高二物理第3章第3節(jié)《幾種常見的磁場》課件（新人教選修3-1）

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歡迎進入物理課堂 第三章磁場 同步導學方案 課后強化演練 第3節(jié)幾種常見的磁場 1 定義 在磁場中畫出一些曲線 使曲線上每一點的切線方向都跟這點的磁感應強度的方向一致 這樣的曲線就叫做磁感線 2 性質(zhì) 1 磁感線在磁體的外部從北極 N極 指向南極 S極 在磁體的內(nèi)部則是由南極指向北極 形成一條閉合曲線 2 磁感線密集的地方磁場強 稀疏的地方磁場弱 3 磁感線的切線方向即為該點的磁場方向 4 任意兩條磁感線不能相交 3 磁感線與電場線的比較 1 在沒畫磁感線的地方 并不表示沒有磁場存在 2 若多個磁體或電流的磁場在空間某區(qū)域疊加 磁感線描述的是疊加后的磁場的磁感線分布情況 不能認為該區(qū)域有多條磁感線相交 1 常見永磁體的磁場 如圖 2 電流的磁場 1 直線電流的磁場 安培定則 右手螺旋定則 右手握住導線 讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致 彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向 如圖甲所示 直線電流的磁場可有幾種不同的畫法 如圖乙所示 圖中的 號表示磁場方向垂直紙面向里 表示磁場方向垂直紙面向外 直線電流的磁場強弱與距離導線的距離有關 離導線越近 磁場越強 離導線越遠 磁場越弱 2 環(huán)形電流的磁場 環(huán)形電流的 安培定則 讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致 伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導線軸線上磁感線的方向 如圖丙所示 環(huán)形電流的磁場可有幾種不同的畫法 如圖丁所示 環(huán)形電流的磁場類似于條形磁鐵的磁場 其兩側(cè)分別對應是磁場的N極和S極 由于磁感線均為閉合曲線 所以環(huán)內(nèi) 外磁感線條數(shù)相等 故環(huán)內(nèi)磁場強 環(huán)外磁場弱 3 通電螺線管的磁場 通電螺線管的 安培定則 右手握住螺線管 讓彎曲的四指所指的方向與電流方向一致 大拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部的磁感線方向 如圖a所示 幾種常用的磁感線不同的畫法 如圖b所示 通電螺線管的磁場分布 外部與條形磁鐵外部的磁場分布情況相同 兩端分別為N極和S極 管內(nèi) 邊緣除外 是勻強磁場 磁場方向由S極指向N極 有的同學誤認為判斷螺線管內(nèi)部小磁極N極的受力或N極的指向時 仍然可以用 同名磁極相斥 異名磁極相吸 辨析 在初中學過的同名磁極相排斥 異名磁極相吸只能適用于磁體外部 在螺線管內(nèi)部不適用 在高中階段任何情況下小磁針N極受力方向均與磁場方向一致 1 內(nèi)容 所有磁現(xiàn)象都可以歸結(jié)為運動電荷 電流 之間通過磁場而發(fā)生的相互作用 在原子 分子等物質(zhì)微粒內(nèi)部 存在著一種環(huán)形電流 分子電流 分子電流使每個物質(zhì)微粒都成為微小的磁體 它的兩側(cè)相當于兩個磁極 如圖所示 2 對有關磁現(xiàn)象的解釋 1 磁化 軟鐵棒未被磁化前 內(nèi)部分子電流取向雜亂無章 磁場相互抵消 對外界不顯磁性 在外界磁鐵的磁化下 內(nèi)部各分子電流取向一致 形成磁極 2 失磁 由于激烈的分子熱運動或機械運動使分子電流取向變得雜亂無章的結(jié)果 磁化的實質(zhì)就是分子電流取向由無序變?yōu)橛行?1 如果磁場的某一區(qū)域里 