湖南省隆回县万和实验学校高中物理 3.3 几种常见的磁场课件2 新人教版选修31.ppt

3 几种常见的磁场 一 磁感线为形象地描述磁场而引入的一些有方向的曲线 曲线上每一点的都跟该点的的方向一致 这样的曲线就叫做磁感线 二 几种常见的磁场1 直线电流的磁场直线电流的磁场方向可以用来表示 右手握住导线 让伸直的所指的方向与一致 弯曲的四指所指的方向就是这个规律也叫 切线方向 磁感应强度 安培定则 拇指 电流方向 磁感线环绕的方向 右手螺旋定则 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 3 通电螺线管的磁场右手握住螺线管 让弯曲的四指所指的方向与电流方向一致 拇指所指的方向就是螺线管磁感线的方向或拇指指向螺线管的n极 环形电流 内部 三 安培分子电流假说1 分子电流假说 在原子 分子等物质微粒的内部 存在的一种2 分子电流假说意义 揭示了磁现象的电本质 即磁体的磁场和电流的磁场一样 都是由产生的 四 匀强磁场1 定义 磁感应强度的处处相同的磁场 2 磁感线 间隔相同的3 实例 距离很近的两个异名磁极间的磁场 很长的通电线圈 其中间区域的磁场都是匀强磁场 环形电流 电荷的运动 大小 方向 平行直线 五 磁通量1 定义 匀强磁场磁感应强度b与和磁场方向的平面面积s的乘积 即 2 单位 简称韦 符号 1 1t m23 引申 b 因此磁感应强度b又叫 垂直 bs 韦伯 wb wb 磁通密度 1 磁感线2 几种常见的磁场3 安培分子电流假说4 匀强磁场5 磁通量 1 对磁感线的进一步理解 1 磁感线的特点 为形象描述磁场而引入的假想曲线 实际并不存在 磁感线的疏密表示磁场的强弱 密集的地方磁场强 稀疏的地方磁场弱 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 磁感线闭合而不相交 不相切 也不中断 磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向 思考 磁感线是真实存在的吗 提示 不存在 磁感线是为了形象地研究磁场而人为假设的 并不是客观存在于磁场中的真实曲线 实验时用被磁化的细铁屑来显示磁感线的分布 只是研究磁感线的一种方法 使看不见 摸不着的磁场变得具体形象 给研究带来方便 但是 绝不能认为磁感线是由细铁屑排列而成的 思考 磁感线为何不能相交 提示 磁场确定以后 空间任意一点的磁场方向只有一个 也就是把小磁针放在该点时n极的受力方向 假设有两条磁感线在空间某点p相交了 则在p点将会有两个切线方向 与该点切线方向表示磁场方向矛盾 磁场中任一点不可能有两个磁场方向 再者 如果两条磁感线相交了 放在p点的小磁针静止时 n极将指向何方呢 是b1的方向 还是b2的方向 如图所示 2 电场线与磁感线的比较 关于磁感线与电场线的描述 下列正确的是 a 电场线起止于电荷 磁感线起止于磁极b 电场线一定不闭合 磁感线一定是闭合的c 磁感线是小磁针在磁场力作用下的运动轨迹d 沿磁感线方向磁场逐渐减弱解析 磁感线没有起点也没有终点 是闭合的曲线 静电场中的电场线不是闭合的曲线 始于正电荷 或无穷远 止于无穷远 或负电荷 答案 b 2 三种常见的电流磁场的特点及画法比较 1 直线电流的磁场 无磁极 非匀强 距导线越近 磁场越强 画法如下图所示 2 环形电流的磁场 两侧是n极和s极 离圆环越远 磁场越弱 画法如图所示 3 通电螺线管的磁场 两端分别是n极和s极 管内是匀强磁场 磁感线方向由s极指向n极 管外为非匀强磁场 磁感线由n极指向s极 画法如下图所示 特别提醒 1 磁场是分布在立体空间的 要熟练掌握常见磁场的磁感线的立体图和纵 横截面图的画法 以备解题时需要 这是本节的重点和难点内容 2 在画磁感线时 应注意磁感线的疏密 如下图所示 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 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 分别如下图所示 3 对磁通量的进一步理解 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 求解磁通量的公式为 bs 其中s指线圈的 有效面积 显然 在利用公式 bs求解通过某一线圈的磁通量时 不能将公式中的 s 简单地理解为线圈的面积 而是线圈与磁场垂直的有效面积 有界磁场中 有效面积 的含义是磁场范围与线圈范围的交界区域 例如 如上图所示 圆形线圈平面与有界磁场垂直 线圈的半径为r 线圈内有界磁场为一圆形区域 其区域半径为r 且r r 磁场的磁感应强度为b 则通过线圈的磁通量为多大 依据公式 bs可知 公式中的 s 为 有效面积 本题中的有效面积即为有界磁场的区域面积 即s r2 所以 通过线圈的磁通量 bs b r2 磁通量不是矢量而是标量 但有正负之分 