13版高中物理《課時講練通》3.3幾種常見的磁場（人教版選修3-1）

1、3 幾種常見的磁場,1.知道磁感線的定義和特點,了解幾種常見磁場的磁感線分布。2.會用安培定則判斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁場方向。3.知道磁現(xiàn)象的電本質(zhì),了解安培分子電流假說。4.知道磁通量的定義,知道Φ=BS的適用條件,會用這一公式進(jìn)行計算。,重點：1.知道磁感線的特點及各種磁場的磁感線的分布特點。 2.會用安培定則判定直線電流、環(huán)形電流及通電螺線 管的磁場方向。 3.正確理解磁通

2、量的概念并能進(jìn)行有關(guān)計算難點：1.各種磁場的磁感線分布特點。 2.勻強(qiáng)磁場磁通量的計算方法。,一、磁感線1．定義在磁場中畫出的一些有方向的曲線，在這些曲線上每一點的切線方向都跟這點的___________的方向一致。,磁感應(yīng)強(qiáng)度,2．特點(1)磁感線是為了形象地描述磁場而假想出來的一組有_____的曲線，客觀上并不存在。(2)磁感線的疏密表示磁場的_____，磁感線越密的地方表示磁場越___，磁感線越疏的地方

3、表示磁場越___。(3)磁感線上每一點的_____方向就是該點的磁場方向。(4)磁感線在空間不能相交，不能相切，也不能中斷。(5)磁場中的任何一條磁感線都是_____曲線，在磁體外部由N極指向S極，在磁體內(nèi)部由S極指向N極。,方向,強(qiáng)弱,弱,切線,閉合,強(qiáng),二、幾種常見的磁場直線電流、環(huán)形電流的磁場方向都可以用_________來判定。1．直線電流(通電直導(dǎo)線)右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與_____方向一致，彎曲

4、的四指所指的方向就是_______環(huán)繞的方向。如圖甲所示。,安培定則,電流,磁感線,2．環(huán)形電流和通電螺線管讓右手彎曲的四指與_________的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線_______或螺線管_____磁感線的方向。如圖乙、丙所示。,環(huán)形電流,軸線上,內(nèi)部,三、安培分子電流假說1．分子電流假說在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部，存在著一種_________，即分子電流。2．分子電流假說意義揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)

5、，即磁體的磁場和電流的磁場一樣，都是由___________產(chǎn)生的。,環(huán)形電流,運(yùn)動的電荷,四、磁通量1.勻強(qiáng)磁場(1) 定義:____________處處相同的磁場。(2) 磁感線:間隔相同的_________。(3) 實例:距離很近的兩個異名磁極間的磁場, 兩_____放置的通電線圈, 其中間區(qū)域的磁場都是勻強(qiáng)磁場。,強(qiáng)弱、 方向,平行直線,平行,2.磁通量(1)定義:勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B和與磁場方向垂直的平面面積S

6、 的乘積, 即Φ=___。(2)單位:_____, 簡稱韋, 符號Wb, 1 Wb=1 T·m2(3)引申: 因此磁感應(yīng)強(qiáng)度B又叫_________。,BS,韋伯,磁通密度,【判一判】(1)用鐵屑可以演示磁體周圍磁感線的分布，所以磁感線是客觀存在的。( )(2)磁感線所指的方向就是磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向。( )(3)磁體的磁場和電流的磁場本質(zhì)上是一樣的。( )(4)磁通量的定義式Φ=BS可以計算

7、平面與磁場方向平行的情況。( ),提示：(1)磁感線是為了形象地描述磁場而引入的假想線，實際并不存在，故(1)錯誤。(2)磁感線的切線方向就是該點的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向，故(2)錯誤。(3)磁體的磁場和電流的磁場本質(zhì)上都是由運(yùn)動的電荷產(chǎn)生的，所以本質(zhì)是一樣的，故(3)正確。(4)Φ=BS只能計算平面與磁場方向垂直的情況，故(4)錯誤。,磁感線1.磁場和電場一樣是一種特殊的物質(zhì)，看不見、摸不著，那么我們該如何來描述磁場呢？,提示：

