高三物理第一轮复习集体备课（电磁学）附习题！全国通用磁场25.磁场基本性质.ppt

磁场 磁场基本性质 一 磁场 1 磁场 磁场是存在于磁体 运动电荷周围的一种物质 它的基本特性是 对处于其中的磁体 电流 运动电荷有力的作用 2 磁现象的电本质 所有的磁现象都可归结为运动电荷之间通过磁场而发生的相互作用 二 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有方向的曲线 1 疏密表示磁场的强弱 2 每一点切线方向表示该点磁场的方向 也就是磁感应强度的方向 3 是闭合的曲线 在磁体外部由n极至s极 在磁体的内部由s极至n极 磁线不相切不相交 4 匀强磁场的磁感线平行且距离相等 没有画出磁感线的地方不一定没有磁场 例1 关于磁场和磁感线的描述 正确的说法有 a 磁极之间的相互作用是通过磁场发生的 磁场和电场一样 也是一种物质b 磁感线可以形象地表现磁场的强弱与方向c 磁感线总是从磁铁的北极出发 到南极终止d 磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列出的曲线 没有细铁屑的地方就没有磁感线 ab 5 安培定则 姆指指向电流方向 四指指向磁场的方向 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 5 安培定则 四指指向电流方向 姆指指向磁场的方向 注意这里的磁感线类似于条形磁铁的磁感线 例2 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 解析 因在地球的内部地磁场从地球北极指向地球的南极 根据右手螺旋定则可判断出地球表现环形电流的方向应从东到西 而地球是从西向东自转 所以只有地球表面带负电荷才能形成上述电流 故选a 三 磁感应强度 1 磁场的最基本的性质是对放入其中的电流或磁极有力的作用 电流垂直于磁场时受磁场力最大 电流与磁场方向平行时 磁场力为零 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磁感应强度 表示磁场强弱的物理量 是矢量 大小 b f il 电流方向与磁感线垂直时的公式 方向 左手定则 是磁感线的切线方向 是小磁针n极受力方向 是小磁针静止时n极的指向 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 牛 安米 也叫特斯拉 国际单位制单位符号t 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 例3 磁场中某点的磁感应强度的方向 a 放在该点的通电直导线所受的磁场力的方向b 放在该点的正检验电荷所受的磁场力的方向c 放在该点的小磁针静止时n极所指的方向d 通过该点磁场线的切线方向 cd 例4 如图所示 正四棱柱abed一a b c d 的中心轴线00 处有一无限长的载流直导线 对该电流的磁场 下列说法中正确的是 a 同一条侧棱上各点的磁感应强度都相等b 四条侧棱上的磁感应强度都相同c 在直线ab上 从a到b 磁感应强度是先增大后减小d 棱柱内任一点的磁感应强度比棱柱侧面上所有点都大 解析 因通电直导线的磁场分布规律是b 1 r 故a c正确 d错误 四条侧棱上的磁感应强度大小相等 但不同侧棱上的点的磁感应强度方向不同 故b错误 例5 有一小段通电导线 长0 01m 电流为5a 把它放在磁场中某一位置 受到的磁场力是0 1n 则该处的磁感应强度b的大小 a b 2tb b 2tc b 2td 无法确定 b 解析 由b f il可知b 2 t 当小段直导线垂直于磁场b时 受力最大 因而此时可能导线与b不垂直 即bsin 2t 因而b 2t 匀强磁场的磁感应强度处处相等 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矢量和 满足矢量运算法则 例6 如图所示 两根导线a b中电流强度相同 方向如图所示 则离两导线等距离的p点 磁场方向如何 解析 由p点分别向a b作连线pa pb 然后过p点分别做pa pb垂线 根据安培定则知这两条垂线用pm pn就是两导线中电流在p点产生磁感应强度的方向 两导线中的电流在p处产生的磁感应强度大小相同 然后按照矢量的合成法则就可知道合磁感应强度的方向竖直向上 如图所示 这也就是该处磁场的方向 竖直向上 例7 六根导线互相绝缘 所通电流都是i 排成如图所示的形状 区域a b c d均为相等的正方形 则平均磁感应强度最大的区域是哪些区域 该区域的磁场方向如何 解析 由于电流相同 方格对称 从每方格中心处的磁场来定性比较即可 如i1在任方格中产生的磁感应强度均为b 方向由安培定则可知是向里 