其正负表示与规定平面的正面相同还是相反 当有方向相反的磁场 磁感应强度分别为b和b 穿过同一个平面 与磁场方向垂直的面积为s 时 按照磁感应强度的定义 b和b 合矢量的大小为 b b 穿过平面s的磁通量为 b b s bs b s 磁通量的意义可以用磁感线的条数形象地说明 所以穿过平面s的磁通量为 可以理解为与方向相反穿过平面s的磁感线相抵消之后剩余的磁感线的条数 即净条数 多匝线圈的磁通量 线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关 因为不论线圈匝数多少 穿过线圈的磁感线条数相同 而磁感线条数即为磁通量 2 磁通量的变化量 2 1 当b不变 有效面积s变化时 b s 当b变化 s不变时 b s b和s同时变化 则 2 1 面积s 0 5m2的闭合金属圆线圈处于磁感应强度b 0 4t的匀强磁场中 当磁场与环面垂直时 穿过环面的磁通量是 当金属圆环转过90 环面与磁场平行时 穿过环面的磁通量是 0 2wb 0 如图 线圈平面与水平方向成 角 磁感应线竖直向下 设匀强磁场的磁感应强度为b 线圈面积为s 则 bscos 如图所示 两个同心放置的共面金属圆环a和b 一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直 则穿过两环的磁通量 a和 b大小关系为 a 均向上 a bb 均向下 a b c 均向上 a bd 均向下 无法比较 a 如图所示 一矩形线框 从 abcd位置移动到a b c d 位置的过程中 关于穿过线框的磁通量情况下列叙述正确的是 线框平行于纸面移动 a 一直增加b 一直减少c 先增加后减少d 先增加 再减少直到零 然后再增加 然后再减少 a d c b a b d c d 如下图所示 框架面积为s 框架平面与磁感应强度为b的匀强磁场方向垂直 则穿过平面的磁通量的情况是 答案 abcd 3 穿过某一面积的磁通量与线圈的匝数有关吗 提示 磁通量等于穿过某一面积的磁感线的条数 n匝线圈的面积和一匝线圈的面积相等 所以穿过某一面积的磁通量与线圈的匝数无关 4 若磁感线沿相反方向穿过同一面积 如何求 提示 正向磁感线条数为 1 反向磁感线条数为 2 则磁通量等于穿过平面的净条数 即 1 2 不难得出 若 1 2 则总磁通量 0 例如 两根平行的导线中通入完全一样的电流时 位于二线正中央的线框abcd中的磁通量为零 请你用安培定则判断一下 如图所示 教材资料分析 做一做 1 验证环形电流的磁场方向 点拨 制作实验装置时应注意漆包线应排列紧密 固定时竖直固定 通电前先根据安培定则做出判断 再由小磁针的指向验证 将电池的正 负极对调 重做这个实验 磁极相反 2 用磁传感器研究磁场 点拨 使用前仔细阅读磁传感器的说明书 了解其原理 不同型号的仪器的规格 使用要求 弄清它测出的是磁感应强度在哪个方向的分量 还可用磁传感器测量螺线管内不同位置的磁感应强度 探究通电导线所形成的磁场 验证安培定则 磁场中某区域的磁感线如图所示 则 a a b两处的磁感应强度的大小不等 且ba bbb a b两处的磁感应强度的大小不等 且ba bbc 同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大d 同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小 解析 答案 b 反思总结 磁感线的疏密表示磁感应强度的大小 磁感线的切线方向表示磁感应强度的方向 跟踪发散 1 1 关于磁感线的描述 下列说法中正确的是 a 磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向 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b 磁感线可以用细铁屑来显示 因而是真实存在的c 两条磁感线的空隙处一定不存在磁场d 两个磁场叠加的区域 磁感线就可能相交 解析 磁感线上每一点的切线方向表示磁场方向 即小磁针静止时北极的受力方向 所以a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 细铁屑可以显示出其形状 但那并不是磁感线 b错 磁感线的疏密反映磁场的强弱 磁感线是假想的人为画出的曲线 两条磁感线的空隙处也存在磁场 c错 在磁铁外部磁感线从n极到s极 内部从s极到n极 磁感线不相交 所以d不正确 答案 a 如下图所示是云层之间闪电的模拟图 图中a b是位于南 北方向带有电荷的两块阴雨云 在放电的过程中在两云的尖端之间形成了一个放电通道 发现位于通道正上方的小磁针n极转向纸里 s极转向纸外 则关于a b的带电情况说法中正确的是 a 带同种电荷b 带异种电荷c b带正电d a带正电解析 云层间放电必须发生在异种电荷之间 故b对 在云层间放电时 形成的强电场和高温将空气电离成正离子和负离子 