高二物理人教版选修3-1课件 第3章磁场 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 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 易错问题 计算磁通量 BS时 B与S应垂直 一 磁感线为了描述磁场 在磁场中画出的一些曲线 使曲线上每一点的切线方向都跟这点磁感应强度的方向一致 这样的曲线叫做磁感线 二 几种常见的磁场通电直导线周围的磁场 环形电流的磁场和通电螺线管的磁场 磁感线的方向都可以用判定 安培定则 1 右手握住导线 让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致 所指的方向就是磁感线的环绕方向 示意图如图3 3 1甲所示 图3 3 1 弯曲的四指 2 让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致 伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向 示意图如图乙所示 3 右手握住螺线管 让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致 拇指所指的方向就是螺线管磁感线的方向 或拇指指向螺线管的N极 示意图如图丙所示 内部 1 沿磁感线的方向 磁场是减弱吗 思考 思考 提示 1 磁感线的方向与磁场的强弱没有关系 所以无法判定磁场是否减弱 三 安培分子电流假说1 安培认为 在原子 分子等物质微粒的内部存在着一种环形电流 分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体 它的两侧相当于两个磁极 2 磁铁的磁场和电流的磁场一样 都是由产生的 分子电流 分子 电流 四 匀强磁场1 匀强磁场是 处处相同的磁场 距离很近的两个异名磁极之间的磁场 两个平行放置的通电线圈 其中间区域的磁场都是匀强磁场 2 匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的 强弱 方向 平行直线 五 磁通量1 在磁感应强度为B的匀强磁场中 有一个与磁场方向的平面S B和S的乘积 叫做穿过这个面积的磁通量 2 公式 3 单位 1Wb 1T m2 4 从 BS可得 因此磁感应强度B又叫做 垂直 BS 磁通密度 2 磁通量大 磁感应强度一定大吗 思考 提示 2 不一定 思考 一 几种常见磁场的磁感线分布1 如图3 3 2所示为条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线 图3 3 2 2 如图3 3 3所示为直线电流形成磁场的磁感线 图3 3 3 图中的 号表示磁场方向垂直进入纸面 号表示磁场方向垂直离开纸面 3 如图3 3 4所示为环形电流形成磁场的磁感线 图3 3 4 4 如图3 3 5所示为通电螺线管形成磁场的磁感线 图3 3 5 1 注意整体掌握磁体周围磁感线的分布情况 特别是疏密和方向变化情况 2 通电螺线管内部的磁场磁感线的方向是由 S 极指向 N 极 二 电场线与磁感线的比较 1 从电场 磁场的概念理解两种场线的相似点 矢量性 线的切线 强弱 线的疏密 方向的唯一性 空间任一点场线不相交 2 从两种场线的区别理解两种场的区别 电场线 电荷有正负 电场线有始终 磁感线 N S极不可分离 磁感线闭合 三 对磁通量的理解1 磁通量的定义公式 BS中的B应是匀强磁场的磁感应强度 S是与磁场方向垂直的面积 因此可以理解为 BS 如果平面与磁场方向不垂直 应把面积S投影到与磁场垂直的方向上 求出投影面积S 代入到 BS 中计算 应避免硬套公式 2 磁通量是标量 但有正负 当磁感线从某一平面上穿入时 磁通量为正值 穿出时即为负值 3 磁通量的变化 2 1 1 当B不变 有效面积S变化时 B S 2 当B变化 S不变时 B S 3 B和S同时变化 则 2 1 1 平面S与磁场方向不垂直时 要把面积S投影到与磁场垂直的方向上 即求出有效面积 2 可以把磁通量理解为穿过面积S的磁感线的净条数 相反方向穿过面积S的磁感线可以互相抵消 3 当磁感应强度和回路面积同时发生变化时 t 0 而不能用 B S计算 4 当面积S转过180 时 磁通量的变化量 2 1 2BS 磁场中某区域的磁感线如图3 3 6所示 则 图3 3 6 例1 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 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 解析 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 思维总结 与磁感线有关的问题 不要与电场线相混淆 它们的疏密程度都表示磁场的强弱 同一电荷在电场中受力情况只与电场的强弱有关 但同一段电流的磁场中的受力情况不仅与磁感应强度有关 还与导线的放置方向有关 定义式中要求B与I是垂直的 1 关于磁感线下列说法正确的是 A 磁感线是磁场中实际存在的线B 条形磁铁磁感线只分布于磁铁外部C 当空中存在几个磁场时 磁感线有可能相交D 磁感线上某点的切线方向就是放在这里的小磁针N极受力的方向 解析 选D 磁感线是假想的线 故A错 磁感线是闭合的曲线 磁铁外部 内部均有磁感线 故B错 磁感线永不相交 故C错 根据磁感线方向的规定知D对 如图3 3 7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 7 例2 解析 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 