磁场磁力线通电

A2-Magnetic fields （磁场）

关于磁场（Magneticfields），在Alevel中属于A2的内容，考试大纲中对学生的要求...

关于磁场（Magnetic fields），在A level中属于A2的内容，考试大纲中对学生的要求是：理解永磁体及通电导体的磁场，用磁力线来描述磁场。

永磁体或者通电导体对其他磁性物质或通电导体存在相互的作用力，这种作用力不同与电场力，这种作用力是通过磁场来传递的。为形象的描述磁场，人们引入了磁力线的概念，磁力线的切线方向表示场中某点的小磁针北极的指向，而磁力线的疏密表示磁场的强弱。下面我们来回顾常见的磁场的磁力线。

1.永磁体-条形磁铁。

方向：从图中磁力线的方向，我们看到，在磁体外部，磁力线由北极出发，指向南极，某一处的磁场方向为该处磁力线的切线方向。大小：N和S两级处的磁力线较密，中间较疏，因而两级的磁场最强。

2.永磁体-蹄形磁铁

方向：从图中磁力线的方向，我们看到，在磁体外部，磁力线由北极出发，指向南极，某一处的磁场方向为该处磁力线的切线方向。大小：N和S两级处的磁力线较密，中间较疏，因而两级的磁场最强。

因此，对于一上两种永磁体，磁场最强处均为磁极处。在磁场外部，磁力线方向总是从北极指向南极。

通电导体产生的磁场，实验和理论均已证明，磁场的强弱与电流的大小有关；电流越大，产生的磁场越强，磁场的方向则取决于电流的方向，可采用右手定则判断磁场方向，见下面具体分析。

3.通电导体-直导线

如图，右手大拇指指向电流方向，则右手四指指向为磁场方向。通电直导线周围的磁力线是一系列以导体轴线为中心的同心圆，图中仅显示了其中一个截面处的磁场。磁场大小呈现轴对称的特征，距离导体越远，磁场越小。通电直导线的磁场可视作最基本的导体磁场源，其他形状的可看作很多个直导线的叠加。

4.通电导体-圆环和螺线管

对于通电圆环，如图，右手四指指向沿着通电电流方向，则大拇指指向为磁场方向。通电圆环的磁场磁力线在线圈附近最密集，因而磁感应强度最大。在圆环屏幕内，磁力线的方向与圆环屏幕垂直，磁场分布呈现轴对称。

而通电螺线管可视为多个圆线圈的叠加。右手四指指向沿着通电电流方向，则大拇指指向为磁场方向。螺线管的磁场分布跟条形磁铁的很相似。螺线管内部磁力线最密集，因而磁场最强，而螺线管口和外部磁场较弱。当螺线管足够长，口径足够小，内部磁场可视为均匀的。这是实验室常见的产生匀强磁场的方法。

好。关于知识点我们复习到此。下面我们具体来分析一道A2试题。

例题（试题来源：Paper 4 (A2 Structured Questions), O/N,2013）：（a）An incomplete diagram for the magnetic flux pattern due to a current-carrying solenoid is illustrated in Fig. 5.1.

(i) On Fig. 5.1, draw arrows on the field lines to show the direction of the magnetic field. [1]

(ii) State the feature of Fig. 5.1 that indicates that the magnetic field strength at each end of the solenoid is less than that at the centre.

(b) A Hall probe is placed near one end of the solenoid in (a), as shown in Fig. 5.2.The Hall probe is rotated about the axis XY. State and explain why the magnitude of the Hall voltage varies.

分析：本题考察通电螺线管磁场及磁力线。

（a）（i）通电螺线管的磁场根据右手定则，右手四指弯曲方向沿着电流方向，磁力向方向为大拇指指向，磁场方向为自右向左。即下图：

（ii）.根据图5.1，螺线管管口处的磁力线比中心的要稀疏，因而管口处的磁场没中心的强。

（b）本题涉及到霍尔元件。霍尔元件基于霍尔效应。霍尔效应的大小取决于磁场的大小，以及磁场方向和霍尔元件的夹角。当磁场方向与霍尔元件表面垂直时，霍尔电压最大，当磁场方向与霍尔元件平行时，霍尔电压最小。图5.2中，转动霍尔元件，霍尔元件与磁场的夹角发生变化，因而探测电压发生变化。

好。今天关于磁场的知识点讲解到此。