2017-2018学年高中物理 第三章 磁场 第3节 几种常见的磁场教学案 新人教版选修3-1

1、第三节几种常见的磁场1.磁感应线是一条假想线，可以定性地描述磁场的强度和方向。2.电流的磁场方向可以由右手螺旋法则(或安培法则)确定。3.安培提出了分子电流假说，可以解释磁化和退磁等磁现象。4.磁通量的大小为=BS，磁感应强度也可以称为磁通量密度。第一，磁感应线1.定义：用来生动描述磁场强度和方向的假想曲线。2.特征(1)磁感应线的密度表示磁场的强度。磁场强的地方，磁感应线密集；在磁场弱的地方，磁感应线是稀疏的。(2)磁感应线某一点的切线方向表示该点磁感应强度的方向。第二，几种常见的磁场电流的磁场方向可以用安培定律(右手螺旋定律)来判断。1.线性电流的磁场用右手握住导线，使直拇指指向的方向与电

2、流方向一致，弯曲的四个手指指向的方向是磁感应线包围的方向。2.环形电流磁场让右手弯曲的四个手指与环形电流的方向一致，直拇指指向的方向是环形导体轴上磁感应线的方向。3.给螺线管的磁场通电用右手握住螺线管，使弯曲的四个手指与电流方向一致。你的拇指指向的方向是螺线管内部磁场的方向，或者你的拇指指向的方向是其北极的方向。3.安培分子电流假说1.分子电流假说：安培认为原子和分子的粒子中存在一个环电流，即分子电流。分子电流使每一个物质粒子变成一个小磁铁，它的两边相当于两个磁极。2.分子电流假说的意义：它可以解释磁化和退磁现象，并解释磁现象的电学性质。3.像电流的磁场一样，磁铁的磁场是由电荷的运动产生的。4

3、.均匀磁场和磁通量1.均匀磁场(1)定义：磁场在任何地方都具有相同的强度和方向。(2)磁感应线特性：密度均匀的平行直线。2.磁通量(1)定义：均匀磁场中的磁感应强度与垂直于磁场方向的平面面积s的乘积。即=bs。(2)膨胀：当磁场不垂直于平面时，垂直于磁场的平面的投影面积与磁感应强度的乘积表示磁通量。(3)单位：国际单位制为韦伯，缩写为魏，符号为Wb，1wb=1 _ tm2。(4)延伸：B=表示磁感应等于通过单位面积的磁通量，所以磁感应也称为磁通量密度。1.独立思考33，354个句子和一个句子(1)磁感应线为闭合曲线，没有连续位置。()(2)磁感应线可以用细铁屑显示，所以是真实的。()(3)带电

4、直线周围磁场的磁感应线是一个封闭的圆。()(4)通电螺线管周围的磁场类似于条形磁铁周围的磁场。()(5)平面放置在均匀磁场中的任何位置，通过平面的磁通量总是相等的。()(6)除了永磁体，所有磁场都是由运动电荷产生的。()(7)一般物体不是磁性的，因为物体中的分子电流方向是无序的。()2.浅谈的合作与探索(1)一些学生认为磁感应线总是从磁铁的北极指向南极。你这样认为吗？提示：不，在磁体外部，磁感应线从北极指向南极，而在磁体内部，磁感应线从南极指向北极。(2)如果通过一个区域的磁通量等于零，那么那里一定没有磁场。你这样认为吗？提示：不。磁性液体用来生动描述这个领域的假想线实际上并不存在密度磁场的强

5、度切线方向磁场方向相交与否不能相交(电场中不带电的空间不相交)差异无中断闭合曲线未闭合，以正电荷或无穷大开始，以无穷大或负电荷结束1.关于磁感应线，以下说法是正确的()A.两条磁感应线之间的间隙必须没有磁场B.磁感应线不能从南极到北极C.磁场不总是由磁铁产生的D.在两个磁场重叠的区域，磁感应线可能相交分析：C磁感应线是描述磁场的一组假想的方向曲线。曲线上任意点的切线方向表示该点的磁场方向，曲线的密度表示磁场的强度。a不正确。磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场。c是正确的。磁感应线在磁体外部从北极到南极，在磁体内部从南极到北极。磁感应线在任何情况下都不相交，所以B和D是不正确的。2.磁场中某一区域

