高中物理（人教版）选修3-1 第3章 第3节　几种常见的磁场

欢迎进入物理课堂 第三节几种常见的磁场 课标定位 学习目标 1 了解安培分子电流假说 2 知道磁感线 知道几种特殊磁场的磁感线分布 会用安培定则判断电流的磁场方向 3 知道磁通量 重点难点 会用安培定则判断磁感线方向 能计算磁通量的大小 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第三节几种常见的磁场 课前自主学案 课前自主学案 一 磁感线1 定义 在磁场中画出的一些有方向的曲线 在这些曲线上每一点的切线方向都跟这点的 的方向一致 这样的曲线就叫磁感线 2 特点 1 磁感线是为了形象地描述磁场而假想出来的一组有 的曲线 客观上并不存在 2 磁感线的疏密反映磁场的 磁感线越密的地方表示磁场 磁感线越疏的地方表示磁场越弱 磁感应强度 方向 强弱 越强 3 磁感线上每一点的 方向就是该点的磁场方向 4 磁感线在空间不能相交 不能相切 也不能中断 5 磁场中的任何一条磁感线都是 曲线 在磁体 由N极指向S极 在磁体 由S极指向N极 二 几种常见的磁场直线电流 环形电流的磁场方向都可以用 来判定 切线 闭合 外部 内部 安培定则 1 直线电流 通电直导线 右手握住导线 让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致 弯曲的四指所指的方向就是 环绕的方向 如图3 1 1甲所示 图3 3 1 磁感线 2 环形电流和通电螺线管让右手弯曲的四指与 的方向一致 伸直的拇指所指的方向就是环形导线 或螺线管内部 的方向 如图3 3 1乙 丙所示 三 安培分子电流假说1 图3 3 2 环形电流 轴线上 磁感线 内容 安培认为 在原子 分子等物质微粒的内部 存在着一种 电流 分子电流 分子电流使每个物质微粒都成为微小的 它的两侧相当于两个 如图3 3 2所示 2 对磁现象的解释 1 磁化现象 一根软铁棒 在未被磁化时 内部各分子电流的取向 它们的磁场互相抵消 对外不显 当软铁棒受到外界磁场的作用时 各分子电流取向变得 两端对外界显示较强的磁作用 形成磁极 软铁棒就被磁化了 环形 磁体 磁极 杂乱无章 磁性 大致相同 2 磁体的消磁 磁体受到 或猛烈敲击时 即在激烈的热运动或机械运动影响下 分子电流取向又变得 磁体磁性消失 3 意义分子电流假说揭示了电和磁的本质联系 指出了磁性的起源 一切磁现象都是由运动的电荷产生的 四 匀强磁场1 定义 磁感应强度的 处处相同的磁场 高温 杂乱无章 强弱 2 磁感线的特点 间隔相同的 3 实例 距离很近的两个异名磁极间的磁场 两平行放置的通电线圈 其中间区域的磁场都是匀强磁场 五 磁通量1 定义 匀强磁场磁感应强度B与和磁场方向 的平面面积S的乘积 即 2 单位 韦伯 简称韦 符号Wb 1Wb 1T m2 平行直线 垂直 BS 磁通密度 核心要点突破 一 几种常见磁场的磁感线分布1 常见永磁体的磁场 如图3 3 3 图3 3 3 2 三种常用的电流的磁场 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外部的磁场方向 而环形电流和通电螺线管是判定线圈轴线上磁场的方向 2 利用安培定则不仅可以判断磁场的方向 还可以根据磁场方向判定电流的方向 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 2011年厦门高二检测 下列四图为电流产生磁场的分布图 正确的分布图是 图3 3 4 A B C D 解析 选C 由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场方向 正确 错误 和 为环形电流 注意让弯曲的四指指向电流的方向 可判断出 正确 错误 故正确选项为C 二 对磁通量的进一步理解1 磁通量的计算 1 公式 BS 适用条件 匀强磁场 磁感线与平面垂直 2 在匀强磁场B中 若磁感线与平面不垂直 公式 BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积 2 磁通量的正 负 1 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 2 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 3 磁通量的变化 一般有三种情况 1 磁感应强度B不变 有效面积S变化 则 2 1 B S 2 磁感应强度B变化 磁感线穿过的有效面积S不变 则 2 1 B S 3 磁感应强度B和回路面积S同时发生变化时 2 1 此时 B S 4 计算磁通量时应注意的问题 计算穿过某一平面的磁通量的变化时 1 明确磁场是否为匀强磁场 知道磁感应强度的大小 2 平面的面积应为磁感线通过的有效面积 当平面S与磁场方向不垂直时 应明确所研究的平面与磁感应强度方向的夹角 准确找出垂直面积 3 线圈的磁通量及其变化与线圈匝数无关 即磁通量的大小不受线圈匝数的影响 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 2011年绍兴高二检测 如图3 3 5所示的磁场中竖直放置两个面积相同的闭合线圈S1 左 S2 右 由图可知穿过线圈S1 