2011_最新__选修__3-1__第一节_磁场及其描述.doc

第九章 磁场【知识建构】 磁场磁场的产生磁铁的磁场条形磁铁磁场场蹄形磁铁磁场场电流的磁场直线电流的磁场场环形电流的磁场场通电螺线管的磁场场磁场的描述磁感线磁感应强度磁感应强度方向匀强磁场磁场的作用对磁极的作用n极受力方向沿磁场方向s极受力方向与磁场方向相反对电流的作用大小方向：左手定则，荷的作用对运动电荷大小f=0(当v/b时)方向：左手定则带电粒子在匀强磁场中的运动当v不垂直b时，将v分解到b和与b垂直的方向上重要仪器质谱仪回旋加速器速度选择器磁流体发电机磁电式电表第一节 磁场及其描述一、 考情分析考试大纲考纲解读1.磁场、磁感应强度、磁感线 i2.通电直导线和通电线圈周围磁场的方向 i1.重视并加强对基本概念、基本规律的学习，注意将磁场与电场对比，注意它们的区别。2.熟练掌握几种常见磁体（电流）周围磁感线的空间分布特点，会用有关图形表示，善于画俯视图、仰视图、侧视图等。3.安培定则的使用属于基础知识，基本上是定性分析，题型多见于选择题。4.考查磁场中的基本概念，如磁感线、磁感应强度、磁通量等，一般以选择题的形式出现。二、 考点知识梳理 （一）、磁场的基本概念1. 磁体的周围存在磁场。2. 电流的周围也存在磁场3. 变化的电场在周围空间产生磁场（麦克斯韦）。4. 磁场和电场一样，也是一种_。5. 磁场不仅对磁极产生力的作用， 对电流也产生力的作用6. 磁场的方向在磁场中的任一点，小磁针_的方向，亦即小磁针静止时_所指的方向，就是那一点的磁场方向 磁现象的电本质:_（二）、磁场的基本性质磁场对放入其中的磁极或电流有_的作用（对磁极一定有力的作用;对电流只是可能有力的作用,当电流和磁感线平行时_磁场力作用）。1. 磁极和磁极之间有磁场力的作用2. 两条平行直导线，当通以相同方向的电流时，它们相互_，当通以相反方向的电流时，它们相互_。3. 电流和电流之间，就像磁极和磁极之间一样，也会通过_发生相互作用 4. 磁体或电流在其周围空间里产生磁场，而磁场对处在它里面的磁极或电流有_的作用5. 磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间都是通过_来传递的 （三）、磁感线为了描述磁场的强弱与方向，人们想象在磁场中画出的一组_1疏密表示磁场的_2每一点_表示该点磁场的方向，也就是_的方向3是闭合的曲线，在磁体外部由_极至_极，在磁体的内部由_极至_极磁线不相切不相交。4匀强磁场的磁感线_没有画出磁感线的地方_没有磁场5安培定则：姆指指向_，四指指向_注意这里的磁感线是一个个同心圆，每点磁场方向是在该点切线方向。 *熟记常用的几种磁场的磁感线：（四）、磁感应强度1磁场的最基本的性质是_，电流垂直于磁场时受磁场力_，电流与磁场方向平行时，_。2在磁场中垂直于磁场方向的通电导线受到的磁场力f跟电流强度i和导线长度l的乘积il的比值，叫做通电导线所在处的_表示磁场强弱的物理量是_大小：则有_，（电流方向与磁感线_时的公式）b只由磁场本身决定，与放不放通电导线无关；与导线中电流的大小无关。因此不与f成正比，也不与il成反比，b=是比值定义式。方向：左手定则：是磁感线的_方向；是小磁针_受力方向；是小磁针静止时_的指向不是导线受力方向；不是正电荷受力方向；也不是电流方向 单位：_，也叫_，国际单位制单位符号_点定b定：就是说磁场中某一点定了，则该处磁感应强度的大小与方向都是定值匀强磁场的磁感应强度_磁场的叠加:空间某点如果同时存在两个以上电流或磁体激发的磁场,则该点的磁感应强度是各电流或磁体在该点激发的磁场的磁感应强度的_,满足_.（五）、磁通量1磁感应强度b与垂直磁场方向的面积s的_叫做穿过这个面的磁通量s与b垂直：=bs s与b平行：=0 s与b夹角为：=bs=bssin2 磁通量的单位:_，符号是_1wb=1tm23磁通量的意义:_。4.磁通密度: 从=bs可以得出b=/s ，这表示磁感应强度等于_，因此常把磁感应强叫做磁通密度，并且用wb/m2作单位1t=1 wb/m2=1n/am5.磁通量是_,但是有正负.如果将从平面某一侧穿入的磁通量为正, 则从平面反一侧穿入的磁通量为负.