第二十节 磁场强度《电工技术模块》湖南省（对口招生）电工电子类 知识点讲解

湖南省（对口招生）电工电子类《电工技术模块》知识点讲解 磁场强度 【考纲要求】 1.识记磁场强度的定义、符号、单位，理解磁场强度与磁感应强度的区别与联系，掌握核心计算公式； 2.掌握磁导率的相关概念（真空磁导率、相对磁导率、介质磁导率），熟悉磁介质的分类及特性，明确高频考点与易错点； 3.掌握安培环路定理的基础应用，能结合磁路欧姆定律进行磁场强度的相关计算，具备磁路基础分析与问题解决能力。 【知识网络】 【知识和技能要点】 考点1 磁场强度的基本知识（识记+理解） 1. 磁场强度的定义 磁场强度是为了消除磁介质对磁场的影响，专门描述磁场源（电流）本身特性的物理量，用符号H表示。它是矢量，在均匀磁介质中，其方向与该点磁感应强度B的方向一致。 核心特性（高频考点+易错点）：H的大小仅由电流大小、导体形状、位置决定，与磁介质无关。 2. 单位及换算 国际主单位：安培每米，符号A/m； 常用单位：安培每厘米，符号A/cm； 换算关系：1A/cm = 100A/m。 3. 核心公式（必考） 式中：B为磁感应强度，单位特斯拉（T）；μ为磁介质的磁导率，单位亨每米（H/m）。 4. 磁导率相关概念（高频考点） 磁导率μ是描述磁介质导磁性能好坏的物理量，μ越大，介质的导磁能力越强。 •真空磁导率μ₀：固定常数，μ₀=4π×10^-7 H/m（必须牢记）； •相对磁导率μᵣ：磁介质的磁导率μ与真空磁导率μ₀的比值，即，无单位，表征磁介质对磁场的影响程度； •介质磁导率：。 5. 磁介质的分类（选择题必考） 磁介质 类型 相对磁导率μᵣ特点 核心特性 常见实例 顺磁质 μᵣ略大于1 微弱增强外磁场，μᵣ近似为常数 空气、铝、铂、氧气 抗磁质 μᵣ略小于1 微弱削弱外磁场，μᵣ近似为常数 铜、银、金、橡胶、纯水 铁磁质 μᵣ远大于1（可达数千至数万） 强烈增强外磁场，有磁饱和、磁滞现象，μᵣ不是常数 铁、钴、镍、硅钢、坡莫合金 •易错提醒：铁磁质的相对磁导率μᵣ不是固定值，会随外磁场强度变化而变化，为每年考试高频丢分点。 6. H与B的核心区别与联系（必考） 对比维度 磁场强度H 磁感应强度B 核心定义 描述磁场源（电流）本身的特性 描述磁场的强弱和方向（磁场的最终效果） 符号 H B 国际主单位 A/m（安培每米） T（特斯拉） 决定因素 仅由电流大小、导体形状、位置决定，与磁介质无关 由电流大小、磁介质特性共同决定，与磁介质有关 矢量方向 均匀磁介质中，与B的方向一致 磁场的实际方向 核心联系 同一均匀磁介质中，满足 或 【练习题】 一、单项选择题 1.磁场强度的国际主单位是（ ） A. 特斯拉（T） B. 安培每米（A/m） C. 亨每米（H/m） D. 韦伯（Wb） 2.关于磁场强度H的说法，正确的是（ ） A. H的大小与磁介质的磁导率有关 B. H的方向与磁感应强度B的方向始终相反 C. H是描述磁场源特性的物理量，与磁介质无关 D. H的国际主单位是特斯拉（T） 3.真空磁导率μ₀的大小为（ ） A. 4π×10^-5 H/m B. 4π×10^-7 H/m C. 4π×10^-9 H/m D. 4π×10^-11 H/m 4.下列磁介质中，相对磁导率μᵣ远大于1的是（ ） A. 空气 B. 铜 C. 硅钢 D. 橡胶 5.关于相对磁导率μᵣ，下列说法正确的是（ ） A. 所有磁介质的μᵣ都是固定不变的常数 B. 顺磁质的μᵣ略小于1 C. 抗磁质的μᵣ远大于1 D. 铁磁质的μᵣ会随外磁场强度变化而变化 6.某均匀磁介质中，磁感应强度B=0.4T，磁导率μ=2×10^-3 H/m，则该点的磁场强度H为（ ） A. 200A/m B. 8×10^-4 A/m C. 500A/m D. 20A/m 7.金属铜属于（ ） A. 顺磁质 B. 抗磁质 C. 铁磁质 D. 非磁性材料 8.磁场强度H与磁感应强度B的关系，正确的是（ ） A. H=Bμ B. H=B/μ C. B=H/μ D. H与B无固定关系 9.