S2的磁通量大小关系正确的是 A 穿过线圈S1的磁通量比较大B 穿过线圈S2的磁通量比较大C 穿过线圈S1 S2的磁通量一样大D 不能比较 图3 3 5 解析 选A 线圈S1处的磁感线密集 磁感应强度大 线圈S2处的磁感线稀疏 磁感应强度小 由 BS可知 穿过线圈S1的磁通量比较大 选项A正确 课堂互动讲练 磁场中某区域的磁感线如图3 3 6所示 则 A a b两处的磁感应强度的大小不等 Ba BbB a b两处的磁感应强度的大小不等 Ba BbC 同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小D a处没有磁感线 所以磁感应强度为零 图3 3 6 思路点拨 磁感线是人们为描述磁场而人为画出的线 其方向描述磁场的方向 疏密描述磁场的强弱 精讲精析 由图中可知b处的磁感线较密 a处的磁感线较疏 所以Ba Bb 故A错 B对 导线在磁场中受力的大小与导线在磁场中的放置方向有很大关系 而不是仅仅取决于B与LI的大小 故C错 磁感线是用来描述磁场的 而又不可能在存在磁场的区域内全部画磁感线 那样将会与不画磁感线产生相同的效果 故D错 故选B 答案 B 变式训练1 2011年潮州高二检测 关于磁感线与电场线的描述 正确的是 A 电场线起止于电荷 磁感线起止于磁极B 静电场电场线一定不闭合 磁感线一定是闭合的C 磁感线是自由小磁针在磁场力作用下的运动轨迹D 电场线和磁感线实际上均存在 只是肉眼看不到答案 B 2011年大庆高二检测 如图3 3 7所示 将通电线圈悬挂在磁铁N极附近 磁铁处于水平位置和线圈在同一平面内 且磁铁的轴线经过线圈圆心 线圈将 A 转动同时靠近磁铁B 转动同时离开磁铁C 不转动 只靠近磁铁D 不转动 只离开磁铁 图3 3 7 思路点拨 本题主要考查磁体与电流磁场间的相互作用 我们可以把环形电流等效成一个小磁针 很容易作出正确判断 图3 3 8 精讲精析 把环形电流等效成一个小磁针 由安培定则知 此小磁针的N极向里S极向外 条形磁铁的N极吸引小磁针的S极排斥N极 故线圈将发生转动同时靠近磁铁 从上面观察的俯视图如图3 3 8所示 答案为A 答案 A 方法总结 小磁针也可等效成环形电流 通电螺线管也可以与条形磁铁互相等效 运动电荷可以等效为电流等 利用等效法解题 往往既简单又准确 变式训练2如图3 3 9所示 一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针上方时 磁针的S极向纸内偏转 则这束带电粒子可能是 A 向右飞行的正离子束B 向左飞行的正离子束C 向右飞行的负离子束D 向左飞行的负离子束 图3 3 9 解析 选BC 小磁针N极的指向即是磁针所在处的磁场方向 题中磁针S极向纸内偏转 说明离子束下方的磁场方向由纸内指向纸外 由安培定则可判定由离子束的定向运动所产生的电流方向由右向左 故若为正离子 则应是自右向左运动 若为负离子 则应是自左向右运动 有两个固定的完全相同的通电圆环 通过的电流大小相同 方向如图3 3 10所示 一个在竖直平面内放着 一个在水平面内放着 每个圆环在共同圆心O处产生的磁感应强度大小均为B 则在O点的总磁感应强度多大 图3 3 10 变式训练3 2011年大庆实验中学高二质检 两根长直通电导线互相平行 电流方向相同 它们的截面处于等边 ABC的A和B处 如图3 3 11所示 两通电导线在C处产生磁场的磁感应强度大小都是B0 则C处磁场的总磁感应强度大小是 图3 3 11 如图3 3 12所示 框架面积为S 框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直 则穿过平面的磁通量为 若使框架绕OO 转过60 角 则穿过框架平面的磁通量为 若从初始位置转过90 角 则穿过框架平面的磁通量为 若从初始位置转过180 角 则穿过框架平面的磁通量变化量大小为 图3 3 12 思路点拨 当面积S和匀强磁场方向垂直时 BS 不垂直时应取垂直于磁场方向的有效面积 磁通量是有正负的 可以认为磁感线从同一面穿入时为正 穿出时为负 自主解答 图3 3 13 规律总结 1 只有在匀强磁场中B S时 BS才适用 若B与S不垂直 应将S投影 也可以将B分解 取B S垂直部分的乘积 2 磁通量的变化量 2 1 在具体的计算中 一定要注意 1及 2的正 负问题 变式训练4如图3 3 14所示 两个同心放置的平面金属圆环 条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直 则通过两圆环的磁通量 a b间的关系是 A a bB a bC a bD 不能确定 图3 3 14 解析 选A 通过圆环的磁通量为穿过圆环的磁感线的条数 首先明确条形磁铁的磁感线分布情况 另外要注意磁感线是闭合的曲线 条形磁铁的磁感线在磁体的内部是从S极到N极 在磁体的外部是从N极到S极 内部有多少根磁感线 外部的整个空间就有多少根磁感线同内部磁感线构成闭合曲线 对两个圆环 磁体内部的磁感线全部穿过圆环 外部的磁感线穿过多少 磁通量就抵消多少 所以面积越大 磁通量反而越小 知能优化训练 本部分内容讲解结束 点此进入课件目录 按ESC键退出全屏播放 谢谢使用 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全