8、我們可以類比于用電場線描述電場一樣，在磁場中畫一些有方向的曲線，使曲線上每一點的切線方向都跟這點的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致，這樣的曲線叫磁感線，利用磁感線就可以形象地描述磁場。,2.演示“用鐵屑模擬磁感線”實驗，實驗中鐵屑的排列可不可以用來模擬磁感線的形狀？提示：可以。實驗時,被磁化的鐵屑可以看做一個個的小磁針,每個小磁針靜止時北極的指向恰好沿著磁場的方向,這樣大量的鐵屑排列出的形狀就能模擬磁感線的形狀，但要注意鐵屑排列的線并不是磁感線。

9、,【知識點撥】電場線和磁感線的異同(1)相同點:①都是為了形象地描述場而引入的假想線，實際并不存在。②疏密都表示場的強(qiáng)弱。③在空間都是不相交、不相切、不中斷。(2)不同點：電場線起始于正電荷或無窮遠(yuǎn)，終止于無窮遠(yuǎn)或負(fù)電荷。磁感線是閉合曲線，磁體外部由N極到S極，內(nèi)部由S極到N極。,【探究歸納】1.定義在磁場中畫出一些有方向的假想的曲線,使曲線上每一點的切線方向都跟這點的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致。2.特點(1)是閉合曲線。(2

10、)不能相交、不能相切、不能中斷。(3)疏密程度表示磁場強(qiáng)弱,磁場強(qiáng)的地方磁感線密,磁場弱的地方磁感線疏。,【典例1】(2012·呼倫貝爾高二檢測)關(guān)于磁場和磁感線的描述，下列說法中正確的是( )A.磁極之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，磁場和電場一樣，也是客觀存在的特殊物質(zhì)B.磁感線可以形象地描述各點磁場的強(qiáng)弱和方向，它每一點的切線方向都和小磁針放在該點靜止時北極所指的方向一致C.磁感線總是從磁鐵的N極出發(fā)，到S極終

11、止D.磁感線可以用細(xì)鐵屑來顯示，因而是真實存在的,【思路點撥】解答本題要把握以下兩點：(1)磁場的基本性質(zhì)。(2)磁感線的特點。,【解析】選A、B。磁極之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，磁場和電場都是客觀存在的特殊物質(zhì)，A正確；磁感線的疏密描述磁場的強(qiáng)弱，各點的切線方向表示該點磁場的方向，B正確；在磁體內(nèi)部磁感線是從S極到N極，C錯誤；磁感線是為了形象地描述磁場而引入的假想線，實際并不存在，D錯誤。,【規(guī)律方法】1.用安培定則判

12、斷電流磁場的方法技巧(1)整體類比法:一個任意形狀(如三角形、矩形)的導(dǎo)線中電流的磁場,從幾何整體效果上有時可以與環(huán)形電流的磁場相類比。(2)利用安培定則不僅可以判斷磁場的方向，還可以根據(jù)磁場方向判定電流的方向。,2.安培定則口訣(1)直線電流：讓右手握住直導(dǎo)線，電流的方向拇指指，磁感線沿著四指轉(zhuǎn)。(2)通電螺線管：讓右手緊握螺線管，電流的方向四指指，N極就在那拇指端。,【變式訓(xùn)練】(2012·杭州高二檢測)磁場中某區(qū)

13、域的磁感線如圖所示，則( )A. a、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，Ba＞BbB．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，Ba＜BbC．同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力大D．同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力小,【解析】選B。,探究幾種電流的磁場特點和方向1.直線電流、環(huán)形電流、通電螺線管的周圍都存在磁場，試思考可以采用什么方法來形象地顯示電流周圍磁場的分布。提示：可以把小磁針放在通電直導(dǎo)線、環(huán)形電流和通

