高二物理第3章第3节《几种常见的磁场》课件（新人教选修3-1）

欢迎进入物理课堂 第三章磁场 同步导学方案 课后强化演练 第3节几种常见的磁场 1 定义 在磁场中画出一些曲线 使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致 这样的曲线就叫做磁感线 2 性质 1 磁感线在磁体的外部从北极 N极 指向南极 S极 在磁体的内部则是由南极指向北极 形成一条闭合曲线 2 磁感线密集的地方磁场强 稀疏的地方磁场弱 3 磁感线的切线方向即为该点的磁场方向 4 任意两条磁感线不能相交 3 磁感线与电场线的比较 1 在没画磁感线的地方 并不表示没有磁场存在 2 若多个磁体或电流的磁场在空间某区域叠加 磁感线描述的是叠加后的磁场的磁感线分布情况 不能认为该区域有多条磁感线相交 1 常见永磁体的磁场 如图 2 电流的磁场 1 直线电流的磁场 安培定则 右手螺旋定则 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磁感线环绕的方向 如图甲所示 直线电流的磁场可有几种不同的画法 如图乙所示 图中的 号表示磁场方向垂直纸面向里 表示磁场方向垂直纸面向外 直线电流的磁场强弱与距离导线的距离有关 离导线越近 磁场越强 离导线越远 磁场越弱 2 环形电流的磁场 环形电流的 安培定则 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 如图丙所示 环形电流的磁场可有几种不同的画法 如图丁所示 环形电流的磁场类似于条形磁铁的磁场 其两侧分别对应是磁场的N极和S极 由于磁感线均为闭合曲线 所以环内 外磁感线条数相等 故环内磁场强 环外磁场弱 3 通电螺线管的磁场 通电螺线管的 安培定则 右手握住螺线管 让弯曲的四指所指的方向与电流方向一致 大拇指所指的方向就是螺线管内部的磁感线方向 如图a所示 几种常用的磁感线不同的画法 如图b所示 通电螺线管的磁场分布 外部与条形磁铁外部的磁场分布情况相同 两端分别为N极和S极 管内 边缘除外 是匀强磁场 磁场方向由S极指向N极 有的同学误认为判断螺线管内部小磁极N极的受力或N极的指向时 仍然可以用 同名磁极相斥 异名磁极相吸 辨析 在初中学过的同名磁极相排斥 异名磁极相吸只能适用于磁体外部 在螺线管内部不适用 在高中阶段任何情况下小磁针N极受力方向均与磁场方向一致 1 内容 所有磁现象都可以归结为运动电荷 电流 之间通过磁场而发生的相互作用 在原子 分子等物质微粒内部 存在着一种环形电流 分子电流 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 如图所示 2 对有关磁现象的解释 1 磁化 软铁棒未被磁化前 内部分子电流取向杂乱无章 磁场相互抵消 对外界不显磁性 在外界磁铁的磁化下 内部各分子电流取向一致 形成磁极 2 失磁 由于激烈的分子热运动或机械运动使分子电流取向变得杂乱无章的结果 磁化的实质就是分子电流取向由无序变为有序 1 如果磁场的某一区域里 磁感应强度的大小和方向处处相同 这个区域的磁场叫匀强磁场 2 产生方法 1 距离很近的两个异名磁极之间的磁场 除边缘部分外 2 通电螺线管内部的磁场 除边缘部分外 3 相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时 其中间区域的磁场 1 定义 设在磁感应强度为B的匀强磁场中 有一个与磁场方向垂直的平面 面积为S 我们把B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量 简称磁通 用字母 表示 2 公式 BS 1 适用条件 a 匀强磁场 b 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 BScos 式中Scos 即面积S在垂直于磁感线方向的投影 我们称为 有效面积 磁通量也可理解为穿过某面积的磁感线的条数 当有方向相反的两簇条数相同的磁感线穿过某面积时 该面积上的磁通量为零 3 单位 国际制单位为韦伯 简称韦 符号Wb 1Wb 1T m2 4 物理意义 磁通量表示穿过这个面的磁感线条数 对于同一个平面 当它跟磁场方向垂直时 磁场越强 穿过它的磁感线条数越多 磁通量就越大 当它跟磁场方向平行时 没有磁感线穿过它 则磁通量为零 6 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 则磁感线从此面穿出时即为负值 2 