并在强电场的作用下做定向移动 形成电流 相当于通电直导线形成磁场 由题意知 从南往北看 磁场是逆时针的 根据安培定则可以判断电流是从a流向b的 故可知a带正电 b带负电 所以d选项正确 答案 bd 跟踪发散 2 1 如图所示为磁场 磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈 当在线圈中心处挂上一个小磁针 且与线圈在同一平面内 则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时 a 小磁针n极向里转b 小磁针n极向外转c 小磁针在纸面内向左摆动d 小磁针在纸面内向右摆动答案 a 跟踪发散 2 2 如图所示 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 a a b c均向左b a b c均向右c a向左 b向右 c向右d a向右 b向左 c向右 c 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 如右图所示 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如何 思路点拨 解析 根据安培定则 i1与i3在o点处产生的磁感应强度方向相同 i2在o点处产生的磁感应强度的方向与b1 b3 垂直 如下图所示 反思总结 磁感应强度是矢量 计算时与力的计算方法相同 利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解 跟踪发散 3 1 取两根完全相同的长导线 用其中一根绕成如图甲所示的螺线管 当在该螺线管中通以电流强度为i的电流时 测得螺线管内中部的磁感应强度大小为b 若将另一根长导线对折后绕成如图乙所示的螺线管 并通以电流强度也为i的电流 则在该螺线管内中部的磁感应强度大小为 a 0b 0 5bc bd 2b解析 长导线对折后绕成的螺线管相当于两个反向流动的电流绕成的螺线管 根据右手定则判定管内中部两个反向电流产生的磁感应强度方向相反 大小相等 矢量和为零 所以a正确 答案 a 如图所示是等腰直角三棱柱 其中底面abcd为正方形 边长为l 它们按图示位置放置处于竖直向下的匀强磁场中 磁感应强度为b 下面说法中正确的是 答案 bcd 跟踪发散 4 1 如右图所示 是两个同心闭合线圈的俯视图 若内线圈中通以图示方向的电流i 则当i增大时 穿过外线圈中的磁通量将 填 增大 减小 或 不变 解析 内线圈内部的磁感线为 外部为 开始时外线圈的磁通量 为内部磁感线 的条数减去外部磁感线向外穿过线圈的条数 当电流增大时 内部磁感线增加 增加的磁感线全部垂直纸面向里穿过线圈 但外部增加的磁感线就不一定穿过线圈 虽然向里和向外穿过线圈的磁感线都增加 但穿过线圈的外部磁感线条数极少 抵消之后磁通量是增加的 答案 增大 1 关于匀强磁场 下列说法中正确的是 a 在某一磁场中 若有无数处磁感应强度相同 这个区域里的磁场就是匀强磁场b 只要磁感线是直线 该处的磁场一定是匀强磁场c 匀强磁场中的磁感线 必定是相互平行且间距相等的直线d 距离很近的两个异名磁极之间及通电螺线管内部靠近中间部分的磁场 都可视为匀强磁场答案 cd 2 下列关于电场线和磁感线的说法正确的是 a 二者均为假想的线 实际上并不存在b 实验中常用铁屑来模拟磁感线形状 因此磁感线是真实存在的c 任意两条磁感线不相交 电场线也是d 磁感线是闭合曲线 电场线是不闭合的 解析 两种场线均是为形象描绘场而引入的 实际上并不存在 故a对 任意两条磁感线或电场线不能相交 否则空间一点会有两个磁场或电场方向 故c对 磁体外部磁感线由n极指向s极 内部由s极指向n极 故磁感线是闭合的曲线 而电场线始于正电荷 终于负电荷 故不闭合 d对 故正确答案为acd 答案 acd 3 2011 厦门高二检测 下列四图为电流产生磁场的分布图 正确的分布图是 a b c d 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 答案 c 4 在图中 已知磁场的方向 试画出产生相应磁场的电流方向 x 5 如右图所示 三条长直导线都通以垂直于纸面向外的电流 且i1 i2 i3 则距三导线等距的a点的磁场方向为 a 向上b 向右c 向左d 向下解析 i2 i3在a点产生的合磁场为0 a处磁场方向与i1在该处产生磁场相同 故答案为b 答案 b 6 如图所示 有一矩形线圈 一半放在有界的匀强磁场中 匀强磁场的磁感应强度为0 2t 线圈可绕ab边或绕cd边转动 已知ab 10cm bc 20cm 求 1 在图示位置的磁通量 2 由图示位置绕ab转过60 位置时的磁通量 解析 1 由公式 bs 得 0 2 0 1 0 1wb 2 10 3wb 2 绕ab转过60 时 cd恰好跟磁场边界重合 所以磁通量不变 答案