高二物理 磁场基本问题.doc

高二物理 磁场基本问题【本讲教育信息】一. 教学内容：磁场 13节知识要点：1. 知道磁体与磁体之间、通电导线与通电导线之间的相互作用，是通过磁场而发生的。2. 知道描述磁场方向和强弱的物理量是磁感应强度，知道磁感应强度的方向是如何规定的。3. 知道什么叫磁感线;掌握几种常见磁场的磁感线的分布情况。了解安培分子电流假说的内容。4. 了解磁通量的概念，学会计算磁通量以及其他变形。重点、难点解析：一、磁现象和磁场1. 磁场（1）定义：磁体或电流周围存在一种特殊物质，能够传递磁体与磁体、磁体和电流、电流和电流之间的相互作用，这种特殊的物质叫磁场。（2）磁场的基本性质：对放入其中的磁体和电流产生力的作用。（3）磁场的产生：磁体能产生磁场；电流能产生磁场。（4）磁场的方向：注意：小磁针北极（N极，指北极）受力的方向即小磁针静止时北极所指方向，为磁场中该点的磁场方向。说明：所有的磁作用都是通过磁场发生的，磁场与电场一样，都是场物质，这种物质并非由基本粒子构成。 2. 电流的磁场（1）电流对小磁针的作用1820年，丹麦物理学家奥斯特发现，通电后，通电导线下方的与导线平行的小磁针发生偏转。如图所示。（2）电流和电流间的相互作用有互相平行而且距离较近的两条导线，当导线中分别通以方向相同和方向相反的电流时，观察发生的现象是：同向电流相吸，异向电流相斥。小结：磁体与磁体间、电流与磁体间、电流和电流间的相互作用都是通过磁场来传递的，故电流能产生磁场。二、磁感应强度B1. 物理意义：描述磁场的强弱。2. 磁场的方向（即为磁感应强度的方向）：小磁针静止时N极所指的方向规定为该点的磁场方向。小磁针静止时N极受力的方向为该点的磁场方向。磁感线上该点的切线方向为该点的磁场方向。3. 磁感应强度的大小在磁场中垂直磁场方向的通电导线，所受的磁场力F跟电流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，用B来表示。即 B= 单位：特（T）注意：此式由匀强磁场推出，但适用于任何磁场，在非匀强磁场中，IL应理解为一个很小的电流元，垂直于磁场方向放置于磁场中某一点，则B=反映了磁场中该点的强弱程度。4、磁感应强度的矢量性 B是矢量，计算时遵循平行四边形定则。 B的方向即磁场的方向，并不是F的方向。 磁场的叠加：空间中如果同时存在两个以上的电流或磁体在该点激发的磁场，某点的磁感应强度B是各电流或磁体在该点激发磁场的磁感应强度的矢量和，且满足平行四边形法则。5. 磁感线磁感线的基本特性： 磁感线的疏密表示磁场的强弱。磁感应强度大的地方，磁感线密；磁感应强度小的地方，磁感线疏。 磁感线不相交、不相切、不中断、是闭合曲线；在磁体外部，从N指向S；在磁体内部，由S指向N。 磁感线是为了形象描述磁场而假想的物理模型，在磁场中并不真实存在。6. 安培定则（也叫右手螺旋定则）： 判定直导线中电流的方向与磁感线方向之间的关系时可表述为：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。 判定环形电流和通电螺线管的电流方向与磁感线方向之间的关系时表述为：让右手弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是环形电流中轴线上磁感线的方向或螺线管内部磁感线的方向。三、几种常见的磁场1.条形磁铁的磁感线分布：两头密，中间疏，在磁铁外部，磁感线从磁铁N极出来，从磁铁S极进去，在磁铁内部，磁感线的方向由S极指向N极。磁感线是闭合的，外部磁感线的条数与内部磁感线的条数相同。2、同名磁极和异名磁极磁感线分布：(a)同名磁极间的磁感线分布(b)异名磁极间的磁感线分布3、蹄形磁铁的磁感线分布：在磁体外部，磁感线由N极出发，回到S极，在磁体内部磁感线由S极回到N极，磁体附近的磁感线较密集，在磁体内部磁体中点处的磁感线最密集。4、直线电流的磁场： 形状：磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上。没有磁极，离导线越近，磁感线越密，说明磁场越强，离导线越远，磁感线越稀，说明磁场越弱。 直线电流磁场方向的判断：其方向可以用安培定则判断。 平面图：（磁感线进入为，磁感线出来为 ；电流流入为，电流流出为）立体图横截面图纵截面图5、环形电流的磁场： 形状：围绕环形导线的闭合曲线，在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直。 