若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面 且正向磁通量大小为 1 反向磁通量大小为 2 则穿过该平面的磁通量 1 2 穿过某一面积的磁通量是由穿过该面的磁感线条数的多少决定的 与匝数无关 磁场中某区域的磁感线如图所示 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 解析 由图可知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 通电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 答案 B 方法总结 磁感线的疏密反映磁场的强弱 磁感线越密的地方表示磁场越强 磁感线越疏的地方表示磁场越弱 磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向 下列关于磁感线的叙述 正确的是 A 磁感线是真实存在的 细铁屑撒在磁铁附近 我们看到的就是磁感线B 磁感线始于N极 终于S极C 磁感线和电场线一样 不能相交D 沿磁感线方向磁场减弱 解析 磁感线是为了形象地描绘磁场而假设的一组有方向的曲线 曲线上每一点的切线方向表示磁场方向 曲线疏密表示磁场强弱 在磁铁外部磁感线从N极出来进入S极 在磁铁内部从S极到N极 磁感线不相交 故选C 答案 C 如图所示 环形导线周围有三只小磁针a b c 闭合开关S后 三只小磁针N极的偏转方向是 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 开关闭合后 环形电流中存在顺时针方向的电流 根据安培定则可判知 环内磁场方向垂直于纸面向里 环外磁场方向垂直于纸面向外 磁场的方向就是小磁针静止时N极的指向 所以小磁针b向里偏转 小磁针a c向外偏转 答案 D 方法总结 安培定则的应用 1 几个方向的一致性 磁感线方向 磁场方向和能自由转动的小磁针静止时N极所指的方向 三者是一致的 2 安培定则 右手螺旋定则 应用时注意的几点 分清 因 和 果 在判定直线电流的磁场的方向时 大拇指指 原因 电流方向 四指指 结果 磁场绕向 在判定环形电流磁场方向时 四指指 原因 电流绕向 大拇指指 结果 环内沿中心轴线的磁感线方向 即指N极 优先采用整体法 一个任意形状的闭合电流 如三角形 矩形 的磁场 从整体效果上可等效为环形电流的磁场 如图各图中 分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针N极的指向或磁感线方向 请画出对应的磁感线 标上方向 或电流方向 解析 如果已知电流的方向 可用安培定则判断磁感线的方向 如果已知小磁针指向 那么小磁针N极所指方向就是磁感线方向 答案 如下图所示 利用安培分子电流假说可以解释下列哪些现象 A 永久磁铁的磁场B 直线电流的磁场C 环形电流的磁场D 软铁被磁化产生的磁场 解析 分子电流是由微观粒子定向做匀速圆周运动引起的 它不同于宏观意义上的直线电流 环形电流 安培分子电流假说是用来说明磁铁磁场的起源的 所以正确选项为A D 答案 AD 方法总结 1 所有磁现象都是电荷运动产生的 2 分子电流的两侧相当于两个磁极 3 分子电流取向大致相同时显示较强磁性 杂乱无章时不显磁性 一根软铁棒在磁场中被磁化 这是因为 A 软铁棒中产生了分子电流B 软铁棒中分子电流取向杂乱无章C 软铁棒中分子电流消失D 软铁棒中分子电流取向变得大致相同 解析 软铁棒中的分子电流是一直存在的 并不是因为有了外界磁场作用而产生或消失 所以A C错误 根据磁化过程的实质 可知B错 D对 答案 D 匀强磁场中的一个与磁场方向垂直放置的矩形线圈 面积为S 磁场的磁感应强度为B 在它绕对称轴从如图所示位置转过180 的过程中 求穿过该线圈磁通量的变化量 解析 起始状态的磁通量 1 BS 末态的磁通量大小 2 BS 但初态是从正面穿入 末态则从反面穿出 若初态 1为负 则 2为正 非矢量 类似正 负功的正 负意义 所以 BS BS 2BS 而不是零 答案 见解析 方法总结 1 确定磁场是否为匀强磁场 2 匀强磁场中 若B垂直S 则可利用公式 BS计算磁通量 若B与S不垂直 则有以下两种计算方法 方法一 面积代入S在垂直磁场方向的投影 方法二 磁感应强度代入B垂直S方向的分量 3 磁通量是标量 但有正负 若规定磁感线从正面穿过线圈为正值 那么磁感线从反面穿过线圈为负值 4 求磁通量变化量 时 2 1 注意 2 1分别带有正 负号 但结果只考虑大小 所以取绝对值 如图所示 在条形磁铁中部垂直套有A B两个圆环 设通过线圈A