14、電螺線管的周圍，根據(jù)小磁針的指向來研究它們周圍的磁場分布。,2.根據(jù)小磁針的指向，試總結(jié)如何判斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁場分布，三種電流磁場的分布有怎樣的特點?！舅悸贩治觥咳N電流的磁場分布特點及安培定則的應(yīng)用是本節(jié)的重點。教學(xué)中可以先利用鐵屑或小磁針來演示三種電流的磁場分布，然后引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出三種電流的磁場的判斷方法，從而提高學(xué)生的感性認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生的分析總結(jié)能力。,提示：三種電流的磁場分布特點可以用安培定則(右手螺旋定則

15、)來判斷。,越弱,條形磁鐵,越弱,【探究歸納】1.直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁場方向都可以應(yīng)用安培定則來判斷。2.通電螺線管的磁場是多匝環(huán)形電流磁場的疊加。,【典例2】(2012·撫順高二檢測)如圖所示,有a、b、c、d四個小磁針，分別放置在通電螺線管的附近和內(nèi)部，其中哪一個小磁針的指向是正確的( )A．a(chǎn) B．b C．c D．d,【解析】選D。根據(jù)安培定則可以判斷螺線管的左

16、端是N極，根據(jù)通電螺線管的磁場分布特點，可以判斷d的N極指向與磁場方向相同，其他三個N極的指向與磁場方向相反，所以只有D正確。,【規(guī)律方法】判斷小磁針指向的兩種方法一個誤區(qū)(1)根據(jù)小磁針的空間位置判斷。即看小磁針的空間位置,是在螺線管的內(nèi)部還是外部,然后根據(jù)螺線管內(nèi)外磁場方向不同來判斷。(2)對于電流的磁場，先由電流方向判斷出磁場方向，根據(jù)“小磁針靜止時北極的指向與磁場方向相同”的結(jié)論來判斷。(3)誤區(qū)：對于通電螺線管，其內(nèi)部磁場

17、方向是由S極到N極，當(dāng)小磁針放在通電螺線管內(nèi)部時，靠近磁體N極的是小磁針的N極，正好與磁極間的相互作用規(guī)律相反，這時就不能利用磁極間的相互作用規(guī)律來判斷了。,【變式訓(xùn)練】下列四幅圖為電流產(chǎn)生磁場的分布圖，正確的是( )A．①③ B．②③ C．①④ D．②④【解析】選C。由安培定則可以判斷出直線電流產(chǎn)生的磁場方向，①正確，②錯誤。③和④為環(huán)形電流，由安培定則可判斷出④正確，③錯誤。

18、故正確選項為C。,安培分子電流假說1.安培提出著名的分子電流假說，是基于哪一種現(xiàn)象的啟發(fā)？提示：安培是基于通電螺線管外部磁場與條形磁鐵的磁場十分相似的啟發(fā)，提出分子電流假說的。2.一根鐵棒在未被磁化時對外界不顯磁性的原因是什么?提示:鐵棒在未被磁化時,內(nèi)部分子電流的取向是雜亂無章的,它們的磁場互相抵消,對外不顯磁性。,3.永磁體為什么具有磁性?為什么有時會失去磁性?原因又是怎樣的？提示:永磁體內(nèi)部,各分子電流的取向大致相同,兩

19、端顯示出較強(qiáng)的磁作用;當(dāng)磁體受到高溫烘烤或猛烈撞擊時,分子電流的取向變得雜亂無章而失去磁性。,【知識點撥】對安培分子電流假說的進(jìn)一步理解(1)不管是磁鐵的磁場還是電流的磁場都起源于運(yùn)動的電荷(2)磁化的實質(zhì)就是分子電流取向由無序變?yōu)橛行?。鐵棒被磁化是因為鐵棒內(nèi)分子電流取向變得大致相同。,【探究歸納】1.物體對外是否有磁性，取決于分子電流的取向是否有規(guī)律。2.意義：揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。,【典例3】(2012·衡陽高二