环形电流磁场方向的判断：也可以用安培定则表示。 立体图 横截面图 纵截面图注意：两种情况（4和5）中安培定则有何不同？在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场时应分清“因”和“果”，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应方向。6、通电螺线管的磁场：环形电流其实就是只有一匝的通电螺线管，通电螺线管则是许多匝环形电流串联而成的。形状：从外部看，环形电流的磁场相当于一个条形磁铁的磁场。磁场方向的判断：其磁场方向也用安培定则来判断：注意拇指所指的方向是它的内部磁场的方向，也是通电螺线管N极的方向。 立体图 横截面图纵截面图注意：由于通电螺线管的磁场与条形磁铁的磁场类似，有些情况下可以将通电螺线管等效为条形磁铁处理。【说明】：磁感线是为了形象地研究磁场而人为假设的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线。实验时利用被磁化的铁屑来显示磁感线的分布情况，只是研究磁感线的一种方法，使得看不见、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铁屑排列而成的。另外，被磁化的铁屑所显示的磁感线分布仅是一个平面上的磁感线分布情况，而磁铁周围的磁感线应该分布在长、宽、高组成的三维空间内。四、安培分子电流假说：1、安培分子电流假说：在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流分子电流，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磁极。2、磁现象的电本质：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电流（电荷的定向运动）产生的。3、可以解释的现象：磁化现象、磁体的消磁。试考虑：假设地球的磁场是由地球带某种电荷而又绕地轴自转产生的，你认为地球带什么电荷？五、磁通量1、磁场中穿过垂直于磁场某一面积S的磁感线条数定义为穿过该面积的磁通量，用表示。 2、在磁感应强度为B的匀强磁场中，穿过与磁场方向垂直、面积为S的平面的磁通量为。 3、单位：磁通量的国际单位是韦伯。简称韦。符号是Wb。1Wb=。 4、磁通密度：由得叫做磁通密度。单位：单位关系：。【讨论】：如何理解磁通量的计算公式“” 公式中的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。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，求出投影面积，代入到中计算，应避免硬套公式。 1. 如何求磁通量的变化量一般有下列三种情况：（1）磁感应强度B不变。有效面积S变化，则穿过回路中的磁通量的变化是： （2）磁感应强度B变化。磁感线穿过的有效面积S不变，则穿过回路中的磁通量的变化是：。 （3）磁感应强度B和回路面积S同时发生变化的情况。则。 2. 磁通量是标量，那么的正、负如何理解？ 磁通量有正负之分，其正负是这样规定的：任何一个面都有正、反两面，若规定磁感线从正面穿入为正磁通量，则磁感线从反面穿入时磁通量为负值。 若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁感线条数为，反向磁感线条数为，则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数（磁通量的代数和），即。 3. 磁通量的计算要注意什么 除注意正、负之外，还应注意以下两点： （1）如图所示，若闭合电路abcd和ABCD所在平面均与匀强磁场B垂直，面积分别为和，且，但磁场区域恰好只有ABCD那么大，穿过的磁通量是相同的，因此，中的S应是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积。（2）磁通量与线圈的匝数无关，也就是磁通量大小不受线圈匝数的影响。同理，磁通量的变化量也不受线圈匝数的影响。所以，直接用公式求时，不必去考虑线圈匝数n。例1. 如图，有一个100匝的线圈，其横截面是边长为L=0.20m的正方形，放在磁感应强度为B=0.50T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直。