高中物理 第三章 第3节几种常见的磁场课件 新人教版选修31.ppt

磁场是一种特殊的物质 不能为人们所看见 英国科学家法拉第在对磁场的描述方面表现出很强的想像力 为了 看见 磁场 法拉第在纸板上均匀洒满细小的铁屑 在其下放置磁铁 然后轻敲纸板 磁化后的铁屑在磁力的作用下就清清楚楚地呈现出 磁感线 来 如下图所示 1 为了描述磁场 在磁场中画出的一些有的曲线 在这些曲线上 每一点的磁场方向都在该点的方向上 这样的曲线叫做 2 几种常见的磁场 通电直导线周围的磁场 环形电流的磁场和通电螺线管的磁场 磁感线的方向都可以用判定 方向 磁感线 安培定则 切线 3 匀强磁场是 处处相同的磁场 距离很近的两个异名磁极之间的磁场 两个平行放置的 其中间区域的磁场都是匀强磁场 4 安培认为 在原子 分子等物质微粒的内部存在着一种环形电流 分子电流使每个微粒都成为微小的磁体 它的两侧相当于 5 面积为s的平面 垂直匀强磁场b放置 则b与s的叫做穿过这个面的磁通量 用表示 强弱 方向 线圈通电时 分子电流 两个磁极 乘积 1 定义 如果磁场中画出一些曲线 使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致 这样的曲线就叫做磁感线 2 对磁感线的认识与理解 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 磁感线的疏密表示磁场的强弱 磁感线较密的地方磁场较强 磁感线较疏的地方磁场较弱 磁感线不能相交 也不能相切 没有画磁感线的地方 并不表示那里就没有磁场存在 通过磁场中的任意一点总能而且只能画出一条磁感线 磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线 3 磁感线与电场线的比较 特别提醒 1 从电场 磁场的概念理解两种场线的相似点 矢量性 线的切线 强弱 线的疏密 方向的惟一性 空间任一点场线不相交 2 从两种场线的区别理解两种场的区别 电场线 电荷有正负 电场线有始终磁感线 n s极不可分离 磁感线闭合 两条磁感线为什么不相交 答案 在某一点的磁场方向是惟一确定的 这样 用于描述磁场的磁感线也是惟一的 即在空间两条磁感线不可能相交 1 通电直导线周围磁场 用右手握住导线 让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致 那么 弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向 如图 2 环形电流产生的磁场 让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致 那么 伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上的磁感线的方向 如图 3 通电螺线管产生的磁场 用右手握住螺线管 让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致 大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向 因通电螺线管产生的磁场类似于条形磁铁 所以大拇指所指的方向也可以说成磁铁北极 n极 如图 4 几种特殊场的磁感线分布 特别提醒 1 应用安培定则判定电流的磁场时 直线电流是判定导线之外磁场的方向 环形电流和通电螺线管判定的是线圈轴线上磁场的方向 2 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 在下图中 分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针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 答案 用安培定则来判断 分别如下图所示 1 安培分子电流假说的内容安培认为 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 