第一单元物理磁场及其描述

第1课时磁场及其描述考点自清一、磁场、磁感应强度1.磁场

(1)基本特性:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有

的作用. (2)方向:小磁针的

所受磁场力的方向.磁场力N极第八章磁场

(3)方向:小磁针静止时

的指向.3.安培的分子电流假说 安培认为,在原子、分子等物质微粒的内部,存在着一种

——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

(如图1所示).N极环形电流两个磁图12.磁感应强度

(1)物理意义:描述磁场

. (2)大小:B=(通电导线垂直于磁场). 强弱和方向极二、磁感线及几种常见的磁场分布1.磁感线:在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一点的

方向都跟这点的磁感应强度的方向一致.2.几种常见的磁场

(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图2所示)切线图2(2)几种电流周围的磁场分布直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点无磁极、非匀强且距导线越远处磁场与条形磁铁的磁场相似,管内为匀强磁场且磁场

,管外为非匀强磁场环形电流的两侧是N极和S极且离圆环中心越远,磁场越弱最强越弱定培定则立体图横截面图

纵截面图(3)匀强磁场:在磁场的某些区域内,磁感线为

的平行线,如图3所示.同向、等密图3(4)地磁场①地磁场的N极在地球

附近,S极在地球

附近,磁感线分布如图4所示.②地磁场B的水平分量(Bx)总是从地球

指向

,而竖直分量(By)则南北相反,在南半球垂直地面向上,在北半球垂直地面向下.南极北极图4南极北极③在赤道平面上,距离地球表面高度相等的各点,磁感应强度

,且方向水平

.相等向北名师点拨(1)应用安培定则判断直线电流的磁场方向和判断环形电流的磁场方向时,四指、大拇指指向的意义正好相反.(2)磁场是分布在立体空间的,要熟练掌握常见磁场的磁感线的立体图和纵、横截面的画法.热点一磁感线和电场线的比较

热点聚焦磁感线电场线相似点引入目的都是为了形象的描述场而引入的假想曲线,实际不存在疏密意义都能定性描述场的强弱切线方向都是表示该点场的方向是否相交不相交不同点闭合曲线,外部由N→S,内部由S→N

起始于正电荷(或无穷远),终止于负电荷(或无穷远)

特别提示虽然磁感线和电场线的疏密都能形象地表示相应场的强弱,但应注意:(1)只有在同一个图中才能根据磁感线或电场线的疏密判定各处相应场的强弱.(2)没有画出磁感线或电场线的地方并不表示那里没有磁场或电场存在.热点2对磁感应强度B=

的理解1.磁感应强度由磁场本身决定,就像电场强度由电场本身决定一样,跟该位置放不放通电导线无关.2.不能根据公式B=就说B与F成正比,与IL成反比.3.磁感应强度B的定义式也是其度量式,但用来测量的小段通电导线必须垂直放入磁场,如果小段通电直导线平行放入磁场,所受安培力为零,但不能说该点的磁感应强度为零.

4.磁感应强度是矢量,其方向是放入其中的小磁针静止时N极的指向,不是磁场中电流所受磁场力的方向,而是与受到磁场力的方向垂直.5.磁感应强度B与电场强度E的比较 电场强度E是描述电场的力的性质的物理量,磁感应强度B是描述磁场的力的性质的物理量.这两个物理量比较如下表所示:磁感应强度B

电场强度E

物理意义描述磁场的力的性质的物理量描述电场的力的性质的物理量定义式B=(通电导线与B垂直)

E=方向磁感线切线方向,小磁针N极受力方向电场线切线方向,放入该点正电荷受力方向大小决定因素由磁场决定,与检验电流无关由电场决定,与检验电荷无关场的叠加合磁感应强度等于各磁场的B的矢量和合场强等于各个电场的场强E的矢量和单位1T=1N/(A·m)1V/m=1N/C

特别提示由上表可以看出,磁感应强度和电场强度有很多相似之处,但更应注意两者的区别:（1）电场强度的方向和电荷受力方向相同或相反,而磁感应强度的方向和电流受力方向垂直.(2)电荷在电场中一定受电场力,而电流在磁场中不一定受磁场力.

题型1安培定则的应用【例1】

如图5所示,直导线AB、 螺线管C、电磁铁D三者相距较远,

它们的磁场互不影响,当开关S闭合 后,则小磁针的北极N(黑色一端)指 示出磁场方向正确的是() A.a、c B.b、c C.c、d D.a、d

根据安培定则判断直导线AB、螺线管C和电磁铁D周围的磁场方向,再根据小磁针静止时N极的指向就是磁场的方向确定选项.题型探究图5思路点拨解析

据安培定则判断出(1)AB直导线磁场在小磁针a所在位置垂直纸面向外,所以磁针a的N极指向正确;(2)C左侧为N极,内部磁场向左,所以磁针c的N极指向正确,磁针b的N极指向不对;(3)D左为S极,右为N极,所以磁针d的N极指向也不正确.答案

A规律总结

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线方向.变式练习1

如图6所示是云层之间闪电的模拟图,图中A、B是位于南、北方向带有电荷的两块阴雨云,在放电的过程中,在两云的尖端之间形成了一个放电通道,发现位于通道正上方的小磁针N极转向纸里,S极转向纸外,则关于A、B带电情况的说法中正确的是

( )A.带同种电荷 B.带异种电荷C.B带正电 D.A带正电解析

A、B放电相当于通电直导线,小磁针在通电直导线的上方,根据题意可以判断上方磁场方向指向纸里,因此可以判断放电电流由北向南,即A带正电,B带负电.

