磁场方向，即θ=90°时，此时安培力最大； 当载流导线与磁场方向平行时，即θ=0°时，安培力有最小值，F=0N； 当0°<B<90°时，安培力F在0和最大值之间。
3、安培公式的适用条件：
① 公式F=BIL一般适用于均匀磁场中I⊥B的情况。 它仅近似适用于非均匀磁场（例如电流元件），但仍然适用于一些特殊情况。
如图所示，电流I1//I2，若I1的磁场在I2处的磁感应强度为B，则I1对I2的安培力F=BI2L，方向向左，同理，I2对I1的安培力向右，即同方向的电流相互吸引，相反方向的电流相互排斥。
②根据力相互作用原理，如果磁铁对通电导体施加力，通电导体就会对磁铁产生反作用力。 两根载流导线之间的磁力也遵循牛顿第三定律。
2. 左手定则
1.用左手定则确定安培力的方向：伸出左手，使拇指与其他四指垂直并与手掌在同一平面，让磁感应线垂直穿过手掌手的四指指向电流方向。 当手掌平面与磁力线和导体平面垂直时，拇指所指的方向就是载流导体上安培力的方向。
2、安培力F的方向既垂直于磁场方向，又垂直于通电导线的方向，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、磁感应强度B与电流I的关系
①已知I、B的方向，即可唯一确定F的方向；
②当F、B方向已知，导线位置确定后，I的方向即可唯一确定；
③当F和I的方向已知时，磁感应强度B的方向不能唯一确定。
4、由于B、I、F之间的方向关系往往是在三维空间中，所以在解决这部分问题时，要具有良好的空间想象力，善于将三维图片转化为平面图易于分析，即将它们绘制成俯视图。 剖面图、侧视图等
常规方法
1. 安培力的性质和定律：
① 公式F=BIL中，L为导体的有效长度，即连接导体两端点的直线长度。 相应的电流方向沿着L从头到尾流动。 如图，A中：，B中：L'=d(直径)=2R（半径为R的半圆环）
②安培力的作用点是通电导体在磁场中的几何中心；
③ 安培力做功：做功的结果是将电能转化为其他形式的能量。
2、判断物体在安培力作用下的运动方向
(1)电流元法：即将整个电流等效为多个线性电流元。 首先，利用左手定则确定施加在电流元件每个小段上的安培力的方向，从而确定整段电流上的合力的方向，最后确定运动方向。
(2)特殊位置法：将电流或磁铁移动到便于分析的特殊位置，然后确定安培力的方向，从而确定运动方向。
(3)等效法：环流和通电螺线管可以等效为条形磁铁，条形磁铁也可以等效为环流或通电螺线管，通电螺线管也可以等效为多匝。 分析环流。
（4）运用结论法：①当两个电流相互平行时，没有旋转的趋势，同方向的电流相互吸引，相反方向的电流相互排斥； ②当两电流不平行时，有旋转到彼此平行的趋势，电流方向相同。
（5）转换研究对象法：由于电流以及电流与磁体之间的相互作用满足牛顿第三定律，为了定性分析磁体在电流和磁场作用下如何运动，我们可以首先分析电流在磁体磁力中的行为方式。字段。 然后利用磁体受到的安培力，根据牛顿第三定律确定施加在磁体上的电流力，从而确定磁体的合力和运动方向。
(6)分析带电导体在安培力作用下运动的一般步骤
① 画出通电导线所在位置的磁力线方向和分布
② 用左手定则确定通电导线各段上的安培力。
③) 根据初速度方向和牛顿定律确定导体的运动
(7)磁场对通电线圈的影响：若线圈面积为S，线圈中的电流强度为I，磁场的感应强度为B，线圈之间的夹角平面，磁场为θ，则磁场对线圈的力矩为：M=θ。
磁场对移动电荷的影响
基础知识
1.洛伦兹力
磁场对移动电荷的作用力
1、洛伦兹力的公式：f=θ，θ为V与B的夹角。
2、当带电粒子的运动方向与磁场方向平行时，F=0。
3、当带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时，f=qvB。
4. 只有磁场中移动的电荷才会受到洛伦兹力的影响。 磁场中的静止电荷对电荷的磁场力必须为零。
2. 洛伦兹力的方向
1、洛伦兹力F的方向不仅垂直于磁场B的方向，而且垂直于运动电荷的速度v的方向，即F总是垂直于B和B所在的平面v 位于。