分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体 分子的两侧相当于两个磁极 见下图 2 安培假说对有关磁现象的解释 磁化现象 磁体的退磁 磁现象的电本质 磁铁的磁场和电流的磁场一样 都是由电荷的运动产生的 特别提醒 安培提出分子电流假说时 人们还不知道物质的微观结构 电子绕原子核高速旋转 所以称为假说 但现在我们知道分子电流假说是真理 分子电流假说揭示了电和磁的本质联系 2009 济南模拟 如图所示 质量为m的回形针系在细线下端被磁铁吸引保持静止 此时细线与竖直方向的夹角为 则下列说法正确的是 a 回形针静止时受到的磁铁对它的磁力大小为mgtan b 回形针静止时受到的细线的拉力大小为mgcos c 现用点燃的火柴对回形针加热 过一会发现回形针不被磁铁吸引了 原因是回形针加热后 分子电流排列无序了d 现用点燃的火柴对回形针加热 过一会发现回形针不被磁铁吸引了 原因是回形针加热后 分子电流消失了解析 回形针静止时受到的磁铁对它的磁力大小和方向都不确定 拉力大小也不能确定 故a b错误 对回形针加热 回形针磁性消失是因为分子电流排列无序了 所以选项c正确 d错误 答案 c 在磁场的某个区域内 如果各点的磁感应强度大小和方向都相同 这个区域内的磁场叫匀强磁场 在匀强磁场中 磁感线是一组平行且等距的直线 1 定义 磁感应强度b与垂直磁场方向的面积s的乘积叫做穿过这个面的磁通量 2 定义式 bs注 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 bssin 或 bscos 3 单位在国际单位制中 磁通量的单位是韦伯 简称韦 符号 wb1wb 1t m2 4 磁通密度 由 bs得b s 叫做磁通密度 单位 wb m2 关系 1t 1wb m2 1n a m 特别提醒 1 磁通量的正负 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 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 1 2 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 误区1 不能正确认识形象描述磁场的磁感线与形象描述电场的电场线两者的相同点与不同点 点拨 明确磁感线和电场线的疏密分别表示磁场和电场的强弱 切线方向分别表示磁场和电场的方向 在这点上两者具有相似之处 但磁感线是闭合的曲线 在磁体外部从n极指向s极 在磁体内部则从s极指向n极 而电场线是不闭合曲线 只从正电荷指向负电荷 或从正电荷指向无穷处 从无穷远指向负电荷 这是两者的不同之处 误区2 应用安培定则时 分不清 因 果 关系 点拨 分清 因 和 果 在判定直线电流的磁场的方向时 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 电流方向 拇指指 结果 环内沿中心轴线的磁感线方向 关于磁场和磁感线的描述 下列哪些是正确的 a 磁感线从磁体的n极出发到磁体的s极终止b 自由转动的小磁针放在通电螺线管内部 其n极指向螺线管的北极c 磁感线的方向就是磁场方向d 两条磁感线空隙处不存在磁场 解析 磁感线与电场线不同 它是一条闭合曲线 在磁体的外部由n极到s极 而在磁体的内部则由s极到n极 故选项a是不正确的 螺线管内部的磁感线和条形磁铁相似 是由s极到n极 即磁场方向也就是从s极指向n极 所以放置其中的小磁体n极必然是指向磁场方向 即螺线管的北极 故选项b正确 只有磁感线是直线时 磁感线的方向才与磁场方向一致 如果磁感线是曲线 那么某点的磁场方向是用该点的切线方向来表示的 故选项c不正确 磁感线是为研究问题方便而假想的曲线 磁场中磁感线有无数条 故提出两条磁感线之间是否有空隙 是否存在磁场等类似的问题是毫无意义的 故选项d不正确 答案 b点评 要明确磁感线的物理意义 关于磁场和磁感线的描述 下列说法正确的是 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 