下列关于顺磁质的说法，正确的是（ ） A. 相对磁导率μᵣ略小于1 B. 会显著增强外磁场 C. 相对磁导率μᵣ略大于1 D. 常见实例有铁、钴、镍 10.磁场强度的方向，在均匀磁介质中（ ） A. 与磁感应强度B的方向一致 B. 与磁感应强度B的方向相反 C. 与电流方向相反 D. 与自由电子移动方向一致 二、填空题 1.磁场强度的符号是____，国际主单位是____。 2.磁场强度的核心计算公式为H=，其中B为，μ为____。 3.真空磁导率μ₀的数值为____H/m，是一个固定常数。 4.相对磁导率μᵣ是____与____的比值，无单位。 5.磁介质按导磁性能可分为____、____、____三大类。 6.铁磁质的相对磁导率μᵣ____，且会随____的变化而变化。 7.1A/cm = ____A/m。 8.金属铝属于____质，金属银属于____质。 9.磁场强度的大小仅由____、____、____决定，与磁介质无关。 10.同一均匀磁介质中，磁感应强度B与磁场强度H的关系式为____。 三、综合题 1.简述磁场强度H的定义、核心特性及国际主单位。 2. 列表说明磁场强度H与磁感应强度B的核心区别。 3. 简述磁介质的三大分类，分别说明各类磁介质的相对磁导率特点及2个常见实例。 4.已知某均匀磁介质中，磁感应强度B为0.6T，磁介质的相对磁导率μᵣ=500，真空磁导率μ₀=4π×10^-7 H/m，求该点的磁场强度H（结果保留整数）。 【答案】 一、单项选择题 1.B 2.C 3.B 4.C 5.D 6.A 7.B 8.B 9.C 10.A 二、填空题 1.H；安培每米（A/m） 2.B/μ；磁感应强度；磁介质的磁导率 3.4π×10^-7 4.磁介质的磁导率μ；真空磁导率μ₀ 5.顺磁质；抗磁质；铁磁质 6.远大于1；外磁场强度（磁场强度H） 7.100 8.顺磁；抗磁 9.电流大小；导体形状；位置 10.B=μH 三、综合题 1.答：磁场强度是为了消除磁介质对磁场的影响，描述磁场源（电流）本身特性的物理量，用符号H表示；核心特性：H的大小仅由电流大小、导体形状、位置决定，与磁介质无关；国际主单位为安培每米（A/m）。 2.答： 对比 维度 磁场强度H 磁感应强度B 核心 定义 描述磁场源（电流）本身的特性 描述磁场的强弱和方向（磁场的最终效果） 决定 因素 仅由电流、导体形状位置决定，与磁介质无关 由电流、磁介质特性共同决定，与磁介质有关 主单位 A/m（安培每米） T（特斯拉） 核心 作用 消除磁介质影响，简化磁场源分析 表征磁场对介质、电流的实际作用效果 3.答：磁介质按导磁性能分为顺磁质、抗磁质、铁磁质三类： （1）顺磁质：相对磁导率μᵣ略大于1，μᵣ近似为常数，微弱增强外磁场；实例：空气、铝。 （2）抗磁质：相对磁导率μᵣ略小于1，μᵣ近似为常数，微弱削弱外磁场；实例：铜、银。 （3）铁磁质：相对磁导率μᵣ远大于1（可达数千至数万），强烈增强外磁场，μᵣ不是常数，有磁饱和、磁滞现象；实例：铁、硅钢。 4.解： 第一步，计算磁介质的磁导率：μ=μ₀μᵣ=4π×10^-7 H/m × 500 ≈ 6.28×10^-4 H/m 第二步，计算磁场强度：H=B/μ=0.6T ÷ (6.28×10^-4 H/m) ≈ 955A/m 答：该点的磁场强度H约为955A/m。 考点2 磁场强度的应用与计算（应用+技能） 1. 安培环路定理（中职简化版，考纲核心要求） 对于均匀密绕的环形螺线管、长直螺线管，其内部均匀磁场的磁场强度计算公式为： 式中：N为线圈的匝数；I为线圈中通入的电流，单位A；L为磁路的平均长度，单位m。 •公式含义：磁场强度H的大小，等于单位长度磁路上的安匝数（NI），再次印证H仅与电流、匝数、磁路长度有关，与磁介质无关。 •易错提醒：公式中L是磁路的平均长度，不是线圈导线的总长度，为高频丢分点。 2. 