20、檢測)一塊磁鐵從高處掉到地上，雖然沒有斷，但磁性變?nèi)趿耍@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,【思路點撥】磁體的磁性強(qiáng)弱是由分子電流的取向來決定的?！窘馕觥窟xB。磁鐵被磁化則會有磁性，A錯誤；磁鐵受到劇烈震動，內(nèi)部分子電流取向變得雜亂無章而使磁性變?nèi)趸蚴ゴ判?，B正確；磁鐵是磁性物質(zhì)，C錯誤；磁鐵是硬磁性材料，D錯誤。,【變式訓(xùn)練】安培

21、對物質(zhì)具有磁性的解釋可以用如圖所示的情景來表示，那么( )A．甲圖代表了被磁化的鐵棒的內(nèi)部情況 B．乙圖代表了被磁化的鐵棒的內(nèi)部情況 C．磁體的磁性會隨溫度的降低而減弱 D．磁體的磁性會隨溫度的降低而增強(qiáng),【解析】選B。甲圖中分子電流的取向雜亂無章，是未被磁化的鐵棒的內(nèi)部情況，A錯誤；乙圖中分子電流的取向相同，是被磁化的鐵棒內(nèi)部情況，B正確；磁體的磁性不隨溫度的降低而變化，C、D錯誤。,勻強(qiáng)磁場、磁通量1.勻強(qiáng)磁場是強(qiáng)

22、弱、方向處處相同的磁場，試討論勻強(qiáng)磁場的磁感線有什么特點？通常怎樣來獲得勻強(qiáng)磁場？提示：(1)勻強(qiáng)磁場的磁感線是一些間隔相同的平行直線。(2)距離很近的兩個平行的異名磁極(甲圖)之間的磁場、相隔適當(dāng)距離的兩個平行放置的線圈(乙圖)通電時，其中間區(qū)域的磁場，除邊緣部分外，都可以認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場。,2.探究磁通量的計算根據(jù)磁通量的計算公式，試討論以下幾種情況下穿過平面的磁通量的大小，已知勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，平面的面積為S。,(1)

23、當(dāng)磁場方向與平面垂直時。提示：當(dāng)磁場方向與平面垂直時，根據(jù)磁通量的定義可知穿過平面的磁通量為Φ=BS。(2)當(dāng)磁場方向與平面平行時。提示：當(dāng)磁場方向與平面平行時，沒有磁感線穿過平面，所以穿過平面的磁通量為零。(3)當(dāng)磁場的垂直方向與平面成θ角時。 提示：當(dāng)磁場的垂直方向與平面成θ角時，有效面積為平面在垂直于磁場B的方向上的投影面積，穿過平面的磁通量為Φ=BScosθ。,【誤區(qū)警示】對于穿過線圈平面的磁通量與線圈的匝數(shù)的關(guān)

24、系，學(xué)生往往會認(rèn)為線圈的匝數(shù)越多，穿過的磁通量越大。為此教師要向?qū)W生明確磁通量的意義，磁通量等于穿過某一面積的磁感線的條數(shù)，由于N匝線圈的面積和一匝線圈的面積相等，所以穿過某一面積的磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān)。,【規(guī)律方法】計算磁通量時應(yīng)注意的三個問題(1)明確磁場是否為勻強(qiáng)磁場，知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。(2)平面的面積應(yīng)為磁感線通過的有效面積。當(dāng)平面S與磁場方向不垂直時，應(yīng)明確所研究的平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角，準(zhǔn)確找出垂直面積。(

25、3)線圈的磁通量及其變化與線圈匝數(shù)無關(guān)，即磁通量的大小不受線圈匝數(shù)的影響。,【知識點撥】磁通量變化的三種情況根據(jù)磁通量變化因素的不同，選擇不同的計算方式，一般來說有三種情況：(1)B不變，Sn變化，則ΔΦ=Φ2-Φ1=B·ΔSn。(2)B變化，Sn不變，則ΔΦ=Φ2-Φ1=ΔB·Sn。(3)當(dāng)B和Sn同時變化時，ΔΦ=Φ2-Φ1,但ΔΦ≠ΔB·ΔSn。,【探究歸納】1.磁通量的計算公式Φ＝BS的

