高中物理 第三章 磁场 3 几种常见的磁场课件 新人教版选修31(1).ppt

第三章磁场 3几种常见的磁场 学习目标1 知道磁感线的概念 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 知道安培分子电流假说的内容 并能解释简单的磁现象 4 知道磁通量的概念 并会计算磁通量 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 1 一 磁感线安培定则 1 磁感线 在磁场中画出的一些有的曲线 曲线上每一点的 都跟该点的磁感应强度的方向一致 1 磁感线的特点 磁感线上任意一点的切线方向表示该点的磁感应强度的方向 即小磁针极受力的方向 磁铁外部的磁感线从极指向极 内部从极指向极 磁感线是 填 闭合 或 不闭合 曲线 磁感线的疏密表示磁场强弱 磁感线密集处磁场 磁感线稀疏处磁场 磁感线在空间 填 相交 或 不相交 方向 切线 n 闭合 n s 方向 n s 强 弱 不相交 2 磁感线和电场线的比较 相同点 都是程度表示场的强弱 方向表示场的方向 都不能相交 不同点 电场线起于正电荷 或无穷远 终止于负电荷 或无穷远 不闭合 但磁感线是曲线 切线 疏密 闭合 2 电流周围的磁场电流周围的磁感线方向可根据 判断 1 直线电流的磁场 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 这个规律也叫定则 特点 以导线上各点为圆心的同心圆 圆所在平面与导线 越向外越 如图1所示 电流 安培定则 磁感线环绕的方向 图1 右手螺旋 垂直 疏 2 环形电流的磁场 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上磁感线的方向 特点 内部比外部强 磁感线越向外越疏 如图2所示 环形导线轴线 环形电流 图2 3 通电螺线管的磁场 用右手握住螺线管 让弯曲的四指指向的方向 那么所指的方向就是螺线管中心轴线上磁感线的方向 特点 内部为磁场 且内部比外部强 内部磁感线方向由指向 外部由指向 如图3所示 大拇指 电流 图3 匀强 s极 n极 n极 s极 判断下列说法的正误 1 磁感线可以用细铁屑来显示 因而是真实存在的 2 通电直导线周围磁场的磁感线是闭合的圆环 3 通电螺线管周围的磁场类似于条形磁体周围的磁场 4 无论是直线电流 环形电流还是通电螺线管的磁场 在安培定则判断时 大拇指指的都是磁场方向 二 安培分子电流假说 磁铁和电流都能产生磁场 而且通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场十分相似 它们的磁场有什么联系 答案 它们的磁场都是由电荷的运动产生的 安培分子电流假说 1 法国学者提出 在原子 分子等物质微粒的内部 存在着一种环形电流 分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体 它的两侧相当于两个 如图4所示 安培 分子 电流 磁极 图4 3 安培分子电流假说说明一切磁现象都是由产生的 2 当铁棒中分子电流的取向时 铁棒对外显磁性 如图5甲 当铁棒中分子电流的取向变得时 铁棒对外不显磁性 如图乙 大致相同 杂乱无章 电荷的运动 图5 判断下列说法的正误 1 一切磁现象都起源于电流或运动电荷 一切磁作用都是电流或运动电荷之间通过磁场发生的 2 安培认为 磁体内部有许多环形电流 每个环形电流都相当于一个小磁体 3 一个物体是否对外显磁性 取决于物体内部分子电流的取向 三 匀强磁场磁通量 1 如图6 平面s在垂直于磁场方向上的投影面积为s 若有n条磁感线通过s 则通过面积s的磁感线有多少条 答案 n条 图6 2 若磁场增强 即b增大 通过面积s的磁感线条数是否增多 答案 b增大时 通过面积s的磁感线条数增多 1 匀强磁场 1 定义 磁感应强度的处处相同的磁场 磁感线 间隔相同的 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 大小 方向 平行直线 2 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 叫做穿过这个面积的 简称 2 表达式 单位 韦伯 简称韦 符号是 1wb 适用条件 磁场 磁感线与平面 垂直 乘积 磁通量 磁通 bs wb 1t m2 匀强 垂直 3 说明 磁通量可用穿过某一平面的 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 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 如图7 4 引申 因此磁感应强度b又叫 磁感 线条数 bscos 