磁路欧姆定律与磁场强度的关联（综合题高频考点） 磁路与电路具有类比关系，磁路欧姆定律是分析磁路的核心公式，与磁场强度高度关联： •磁动势F：线圈产生磁场的源，类比电路中的电动势，公式：\boldsymbol{F=NI}，单位：安匝（A）。 •磁阻R_m：磁路对磁通的阻碍作用，类比电路中的电阻，公式：，单位：1/H。式中S为磁路的横截面积，单位m²。 •磁路欧姆定律：，式中Φ为磁路中的磁通，单位Wb。 •与磁场强度的关联：，，实现磁路各物理量的联动计算。 3. 均匀磁路中磁场强度的标准化计算步骤 步骤1：确定线圈匝数N、通入的电流I，计算磁动势F=NI； 步骤2：确定磁路的平均长度L、横截面积S； 步骤3：代入公式H=NI/L，计算磁场强度H； 步骤4：结合磁介质的磁导率μ，通过B=μH计算磁感应强度B； 步骤5：通过Φ=BS计算磁路中的磁通Φ。 4. 铁芯线圈的磁场分析（高频考点） •铁芯为铁磁质，μᵣ远大于1，在相同的磁动势NI（即相同的H）下，铁芯中的磁感应强度B会远大于空气/真空环境中的B，这就是铁芯增强磁场的核心原理。 •易错提醒：当铁芯进入磁饱和状态后，铁磁质的μᵣ会急剧下降，此时继续增大线圈电流，磁场强度H会随电流成正比增大，但磁感应强度B的增长会变得非常缓慢，几乎不再增大。 【练习题】 一、单项选择题 1.均匀密绕长直螺线管，匝数N=1000匝，通入电流I=0.5A，磁路平均长度L=0.5m，其内部磁场强度H为（ ） A. 1000A/m B. 500A/m C. 250A/m D. 50A/m 2.磁动势的计算公式是（ ） A. F=NI B. F=IL C. F=BL D. F=Φ/R_m 3.均匀磁路中，其他条件不变，仅将线圈匝数增加一倍，磁场强度H将（ ） A. 减小为原来的1/2 B. 增大为原来的2倍 C. 保持不变 D. 增大为原来的4倍 4.磁路欧姆定律的正确表达式是（ ） A. Φ=F/R_m B. Φ=R_m/F C. F=Φ/R_m D. R_m=ΦF 5.铁芯线圈进入磁饱和状态后，继续增大线圈电流，下列说法正确的是（ ） A. 磁场强度H和磁感应强度B都同步成正比增大 B. 磁场强度H基本不变，磁感应强度B急剧增大 C. 磁场强度H随电流成正比增大，磁感应强度B增长极慢 D. 磁场强度H和磁感应强度B都基本不变 6.某环形铁芯线圈，匝数N=500匝，磁路平均长度L=0.2m，要使铁芯内磁场强度H=1000A/m，需通入的电流I为（ ） A. 0.4A B. 2.5A C. 4A D. 10A 7.磁阻R_m的大小与下列哪个因素无关（ ） A. 磁路的平均长度L B. 磁介质的磁导率μ C. 磁路的横截面积S D. 线圈中通入的电流I 8.下列关于磁场强度H=NI/L的适用条件，说法正确的是（ ） A. 仅适用于真空环境 B. 仅适用于铁磁质介质 C. 适用于均匀密绕螺线管的内部均匀磁场 D. 适用于所有非均匀磁场 9.均匀磁路中，电流I=2A，匝数N=600匝，磁路平均长度L=0.3m，磁介质的磁导率μ=3×10^-3 H/m，则磁感应强度B为（ ） A. 4T B. 12T C. 0.9T D. 2.7T 10.其他条件不变，仅将磁路中的铁芯替换为空气，下列说法正确的是（ ） A. 磁场强度H不变，磁感应强度B大幅减小 B. 磁场强度H大幅减小，磁感应强度B不变 C. 磁场强度H和磁感应强度B都大幅减小 D. 磁场强度H和磁感应强度B都保持不变 二、填空题 1.均匀密绕螺线管内部磁场强度的计算公式为H=，其中N为，I为____，L为____。 2.磁动势的符号为____，计算公式为____，单位是____。 3.磁路欧姆定律的表达式为____，其中Φ为____，F为____，R_m为____。 4.磁阻的计算公式为R_m=____，其大小与磁路长度成____比，与磁导率和横截面积的乘积成____比。 5.铁芯线圈进入磁饱和后，继续增大电流，磁场强度H会____，磁感应强度B会____。 6.其他条件不变，线圈电流减小为原来的1/2，磁场强度H将____。 7.