磁感應強度的大小和方向處處相同 這個區(qū)域的磁場叫勻強磁場 2 產(chǎn)生方法 1 距離很近的兩個異名磁極之間的磁場 除邊緣部分外 2 通電螺線管內(nèi)部的磁場 除邊緣部分外 3 相隔一定距離的兩個平行放置的線圈通電時 其中間區(qū)域的磁場 1 定義 設在磁感應強度為B的勻強磁場中 有一個與磁場方向垂直的平面 面積為S 我們把B與S的乘積叫做穿過這個面積的磁通量 簡稱磁通 用字母 表示 2 公式 BS 1 適用條件 a 勻強磁場 b 磁感線與平面垂直 2 在勻強磁場B中 若磁感線與平面不垂直 公式 BS中的S應為平面在垂直于磁感線方向上的投影面積 BScos 式中Scos 即面積S在垂直于磁感線方向的投影 我們稱為 有效面積 磁通量也可理解為穿過某面積的磁感線的條數(shù) 當有方向相反的兩簇條數(shù)相同的磁感線穿過某面積時 該面積上的磁通量為零 3 單位 國際制單位為韋伯 簡稱韋 符號Wb 1Wb 1T m2 4 物理意義 磁通量表示穿過這個面的磁感線條數(shù) 對于同一個平面 當它跟磁場方向垂直時 磁場越強 穿過它的磁感線條數(shù)越多 磁通量就越大 當它跟磁場方向平行時 沒有磁感線穿過它 則磁通量為零 6 磁通量的正 負 1 磁通量是標量 但有正 負 當磁感線從某一面上穿入時 磁通量為正值 則磁感線從此面穿出時即為負值 2 若同時有磁感線沿相反方向穿過同一平面 且正向磁通量大小為 1 反向磁通量大小為 2 則穿過該平面的磁通量 1 2 穿過某一面積的磁通量是由穿過該面的磁感線條數(shù)的多少決定的 與匝數(shù)無關 磁場中某區(qū)域的磁感線如圖所示 則 A a b兩處的磁感應強度的大小不等 Ba BbB a b兩處的磁感應強度的大小不等 Ba BbC 同一通電導線放在a處受力一定比放在b處受力小D a處沒有磁感線 所以磁感應強度為零 解析 由圖可知b處的磁感線較密 a處的磁感線較疏 所以Ba Bb 故A錯 B對 通電導線在磁場中受力的大小與導線在磁場中的放置方向有很大關系 而不是僅僅取決于B與LI的大小 故C錯 磁感線是用來描述磁場的 而又不可能在存在磁場的區(qū)域內(nèi)全部畫磁感線 那樣將會與不畫磁感線產(chǎn)生相同的效果 故D錯 答案 B 方法總結(jié) 磁感線的疏密反映磁場的強弱 磁感線越密的地方表示磁場越強 磁感線越疏的地方表示磁場越弱 磁感線上每一點的切線方向就是該點的磁場方向 下列關于磁感線的敘述 正確的是 A 磁感線是真實存在的 細鐵屑撒在磁鐵附近 我們看到的就是磁感線B 磁感線始于N極 終于S極C 磁感線和電場線一樣 不能相交D 沿磁感線方向磁場減弱 解析 磁感線是為了形象地描繪磁場而假設的一組有方向的曲線 曲線上每一點的切線方向表示磁場方向 曲線疏密表示磁場強弱 在磁鐵外部磁感線從N極出來進入S極 在磁鐵內(nèi)部從S極到N極 磁感線不相交 故選C 答案 C 如圖所示 環(huán)形導線周圍有三只小磁針a b c 閉合開關S后 三只小磁針N極的偏轉(zhuǎn)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 解析 開關閉合后 環(huán)形電流中存在順時針方向的電流 根據(jù)安培定則可判知 環(huán)內(nèi)磁場方向垂直于紙面向里 環(huán)外磁場方向垂直于紙面向外 磁場的方向就是小磁針靜止時N極的指向 所以小磁針b向里偏轉(zhuǎn) 小磁針a c向外偏轉(zhuǎn) 答案 D 方法總結(jié) 安培定則的應用 1 幾個方向的一致性 磁感線方向 磁場方向和能自由轉(zhuǎn)動的小磁針靜止時N極所指的方向 三者是一致的 2 安培定則 右手螺旋定則 應用時注意的幾點 分清 因 和 果 在判定直線電流的磁場的方向時 大拇指指 原因 電流方向 四指指 結(jié)果 磁場繞向 