（六）、用类比法记忆电场和磁场的基本性质电场强度（e）磁感应强度（b）意义描述电场的力的性质的物理量描述磁场的力的性质的物理量概念的建立电场对电荷q有作用力；对电场中的不同点，e的值一般不同e由电场本身决定磁场对直线电流有作用力对磁场中的不同点，b的值一般不同b 由磁场本身决定公式e=b=单位1n/c=1v/m1t=1n/am方向正电荷受到电场力方向静止小磁针n极受到的磁场力方向三、考点知识解读考点1. 磁感应强度的理解剖析： 1磁感应强度由磁场本身决定，就好像电场强度由电场本身决定，与所在空间放不放通电导线无关. 2不能根据公式就说b与f成正比，与i 成反比. 3磁感应应强度b的定义式也是其度量式，但用来测量的小段通电导线必须垂直放入磁场.如果将小段通电直导线平行放入磁场，其所受安培力为零，但不能说该点磁感应强度为零. 4磁感应强度是矢量，其方向是放入其中的小磁针静止时n极的指向，不是磁场中电流所受磁场力的方向，而是与受到的磁场力方向垂直.例题1根据磁感应强度的定义式b=，下列说法中正确的是（ ） a在磁场中某确定位置，b与f成正比，与i、l的乘积成反比 b一小段能通电直导线在空间某处受磁场力f=0，那么该处的b一定为零 c磁场中某处的b的方向跟电流在该处受磁场力f的方向相同 d一小段通电直导线放在b为零的位置，那么它受到磁场力f也一定为零 解析：磁感应强度是表征磁场强弱的物理量，确定的磁场中的确定点的磁感应强度是一个确定的值，它由磁场本身决定的，与磁场中是否有通电导体，及导体的长度，电流强度的大小，以及磁场作用力的大小无关.a错误.若电流方向与磁场方向在一条直线上，通电导体将不受到磁场力的作用，因此在某处磁场力为零，并不能说明该处的磁感应强度为零.b错误.通电导体受到磁场力的方向垂直于磁场方向和电流方向所决定的平面.c错误.通电导体处在一个没有磁场的空间，当然不受磁场力的作用. 答案： d【变式训练1】关于磁感应强度，下列说法正确的是（ ） a一小段通电导线放在b为零的位置，那么它受到的磁场力也一定为零 b通电导线所受的磁场力为零，该处的磁感应强度也一定为零 c放置在磁场中1m长的通电导线，通过1a的电流，受到的磁场力为1n，则该处的磁感应强度就是1t d磁场中某处的b的方向跟电流在该处受到磁场力f的方向相同 解析： a选项根据磁感应强度的定义a选项对。 b选项通电导线（电流i）与磁场平行时，磁场力为零。b选项错。 c选项通电导线（电流i）与磁场垂直。c选项错。 d选项b与f方向一定垂直d选项错。 答案：a考点2.安培定则的应用剖析：1判断直线电流的磁场方向的安培定则与判断环形电流的磁场方向的安培定则两种情况下四指、大拇指指向的意义正好相反.2注意等效电流的磁场，如电子流可以可以看作和电子流运动方向相反的电流，然后根据安培定则判断出电子流的磁场方向.3其他形式的电流（如矩形、三角形等）的磁场，从整体效果上可等效为环形电流的磁场，优先采用环形电流的安培定则判定.例题2如图9-1.1所示，、三枚小磁针分别放在通电螺线管的正上方、管内和右侧。当这些小磁针静止时，小磁针极的指向是（ ）9-1.1 、均向左 、均向右 向左，向右，向右 向右，向左，向右 解析：首先搞清电流的方向，再根据安培定则判断，螺线管右侧相当于极，左侧相当于极，在外部磁感线由极指向极，在内部磁感线由极指向极，所以小磁针的极向左，向右，向右，故选答案：【变式训练2】如图9-1.2所示，带负电的金属环绕轴以角速度匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是（）9-1.2 极竖直向上 极竖直向下 极沿轴线向左 极沿轴线向右解析：带负电的金属环旋转，可形成环形电流，而产生磁场，负电荷匀速旋转，会产生与旋转方向相反的环形电流，由右手定则可知在磁针所处磁场的方向沿轴向左，由于磁针极指向为磁场方向，所以应选答案：考点3. 对磁通量=bs的理解剖析： 1bs只适用于磁感应强度b与平面s垂直的情况.当s与垂直于b的平面间的夹角为时，则有bscos.可理解为b（s cos）,即等于b与s在垂直于b方向上分量的乘积.