图6BD题型2磁场的叠加问题【例2】

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7所示.

现在使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?图7思维导图安培定则三个电流到O点的距离三个电流在O点产生的磁场强弱与方向三个电流产生的磁场叠加O处磁感应强度的大小和方向解析

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,I2在O点处产生的磁感应强度方向与它们相垂直.由B1、B2、B3大小相等均为B可知,O点处实际磁感应强度的大小B0==B,方向在三角形面内与斜边夹角θ=arctan2.如右图所示.答案

B,方向与三角形斜边夹角θ=arctan2方法提炼

空间中磁场叠加,在某一点的磁场方向即该点的磁感应强度的方向只有一个,即合磁场方向,应用平行四边形定则来求.

自我批阅(14分)半径为r,电流为I1的通电圆环圆心a处的磁感应强度为B,在圆环下方距圆心a为L的地方水平放置一根电流为I2的无限长直导线MN时,圆环圆心a处的磁感应强度变为零,设圆环平面与长直导线在同一竖直平面内如图10所示,求:图10(1)根据对称性,直导线电流I2在导线正下方L处的b点产生的磁感应强度大小是多少?方向如何?(2)如果把圆环平移到b点,使圆环的圆心与b点重合,则圆环电流与直线电流在b点产生的合磁场的磁感应强度大小是多少?方向如何?解析

(1)圆环电流在圆心a处产生的磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外,加上直导线后,a处的磁感应强度为零,说明直导线I2在a处产生的磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里.(4分)又因为a、b两点到直导线的距离相等,因此,直导线I2在b点产生的磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外.(4分)

(2)当把圆环平移到b点后,圆环在b点产生的磁感应强度为B,方向垂直纸面向外;和直导线I2在b点产生的磁感应强度合成后,可得:b点的磁感应强度大小为2B,方向垂直纸面向外.(6分)答案

(1)B垂直纸面向外(2)2B垂直纸面向外素能提升1.下列说法正确的是 ( )A.一切电荷的周围都存在磁场B.磁铁吸引铁棒,说明磁铁周围的磁场对铁棒有力的作用,由于铁棒周围没有磁场,因而对磁铁无磁力作用C.铁棒内分子电流取向变得大致相同时,对外就显出磁性D.沿磁感线的方向,磁场逐渐减弱

解析

只有运动电荷周围才有磁场,故A错误;磁铁吸引铁棒,铁棒被磁化,其周围也有磁场,对磁铁有磁力的作用,故B错误;根据分子电流假说,当物体内分子电流取向大致相同时,对外就显出磁性,故C

正确;磁感线的疏密程度表示磁场的强弱,故D错误.

答案

CB.电流元IL在磁场中受力为F,则磁感应强度可能大 于或等于C.磁场中电流元受力大的地方,磁感应强度一定大D.磁场中某点磁感应强度的方向,与电流元在此点的 受力方向相同2.关于磁感应强度的概念,以下说法中不正确的有

( )A.电流元IL在磁场中受力为F,则磁感应强度B一定等于解析

判断磁感应强度的大小,需要在电流元受力最大的前提下进行,选项A、B中的力F可能小于或等于最大受力,因此,磁感应强度B可能大于或等于

;电流元在磁场中受力与其放置方位有关,因此电流元受力大的地方,磁感应强度不一定大;磁场的方向规定为小磁针N极受力方向,与电流元受力方向不相同.

答案

ACD4.如图11所示,若一束电子沿y轴正 方向移动,则在z轴上某点A的磁场 方向应该() A.沿x轴的正向

B.沿x轴的负向

C.沿z轴的正向

D.沿z轴的负向

解析

电子沿y轴正方向移动,相当于电流方向沿y轴负方向移动,根据安培定则可判断在z轴上A点的磁场方向应该沿x轴的负方向.故选项B正确.

图11B5.取两个完全相同的长导线,用其中一根绕成如图12(a)所示的螺线管,当该螺线管中通以电流强度为I的电流时,测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B；若将另一根长导线对折后绕成如图(b)所示的螺线管,并通以电流强度也为I的电流时,则在螺线管内中部的磁感应强度大小为() A.0 B.0.5B C.B D.2B

图12

解析

图(b)中螺线管上的长导线可等效为两个通过等大反向电流的通电螺线管,两螺线管电流方向相反,由安培定则可知在螺线管中部产生的磁感应强度也是大小相等方向相反的,所以螺线管中部磁感应强度为零.

答案

A6.三根完全相同的长直导线互相平 行,通以大小和方向都相同的电 流.它们的截面处于一个正方形

abcd的三个顶点a、b、c处,如图

13所示.已知每根通电长直导线 在其周围产生的磁感应强度与距 该导线的距离成反比,通电导线b在d处产生的磁场其磁感应强度大小为B,则三根通电导线产生的磁场在d处的总磁感应强度大小为 () A.2B B.3B C.2.1B D.3.8B图13

解析

a、b、c三根导线在d处形成的磁感应强度为Ba、Bb和Bc,设正方形边长为