也是客观存在的特殊物质b 磁感线用来形象地描述磁场中各点的磁场的强弱和方向c 磁感线是从磁铁的n极出发 终止于s极d 磁感线是闭合的环形线 总是环绕电流而存在 答案 abd解析 场 包括电场 磁场等 是物质存在的一种形式 根据磁现象的电本质学说 磁极之间 磁极与电流之间 电流之间的相互作用都是通过磁场而发生的 人们人为地引入磁感线来形象地描述磁场 磁感线与电场线有本质的差异 磁感线是一些闭合环形线 环绕着电流而存在 而电场线是起始于正电荷 终止于负电荷 有始有终 磁感线与电场线的区别 也揭示了磁场与电场是性质不同的两种场 解析 根据安培定则 可以确定a中电流方向垂直纸面向里 b中电流的方向从下向上 c中电流方向是逆时针 d中磁感线的方向向下 e中磁感线方向向左 f中磁感线的方向向右 点评 使用安培定则时要注意对于直线电流和环形电流右手拇指和四指各指向什么方向 同时要搞清楚所给图示是平面图还是投影图 放在通电螺线管里面的小磁针保持静止时 n极的指向是怎样的 两位同学的回答相反 甲说 小磁针的位置如下图 a 因为管内的磁感线向右 所以小磁针的n极指向右方 乙说 小磁针的位置如图 b 他的理由是通电螺线管的n极在右侧 根据异名磁极相吸引可知 小磁针的s极指向右方 你的看法是怎样的 他们谁的答案错了 错在哪里 答案 在磁场中保持静止的小磁针 它的n极一定指向磁感线的方向 甲回答的根据是对的 因此结论是正确的 乙的说法只适用于小磁针在螺线管外部 因此乙的结论是错误的 磁铁在高温下或者受到敲击时会失去磁性 根据安培的分子电流假说 其原因是 a 分子电流消失b 分子电流取向变得大致相同c 分子电流取向变得杂乱d 分子电流减弱解析 根据安培的分子电流假说 当分子电流取向变得大致相同时 对外显示磁性 当温度升高或者受到敲击时 分子发生运动 分子电流变得紊乱无序 对外不能显示磁性 答案 c点评 安培的分子电流假说不仅解决了磁现象的电本质问题 同时对我们在生活生产中也很有指导作用 让我们知道了如何充磁 如何退磁 如图所示 用磁铁的n极靠近铁棒时 发现小磁针的s极被铁棒吸过来 这是由于 a 铁棒在磁铁的磁场中被磁化了b 铁棒两端出现感应电荷c 铁棒内的分子电流取向杂乱无章造成的d 铁棒内的分子电流的取向变得大致相同造成的答案 ad 如图所示线圈平面与水平方向成 角 磁感线竖直向下 设磁感应强度为b 线圈面积为s 则穿过线圈的磁通量 解析 线圈平面abcd与磁感应强度b方向不垂直 不能直接用 bs计算 处理时可以用不同的方法 方法一 把s投影到与b垂直的方向 即水平方向 如图中a b cd s scos 故 bs bscos 方法二 把b分解为平行于线圈平面的分量b 和垂直于线圈平面的分量b 显然b 不穿过线圈 且b bcos 故 b s bscos 答案 bscos 点评 在应用 bs计算磁通量时 要特别注意b s的条件 根据实际条件选择不同的方法 2009 辽宁五校高二检测 条形磁铁竖直放置 闭合圆环水平放置 条形磁铁中心线穿过圆环中心 如图所示 若圆环为弹性环 其形状由 扩大到 那么圆环内磁通量的变化情况是 a 磁通量增大b 磁通量减小c 磁通量不变d 条件不足 无法确定答案 b 解析 磁通量是磁感应强度b与垂直于磁场方向的面积sn的乘积 bsn 亦表示穿过磁场中某面s的磁感线的总条数 但并不表示磁场的强弱和方向 如图所示情况 取分别与条形磁铁轴线垂直的两个面积s2 s1 其中每个面积上磁感线的总条数均等于在磁铁横截面s0上穿过的磁感线条数与在磁铁外部 s s0 面上反向穿过的磁感线条数的代数和 由条形磁铁磁场的磁感线分布形状和面积 s2 s0 s1 s0 显然可知 此情况下 2 1 因此b项正确 你见过只有一个磁极的磁铁吗 能否将一条形磁铁折断得到单个磁极 如下图 为什么 解析 磁铁有磁性是因为内部分子电流取向一致使一端表现为n极 一端为s极 当折断后 磁铁内部的分子电流仍然是原来的取向 因此折断后的部分 保留端极性不变 折断端极性与保留端相反 点评 磁铁上磁性特别强的区域称为磁极 n极与s极相互依存而不可分离 迄