B的磁通量为 A B 则 A A BB A BD 无法判断 解析 在条形磁铁的周围 磁感线是从N极出发 经外空间磁场由S极进入磁铁内部 在磁铁内部的磁感线从S极指向N极 又因磁感线是闭合的平滑曲线 所以条形磁铁内外磁感线条数一样多 从下向上穿过A B环的磁感线条数一样多 而从上向下穿过A环的磁感线多于B环 则从下向上穿过A环的净磁感线条数小于B环 所以B环的磁通量大于A环的磁通量 答案 B 2011 高考全国卷 如图 两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2 且I1 I2 a b c d为导线某一横截面所在平面内的四点 且a b c与两导线共面 b点在两导线之间 b d的连线与导线所在平面垂直 磁感应强度可能为零的点是 A a点B b点C c点D d点 解析 磁感应强度为矢量 两导线在d处产生的磁感应强度成一定角度 则d处磁感应强度一定不为零 根据右手安培定则可知 两导线在b处产生的磁感应强度方向相同 则b处磁感应强度的矢量和一定不为零 两导线在a处产生的磁感应强度方向相反 由于I1 I2 可知I1在a处产生的磁感应强度大于I2在a处产生的磁感应强度 故a处磁感应强度的矢量和一定不为零 同理 两导线在c处产生的磁感应强度方向相反 由于I1 I2且I1距离c处较远 可知I1在c处产生的磁感应强度的大小可能等于I2在c处产生的磁感应强度的大小 故c处磁感应强度的矢量和可能为零 选项C正确 答案 C 方法总结 解答本题时应把握以下三点 1 直线电流的磁感线为以直线电流为圆心的同心圆 2 电流周围各点的磁感应强度的大小与电流大小和离电流的远近有关 3 各点的磁感应强度应为I1 I2分别产生的B的叠加 2012 高考大纲全国理综 如图 两根相互平行的长直导线过纸面上的M N两点 且与纸面垂直 导线中通有大小相等 方向相反的电流 a o b在M N的连线上 o为MN的中点 c d位于MN的中垂线上 且a b c d到o点的距离均相等 关于以上几点处的磁场 下列说法正确的是 A o点处的磁感应强度为零B a b两点处的磁感应强度大小相等 方向相反C c d两点处的磁感应强度大小相等 方向相同D a c两点处磁感应强度的方向不同解析 根据安培定则可知M N导线中的电流在o点产生的磁场方向均垂直MN连线 由o d 故o处的磁感应强度不为零 选项A错误 由于M N两导线中电流大小相等 根据对称性知Ba Bb 磁感应强度方向均垂直于M N连线 方向相同 选项B错误 c d关于o点对称 M N两导线中的电流在c d两点产生的磁感应强度的矢量和相等且方向均为c d 选项C正确 由于a b c d四点磁感应强度方向均相同 选项D错误 答案 C 1 关于磁感线 下列说法中正确的是 A 两条磁感线的空隙处一定不存在磁场B 磁感线总是从N极到S极C 磁感线上任意一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致D 两个磁场叠加的区域 磁感线就可能相交 解析 磁感线是为了形象描绘磁场而假设的一组有方向的曲线 曲线上的任一点的切线方向表示磁场方向 曲线疏密表示磁场的强弱 所以C正确 A不正确 在磁铁外部磁感线从N极到S极 内部从S极到N极 磁感线不相交 所以B D不正确 答案 C 2 2013 福建师大附中高二检测 如图所示 水平直导线ab通有向右的电流I 置于导线正下方的小磁针S极将 A 向纸外偏转B 向纸内偏转C 在纸面内顺时针转过90 D 不动 解析 据安培定则可以确定 通电直导线在其下方产生垂直纸面向里的磁场 在磁场力的作用下 小磁针N极向里 S极向外偏转 A项正确 答案 A 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 穿过某一面积的磁通量为零 该处磁感应强度不一定为零D 磁通量就是磁感应强度 解析 答案 C 4 2013 衡阳高二检测 一块磁铁从高处掉到地上 虽然没有断 但磁性变弱了 这是因为 A 磁铁被磁化了B 磁铁因剧烈震动而退磁了C 磁铁是非磁性物质D 磁铁是软磁性材料解析 磁铁掉到地上时 分子电流的取向由大致一致变得杂乱无章 分子电流的磁场相互抵消 对外不显磁性 答案 B 5 一球冠处于磁感应强度为B的匀强磁场中 若球冠的底面大圆半径为r 磁场方向和球冠方向与球冠底面垂直 则穿过整个球冠的磁通量是多少 解析 球冠在垂直磁场方向上的投影面积S r2 所以穿过球冠的磁通量 BS B r2 答案 B r2 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