高中物理第三章磁场第3讲几种常见的磁场学案新人教选修.docx

几种常见的磁场 目标定位1.知道磁感线，并能记住几种常见磁场的磁感线分布特点.2.会用安培定则判断电流周围的磁场方向.3.知道磁通量的概念，并会计算磁通量.4.知道安培分子电流假说，并能解释简单的磁现象一、磁感线1定义：用来形象描述磁场的假想曲线2特点：(1)磁感线的疏密程度表示磁场的强弱(2)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁感应强度方向(3)磁感线的方向：磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极(4)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断深度思考(1)用磁感线描述磁场时，总有一些区域没有磁感线通过，这些区域是否一定没有磁场存在？(2)倘若空间某区域的磁场是由两个或两个以上的磁体或电流产生的，用磁感线描述该区域的磁场时，磁感线能否相交？答案(1)不是用磁感线描述磁场时，只是定性地画出一些磁感线用来描述该区域的磁场分布，不可能让所有的区域都有磁感线通过，没有磁感线通过的区域仍然可以有磁场分布(2)不能若多个磁体或电流的磁场在空间某区域叠加，磁感线描述的是叠加后的合磁场的磁感线分布情况，不能认为该区域有多条磁感线相交例1关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是()A磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止的B磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致C磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的D两个磁场的叠加区域，磁感线可能相交解析条形磁铁内部磁感线的方向是从S极指向N极，A不正确；磁感线上每一点切线方向表示磁场方向，磁感线的疏密表示磁场的强弱，小磁针静止时北极受力方向和静止时北极的指向均为磁场方向，选项B正确；磁感线是为了形象地描述磁场而假想的一组有方向的闭合曲线，实际上并不存在，选项C不正确；叠加区域合磁场的方向也具有唯一性，故磁感线不可能相交，D选项错误答案B磁感线与电场线的比较比较项目磁感线静电场的电场线相同点方向线上各点的切线方向就是该点的磁场方向线上各点的切线方向就是该点的电场方向疏密表示磁场强弱表示电场强弱特点在空间不相交、不相切、不中断除电荷处外，在空间不相交、不相切、不中断不同点闭合曲线始于正电荷或无穷远处，止于负电荷或无穷远处，不闭合的曲线二、几种常见的磁场1直线电流的磁场安培定则：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向这个规律也叫右手螺旋定则.安培定则立体图横截面图纵截面图以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱2.环形电流的磁场环形电流的磁场可用另一种形式的安培定则表示：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向.安培定则立体图横截面图纵截面图内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏3.通电螺线管的磁场通电螺线管是由许多匝环形电流串联而成的所以环形电流的安培定则也可以用来判定通电螺线管的磁场，这时拇指所指的方向就是螺线管内部磁场的方向.安培定则立体图横截面图纵截面图内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极深度思考磁体和电流都可以产生磁场，环形电流和通电螺线管的磁场与哪种磁体的磁场相似？答案环形电流相当于小磁针，通电螺线管相当于条形磁铁例2如图1所示，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向图1解析如果已知电流的方向，可用右手螺旋定则判断磁感线的方向如果已知小磁针静止时N极指向，那么小磁针N极所指方向就是磁感线方向答案用安培定则来判断，分别如下列各图所示例3如图2所示，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是()图2AO点处的磁感应强度为零Ba、b两点处的磁感应强度大小相等、方向相反Cc、d两点处的磁感应强度大小相等、方向相同Da、c两点处磁感应强度的方向不同解析由安培定则可知，两导线在O点产生的磁场方向均竖直向下，合磁感应强度一定不为零，故选项A错误；由安培定则，两导线在a、b两处产生的磁场方向均竖直向下，由于对称性，电流M在a处产生磁场的磁感应强度等于电流N在b处产生磁场的磁感应强度，电流M在b处产生磁场的磁感应强度等于N在a处产生磁场的磁感应强度，所以a、b两处磁感应强度大小相等、方向相同，选项B错误；根据安培定则判断可知，两导线在c、d处产生的磁场分别垂直c、d两点与导线连线方向向下，且产生的磁场的磁感应强度相等，由平行四边形定则可知，c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向均竖直向下，故选项C正确，选项D错误答案C磁感应强度是矢量，当空间存在几个磁体(或电流)时，每一点的磁场为各个磁体(或电流)在该点产生磁场的矢量和.