若将这个线圈横截面的形状由正方形改变成圆形（横截面的周长不变），在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？解析：线圈横截面是正方形时的面积。穿过线圈的磁通量。截面形状为圆形时，其半径。截面积大小。穿过线圈的磁通量：。所以，磁通量的变化量。例2. 面积为S的矩形线框abcd，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框面成角（见图），当线框以ab为轴顺时针转90时，穿过abcd面的磁通量的变化量_。解析：磁通量由磁感应强度（矢量）与垂直于线框面方向上的分量决定。开始时B与线框面成角，磁通量为；线框面按题意方向转动时，磁通量减少，当转动90时，磁通量变为“负”值。可见，磁通量的变化量为。【典型例题】例1. 下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是（ ） A. 通电导线受安培力大的地方磁感应强度一定大 B. 磁感线的指向就是磁感应强度减小的方向 C. 放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同 D. 磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关答案：D【点拨】磁场中某点的磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定，磁感应强度的大小由磁感线的疏密来反映。安培力的大小不仅与B、I、L有关，还与导体的放法有关。例2. 关于磁感应强度，下列说法正确的是（ ） A. 由可知，B与F成正比与IL成反比。 B. 通电导线放在磁场中的某点，那点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，那点的磁感应强度就为零。 C. 通电导线受安培力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受安培力的地方一定不存在磁场。（即B=0） D. 磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定的，其大小和方向是惟一确定的，与通电导线无关。 【错解】ABC【错解分析】磁感应强度是只是一个量度式，而不是决定式；磁感应强度B是由磁场本身的性质决定的，与放不放入通电导线无关。C选项忽略了B、L平行的情况。【正解】D例3. 一螺线管如图所示，当闭合电键后，两小磁针a、b静止时N极指向什么方向?【错解】小磁针a的N极指向左端，小磁针b的N极也指向左端。【错解分析】我们在分析、判定通电螺线管的N、S极时一般不会出错，即左端为S极，右端为N极。但是同学们继续用“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”来判定小磁针的N极指向时，对于小磁针b就出错了。因为初中学过的“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”只适用于磁体的外部，不适用于磁体（通电螺线管）的内部。这类题的正确解题顺序应该是：用安培定则判断出通电导线（螺线管）的磁场方向画出通电导线（螺线管）周围的磁场分布小磁针所在处的磁场方向小磁针的N极指向。本题的正确的答案是小磁针a的N极指向左端，小磁针b的N极指向右端。【正解】小磁针a的N极指向左端，小磁针b的 N极指向右端。例4. 一束离子沿水平方向飞行，平行地飞过小磁针上方，如图所示，发现图中小磁针的N极向纸外转，这个离子束可能是（ ）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【分析】由小磁针的旋转方向判定小磁针N极受力方向，再由安培定则判定产生磁场的电流方向，最后判定离子的电性及运动方向。由题目知，小磁针N极向纸外转，则小磁针所在处的磁场方向垂直纸面向外，由安培定则可判定产生磁场的电流方向水平向左，如果离子带正电，则离子向左飞，如果离子带负电，则离子应向右运动。答案：BC【点拨】熟练掌握磁场方向、安培定则是解答本题的关键所在。【模拟试题】1. 奥斯特的实验说明了（ ）A. 磁场的存在 B. 磁场具有方向性C. 通电导体周围存在磁场 D. 磁场间有相互作用2. 