6、的磁感应线如图332所示，然后()图332A.a和b处的磁感应强度不同，ba bbB.甲、乙处的磁感应强度不同，钡钡C.放在甲处的同一根带电导线的应力必须小于放在乙处的应力在华盛顿没有磁感应线，所以磁感应强度为零分析：选择B。从图中可以看出，B处的磁感应线密集，A处的磁感应线稀疏，所以BA BB，所以A是错的，B是对的；磁场中作用在导线上的力的大小与导线在磁场中的放置方向有关，而不仅仅取决于B和LI的大小，所以C是错误的；磁感应线是用来描述磁场的，但是不可能在所有有磁场的区域都画磁感应线，这和不画磁感应线的效果是一样的，所以D是错的。3.(多选项)在以下关于电场线和磁感应线的陈述中，正确的是(

7、)A.电场线和磁感应线实际上是电场或磁场中存在的线B.磁场中的两条磁感应线不能相交，但复杂电场中的电场线可以相交C.电场线是一条不闭合的曲线，而磁感应线是一条闭合的曲线D.电场线越密集，电场越强，磁感应线越密集，磁场越强分析：CD电场线和磁感应线是为了形象地描述电场和磁场而引入的假想线，但它们实际上并不存在，A错了。两种场线的切线方向表示对应的场方向，两种场线不会相交，所以B是错的。电场线以正电荷或无穷大开始，以负电荷或无穷大结束，而磁感应线从磁体外部的N极指向S极，从磁体内部的S极指向N极，形成闭合曲线。c是正确的。电场线越密集，那里的电场就越强。磁感应线越密，磁场越强，d是正确的。公共磁场

8、分布规律1.普通永磁体的磁场图3332.公共电流磁场右手握尺图形模型横断面视图纵向剖视图线性电流以导线上的任意点为中心垂直于导线的多组同心圆更稀疏，磁场更弱环电流内部磁场比环外磁场更强，磁感应线在出去时变得更稀疏通电螺线管内部是一个均匀的磁场，它比外部更强。方向是从南极到北极。外面就像一块条形磁铁，北极指向南极典型示例如图334所示，三个小磁针a、b和c位于通电螺线管的正上方、内部和右侧。当这些小磁针静止时，小磁针的n极指向()tu 334A.甲、乙、丙都在左边。甲、乙、丙是(2)当小磁针在线性电流的磁场中，或在环形电流通电螺线管内时，小磁针的应力方向应根据小磁针的N极方向与通过该点的磁感应线

9、的切线方向相同来判断。1.如图335所示，磁场中的亥姆霍兹线圈和磁场作用力演示器。图335当一个小磁针悬挂在线圈的中心并与线圈在同一平面上时，当亥姆霍兹线圈以图()所示的方向通过电流时A.小磁针的n极向内转动B.小磁针的北极朝外C.小磁针在纸表面向左摆动d、小磁针在纸面向右摆动分析：选择A，因为线圈中的电流是顺时针方向的，根据安培定律，可以确定线圈内轴上磁感应线的方向是垂直于纸面向内的。然而，小磁针的N极的应力方向与磁感应线的应力方向相同，因此小磁针的N极向内转动。2.如图336所示，A和B是线性电流的磁场，C和D是环形电流的磁场，E和F是通电螺线管的磁场。试着在每个图中画出电流方向或磁感应线