磁感应强度叠加时遵循平行四边形定则.三、安培分子电流假说1法国学者安培提出了著名的分子电流假说他认为在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流分子电流分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极2当铁棒中分子电流的取向大致相同时，铁棒对外显磁性(如图3甲所示)；当铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章时，铁棒对外不显磁性(如图乙所示)，所以磁体在高温或受到猛烈撞击时，将会退磁图33安培分子电流假说揭示了磁现象的电本质：一切磁现象都是由电荷的运动产生的例4用安培分子电流假说解释下列现象不正确的是()A未被磁化的铁棒内部分子电流取向杂乱无章，磁场相互抵消对外不显磁性B未被磁化的铁棒放到磁场中，各分子电流在磁场作用下取向变得大致相同，铁棒被磁化，两端对外显示较强的磁作用，形成磁极C磁铁受到高温或猛烈撞击时失去磁性，这是因为激烈的热运动或震动使分子电流取向变得杂乱无章了D通电直导线中的电流和环形电流都是分子电流形成的解析分子电流假说是安培为解释磁体的磁现象而提出的，易知选项A、B、C都对；分子电流和宏观电流虽然都是运动电荷引起的，但产生的原因是不同的，D错答案D四、匀强磁场和磁通量1匀强磁场(1)定义：磁感应强度的大小、方向处处相同的磁场磁感线：间隔相同的平行直线(2)实例：距离很近的两个平行的异名磁极间的磁场，相隔适当距离的两平行放置的通电线圈，其中间区域的磁场都是匀强磁场2磁通量(1)定义：匀强磁场磁感应强度B与和磁场方向垂直的平面面积S的乘积，叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通(2)表达式：BS.单位：韦伯，简称韦，符号是Wb，1Wb1Tm2.适用条件：匀强磁场；磁感线与平面垂直(3)说明：磁通量可用穿过某一平面的磁感线条数表示；若磁感线沿相反方向穿过同一平面，则磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和)(4)引申：B，因此磁感应强度B又叫磁通密度例5如图4所示，线圈abcd的平面与水平方向夹角60，磁感线竖直向下，线圈平面面积S0.4m2，匀强磁场磁感应强度B0.6T，则穿过线圈的磁通量为多少？图4解析方法一：把S投影到与B垂直的方向，则BScos0.60.4cos60Wb0.12Wb.方法二：把B分解为平行于线圈平面的分量B和垂直于线圈平面的分量B，B不穿过线圈，且BBcos，则BSBcosS0.60.4cos60Wb0.12Wb.答案0.12Wb(1)磁通量的计算公式：BS适用条件：a.匀强磁场；b.磁感线与平面垂直.当平面与磁场方向不垂直时，穿过平面的磁通量可用平面在垂直于磁场B的方向的投影面积进行计算，即BS.(2)磁通量的正、负既不表示大小，也不表示方向，它表示磁通量从某个面穿入还是穿出，若规定穿入为正，则穿出为负，反之亦然.1(对磁感线的理解)如图5所示的磁场中同一条磁感线(方向未标出)上有a、b两点，这两点处的磁感应强度()图5A大小相等，方向不同B大小不等，方向相同C大小相等，方向相同D大小不等，方向不同答案B解析如题图，a点处磁感线比b点处磁感线密，则a点的磁感应强度大于b点的磁感应强度，而某点的切线方向即为该点的磁感应强度的方向因此它们的方向相同故B正确，A、C、D错误2(安培定则的理解和应用)(多选)如图6所示，螺线管中通有电流，如果在图中的a、b、c三个位置上各放一个小磁针，其中a在螺线管内部，则()图6A放在a处的小磁针的N极向左B放在b处的小磁针的N极向右C放在c处的小磁针的S极向右D放在a处的小磁针的N极向右答案BD解析由安培定则，通电螺线管的磁场如图所示，右端为N极，左端为S极，在a点磁场方向向右，则小磁铁在a点时，N极向右，A项错误，D项正确；在b点磁场方向向右，则磁针在b点时，N极向右，B项正确；在c点，磁场方向向右，则磁针在c点时，N极向右，S极向左，C项错误3(磁感应强度的叠加)在磁感应强度为B0、方向竖直向上的匀强磁场中，水平放置一根长通电直导线，电流的方向垂直于纸面向里如图7所示，a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，在这四点中()图7Ab、d两点的磁感应强度相等Ba、b两点的磁感应强度相等Cc点的磁感应强度的值最小Db点的磁感应强度的值最大答案C解析如图所示，由矢量叠加原理可求出各点的合磁场的磁感应强度，可见b、d两点的磁感应强度大小相等，但方向不同，A项错误a点的磁感应强度最大，c点的磁感应强度最小，B、D项错误，C项正确4(对磁通量的理解)如图8所示，一个单匝线圈abcd水平放置，面积为S，有一半面积处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，当线圈以ab边为轴转过30和60时，穿过线圈的磁通量分别是多少？图8答案解析当线圈分别转过30和60时，线圈平面在垂直于磁场方向的有效面积相同，S，所以磁通量相同，都等于.