已知磁路的磁动势F=800安匝，磁路平均长度L=0.4m，则磁路内的磁场强度H=____A/m。 8.磁场强度H=500A/m，磁介质的磁导率μ=4×10^-4 H/m，则磁感应强度B=____T。 9.磁路与电路类比，磁动势F类比电路中的____，磁通Φ类比电路中的____，磁阻R_m类比电路中的____。 10.要使螺线管内部磁场强度H=2000A/m，磁路平均长度L=0.2m，线圈匝数N=400匝，则需通入的电流I=____A。 三、综合题 1.简述公式H=NI/L中各物理量的含义、单位及该公式的适用条件。 2. 一个均匀密绕的环形铁芯线圈，匝数N=800匝，通入电流I=1.5A，磁路的平均长度L=40cm，求：（1）铁芯内的磁场强度H；（2）若铁芯的相对磁导率μᵣ=1000，真空磁导率μ₀=4π×10^-7 H/m，求铁芯内的磁感应强度B。 3. 已知某均匀磁路的横截面积S=20cm²，磁路平均长度L=50cm，线圈匝数N=1200匝，通入电流I=2A，磁介质的相对磁导率μᵣ=800，真空磁导率μ₀=4π×10^-7 H/m，求：（1）磁路内的磁场强度H；（2）磁感应强度B；（3）磁路中的磁通Φ。 4.分析为什么铁芯线圈能显著增强磁场？当铁芯进入磁饱和状态后，继续增大线圈电流，磁场强度H和磁感应强度B的变化规律有何不同？ 【答案】 一、单项选择题 1.A 2.A 3.B 4.A 5.C 6.A 7.D 8.C 9.B 10.A 二、填空题 1.NI/L；线圈匝数；线圈中的电流；磁路的平均长度 2.F；F=NI；安匝（A） 3.Φ=F/R_m；磁通；磁动势；磁阻 4.L/(μS)；正；反 5.随电流成正比增大；增长极慢（几乎不再增大） 6.减小为原来的1/2 7.2000 8.0.2 9.电动势；电流；电阻 10.1 三、综合题 1.答：公式H=NI/L是均匀密绕螺线管内部均匀磁场的磁场强度计算公式，各物理量含义及单位： •H：磁场强度，单位为安培每米（A/m）； •N：线圈的匝数，无单位； •I：线圈中通入的电流，单位为安培（A）； •L：磁路的平均长度，单位为米（m）。 适用条件：均匀密绕的环形螺线管、长直螺线管的内部均匀磁场。 2.解： （1）统一单位：L=40cm=0.4m 磁场强度H=NI/L=800×1.5A ÷ 0.4m = 3000A/m （2）磁介质的磁导率μ=μ₀μᵣ=4π×10^-7 H/m × 1000 ≈ 1.256×10^-3 H/m 磁感应强度B=μH=1.256×10^-3 H/m × 3000A/m ≈ 3.77T 答：（1）磁场强度H为3000A/m；（2）磁感应强度B约为3.77T。 3.解： （1）统一单位：S=20cm²=2×10^-3 m²，L=50cm=0.5m 磁场强度H=NI/L=1200×2A ÷ 0.5m = 4800A/m （2）磁介质的磁导率μ=μ₀μᵣ=4π×10^-7 H/m × 800 ≈ 1.005×10^-3 H/m 磁感应强度B=μH=1.005×10^-3 H/m × 4800A/m ≈ 4.82T （3）磁通Φ=BS=4.82T × 2×10^-3 m² ≈ 9.64×10^-3 Wb 答：（1）磁场强度H为4800A/m；（2）磁感应强度B约为4.82T；（3）磁通Φ约为9.64×10^-3 Wb。 4.答： （1）铁芯线圈能显著增强磁场的原因：铁芯属于铁磁质，其相对磁导率μᵣ远大于1（可达数千至数万），根据公式B=μH=μ₀μᵣH，在相同的磁场强度H（由线圈安匝数NI决定）下，铁芯中的磁感应强度B会比真空/空气环境中大数千倍，因此能显著增强磁场。 （2）磁饱和后的变化规律：当铁芯进入磁饱和状态后，铁磁质的相对磁导率μᵣ会急剧下降。此时继续增大线圈电流，磁动势NI增大，磁场强度H会随电流成正比增大；但由于μᵣ急剧下降，根据B=μ₀μᵣH，磁感应强度B的增长会变得非常缓慢，几乎不再随电流增大而增大。 【真题演练】 1.