在a d方格内产生的磁感应强度均为b 方向仍向里 把各自导线产生的磁感应强度及方向均画在四个方格中 可以看出在b d区域内方向向里的磁场与方向向外的磁场等同 叠加后磁场削弱 故在a d区域平均磁感应强度最大 在a区磁场方向向外 d区磁场方向向里 四 磁通量与磁通密度 1 磁通量 穿过某一面积磁力线条数 是标量 2 磁通密度b 垂直磁场方向穿过单位面积磁力线条数 即磁感应强度 是矢量 3 二者关系 b s 当b与面垂直时 bscos scos 为面积垂直于b方向的投影 是b与s法线的夹角 例1 如图所示 a为通电线圈 电流方向如图 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 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c b cd b c 解 b c两圆面都有垂直纸面向里和向外的磁感线穿过 垂直纸面向外磁感线条数相同 垂直纸面向里的磁感线条数不同 b圆面较少 c圆面较多 但都比垂直向外的少 所以b c磁通方向应垂直纸面向外 b c 所以a c正确 磁通量的计算 例2 如图所示 匀强磁场的磁感强度b 2 0t 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 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 bs1 2 0 40 30 10 4 0 24wb 2 0 3 1 bs1 2 0 40 30 10 4 0 24wb 例3 如图所示 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a 是增加的 b 是减少的c 先增加 后减少 d 先减少 后增加 解析 条形磁铁在n极附近的分布情况如图所示 由图可知线圈中磁通量是先减少 后增加 d选项正确 例4 边长为10cm的正方形线框 垂直于匀强磁场放置 磁感应强度b 0 2t 如下图所示 此时穿过线框的磁通量 1 wb 若将线框以一边为轴转过60 则线框的磁通量 2 wb 若将线框以一边为轴转过180 则穿过线框的磁通量的变化量大小是 wb 2 10 3 1 10 3 4 10 3 磁场基本性质的应用 例1 从太阳或其他星体上放射出的宇宙射线中含有高能带电粒子 若到达地球 对地球上的生命将带来危害 对于地磁场对宇宙射线有无阻挡作用的下列说法中 正确的是 a 地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在南北两极最强 赤道附近最弱b 地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强 南北两极最弱c 地磁场对宇宙射线的阻挡作用各处相同d 地磁场对宇宙射线无阻挡作用 解析 因在赤道附近带电粒子运动方向与地磁场近似垂直 而在两极趋于平行 故b正确 例2 超导是当今高科技的热点之一 当一块磁体靠近超导体时 超导体中会产生强大的电流 对磁体有排斥作用 这种排斥力可使磁体悬浮在空中 磁悬浮列车就采用了这项技术 磁体悬浮的原理是 超导体电流的磁场方向与磁体的磁场方向相同 超导体电流的磁场方向与磁体的磁场方向相反 超导体使磁体处于失重状态 超导体对磁体的磁力与磁体的重力相平衡 a b c d 解析 超导体中产生的是感应电流 根据楞次定律的 增反减同 原理 这个电流的磁场方向与原磁场方向相反 对磁体产生排斥作用力 这个力与磁体的重力达平衡 正确答案 d 例3 如图所示 用弯曲的导线环把一铜片和锌片相连装在一绝缘的浮标上 然后把浮标浸在盛有稀硫酸的容器中 若开始设置时 环平面处于东西方向上 放手后 环平面将最终静止在方向上 解析 在地表附近地磁场的方向是大致由南向北的 此题中由化学原理可推知在环中有环形电流由等效法可假定其为一个垂直于纸面的条形磁体 而条形磁体所受地磁场的力的方向是南北方向的 例4 录音机是用一个磁头来录音和放音的 在一个环形铁芯上绕一个线圈 铁芯有个缝隙 工作时磁带就贴着缝隙移动 录音时磁头线圈跟微音器相连 放音时磁头线圈跟扬声器相连 磁带上涂有一层磁粉 磁粉能被磁化且留下剩磁 微音器能把声音的变化转化为电流的变化 扬声器能把电流的变化转化为声音的变化 由学过的知识 把录音机录 放音的基本原理写下来 解析 1 录音原理 当由微音器把声音信号转化为电流信号后 电流信号流经线圈 在铁芯中产生随声音变化的磁场 磁带经过磁头时磁粉被不同程度地磁化 并留下剩磁 且剩磁的变化与声音的变化一致 这样 声音的变化就被记录成磁粉不同程度的变化 即录音是利用电流的磁效应 2 放音原理 各部分被不同程度磁化的磁带经过铁芯时 铁芯中形成变化的磁场 在线圈中激发出变化的感应电流 