题组一磁感线及安培定则的应用1(多选)关于电场和磁场，下列说法正确的是()A我们虽然不能用手触摸到电场的存在，却可以用试探电荷去探测它的存在和强弱B电场线和磁感线是可以形象描述场强强弱和方向的客观存在的曲线C磁感线和电场线一样都是闭合的曲线D磁体之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，都是客观存在的物质答案AD解析电场和磁场都是客观存在的物质，电场线和磁感线都是假想的曲线，实际并不存在电场线和磁感线的最大区别在于：磁感线是闭合的，而电场线不是闭合的2如图1所示为某磁场的一条磁感线，其上有A、B两点，则()图1AA点的磁感应强度一定大BB点的磁感应强度一定大C因为磁感线是直线，A、B两点的磁感应强度一样大D条件不足，无法判断答案D解析由磁场中一根磁感线无法判断磁场强弱3如图2所示为电流产生磁场的分布图，分布图正确的是()图2ABCD答案C解析由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场方向，正确、错误和为环形电流，注意让弯曲的四指指向电流的方向，可判断出正确、错误故正确选项为C.4如图3所示，a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧，当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向是()图3Aa、b、c均向左Ba、b、c均向右Ca向左，b向右，c向右Da向右，b向左，c向右答案C解析小磁针静止时N极的指向与该点磁感线方向相同，如果a、b、c三处磁感线方向确定，那么三枚小磁针静止时N极的指向也就确定了所以，只要画出通电螺线管的磁感线如图所示，即可知a磁针的N极向左，b磁针的N极向右，c磁针的N极向右5(多选)如图4为某磁场中的磁感线，则()图4Aa、b两处磁感应强度大小不等，BaBbBa、b两处磁感应强度大小不等，BaBbC同一小段通电导线放在a处时受力一定比b处时大D同一小段通电导线放在a处时受力可能比b处时小答案AD6(多选)如图5所示，一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方，此时小磁针的S极向纸内偏转，这一束带电粒子可能是()图5A向右飞行的正离子束 B向左飞行的正离子束C向右飞行的电子束 D向左飞行的电子束答案BC解析小磁针的S极向纸内偏转，说明此处磁场向外，根据安培定则可知电流方向从b向a，选项B、C正确题组二磁感应强度的叠加7(多选)如图6所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1T的匀强磁场中，以导线截面的中心为圆心，半径为r的圆周上有a、b、c、d四个点，已知a点的实际磁感应强度为零，则下列叙述正确的是()图6A直导线中的电流方向垂直纸面向外Bb点的实际磁感应强度为T，方向斜向上，与B的夹角为45Cc点的实际磁感应强度也为零Dd点的实际磁感应强度跟b点的相同答案AB解析由a点合磁感应强度为零知，该电流在a点的磁感应强度方向向左，大小为1T，由安培定则知A项正确，另由平行四边形定则知B项也正确8如图7所示，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2，且I1I2；a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点，且a、b、c与两导线共线；b点在两导线之间，b、d的连线与两导线所在直线垂直磁感应强度可能为零的点是()图7Aa点Bb点Cc点Dd点答案C解析要使合磁感应强度为零，必有I1和I2形成的两个磁场中的某一点磁感应强度等大反向，只有c点有可能，选C.9三根平行的直导线，分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点，如图8所示，现使每条通电导线在斜边中点O所产生的磁感应强度的大小均为B，则该处的磁感应强度的大小和方向是()图8A大小为B，方向垂直斜边向下B大小为B，方向垂直斜边向上C大小为B，斜向右下方D大小为B，斜向左下方答案C解析由题意可知，三平行的通电直导线在O点产生的磁感应强度大小相等，方向如图则：B合B，故A、B、D错误，C正确题组三安培分子电流假说10安培观察到通电螺旋管的磁场和条形磁铁的磁场很相似，提出了分子电流假说他认为，在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流分子电流(分子电流实际上是由原子内部电子的绕核运动形成的)，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极(如图9所示)下列将分子电流(箭头表示电子运动方向)等效为小磁体的图示中正确的是()图9答案B解析做圆周运动的电荷带负电，则环形电流方向相反，根据安培定则可知其左侧为N极，选项B对11(多选)如图10所示，两块软铁ab和cd放在螺线管轴线上，当螺线管通上如图所示方向的电流后，下列说法正确的是()图10A两软铁将相互吸引B两软铁将相互排斥Ca端将磁化为N极Dd端将磁化为N极答案AD解析当螺线管通电后，螺线管产生的磁场使两块软铁磁化，两软铁的左端同为N极，右端同为S极，两软铁相互吸引，选项A、D对，B、C错题组四