高中物理 磁场（一）3.3 几种常见的磁场学案.doc

几种常见的磁场【学习目标】1. 知道磁现象的电本质，了解安培分子电流假说。2. 知道磁感线的定义和特点，了解几种常见磁场的磁感线分布。3. 会用安培定则判断电流的磁场方向。4. 知道匀强磁场、磁通量的概念。【网络构建】一、磁感线1. 定义：在磁场中画出一些有方向的曲线，在这些曲线上每一点的_都跟这点的磁感应强度的方向一致。2. 特点磁感线的疏密程度表示_，磁场强的地方磁感线密，磁场弱的地方_。3. 想一想（1） 在磁场中放一块玻璃板，在玻璃板上均匀地撒一层细铁屑，细铁屑在磁场里被磁化成“小磁针”，轻敲玻璃板，使铁屑能在磁场作用下转动。铁屑静止时有规则地排列起来，显示出磁感线的形状。通过这个现象说明磁感线是真实存在的，对吗？（2）有同学认为磁感线总是从磁体北极指向南极，你认为对吗？（3）磁感线上某一点的切线方向、该点的磁场方向、放在该点小磁针静止时n极指向、该点磁感应强度方向,这四个方向有什么关系?二、电流的磁场和安培定则(也叫右手螺旋定则)1. 通电直导线右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与_方向一致，弯曲的四指所指的方向就是_的环绕方向。如图所示。2. 环形电流和通电螺线管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电流轴线上的磁感线的方向或螺线管内部磁感线的方向。如图甲、乙所示。3. 想一想（1）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？ （2）应用安培定则判定直线电流磁场方向和环形电流磁场方向时,大拇指和四指各指向什么?三、安培分子电流假说1. 分子电流假说安培认为，在原子、分子等物质微粒的内部，存在的一种_，即分子电流。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：_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，两_放置的通电线圈，其中间区域的磁场都是匀强磁场。五、磁通量1. 定义：匀强磁场磁感应强度b和与磁场方向_的平面面积s的乘积，即_。2. 单位：_，简称韦，符号 ,1wb1 tm2。3. 引申：b，因此磁感应强度b又叫_。4. 想一想有时磁感线由平面一侧穿入，有时磁感线由平面另一侧穿入。如何区别从不同方向穿入的磁通量呢？答案 一、1. 切线方向 2. 磁场强弱 磁感线疏3.（1）不对，磁感线像电场线一样都是假想出来的，是不存在的，但磁场是真实存在的，所以呈现有规律的排列。（2）不对，在磁体外部磁感线从磁体北极指向南极， 而在磁体内部，磁感线是从南极指向北极。（3）这四个方向是同一个方向.二、1. 电流 磁感线 2. 电流 3. （1）环形电流相当于小磁针，通电螺线管相当于条形磁铁。（2）在判定直线电流的磁场方向时,大拇指指“原因”电流方向,四指指“结果”磁场绕向;在判定环形电流磁场方向时,四指指“原因”电流绕向,大拇指指“结果”环内沿中心轴线的磁感线方向,即指n极。三、1. 环形电流 2. 电荷的运动 四、1. 强弱和方向 2. 平行直线 3. 平行 五、1. 垂直 bs 2. 韦伯 wb 3. 磁通密度 4. 可用磁通量的正、负表示。若规定磁感线由某面穿入时磁通量为正，则由另一面穿入时磁通量为负。反之亦然。磁通量虽然有正负，但磁通量是标量。知识点一 对磁感线的理解1. 磁感线的特点 (1) 为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。(2) 磁感线的疏密表示磁场的强弱。磁感线在某点的切线方向表示磁场的方向。(3) 磁感线的方向在磁体外部从n极指向s极，磁体内部从s极指向n极。即磁感线是闭合的曲线，它不相交，不相切，也不中断。 2. 磁感线与电场线的比较 磁感线 电场线 不同点 闭合曲线 不闭合，起始于正电荷或无限远，终止于负电荷或无限远 相似 点 引入目的 为形象描述场而引入的假想线，实际不存在 疏密 场的强弱 切线方向 场的方向 是否相交 不能相交(电场中无电荷空间不相交) 【名师点睛】(1) 在没画磁感线的地方，并不表示没有磁场存在。 (2) 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。（3）对磁感线的认识要结合磁场的实际情况去理解，去想象，而不是生搬硬套。磁感线上任一点的切线方向能表示出该点的磁场方向，磁感线是一簇不相交的闭合曲线，而且是分布在三维空间的，立体的，而我们能够画出来的是非常有限的，它是为了形象地描述磁场而假想出来的，不是客观存在的。知识点一 对磁感线的理解【典例探究】【典例1】下列关于磁感线的叙述，正确的是()a. 磁感线是真实存在的，细铁屑撒在磁铁附近，我们看到的就是磁感线b. 磁感线始于n极，终于s极c. 磁感线和电场线一样，不能相交d. 沿磁感线方向磁场逐渐减弱【典例2】如图所示表示蹄形磁铁周围的磁感线，磁场中有a、b两点，下列说法正确的是()a. a、b两处的磁感应强度的大小不等，babbb. a、b两处的磁感应强度的大小不等，babbb. a、b两处的磁感应强度的大小不等，babbc. a、b两处磁场方向一定相同d. a处没有磁感线，所以磁感应强度为零知识点二 几种常见的磁场磁感线的分布特点 1. 常见永磁体的磁场(如图)2.三种常见的电流的磁场直线电流安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流磁感线是以导线上任意点为圆心的多组同心圆,越向外越稀疏,磁场越弱环形电流内部磁场比环外强,磁感线越向外越稀疏直线电流安培定则立体图横截面图纵截面图通电螺线管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【名师点睛】1. 