【2017年湖南省普通高等学校对口招生考试电子电工类·选择题第9题】长度相同、截面相同的两段磁路，a段为气隙，磁阻为Rm1，b段为铸铁，磁阻为Rm2，则 A. Rm1=Rm2 B. Rm1<Rm2 C. Rm1>Rm2 D. 条件不够，无法比较 答案：C 解析：本题考查磁阻计算公式与磁导率的关联，是磁场强度应用考点的高频计算题，贴合考纲中磁路欧姆定律的应用要求。 磁阻计算公式\boldsymbol{R_m=\frac{L}{\mu S}}，磁阻大小与磁路长度L成正比，与磁介质磁导率μ、磁路横截面积S成反比。 两段磁路L、S均相同，气隙的磁介质为空气，属于顺磁质，μ接近真空磁导率μ0；铸铁属于铁磁质，μ远大于μ0。因此气隙的磁导率远小于铸铁，对应磁阻Rm1>Rm2。 易错提醒：气隙是磁路中磁阻最大的部分，铁芯磁路中即使存在很小的气隙，也会使整个磁路的磁阻大幅增大，是磁路分析的高频丢分点。 2.【2016年湖南省普通高等学校对口招生考试电子电工类·填空题第24题】长度为30cm，电流大小为10A的通电导线放在某匀强磁场中，当导线与磁力线方向成30°夹角时，导线所受磁场力大小为0.3N，则此匀强磁场的磁感应强度为____T。 答案：0.2 解析：本题考查磁感应强度的计算，可直接关联磁场强度的核心定义式，是考纲中磁场强度基础计算的典型题型。 步骤1：根据安培力公式计算磁感应强度B 安培力核心公式：\boldsymbol{F=BILsin\theta}，统一单位：L=30cm=0.3m，θ=30°，sin30°=0.5 代入公式变形得：B=FILsinθ=0.3N10A×0.3m×0.5=0.2T 步骤2：关联磁场强度考点 该磁场为空气介质中的匀强磁场，磁导率μ≈μ₀=4π×10^-7 H/m，根据磁场强度定义式\boldsymbol{H=\frac{B}{\mu}}，可计算出该点的磁场强度H≈1.59×10^5 A/m。 易错提醒：计算安培力时，必须考虑导线与磁场方向的夹角θ，直接忽略夹角用F=BIL计算是考试高频错误。 3.【2016年湖南省普通高等学校对口招生考试电工专业模块·选择题第(1)题】对于交流接触器铁芯磁路及线圈电流在吸合前后的变化，以下说法正确的是 A.吸合前磁阻小电流大，吸合后磁阻变大电流变小 B.吸合前磁阻大电流小，吸合后磁阻变小电流变大 C.吸合前磁阻小电流小，吸合后磁阻变大电流变大 D.吸合前磁阻大电流大，吸合后磁阻变小电流变小 答案：D 解析：本题结合工程实际考查磁路欧姆定律与磁场强度的应用，是湖南省对口招生电工模块的高频考点，贴合考纲中磁路分析的能力要求。 核心原理：交流接触器的线圈接在额定交流电压下，线圈的感应电动势近似等于电源电压，因此线圈产生的磁动势NI需要维持磁路中的主磁通基本不变。 吸合前：铁芯与衔铁之间存在大气隙，磁路总磁阻大；根据磁路欧姆定律，要维持磁通Φ不变，磁阻Rm大则需要更大的磁动势NI，线圈匝数N固定，因此线圈电流I大。 吸合后：气隙消失，磁路总磁阻大幅减小；维持相同磁通所需的磁动势NI大幅减小，因此线圈电流I显著变小。 关联考点：磁路中磁场强度H=NIL，吸合前后磁路平均长度L变化、电流I变化，磁场强度H也会同步变化，是磁场强度应用的典型工程场景。 4.【2024年湖南省普通高等学校对口招生考试电子电工类·填空题第24题】当交流接触器的电磁系统铁芯闭合不好时，线圈电流会变____。 答案：大 解析：本题考查磁路故障与磁阻、磁场强度的关联，是湖南省对口招生考试的高频应用型考点。 原理分析：铁芯闭合不好，会在磁路中形成持续的气隙，气隙的磁导率极低，导致整个磁路的磁阻Rm大幅增大；交流接触器线圈的电源电压固定，主磁通基本不变，根据磁路欧姆定律Φ=NIRm，磁阻增大必须增大磁动势NI来维持磁通，因此线圈电流会变大。 易错提醒：铁芯闭合不好不仅会导致线圈电流过大烧毁线圈，还会使铁芯磁饱和加剧，此时磁场强度H随电流持续增大，但磁感应强度B几乎不再增长，与考点2中铁芯磁饱和的特性完全对应。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $