4-1 磁场《电工基础》(劳动版·第6版) 河南省（对口招生）机电与机械类 知识点讲解

河南省（对口招生）机械类《电工基础》 知识点讲解 4-1磁场 【课程要求】 1. 理解磁场的基本概念，识别磁体、磁极、磁感线的核心特征。 2. 区分天然磁体与人造磁体，明确磁极间的相互作用规律，能准确描述磁感线的分布特点。 3. 熟练掌握电流的磁效应，能识别通电直导体、通电螺线管的磁场分布。 4. 规范运用安培定则（右手螺旋定则）判断两种通电导体的磁场方向。 5. 理解磁场的三个核心物理量（磁感应强度、磁通量、磁导率）的定义、单位及物理意义。 6. 识别铁磁材料、非铁磁材料的分类及特点，了解铁磁材料的磁化现象。 【知识网络】 【知识要点】 知识点 1 磁场的基本概念 1.磁场的定义 磁体周围存在的一种特殊物质，它能对放入其中的磁体产生磁力作用，这种特殊物质称为磁场。磁场是客观存在的，看不见、摸不着，但可以通过磁体的相互作用、铁屑分布等现象直观感知。 2. 磁体与磁极 ￮磁体分类：分为天然磁体（如磁矿石）和人造磁体（如条形磁铁、蹄形磁铁、磁针），人造磁体是电工设备中常见的磁体形式，如电动机中的磁铁。 ￮磁极定义：磁体上磁性最强的部分称为磁极，任何磁体都有两个磁极，即北极（N极）和南极（S极），磁极不能单独存在，若将磁体分割，每一部分仍有N极和S极。 ￮磁极相互作用规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，这是磁场力的核心表现，通过实验现象明确该规律，是后续磁场应用的基础。 3.磁感线 ￮定义：为了直观、形象地描述磁场的强弱和方向，人为假想的闭合曲线，称为磁感线（又称磁力线），磁感线本身不存在，仅用于辅助理解磁场分布。 ￮核心特征： 1 磁感线是闭合曲线，在磁体外部，磁感线从N极指向S极；在磁体内部，磁感线从S极指向N极； ② 磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线越密，磁场越强；越疏，磁场越弱； ③ 磁感线上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向，与放在该点的小磁针N极指向一致。 ￮常见磁体的磁感线分布：条形磁体、蹄形磁体的磁感线分布的特点，匀强磁场（磁场中各点磁感应强度大小和方向都相同的磁场）的磁感线为平行等距的直线，距离很近的两个平行异名磁极之间的磁场（除边缘外）可视为匀强磁场。 知识点 2 电流的磁效应 1. 核心定义 通电导体周围也会产生磁场，这种现象称为电流的磁效应，该现象由丹麦物理学家奥斯特于1820年发现，通过奥斯特实验（通电直导线下方小磁针偏转）验证该效应，是电与磁联系的基础。 2. 通电直导体的磁场 ￮磁场分布：通电直导体周围的磁感线是以导体为中心的同心圆，距离导体越近，磁感线越密，磁场越强；距离越远，磁感线越疏，磁场越弱。 ￮方向判断（安培定则/右手螺旋定则）：伸开右手，让拇指指向电流的方向，四指弯曲的方向就是磁感线的环绕方向，可快速判断通电直导体周围的磁场方向。 ￮影响因素：磁场的强弱与导体中的电流大小有关，电流越大，磁场越强；与距离导体的远近有关，距离越近，磁场越强。 3.通电螺线管的磁场 ￮磁场分布：通电螺线管的磁场与条形磁体的磁场相似，两端磁性最强（为磁极），中间磁性较弱；磁感线从螺线管的N极出发，回到S极，内部磁感线方向从S极指向N极，且内部磁场为匀强磁场。 ￮方向判断（安培定则/右手螺旋定则）：伸开右手，让四指弯曲的方向与螺线管中的电流方向一致，拇指指向的一端就是螺线管的N极，另一端为S极，这是电工实操中判断线圈磁极的常用方法。 ￮影响因素：① 电流大小：电流越大，磁场越强；② 线圈匝数：匝数越多，磁场越强；③ 线圈内有无铁芯：插入铁芯后，磁场会显著增强。 4.重点提示 ① 混淆两种安培定则的应用场景，误将通电直导体的安培定则用于螺线管；② 判断螺线管磁极时，四指弯曲方向与电流方向不一致；③ 忽略通电螺线管内部的磁场方向，仅关注外部磁感线分布。 知识点 3 磁场的基本物理量 1.磁感应强度（B） ￮定义：描述磁场强弱和方向的物理量，是矢量，既有大小，又有方向。在通电导体与磁场方向垂直的情况下，磁感应强度的大小等于垂直于磁场的通电导体所受的磁场力（F）与导体中的电流（I）和导体长度（l）的比值，公式为。 ￮单位：特斯拉（T），简称特，1T = 1N/（A·m）；常见磁场的磁感应强度：普通永磁体磁极附近约0.4~0.7T，电动机、变压器铁芯中心可达0.8~1.4T，地面附近的地磁场约5×10⁻⁵T。 ￮方向：与磁场方向一致，即磁感线上该点的切线方向，也是放在该点的小磁针N极指向。 2.磁通量（Φ） ￮定义：定量描述磁场在某一范围内分布情况的物理量，在磁感应强度为B的匀强磁场中，穿过某一垂直于磁场方向的平面的磁通量，等于磁感应强度B与平面面积S的乘积，公式为。 ￮单位：韦伯（Wb），简称韦，1Wb = 1T·m²；物理意义：磁通量在数值上等于穿过该平面的磁感线条数，磁感线条数越多，磁通量越大。 ￮补充说明：若平面与磁场方向不垂直，需用平面在垂直于磁感应强度方向的投影面积与B的乘积计算磁通量；磁感应强度B又称磁通密度，即单位面积上的磁通量。 3.磁导率（μ） ￮定义：表示磁介质导磁性能的物理量，单位为亨每米（H/m），用于描述不同物质对磁场的影响程度。 ￮真空磁导率：实验测得真空的磁导率，为常数。 ￮相对磁导率（）：任一物质的磁导率与真空磁导率的比值，即，仅为比值，无单位，用于比较不同物质的导磁性能。 知识点4：磁介质与磁化 1.磁介质的分类 · 非铁磁物质：相对磁导率，导磁性能与真空接近，分为顺磁物质（如空气、铝、铬，稍大于1）和反磁物质（如氢、铜，稍小于1），这类物质对磁场影响甚微，在电工设备中一般作为非导磁材料使用。 · 铁磁物质：相对磁导率（可达几百甚至数万以上），导磁性能极强，且不是常数，是电工设备中最常用的导磁材料，如铁、钴、镍、硅钢片、坡莫合金等。 · 2.磁化现象 · 定义：使原来没有磁性的铁磁物质获得磁性的过程，称为磁化。铁磁物质之所以导磁性能极强，是因为其内部存在大量“磁畴”（微小的磁性单元），未磁化时，磁畴排列杂乱无章，磁性相互抵消；磁化后，磁畴在外部磁场作用下定向排列，磁性叠加，形成较强的附加磁场。 · 磁化特点：铁磁物质的磁化有饱和性（磁化到一定程度后，再增大外部磁场，磁性不再明显增强）和剩磁性（外部磁场消失后，仍保留一定的磁性），这两个特点是电工设备（如电磁铁、变压器）工作的重要依据。 3.铁磁材料的应用 铁磁材料广泛应用于电工设备中，如变压器、电动机的铁芯（选用硅钢片，减小涡流损耗）、电磁铁的铁芯（选用软磁材料，易磁化、易退磁）、永久磁铁（选用硬磁材料，磁化后能长期保持磁性）。 【练习题】 一、单项选择题 1.下列关于磁场的说法，正确的是（ ） A. 磁场是虚构的，不存在客观物质 B. 磁场能对放入其中的磁体产生磁力作用 C. 磁感线是真实存在的闭合曲线 D. 磁体可以只有N极或S极 2.磁极间的相互作用规律是（ ） A. 同名磁极相互吸引，异名磁极相互排斥 B. 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引 C. 无论同名还是异名磁极，均相互吸引 D. 无论同名还是异名磁极，均相互排斥 3.奥斯特实验的核心结论是（ ） A. 磁场能产生电流 B. 电流能产生磁场（电流的磁效应） C. 磁体周围存在磁场 D. 磁场对电流有作用力 4.判断通电直导体周围磁场方向的安培定则，正确操作是（ ） A. 右手拇指指向磁感线方向，四指指向电流方向 B. 右手拇指指向电流方向，四指指向磁感线环绕方向 C. 左手拇指指向电流方向，四指指向磁感线方向 D. 左手拇指指向磁感线方向，四指指向电流方向 5.关于通电螺线管的磁场，下列说法错误的是（ ） A. 磁场分布与条形磁体相似 B. 两端磁性最强，中间磁性较弱 C. 内部磁感线从N极指向S极 D. 插入铁芯后磁场会显著增强 6.描述磁场某点强弱和方向的物理量是（ ） A. 磁通量 B. 磁感应强度 C. 磁导率 D. 相对磁导率 7.磁感应强度的单位是（ ） A. 韦伯（Wb） B. 特斯拉（T） C. 亨每米（H/m） D. 安培（A） 8.下列物质中，属于铁磁材料的是（ ） A. 铜 B. 铝 C. 硅钢片 D. 空气 9.使原来没有磁性的铁磁物质获得磁性的过程，称为（ ） A. 磁化 B. 退磁 C. 磁饱和 D. 剩磁 10.关于磁通量的说法，正确的是（ ） A. 磁通量越大，磁场一定越强 B. 磁通量的单位是特斯拉（T） C. 磁通量数值上等于穿过某平面的磁感线条数 D. 匀强磁场中，磁通量与平面面积无关 二、填空题 1.磁体周围存在的特殊物质称为__________，它能对放入其中的磁体产生__________作用。 2.磁感线是人为假想的闭合曲线，在磁体外部，磁感线从__________极指向__________极；在磁体内部，从__________极指向__________极。 3.通电导体周围产生磁场的现象，称为__________，该现象由丹麦物理学家__________于1820年首先发现。 4.判断通电螺线管磁极的安培定则：伸开右手，四指弯曲方向与__________方向一致，拇指指向的一端为螺线管的__________极。 5.磁感应强度的计算公式为，其中F表示__________，I表示__________，L表示__________。 6.磁通量的单位是__________，匀强磁场中，磁通量的计算公式为__________（平面与磁场方向垂直时）。 7.铁磁物质的相对磁导率__________1，非铁磁物质的相对磁导率__________1，真空的磁导率为__________。 8.铁磁物质磁化后，外部磁场消失仍保留的磁性称为__________；磁化到一定程度后，磁性不再随外部磁场增强而增强的现象，称为__________。 三、判断题 1.磁场是客观存在的特殊物质，看不见、摸不着，但可以通过磁体的相互作用感知。（ ） 2.磁感线的疏密程度可以表示磁场的强弱，磁感线越密，磁场越强。（ ） 3.通电直导体周围的磁场，距离导体越远，磁场越强。（ ） 4.通电螺线管的磁场强弱，与线圈匝数、电流大小及是否插入铁芯有关。（ ） 5.磁感应强度是标量，只有大小，没有方向。（ ） 6.铜、铝属于铁磁材料，导磁性能极强。（ ） 7.铁磁物质的磁化过程，本质是内部磁畴从杂乱排列变为定向排列的过程。（ ） 8.磁导率是描述磁介质导磁性能的物理量，单位为韦伯（Wb）。（ ） 四、简答题 简述电流的磁效应及两种通电导体（通电直导体、通电螺线管）的磁场分布特点。 【答案】 一、单项选择题 1.B 2.B 3.B 4.B 5.C 6.B 7.B 8.C 9.A 10.C 二、填空题 1.磁场；磁力 2.N（北）；S（南）；S（南）；N（北） 3.电流的磁效应；奥斯特 4.螺线管电流；N（北） 5.磁场力；导体中的电流；导体长度 6.韦伯（Wb）； 7.远大于（>>）；近似等于（≈）； 8.剩磁性；磁化饱和性 三、判断题 1.√ 2.√ 3.× 4.√ 5.× 6.× 7.√ 8.× 四、简答题 1.电流的磁效应：通电导体周围会产生磁场的现象，称为电流的磁效应，该现象由丹麦物理学家奥斯特于1820年发现，是电与磁相互联系的基础。 2.通电直导体的磁场分布特点：① 磁感线是以导体为中心的同心圆；② 距离导体越近，磁感线越密，磁场越强；距离越远，磁感线越疏，磁场越弱；③ 磁场方向可通过安培定则判断：右手拇指指向电流方向，四指弯曲方向为磁感线环绕方向。 3.通电螺线管的磁场分布特点：① 磁场分布与条形磁体相似，两端磁性最强（为磁极），中间磁性较弱；② 磁感线为闭合曲线，外部从N极指向S极，内部从S极指向N极，内部为匀强磁场；③ 磁场方向可通过安培定则判断，且磁场强弱与电流大小、线圈匝数、是否插入铁芯有关。 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 $