26、適用條件(1)勻強(qiáng)磁場。(2)磁感線與平面垂直。2.磁通量公式Φ＝BS中的“S”為有效面積。(1)當(dāng)B與S垂直時，“S” 即為平面面積；(2)當(dāng)B與S平行時，“S”為零；(3)當(dāng)B與S成θ角時，“S”為Ssinθ。3.磁通量是標(biāo)量，有大小，沒有方向，但有正負(fù)。當(dāng)磁感線從某一面上穿入時，磁通量為正值，穿出時即為負(fù)值。4.穿過線圈平面的磁通量與線圈的匝數(shù)沒有關(guān)系。,【典例4】(2012·濟(jì)寧高二檢測)如圖所示，框

27、架面積為S，框架平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場方向垂直，則穿過平面的磁通量的情況是( )A．如圖位置時等于BSB．若使框架繞OO′轉(zhuǎn)過60°角，磁通量為C．若從初始位置轉(zhuǎn)過90°角，磁通量變化為零D．若從初始位置轉(zhuǎn)過180°角，磁通量變化為零,【思路點撥】解答本題要把握以下三點：(1)磁通量的計算公式。(2)有效面積的確定。(3)磁通量變化量的計算。,【解析】選A、B。如圖位置時，磁

28、感線與線框平面垂直，Φ＝BS，A正確；當(dāng)框架繞OO′軸轉(zhuǎn)過60°時可以將原圖改畫成從上面向下看的俯視圖，如圖所示，所以Φ＝BS⊥＝BS·cos 60°＝B正確；轉(zhuǎn)過90°時，線框由與磁感線垂直穿過變?yōu)槠叫校┻^線框的磁通量變化了BS，C錯誤；線框轉(zhuǎn)過180°時，磁感線仍然垂直穿過線框，只不過穿過方向改變了。因而Φ1＝BS，Φ2＝－BS，ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2BS，D錯誤。,【

29、變式訓(xùn)練】關(guān)于磁通量,下列說法中正確的是( )A.穿過某一平面的磁通量為零,該處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零B.磁場中磁感應(yīng)強(qiáng)度大的地方,磁通量不一定很大C.穿過某個垂直于磁場方向投影面的磁感線條數(shù)越多,磁通量越大D.在磁場中所取平面的面積增大,磁通量也增大,【解析】選B、C。在磁感應(yīng)強(qiáng)度大的地方,若某平面與磁場方向平行,即使是增大平面的面積,穿過該平面的磁通量也一直為零, A、D錯誤, B正確。由磁通量Φ=B·S知,穿過某個垂

30、直于磁場方向投影面的磁感線條數(shù)越多,磁通量越大, C正確。,【溫馨提示】磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量，滿足矢量的合成法則，幾個電流產(chǎn)生的磁場可以用平行四邊形定則求合矢量。,【典例】(2011·大綱版全國卷)如圖，兩根相互平行的長直導(dǎo)線分別通有方向相反的電流I1和I2 ，且I1＞I2；a、b、c、d為導(dǎo)線某一橫截面所在平面內(nèi)的四點，且a、b、c與兩導(dǎo)線共面；b點在兩導(dǎo)線之間，b、d的連線與導(dǎo)線所在平面垂直。磁感應(yīng)強(qiáng)度可能為零的點是(

31、 )A.a點 B.b點 C.c點 D.d點,【思路點撥】解答本題要把握以下四點：(1)直線電流的磁場強(qiáng)弱與距離通電導(dǎo)線的遠(yuǎn)近有關(guān)。(2)直線電流的磁場的磁感線是以通電導(dǎo)線為中心的圓。(3)直線電流的磁場的磁感線的方向服從安培定則。(4)磁場是矢量，滿足矢量運(yùn)算法則。,【解析】選C?？臻g某點的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向是兩條直線電流各自產(chǎn)生的磁場疊加的結(jié)果。距離導(dǎo)線越近的地方，磁場越強(qiáng)。根據(jù)