10、方向。图336分析：根据安培定律，可以确定A方向的电流垂直于纸面，B方向从下到上，C方向逆时针，D方向向下，E方向向左，f方向向右答：如图所示磁通量的理解和计算1.磁通量的计算(1)公式：=bs。适用条件：均匀磁场；磁场垂直于平面。(2)如果磁场不垂直于平面，它应该是平面在垂直于磁感应线方向上的投影面积，=bscos 。在公式中，Scos 是平面s在垂直于磁场方向上的投影面积，也称为“有效面积”(如图337所示)。图3372.正负磁通量(1)磁通量是标量，但它有正值和负值。当磁感应线从某一表面穿透时，磁通量为正，当磁感应线从该表面穿透时，磁通量为负。(2)如果磁感应线同时以相反的方向穿过同一个

11、平面，正向磁通为 1，反向磁通为 2，那么穿过平面的组合磁通= 1- 2。3.磁通量的变化(1)当b不变且有效面积S变化时， =b S.(2)当b变化而s保持不变时， = bs。(3)如果B和S同时变化， = 2- 1。但此时， b s。示例如图338所示，存在垂直于纸张表面的均匀磁场，并且磁感应强度为b=0.8t，图338磁场有明显的圆形边界，中心为0，半径为10厘米。现在，将圆形线圈A、B和C(图中未示出)放置在纸上，线圈O的中心和线圈A的半径为1 cm，总共10匝；线圈b的半径是2厘米，只有一圈。线圈c的半径为0.5厘米，只有一圈。(1)当磁感应强度b降低到0.4 T时，线圈a和b中的磁

12、通量变化有多大？(2)当磁场方向旋转30度时，C线圈中的磁通量变化多少？分析 (1)对于线圈a，有 1=b1 r和 2=b2 r。因此，线圈a的磁通量变化量为A=|2-1 |=(0.8-0.4)3.1410-4 Wb=1.25610-4 Wb线圈b的磁通量变化量为B=(0.8-0.4)3.14(210-2)2 Wb=5.02410-4 Wb .(2)对于线圈c，1=br；磁场方向旋转30度，线圈垂直于磁场方向的投影面积为rcos 30，然后 2=b rcos30，因此磁通量的变化为c=br(1-cos 30)=0.83.14(510-3)2(1-0.866)WB=8.410-6 WB。回答 (

13、1) 1.25610-4WB 5.02410-4WB(2)8.410-6 Wb磁通量大小的分析与判断1.定量计算用公式=bs定量计算，计算磁通量时应注意的问题：(1)确认磁场是否均匀和强，并知道磁感应强度。(2)平面的面积S应该是磁感应线p穿过的有效面积1.如图339所示，具有相同面积的两个闭合线圈S1(左)和S2(右)置于垂直磁场中。图339从图中可以看出，通过线圈S1和S2的磁通量的大小关系是正确的()A.穿过线圈S1的磁通量相对较大B.通过线圈S2的磁通量相对较大C.穿过S2 S1线圈的磁通量是相同的D.无法相比分析：选择A时，有很多磁感应线通过线圈S1，所以通过线圈S1的磁通量比较大。

14、2.如图3的310所示，两个同心放置的平面金属环，其中条形磁体穿过圆心并垂直于两个环的平面，穿过两个环的磁通量 a和 b之间的关系是()图3310a .a b b .a bC. A= B D。不确定分析：穿过环的磁通量被选择为穿过环的磁感应线的数量。首先，条形磁铁的磁感应线分布清晰。此外，应该注意磁感应线是闭合曲线。条形磁铁的磁感应线在磁铁内部从南极到北极，在磁铁外部从南极到南极。由于内部存在许多磁感应线，所以外部整个空间中的许多磁感应线与内部磁感应线形成闭合曲线。对于两个环，磁体内部的磁感应线都穿过环，磁通量将抵消掉外部磁感应线穿过的部分，因此面积越大，磁通量越小。3.如图3311所示，均匀磁场的磁感应强度为B，方向与水平方向的夹角为30。在图中的实线位置，一个面积为S的矩形线圈位于磁场中，并在其一侧(图中的虚线位置)从水平位置转向垂直位置。在这个过程中磁通量变化的幅度是()图3311A.理学士C.英国标准D.2BS分析：选择C，当线圈处于水平位置时，通过线圈的磁通量为正，则 1=bssin 30=b