应用安培定则判定直线电流时，四指所指的是导线之外磁场的方向；判定环形电流和通电螺线管时拇指的指向是线圈轴线上磁场的方向。 2. 环形电流相当于小磁针，通电螺线管相当于条形磁铁，其外部的磁感线是由n极指向s极；内部是由s极指向n极。3. 放置在螺线管内的小磁针受力方向按磁感线方向判断，不能根据螺线管的极性判断。4. 分析小磁针转动的注意点(1) 可能错误认为是螺线管右端吸引了小磁针3的s极,导致错误认为小磁针3逆时针转动。要注意“同名磁极相斥,异名磁极相吸”的结论仅适用于两个磁极都在外部磁场的情况。(2) 在螺线管内部,磁感线从s极到n极;在外部,磁感线从n极到s极。【典例4】如图所示，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。【典例5】电路没接通时三个小磁针方向如图,试确定电路接通后三个磁针n极的转向。【典例6】 如图所示，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()a. o点处的磁感应强度为零 b. a、b两点处的磁感应强度大小相等、方向相反 c. c、d两点处的磁感应强度大小相等、方向相同 d. a、c两点处磁感应强度的方向不同 知识点三 对磁通量的进一步理解1. 定义式：bs公式bs 中的b应是匀强磁场的磁感应强度，s是与磁场方向垂直的面积，因此可以理解为bs。如果平面与磁场方向不垂直，应把面积s投影到与磁场垂直的方向上，求出投影面s，代入到bs 中计算，应避免硬套公式bs sin或bscos。2. 磁通密度由bs 得b，叫做磁通密度。单位：wb/m2，关系：1t1wb/m21n/(am)。3. 磁通量的正负(1) 磁通量是标量，但有正负，当磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正值，穿出时即为负值。(2) 若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量为1，反向磁通量为2，则穿过该平面的磁通量12。4. 磁通量的变化量21(1) 当b不变，有效面积s变化时，bs。(2) 当b变化，s不变时，bs。(3) b和s同时变化，则21，但bs。【名师点睛】计算穿过某面的磁通量变化量时，要注意变化前、后磁通量的正、负值，如原磁通量1bs，当平面转过180后，磁通量2bs，磁通量的变化量|21|2bs。知识点三 对磁通量的进一步理解【典例7】如图所示,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为。若使框架绕oo转过60角,则穿过框架平面的磁通量为;若从初始位置转过90角时,则穿过框架平面的磁通量为 ;若从初始位置转过180角,则穿过框架平面的磁通量的变化量是。 【典例8】 如图所示,半径为r的圆形线圈共有n匝,其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场,磁场方向垂直线圈平面.若磁感应强度为b,则穿过线圈的磁通量为( )a.br2 b.br2c.nbr2 d.nbr2 知识点四 磁感应强度的合成与电场的叠加类似，几个电流附近的磁场的磁感应强度是几个电流分别单独存在时产生磁场的磁感应强度叠加而成的。若两个电流在某处产生的磁场的磁感应强度b1、b2在同一直线上时，两磁感应强度同向则相加，反向则相减，若两个电流在某处产生的磁场的磁感应强度b1、b2不在同一直线上时，则应用平行四边形定则进行矢量合成。知识点四 磁感应强度的合成【典例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，如图所示。每条通电导线在斜边中点o处所产生的磁感应强度大小均为b.则该处实际磁感应强度的大小和方向如何？ 典例9 典例10【典例10】如图所示,一根通电直导线垂直放在磁感应强度b=1 t水平向右的匀强磁场中,以导线截面的中心为圆心,半径为r的圆周上有a,b,c,d四点,已知a点的实际磁感应强度为零,则b,c,d三点的磁感应强度分别是多少?方向如何?答案与解析1.【答案】c2. 【答案】b 【解析】 磁感线的疏密表示磁场的强弱，由此可判a错b对；磁感线是闭合的曲线，在磁铁外部是从n极到s极，内部是从s极到n极，故c错；磁感线是为研究问题方便而假想的线，实际并不存在，故d错。3.【答案】b【解析】 由题图可知b处的磁感线较密，a处的磁感线较疏，所以babb，故a错，b对。磁场中某点的磁场方向与磁感线在该点的切线方向相同，由图判断，a、b两点磁场方向不同，故c错。磁感线是用来描述磁场的，不可能在存在磁场的区域内全部画磁感线，那样将会与不画磁感线产生相同的效果，故d错。故选b。4.【答案】用安培定则来判断，分别如下列各图所示。 【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。5.【答案】小磁针1逆时针转动,小磁针3顺时针转动,小磁针2基本不动 【解析】接通电路后,运用安培定则判断可知螺线管的磁感线在内部从左指向右,外部从右到左,如图,故小磁针1逆时针转动,小磁针3顺时针转动,小磁针2基本不动。6.【答案】c 【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。7.【答案】bsbs02bs8.【答案】b【解析】 磁感线穿过的面积为r2,而并非r2,穿过线圈的磁通量与线圈匝数无关,因此磁通量=br2。9.【答案】b，方向与三角形斜边夹角arctan2【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，且与i2在o点处产生的磁感应强度方向垂直。因