图7 磁通密度 判断下列说法的正误 1 磁通量不仅有大小 而且有方向 所以是矢量 2 磁通量越大 磁感应强度越大 3 穿过某一面积的磁通量为零 该处磁感应强度不一定为零 4 磁通量就是磁感应强度 2 题型探究 一 对安培定则的理解与应用 例1电路没接通时两枚小磁针方向如图8 试确定电路接通后两枚小磁针的转向及最后的指向 图8 见解析 解析 答案 接通电源后 螺线管的磁场为 内部从左指向右 外部从右指向左 如图所示 故小磁针1逆时针转动至n极水平向左 小磁针2顺时针转动至n极水平向右 小磁针在磁场中受力的判断方法1 当小磁针处于磁体产生的磁场中 或环形电流 通电螺线管外部时 可根据同名磁极相斥 异名磁极相吸来判断小磁针的受力方向 2 当小磁针处于直线电流的磁场中或处于环形电流 通电螺线管内部时 应该根据小磁针n极所指方向与通过该点的磁感线的切线方向相同 来判断小磁针的受力方向 针对训练1如图9所示 圆环上带有大量的负电荷 当圆环沿顺时针方向转动时 a b c三枚小磁针都要发生转动 以下说法正确的是 答案 图9 a a b c的n极都向纸里转b b的n极向纸外转 而a c的n极向纸里转c b c的n极都向纸里转 而a的n极向纸外转d b的n极向纸里转 而a c的n极向纸外转 二 对磁通量的认识和计算1 磁通量是标量 但有正负 若磁感线从某一面上穿入时 磁通量为正值 则磁感线从此面穿出时为负值 2 若同时有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 1 2 例2如图10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 则穿过线框平面的磁通量为多少 若使框架绕oo 轴转过60 角 则穿过线框平面的磁通量为多少 若从初始位置转过90 角 则穿过线框平面的磁通量为多少 若从初始位置转过180 角 则穿过线框平面的磁通量变化了多少 图10 解析 答案 在图示位置时 磁感线与线框平面垂直 bs 当线框绕oo 轴转过60 时可以将原图改画成从上面向下看的俯视图 如图所示 转过90 时 线框由与磁感线垂直变为与磁感线平行 0 线框转过180 时 磁感线仍然垂直穿过线框 只不过穿过方向改变了 因而 1 bs 2 bs 2 1 2bs 即磁通量变化了2bs 三 磁感应强度矢量的叠加磁感应强度是矢量 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 a b d两点的磁感应强度相等b a b两点的磁感应强度相等c c点的磁感应强度的值最小d b点的磁感应强度的值最大 例3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11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 答案 解析 图11 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 针对训练2如图12所示 m n和p是以mn为直径的半圆弧上的三点 o为半圆弧的圆心 mop 60 在m n处各有一条长直导线垂直穿过纸面 导线中通有大小相等的恒定电流 方向如图所示 这时o点的磁感应强度大小为b1 若将n处的长直导线移至p处 则o点的磁感应强度大小变为b2 则b2与b1之比为 答案 解析 图12 依题意 导线在m n处时 每根导线在o点产生的磁感应强度为 方向竖直向下 则当n处的导线移至p点时 o点合磁感应强度大小为 达标检测 3 电流与电流磁场的分布 利用的是右手螺旋定则 大拇指指向直导线电流方向 四指指向磁感线方向 因此a b错 对于螺线管和环形电流 四指弯曲方向为电流方向 大拇指指向内部磁场方向 故选d 1 下列各图中 已标出电流及电流磁场的方向 其中正确的是 答案 解析 1 2 3 4 a 螺线管的p端为n极 a接电源的正极b 螺线管的p端为n极 a接电源的负极c 螺线管的p端为s极 a接电源的正极d 螺线管的p端为s极 a接电源的负极 2 通电螺线管内有一在磁场力作用下静止的小磁针 磁针指向如图13所示 则 1 2 3 4 通电螺线管内轴线的磁场方向水平向左 则p端为n极 由安培定则知 a接电源负极 选项b正确 答案 解析 图13 3 如图14所示 边长为l的n匝正方形线框abcd内部有一边长为的正方形区域的匀强磁场 磁场的磁感应强度为b 下列说法正确的是 答案 1 2 3 4 图14 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两点处的磁感应强度的方向不同 4 如图15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