答案 BC 思维总结 带电粒子束的定向运动可以看作 等效电流 正电荷定向移动方向和 等效电流 方向相同 负电荷相反 等效电流 的磁场也可以应用安培定则判定 2 如图3 3 8所示 带负电的金属圆盘绕轴OO 以角速度 匀速旋转 在盘左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是 A N极竖直向上B N极竖直向下C N极沿轴线向右D N极沿轴线向左 图3 3 8 解析 选C 等效电流的方向与转动方向相反 由安培定则知轴线上的磁场方向向右 所以小磁针N极受力向右 故C正确 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 9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 9 例3 解析 在O点的磁感应强度为两个通电圆环在O点产生的磁感应强度的矢量和 由安培定则知 竖直放置的圆环在O点产生的磁感应强度方向垂直纸面向外 水平放置的圆环在O点产生的磁感应强度方向是沿纸面向下 这两个等大的磁感应强度在O点互相垂直 所以O点的磁感应强度大小为B0 答案 B 思维总结 通过例题分析求解 应明确磁场的叠加是矢量和 O点处两通电圆环的磁场是等大的 但方向成90 故由解三角形求得B0 3 在同一平面有四根彼此绝缘的通电直导线 如图3 3 10所示 四根导线中电流i4 i3 i2 i1 要使O点磁场增强 则应切断哪一根导线中的电流 A I1B i2C i3D i4 图3 3 10 解析 选D 由安培定则可以判断出i1 i2 i3在O点处产生的磁场均是向里的 只有i4在O点产生的磁场向外 会使合磁场减弱 所以只要切断i4 就会使O点的磁场增强 如图3 3 11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 例4 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 图3 3 11 解析 在图示位置 磁感线与框架平面垂直时 BS 当框架绕OO 轴转过60 时可以将原图改画成从上向下看的图 如图3 3 12所示 图3 3 12 答案 BS02BS 思维总结 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 4 如图3 3 13所示 两同心圆环A和B处在同一平面内 B的半径小于A的半径 一条形磁铁的轴线与圆环平面垂直 则穿过两圆环的磁通量 A与 B的大小关系是 A A BB A BC A BD 无法比较 图3 3 13 解析 选C 有同学认为 由于在磁体的外部磁感线从N极到S极 且A环面积大于B环面积 SA SB 所以穿过A环的磁感线条数比穿过B环的多 即 A B 从而认为选项A正确 上述分析是错误的 原因是没有注意到磁感线是闭合曲线 在磁体的外部是从N极到S极 而在磁体的内部是从S极回到N极 从图可知穿过SA SB的磁感线有磁体内部的全部磁感线 由S极指向N极 和磁体外部的部分磁感线 由N极回到S极 两者方向相反 因此 穿过两圆环的磁通量应是两者抵消后的净磁通量 其磁感线方向是由S极指向N极 由于穿过环A的磁感线的净条数小于穿过环B的磁感线的净条数 所以C正确 1 关于磁现象的电本质 下列说法正确的是 A 一切磁现象都起源于运动电荷 一切磁作用都是运动电荷通过磁场而发生的B 除永久磁铁外 一切磁场都是由运动电荷产生的 C 据安培的分子电流假说 在外界磁场的作用下 物体内部分子电流取向变得大致相同时 物体就被磁化 两端形成磁极D 有磁必有电 有电必有磁 解析 选AC 任何物质的原子的核外电子绕核运动形成分子电流 分子电流使每个物质分子相当于一个小磁体 当各分子电流的取向大致相同时 物质对外显磁性 所以一切磁现象都源于运动电荷 A C正确 B错误 静电场不产生磁场 D错误 2 如图3 3 14所示为磁场 磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈 在线圈中心处挂上一个小磁针 且与线圈在同一平面内 则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时 A 小磁针N极向里转B 小磁针N极向外转C 小磁针在纸面内向左摆动D 小磁针在纸面内向右摆动 图3 3 14 解析 选A 由安培定则可判断出线圈内磁场的方向是向里的 小磁针N极的受力方向向里 因此小磁针N极向里转 故A对 3 关于磁通量 下列说法中正确的是 A 磁通量不仅有大小而且有方向 所以是矢量B 磁通量越大 磁感应强度越大C 通过某一横截面的磁通量为零 该处磁感应强度不一定为零D 磁通量就是磁感应强度答案 C 4 如图3 3 15所示 三条长直导线都通以垂直于纸面向外的电流 且I1 I2 I3 则距三导线等距的A点的磁场方向为 A 向上B 向右C 向左D 向下 图3 3 15 解析 选B I2与I3的磁场在A处矢量和是0 故只有I1的磁场 5 如图3 3 16所示 线圈平面与水平方向夹角 60 磁感线竖直向下 线圈平面面积S 0 4m2 匀强磁场磁感应强度B 0 6T 则穿过线圈的磁通量 为多少 图3 3 16 解析 法一 把S投影到与B垂直的方向 则 B Scos 0 6 0 4 cos60 Wb 0 12Wb 法二 把B分解为平行于线圈平面的分量B 和垂直于线圈平面的分量B B 不穿过线圈 且B Bcos 则 B S Bcos S 0 6 0 4 cos60 Wb 0 12Wb 答案 0 12Wb 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