在判定環(huán)形電流磁場方向時 四指指 原因 電流繞向 大拇指指 結(jié)果 環(huán)內(nèi)沿中心軸線的磁感線方向 即指N極 優(yōu)先采用整體法 一個任意形狀的閉合電流 如三角形 矩形 的磁場 從整體效果上可等效為環(huán)形電流的磁場 如圖各圖中 分別給出了導線中的電流方向或磁場中某處小磁針N極的指向或磁感線方向 請畫出對應的磁感線 標上方向 或電流方向 解析 如果已知電流的方向 可用安培定則判斷磁感線的方向 如果已知小磁針指向 那么小磁針N極所指方向就是磁感線方向 答案 如下圖所示 利用安培分子電流假說可以解釋下列哪些現(xiàn)象 A 永久磁鐵的磁場B 直線電流的磁場C 環(huán)形電流的磁場D 軟鐵被磁化產(chǎn)生的磁場 解析 分子電流是由微觀粒子定向做勻速圓周運動引起的 它不同于宏觀意義上的直線電流 環(huán)形電流 安培分子電流假說是用來說明磁鐵磁場的起源的 所以正確選項為A D 答案 AD 方法總結(jié) 1 所有磁現(xiàn)象都是電荷運動產(chǎn)生的 2 分子電流的兩側(cè)相當于兩個磁極 3 分子電流取向大致相同時顯示較強磁性 雜亂無章時不顯磁性 一根軟鐵棒在磁場中被磁化 這是因為 A 軟鐵棒中產(chǎn)生了分子電流B 軟鐵棒中分子電流取向雜亂無章C 軟鐵棒中分子電流消失D 軟鐵棒中分子電流取向變得大致相同 解析 軟鐵棒中的分子電流是一直存在的 并不是因為有了外界磁場作用而產(chǎn)生或消失 所以A C錯誤 根據(jù)磁化過程的實質(zhì) 可知B錯 D對 答案 D 勻強磁場中的一個與磁場方向垂直放置的矩形線圈 面積為S 磁場的磁感應強度為B 在它繞對稱軸從如圖所示位置轉(zhuǎn)過180 的過程中 求穿過該線圈磁通量的變化量 解析 起始狀態(tài)的磁通量 1 BS 末態(tài)的磁通量大小 2 BS 但初態(tài)是從正面穿入 末態(tài)則從反面穿出 若初態(tài) 1為負 則 2為正 非矢量 類似正 負功的正 負意義 所以 BS BS 2BS 而不是零 答案 見解析 方法總結(jié) 1 確定磁場是否為勻強磁場 2 勻強磁場中 若B垂直S 則可利用公式 BS計算磁通量 若B與S不垂直 則有以下兩種計算方法 方法一 面積代入S在垂直磁場方向的投影 方法二 磁感應強度代入B垂直S方向的分量 3 磁通量是標量 但有正負 若規(guī)定磁感線從正面穿過線圈為正值 那么磁感線從反面穿過線圈為負值 4 求磁通量變化量 時 2 1 注意 2 1分別帶有正 負號 但結(jié)果只考慮大小 所以取絕對值 如圖所示 在條形磁鐵中部垂直套有A B兩個圓環(huán) 設通過線圈A B的磁通量為 A B 則 A A BB A BD 無法判斷 解析 在條形磁鐵的周圍 磁感線是從N極出發(fā) 經(jīng)外空間磁場由S極進入磁鐵內(nèi)部 在磁鐵內(nèi)部的磁感線從S極指向N極 又因磁感線是閉合的平滑曲線 所以條形磁鐵內(nèi)外磁感線條數(shù)一樣多 從下向上穿過A B環(huán)的磁感線條數(shù)一樣多 而從上向下穿過A環(huán)的磁感線多于B環(huán) 則從下向上穿過A環(huán)的凈磁感線條數(shù)小于B環(huán) 所以B環(huán)的磁通量大于A環(huán)的磁通量 答案 B 2011 高考全國卷 如圖 兩根相互平行的長直導線分別通有方向相反的電流I1和I2 且I1 I2 a b c d為導線某一橫截面所在平面內(nèi)的四點 且a b c與兩導線共面 b點在兩導線之間 b d的連線與導線所在平面垂直 磁感應強度可能為零的點是 A a點B b點C c點D d點 解析 磁感應強度為矢量 兩導線在d處產(chǎn)生的磁感應強度成一定角度 則d處磁感應強度一定不為零 根據(jù)右手安培定則可知 兩導線在b處產(chǎn)生的磁感應強度方向相同 