也可理解为（bcos）s，即等于b垂直于s方向上的分量与s的乘积.2s不一定是某个线圈的真正面积，而是线圈在磁场范围内的面积，s为线圈面积的一半.3多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关.例题3 如图9-1.3所示，通有恒定电流的导线mn与闭合金属框共面，第一次将金属框由平移到，第二次将金属框绕cd边翻转到，设先后两次通过金属框的磁通量变化分别为和，则（ ）9-1.3 a. b. = c. d. 不能判断 解析：导体mn周围的磁场并非匀强磁场，靠近mn处的磁场强些，磁感线密一些，远离mn处的磁感线疏一些，当线框在i位置时，穿过平面的磁通量为，当线圈平移至位置时,磁能量为，则磁通量的变化量为=-，当到线框翻转到位置时，磁感线相当于从“反面”穿过原平面，则磁通量为-，则磁通量的变化量是=+所以 答案：c 【变式训练3】如图9-1.4所示，匀强磁场的磁感强度b20t，指向x轴的正方向，且ab=40cm，bc=30cm，ae=50cm，求通过面积sl（abcd）、s2（befc）和s3（aefd）的磁通量1、2、3分别是多少？9-1.4 解析：根据=bs垂，且式中s垂就是各面积在垂直于b的yx平面上投影的大小，所以各面积的磁通量分别为1=bs1204030104024 wb；2=031=bs1204030104024 wb 答案：1 0 24 wb， 20， 3 024 wb四、考能训练a 基础达标1、根据安培假说的物理思想：磁场来源于运动电荷如果用这种思想解释地球磁场的形成，根据地球上空并无相对地球定向移动的电荷的事实那么由此推断，地球总体上应该是：（ ） a带负电 b带正电 c不带电 d不能确定2、如图9-1.5所示，a为通电线圈，电流方向如图所示，b、c为与a在同一平面内的两同心圆，b、c分别为通过两圆面的磁通量的大小，下述判断中正确的是（ ）9-1.5 a穿过两圆面的磁通方向是垂直纸面向外 b穿过两圆面的磁通方向是垂直纸面向里cbc dbc 3、下列单位中与磁感应强度单位相同有（）abcd4、在地球赤道上空有一小磁针处于水平静止状态，突然发现小磁针n极向东偏转，由此可知 ( )a一定是小磁针正东方向有一条形磁铁的n极靠近小磁针b一定是小磁针正东方向有一条形磁铁的s极靠近小磁针c可能是小磁针正上方有电子流自南向北通过d可能是小磁针正上方有电子流自北向南水平通过5、下列关于磁场的说法中，正确的是( ) a只有磁铁周围才存在磁场 b磁场是假想的，不是客观存在的c磁场是在磁极与磁极、磁极和电流发生作用时才产生d磁极与磁极，磁极与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用 6、关于磁感线，下列说法中正确的是( ) a磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致 b两条磁感线的空隙处不存在磁场 c不同磁场形成的磁感线可以相交 d磁感线是磁场中客观存在的、肉眼看不见的曲线 7、一条竖直放置的长直导线，通有由下而上的电流，它产生的磁场在它正北方某处的磁感应强度与地磁场在该处的磁感应强度大小相等，设地磁场方向水平向北，则该处的磁场方向为( )a向东偏北450 b向正西 c向西偏北450 d向正北 8、下列所述的情况，哪一种情况可以肯定钢棒没有磁性( ) a将钢棒的一端接近磁针的n极时，则两者互相吸引，再将钢棒的这一端接近磁针的s极时，则两者互相排斥 b将钢棒的一端接近磁针的n极时，则两者互相排斥，再将钢棒的另一端接近磁针的n极时，则两者互相吸引 c将钢棒的一端接近磁针的n极时，则两者互相吸引，再将钢棒的另一端接近磁针的s极时，则两者仍互相吸引 d将钢棒的一端接近磁针的n极时，则两者互相吸引，再将钢棒的另一端接近磁针的n极时，则两者仍互相吸引 9、一小段通电直导线长1cm，电流强度为5a，把它放入磁场中某点时所受磁场力大小为01n，则该点的磁感强度为（ ） ab2t； bb2t； cb2t ；d以上三种情况均有可能 10、如图9-1.6所示，一根通电直导线放在磁感应强度b=1t的匀强磁场中，在以导线为圆心，半径为r的圆周上有a,b,c,d四个点，若a点的实际磁感应强度为0，则下列说法中正确的是（ ）babcd9-1.6 