关于磁场下列说法正确的是（ ）A. 其基本性质是对处于其中的磁体和电流有力的作用B. 磁场是看不见摸不着，实际不存在而是人们假想出来的一种物质C. 磁场是客观存在的一种特殊的物质形态D. 磁极与磁极之间是直接发生作用的3. 关于电场与磁场以下说法正确的是（）A. 电流周围存在的是电场，磁极周围存在磁场B. 电荷周围存在电场，电流周围存在磁场C. 磁极与磁极之间通过磁场而相互作用D. 磁极与电流之间一定没有相互作用4. 关于磁极间相互作用，下列说法正确的是（）A. 同名磁极相互吸引 B. 同名磁极相互排斥 C. 异名磁极相互排斥 D. 异名磁极相互吸引 5. 在做“奥斯特实验”时，下列操作中现象最明显的是 （ ）A. 沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的延长线上B. 沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的正下方C. 电流沿南北方向放置在磁针的正上方D. 电流沿东西方向放置在磁针的正上方6. 由磁感应强度的定义式B=可知 （ ）A. 磁感应强度与通电导体所受到的磁场力成正比，与电流和导线长度的乘积成反比B. 磁感应强度的方向与F的方向相同C. 公式B=只适用于匀强磁场D. 公式B=对任何磁场都适用7. 关于磁场中某点磁场的方向，下列说法不正确的是 （ ）A. 与放在该点的小磁针所受的磁场力方向相同B. 与放在该点的小磁针N极所受的磁场力方向相同C. 与放在该点的小磁针S极所受的磁场力方向相反D. 与通过该点的磁感线的切线方向相同8. 把一条导线平行地放在磁针的上方。当给导线通以如图所示电流时，小磁针（ ）A. 不动B. 最后停在N极指向读者位置C. 最后停在S极指向读者位置D. 一直转动下去9. 如图所示，一个电子在纸面所在的平面内做快速逆时针方向的圆周运动。则此电子的运动将（ ）A. 不产生磁场B. 产生磁场，圆心处的磁场方向垂直纸面向里 C. 产生磁场，圆心处的磁场方向垂直纸面向外 D. 产生磁场，但圆心处的磁场方向只能由小磁针在该处的受力来决定10. 如图所示，电流从A点分两路通过对称的半圆分路汇合于B点，在圆环中心处的磁感强度是（ ）A. 最大，垂直穿出纸面B. 最大，垂直穿入纸面C. 为零D. 无法确定11. 图为三根通电平行直导线的断面图. 若它们的电流强度大小都相同，且ab=ac=ad，而a点的磁感应强度的方向是 （）A. 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d12、下列关于磁通量和磁感应强度的说法中，正确的是（ ）A、穿过某一个面的磁通量越大，该处磁感应强度也越大B、穿过任何一个面的磁通量越大，该处磁感应强度也越大C、穿过垂直于磁感应强度方向的某面积的磁感线的条数等于磁感应强度D、当平面跟磁场方向平行时，穿过这个面的磁通量必定为零13、如图所示，环形导线周围有三只小磁针a、b、c，闭合开关S后，三只小磁针N极的偏转方向是（ ）A、全向里 B、全向外 C、a向里，b、c向外 D、a、c向外，b向里14、一束电子流沿水平面自西向东运动，在电子流的正上方有一点P，由于电子运动产生的磁场在P点的方向为（ ）A、竖直向上 B、竖起向下 C、水平向南 D、水平向北15、如下图所示，两个同心放置且共面的金属圆环，条形磁铁穿过圆心且与两环面垂直，通过两环的磁通量a、b比较，则()Aab BabCab D不能确定16、有一束电子流沿x轴正方向高速运动，如图所示，电子流在z轴上的P点所产生的磁场方向是沿()A沿y轴正方向B沿y轴负方向C沿z轴正方向D沿z轴负方向17、弹簧测力计下挂一条形磁铁，其中条形磁铁的N极一端位于未通电的螺线管正上端，如右图所示，下列说法正确的是()A若将a接电源正极，b接电源负极，弹簧测力计示数将不变B若将a接电源正极，b接电源负极，弹簧测力计示数将增大C若将b接电源正极，a接电源负极，弹簧测力计示数将减小D若将b接电源正极，a接电源负极，弹簧测力计示数将增大18、如图所示，ab是水平面上一个圆的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电导线ef.已知ef平行于ab，当ef竖直向上平移时，电流磁场穿过圆面积的磁通量将()A逐渐增大 B逐渐减小X k b 1 . c o mC始终为零 D不为零，但保持不变19、在磁感应强度大小为B0，方向竖直向上的匀强