2、用左手定则确定洛伦兹力的方向时，伸出左手，使拇指与四指垂直并在同一平面上。 让磁力线穿过手掌。 四个手指指向正电荷运动的方向（当是负电荷时，四个手指指向与电荷运动方向相反的方向），大拇指所指的方向就是电荷所受到的洛伦兹力的方向。
3、洛伦兹力与安培力的关系
1、洛伦兹力是作用在磁场中单个运动电荷上的力，而安培力是洛伦兹力作用在导体中所有定向运动的自由电荷上的宏观表现。
2、洛伦兹力一定不做功，它不改变移动电荷的速度； 但安培力可以做功。
4、带电粒子在均匀磁场中的运动
1、带电粒子在均匀磁场中不受重力影响的运动可分为三种情况：一是匀速直线运动； 二、匀速圆周运动； 第三，螺旋运动。
2、忽略重力，带电粒子在均匀磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径为r=mv/qB； 其运动周期为T=2πm/qB（与速度无关）。
3、带电粒子无论重力如何，垂直进入均匀电场时和垂直进入均匀磁场时，都是作曲线运动，但有区别：带电粒子垂直进入均匀电场，作曲线运动在电场中以匀速运动（类似于平抛运动）； 垂直进入均匀磁场，会做变加速度曲线运动（匀速圆周运动）。
常规方法
1、带电粒子在磁场中运动的中心、半径和时间的测定
(1)利用几何知识确定圆心并求半径。
因为F方向指向圆的中心，根据F必须垂直于V的事实，绘制粒子轨迹中任意两个点的F或半径方向（主要是注入点和出口点）。 它们的延伸线的交点是圆的中心。 然后使用几何知识找到其半径和和弦长度之间的关系。
（2）确定与轨迹相对应的中心角并找到运动时间。
首先使用圆的中央角度与和弦的切线角之间的关系，或四边形的内部角度等于360°（或2π），以计算中央角度θ的大小，然后使用公式t =θT/360°（或θt/2π）计算运动时间。
（3）注意循环运动中对称定律。
例如，当从相同边界注入的粒子从相同的边界弹出时，速度和边界之间的角度相等。 在圆形磁场区域，必须沿着径向方向弹出沿径向方向注射的颗粒。
2.洛伦兹力的多个解决方案问题
（1）带电颗粒的电性能不确定，导致多种溶液。
带电的颗粒可能会阳性带电或负电荷。 在相同的初始速度下，正和负颗粒在磁场的不同轨迹中移动，导致双重溶液。
（2）磁场的方向不确定，导致多种溶液。
如果仅告知磁感应强度的大小，但是没有说明磁性感应强度的方向，则应考虑多个解决方案，因此应考虑磁场方向的不确定性。
（3）临界状态不是唯一的，并形成多个解决方案
当带电的粒子在洛伦兹力的作用下穿过有界的磁场时，它可以通过，或者可以偏转180°并与入射界面相反的方向飞行。 另外，在光滑的水平桌子上，绝缘灯绳将一个小带电的球拉动，在均匀的磁场中进行均匀的圆形运动。 如果绳索突然折断，球可能处于运动状态。 由于球的电化，绳索中没有张力。 导致多种解决方案。
（4）运动的重复性质创造了多种解决方案。
例如，当带电的颗粒在部分是电场并部分是磁场的空间中移动时，它们通常具有往复式性质，从而形成多种溶液。
[示例]如图所示，在半径为r的绝缘圆柱体中沿轴方向有一个均匀的磁场，磁感应强度为b，一个带有质量M和电荷Q的正粒子（不计数重力） ）v速度从径向方向进入气缸壁的一个孔进入气缸。 假设粒子和气缸壁之间的碰撞中没有电荷和能量损失。 然后初中物理磁电，粒子必须与气缸壁连续碰撞，然后在圆柱壁上一个圆后从孔中弹出。 ，问：
①对于磁感应强度B的大小必须满足什么条件？
②颗粒在管中移动需要多长时间？
分析：①将粒子注入圆柱体后，它被洛伦兹力偏转。 假设它首次与B点相撞。 碰撞后，速度方向再次指向O。 假设粒子会碰撞N-1次，然后从点A移动。如果弹出粒子，则其轨迹是N相等的弧长。
假设第一弧的中心为O'，半径为r，则θ=2π/2n =π/n。 从几何关系中，我们获得r =rtanπ/n，从r = mv/bq获得：b = mv/rqtanπ/n（n = 1，2初中物理磁电，3 ...）
②粒子运动的周期为：t =2πm/qb，将b代替t =2πtan（π/n）r/v
ARC AB缩减的中央角度：
粒子从a到b传播所需的时间：
（n = 3，4，5 ...）
因此，粒子运动的总时间是：
（n = 3，4，5 ...）