a直导线中电流方向是垂直纸面向里的 bc点的实际磁感应强度也为0 cd点实际磁感应强度为，方向斜向下，与b夹角为450 d以上均不正确 11、如图9-1.7所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁n极附近下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置经过位置到位置，且位置和都很靠近位置，在这个过程中，线圈中的磁通量（ ）9-1.7a是增加的； b是减少的c先增加，后减少； d先减少，后增加 9-1.812、如图9-1.8所示边长为100cm的正方形闭合线圈置于磁场中，线圈ab、cd两边中点连线oo/的左右两侧分别存在方向相同、磁感强度大小各为b106t，b2=04t的匀强磁场。若从上往下看，线圈逆时针转过370时，穿过线圈的磁通量改变了多少？ b 能力提升9-1.913、如图9-1.9所示，木板质量为m，静止于水平地面上，木板上固定一质量不计的框架，框架上悬有磁铁a，木板上放有磁铁b，两磁铁质量均为m，设木板对地面的压力为n1，b对木板的压力为n2，a对悬线的拉力为t，则下面结论正确的是（）an1bcd以上答案全不对14、（2007年上海一模）如图9-1.10所示，两根平行的通电直导线通过等腰直角三角形两个顶点，两根导线通入大小相等、方向垂直纸面向里的电流，每根导线在直角顶点产生的磁感应强度的大小均为b，则直角顶点处实际的磁感应强度的大小和方向为（）xy9-1.10ab,沿y轴正方向bb,沿y轴负方向cb,与x轴正方向同向db,与x轴正方向反向9-1.1115、如图9-1.11是一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图其工作原理类似打点计时器当电流从电磁铁的接线柱a流入，吸引小磁铁向下运动，由此可判断：电磁铁的上端为_极，永磁铁的下端为_极（n或s） 16、某试验小组为了探究通电长直导线产生的磁场的磁感应强度b与导线上电流强度i0和距离r间的关系，设计了如图所示的试验：一根固定通电长直导线通以可调节的电流强度i0，一根可以自由运动的短导线与之在同一平面内，通以恒定的电流i=2a，长度l=0.1m，应用控制变量法：（1）使两导线距离r保持不变,调节长直导线中的电流强度i0，测得相应的磁场力f，得到如下实验数据：试验次数12345电流强度i0/a5.010152025磁场力f/10-4n1.012.002.983.965.02磁感应强度b/10-3t填充上述表格中的磁感应强度b一栏的值，并归纳磁感应强度b和产生磁场的长直导线上的电流i0的关系是_（2）使长直导线中的电流强度i0保持不变，调节短导线与之的距离r，测得相应的磁场力f，得到如下实验数据：试验次数12345距离r/m0.000.25磁场力f/10-4n12.02.4磁感应强度b/10-3t填充上述表格中的磁感应强度b一栏的值，并归纳磁感应强度b和空间位置与长直导线间的距离r的关系是_ fn9-1.1217、磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度，其值为b2/2,式中b是感应强度,是磁导率，在空气中为一已知常数为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度b，一学生用一根端面面积为a的条形磁铁吸住一相同面积的铁片p，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离l，并测出拉力f，如图9-1.12所示因为f所做的功等于间隙中磁场的能量，所以由此可得磁感应强度b与f、a之间的关系为b 9-1.1318、长为1.2m,质量为1kg的金属杆静止于相距1m的两水平轨道上，金属杆中通有方向如图9-1.13所示、大小为20a的恒定电流，两轨道内外存在竖直方向的匀强磁场金属杆与轨道间的动摩擦因数为06，（1）欲使杆向右匀速运动，求磁场的磁感应强度大小和方向（）；（2）欲使杆向右以加速度为作匀加速运动，求磁场的磁感应强度大小 9-1.1419、如图9-1.14所示，不计电