則b處磁感應強度的矢量和一定不為零 兩導線在a處產(chǎn)生的磁感應強度方向相反 由于I1 I2 可知I1在a處產(chǎn)生的磁感應強度大于I2在a處產(chǎn)生的磁感應強度 故a處磁感應強度的矢量和一定不為零 同理 兩導線在c處產(chǎn)生的磁感應強度方向相反 由于I1 I2且I1距離c處較遠 可知I1在c處產(chǎn)生的磁感應強度的大小可能等于I2在c處產(chǎn)生的磁感應強度的大小 故c處磁感應強度的矢量和可能為零 選項C正確 答案 C 方法總結(jié) 解答本題時應把握以下三點 1 直線電流的磁感線為以直線電流為圓心的同心圓 2 電流周圍各點的磁感應強度的大小與電流大小和離電流的遠近有關 3 各點的磁感應強度應為I1 I2分別產(chǎn)生的B的疊加 2012 高考大綱全國理綜 如圖 兩根相互平行的長直導線過紙面上的M N兩點 且與紙面垂直 導線中通有大小相等 方向相反的電流 a o b在M N的連線上 o為MN的中點 c d位于MN的中垂線上 且a b c d到o點的距離均相等 關于以上幾點處的磁場 下列說法正確的是 A o點處的磁感應強度為零B a b兩點處的磁感應強度大小相等 方向相反C c d兩點處的磁感應強度大小相等 方向相同D a c兩點處磁感應強度的方向不同解析 根據(jù)安培定則可知M N導線中的電流在o點產(chǎn)生的磁場方向均垂直MN連線 由o d 故o處的磁感應強度不為零 選項A錯誤 由于M N兩導線中電流大小相等 根據(jù)對稱性知Ba Bb 磁感應強度方向均垂直于M N連線 方向相同 選項B錯誤 c d關于o點對稱 M N兩導線中的電流在c d兩點產(chǎn)生的磁感應強度的矢量和相等且方向均為c d 選項C正確 由于a b c d四點磁感應強度方向均相同 選項D錯誤 答案 C 1 關于磁感線 下列說法中正確的是 A 兩條磁感線的空隙處一定不存在磁場B 磁感線總是從N極到S極C 磁感線上任意一點的切線方向都跟該點的磁場方向一致D 兩個磁場疊加的區(qū)域 磁感線就可能相交 解析 磁感線是為了形象描繪磁場而假設的一組有方向的曲線 曲線上的任一點的切線方向表示磁場方向 曲線疏密表示磁場的強弱 所以C正確 A不正確 在磁鐵外部磁感線從N極到S極 內(nèi)部從S極到N極 磁感線不相交 所以B D不正確 答案 C 2 2013 福建師大附中高二檢測 如圖所示 水平直導線ab通有向右的電流I 置于導線正下方的小磁針S極將 A 向紙外偏轉(zhuǎn)B 向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)C 在紙面內(nèi)順時針轉(zhuǎn)過90 D 不動 解析 據(jù)安培定則可以確定 通電直導線在其下方產(chǎn)生垂直紙面向里的磁場 在磁場力的作用下 小磁針N極向里 S極向外偏轉(zhuǎn) A項正確 答案 A 3 關于磁通量 下列說法中正確的是 A 磁通量不僅有大小而且有方向 所以是矢量B 磁通量越大 磁感應強度越大C 穿過某一面積的磁通量為零 該處磁感應強度不一定為零D 磁通量就是磁感應強度 解析 答案 C 4 2013 衡陽高二檢測 一塊磁鐵從高處掉到地上 雖然沒有斷 但磁性變?nèi)趿?這是因為 A 磁鐵被磁化了B 磁鐵因劇烈震動而退磁了C 磁鐵是非磁性物質(zhì)D 磁鐵是軟磁性材料解析 磁鐵掉到地上時 分子電流的取向由大致一致變得雜亂無章 分子電流的磁場相互抵消 對外不顯磁性 答案 B 5 一球冠處于磁感應強度為B的勻強磁場中 若球冠的底面大圓半徑為r 磁場方向和球冠方向與球冠底面垂直 則穿過整個球冠的磁通量是多少 解析 球冠在垂直磁場方向上的投影面積S r2 所以穿過球冠的磁通量 BS B r2 答案 B r2 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全