人教版高二物理（选修31）3.3　几种常见的磁场典型例题深度分析（含解析）

人教版高二物理（选修3-1）第三章磁场3.3几种常见的磁场典型例题深度分析【例1】一细长的小磁针，放在一螺线管的轴线上，N极在管内，S极在管外。若此小磁针可左右自由移动，则当螺线管通以图所示电流时，小磁针将怎样移动？解析：正确解题思路是：当螺线管通电后，根据右手螺旋定则判定出管内、外磁感线方向如图所示，管内外a、b两处磁场方向向右，管内b处磁感线分布较密，管处a处磁感线分布较稀。根据磁场力的性质知：小磁针N极在b处受力方向向右，且作用力较大；小磁针S极在a处受力向左，且作用力较小，因而小磁针所受的磁场力的合力方向向右。点评：“同名磁极相斥、异名磁极相吸”只适合于磁体间外部相互作用的情形，适用情形存在局限性；而磁场力的性质：“磁体N极受力方向与所在处磁场方向相同”对于磁极间内部或外部作用总是普遍适用的.【例2】如图所示，一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方，并与磁针指向平行，能使小磁针的N极转向读者，那么这束带电粒子可能是_A.向右飞行的正离子束B.向左飞行的正离子束C.向右飞行的负离子束D.向左飞行的负离子束解析：小磁针的N极指向读者，说明小磁针所在处的磁场方向是指向读者，由安培定则可确定出带电粒子形成的电流方向向左，这向左的电流可能是向左飞行的正离子形成，也可能是向右飞行的负离子形成，故正确答案为B、C答案：BC对安培分子电流假说的理解【例3】关于磁现象的电本质，下列说法中正确的是_A.磁与电紧密联系，有磁必有电，有电必有磁B.不管是磁体的磁场还是电流的磁场都起源于电荷的运动C.永久磁铁的磁性不是由运动电荷产生的D.根据安培假说可知，磁体内分子电流总是存在的，因此，任何磁体都不会失去磁性解析：磁与电是紧密联系的，但“磁生电”“电生磁”都有一定的条件，运动的电荷产生磁场，但一个静止的点电荷的周围就没有磁场，分子电流假说揭示了磁现象的电本质，磁铁的磁场和电流的磁场一样都是由运动电荷产生的，磁体内部只有当分子电流取向大体一致时，就显示出磁性，当分子电流取向不一致时，就没有磁性，所以本题的正确答案为B。答案：B【例1】关于磁现象的电本质，下列说法中错误的是（ ）A、 磁体随温度升高磁性增强 B、安培分子电流假说揭示了磁现象的电本质B、 所有磁现象的本质都可归结为电荷的运动D、一根软铁不显磁性，是因为分子电流取向杂乱无章【解析】安培分子电流假设告诉我们:物质微粒内部,存在一种环形电流，即分子电流。分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，当分子电流的取向一致时，整个物体体现磁性，若分子电流取向杂乱无章，那么整个物体不显磁性。当磁体的温度升高时，分子无规则运动加剧，分子电流取向变得不一致，磁性应当减弱。【答案】A【例2】两圆环A、B同心放置且半径RARB，将一条形磁铁置于两环圆心处，且与圆环平面垂直，如图所示，则穿过A、B两圆环的磁通量的大小关系为（ ）A、AB B、A=B C、AB D、无法确定【解析】磁通量可形象地理解为穿过某一面积里的磁感线的条数，而沿相反方向穿过同一面积的磁通量一正、一负，要有抵消。本题中，条形磁铁内部的所有磁感线，由下往上穿过A、B两个线圈，而在条形磁体的外部，磁感线将由上向下穿过A、B线圈，不难发现，由于A线圈的面积大，那么向下穿过A线圈磁感线多，也即磁通量抵消掉多，这样穿过A线圈的磁通量反而小。【例3】如图所示，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ab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（ ）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【例1】如图3-3-4表示一个通电螺线管的纵截面，ABCDE在此纵截面内5个位置上的小磁针是该螺线管通电前的指向，当螺线管通入如图所示的电流时，5个小磁针将怎样转动？图3-3-4思路分析：判断小磁针的偏转方向的主要依据是磁感线的方向.因小磁针最终静止下来时N极的指向就是该点的磁感线的切向方向.根据安培定则，画出螺线管通电后的磁感线，结合小磁针在磁场中静止时所指的方向进行判定.注意螺线管内部小磁针不能简单地利用磁极间的作用规律判定.答案：A、C两处小磁针N极向右转；B、D、E处小磁针N极向左转，最后如图3-3-5所示.图3-3-5温馨提示：（1）如何判定通电导线周围的小磁针的转动方向？ 认清小磁针所在位置.弄清小磁针是在通电直导线的上方还是下方，左侧还是右侧；是在通电螺线管的内部还是外部，是在螺线管的轴线上还是在螺线管的某一侧. 认清小磁针能绕什么样的轴转动. 根据已知的电流方向，利用安培定则判定小磁针所在处的磁场方向(即小磁针所在处的磁感线的切线方向). 由于小磁针N极所受磁场力的方向与所在处的磁场方向相同，所以小磁针的N极将沿着小于180的角旋转，直到N极的指向与所在点的磁场方向相同为止.在说明小磁针的转动方向时，必须说明是从什么方向观察的，而且观察的方向应垂直于小磁针的旋转平面.【例2】如图3-3-6甲所示是三根平行直导线的截面图，若它们的电流大小都相同，且ab=ac=ad，则a点的磁感应强度的方向是( )图3-3-6A.垂直纸面指向纸里 B.垂直纸面指向纸外C.沿纸面由a指向b D.沿纸面由a指向d思路分析：空间存在三根通电直导线，每根导线都会在其周围产生磁场，而磁感应强度是一个矢量，所以a点的磁感应强度应为b、c、d三根导线在a点所产生的磁感应强度的叠加.通电直导线磁场的磁感线为同心圆，所以可画出三根导线在a点所产生的磁感应强度，如图3-3-6乙所示.根据对称性，b、d两根导线在a点所产生的磁感应强度大小相等、方向相反，则a点的磁感应强度方向就是c导线在a点产生的磁感应强度方向.答案：D温馨提示：每根导线在a点产生的磁感应强度大小相等，关键是确定每根导线在a处产生的磁感应强度的方向，由矢量合成法则求合磁感应强度.【例3】如图3-3-7所示，两块软铁放在螺线管轴线上，当螺线管通电后，两软铁将(填“吸引”“排斥”或“无作用力”)，A端将感应出 极.图3-3-7思路分析：当螺线管通电后，螺线管中的磁场使两根软铁棒磁化，两棒的左端同为N极，右端同为S极，两棒相互吸引，A端磁化出S极.答案：吸引 S【例4】如图3-3-8所示，线圈平面与水平方向成角，磁感线竖直向下，设磁感应强度为B，线圈面积为S，则穿过线圈的磁通量=_.图3-3-8思路分析：线圈平面与磁感应强度B方向不垂直，不能直接用