感应电流经过扬声器时 电流的变化被转化为声音的变化 这样 磁信号又被转化为声音信号而播放出来 即放音过程是利用电磁感应原理 例5 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 解析 在用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离 l的过程中 拉力f可认为不变 因此f所做的功为 w f l 以 表示间隙中磁场的能量密度 则间隙中磁场的能量e v a l 又题给条件 b2 2 故e a lb2 2 因为f所做的功等于间隙中磁场的能量 即w e 故有f l a lb2 2 解得 练习 一条形磁铁水平放置 如图所示 一闭合导线框位于磁铁的一端 线框平面始终与磁铁上表面垂直并与端面平行 在线框从磁体左端平移到右端的过程中 穿过线框的磁通量的变化情况是 a 始终增大 b 始终减小 c 先增大后减小 d 先减小后增大 c 例8 如图所示 矩形线框abcd 处于磁感应强度为b 0 2t的匀强磁场中 线框面积为s 0 3m2 线框从图示位置转过60 线框中磁通量变化量为 线框在后来位置时磁通密度为 解析 线框在图示位置时 磁感强度b与线框平面垂直 磁通量 1 bs 0 2 0 3 0 06wb 当线框转过60 时 线框在与磁感线垂直平面的投影面积为scos60 此时磁量 2 bscos60 0 03wb 所以 1 2 0 03wb 0 03wb 线框处于匀强磁场中 各处的磁感强度的大小 方向均相同 所以b 0 2t 磁通密度即磁感强度b 0 2t 练3 如图所示 六条通电的绝缘导线放在同一平面内 导线中通过的电流强度均为i 方向如图 六条导线围成的a b c d四个边长相等的正方形中 则磁通量不为零的区域是哪些区域 该区域的磁场方向如何 解 a区域 i1 i2 i4 i5产生的磁场抵消 i3的磁场向外 i6的磁场向外 合磁场向外 b区域 i1 i2 i5 i6产生的磁场抵消 i4的磁场向里 i3的磁场向外 合磁场为0 c区域 i4i5 i2i3产生的磁场抵消 i1的磁场向里 i6的磁场向外 合磁场为0 d区域 i2 i3 i5i6产生的磁场抵消 i1的磁场向里 i4的磁场向里 合磁场向里 2006年上海卷2a 2a 如图所示 同一平面内有两根互相平行的长直导线1和2 通有大小相等 方向相反的电流 a b两点与两导线共面 a点在两导线的中间与两导线的距离均为r b点在导线2右侧 与导线2的距离也为r 现测得a点磁感应强度的大小为b 则去掉导线1后 b点的磁感应强度大小为 方向 b 2 垂直纸面向外 例5 关于磁场 以下说法正确的是 a 电流在磁场中某点不受磁场力作用 则该点的磁感强度一定为零b 磁场中某点的磁感强度 根据公式b f i l 它跟f i l都有关c 磁场中某点的磁感强度的方向垂直于该点的磁场方向d 磁场中任一点的磁感强度等于磁通密度 即垂直于磁感强度方向的单位面积的磁通量 d 练习 下列说法正确的是 a 电荷在某处不受电场力作用 则该处电场强度为零 b 一小段通电导线在某处不受磁场力作用 则该处磁感应强度一定为零 c 表征电场中某点的强度 是把一个检验电荷放到该点时受到的电场力与检验电荷本身电量的比值 d 表征磁场中某点强弱 是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导线的长度和电流的乘积的比值 ac 例5 在同一平面内有四条彼此绝缘的通电直导线 如图所示 四导线中通过的电流强度i4 i3 i2 i1 要使o点磁场增强 则应切断哪一根导线中的电流 a 切断i1b 切断i2c 切断i3d 切断i4 解 在o点 i4的磁场向 i3的磁场向 外 里 因为i4 i3所以i3 i4产生的磁场抵消 i1和i2产生的磁场向 里 o点的合磁场向里 只有切断i4可使o点磁场增强 d 例8 如图所示 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 a 直导线中电流方向是垂直纸面向里的b c点的实际磁感应强度也为0c d点实际磁感应强度为 方向斜向下 与b夹角为450d 以上均不正确 解析 题中的磁场是由直导线电流的磁场和匀强磁场共同形成的 磁场中任一点的磁感应强度应为两磁场分别产生的磁感应强度的矢量和 a处磁感应强度为0 说明直线电流在该处产生的磁感应强度大小与匀强磁场b的大小相等 方向相反 可得直导线中电流方向应是垂直纸面向里 在圆周上任一点 由直导线产生的磁感应强度大小均为b 1t 方向沿圆周切线方向 可知c点的磁感应强度大小为2t 方向向右 d点的磁感应强度大小为 方向与b成450斜向右下方 ac 例7 如下图所示 在同一水平面内有三个闭合线圈a b c