2019_2020版高中物理第三章磁場3幾種常見的磁場教案新人教版.docx

3幾種常見的磁場學科素養(yǎng)與目標要求物理觀念：1.知道磁感線的概念，并能記住幾種常見磁場的磁感線分布特點.2.知道磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，了解安培分子電流假說的內(nèi)容.3.知道磁通量的定義科學思維：1.會用安培定則判斷電流周圍的磁場方向.2.能用安培分子電流假說解釋簡單的磁現(xiàn)象.3.會計算磁通量一、磁感線1定義：在磁場中畫出的一些有方向的曲線，曲線上每一點的切線方向都跟該點的磁感應強度的方向一致2特點(1)磁感線的疏密表示磁場的強弱磁場強的地方，磁感線較密；磁場弱的地方，磁感線較疏(2)磁感線某點的切線方向表示該點磁感應強度的方向二、幾種常見的磁場1直線電流的磁場安培定則：如圖1甲所示，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)繞的方向直線電流周圍的磁感線環(huán)繞情況如圖乙所示圖12環(huán)形電流的磁場安培定則：如圖2甲所示，讓右手彎曲的四指跟環(huán)形電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導線的軸線上磁感線的方向圖23通電螺線管的磁場安培定則：如圖乙所示，右手握住螺線管，讓彎曲的四指跟環(huán)形電流方向一致，拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部的磁場的方向或者說拇指所指的方向是它的北極的方向三、安培分子電流假說1.法國學者安培提出：在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(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3所示)圖32當鐵棒中分子電流的取向大致相同時，鐵棒對外顯磁性；當鐵棒中分子電流的取向變得雜亂無章時，鐵棒對外不顯磁性四、勻強磁場和磁通量1勻強磁場(1)定義：強弱、方向處處相同的磁場(2)磁感線特點：間隔相同的平行直線2磁通量(1)定義：勻強磁場中磁感應強度和與磁場方向垂直的平面面積S的乘積即BS.(2)拓展：磁場與平面不垂直時，這個面在垂直于磁場方向的投影面積S與磁感應強度的乘積表示磁通量(3)單位：國際單位制是韋伯，簡稱韋，符號是Wb,1 Wb1Tm2.(4)引申：B，表示磁感應強度等于穿過單位面積的磁通量，因此磁感應強度又叫磁通密度1判斷下列說法的正誤(1)通電直導線周圍磁場的磁感線是以導線為圓心的圓()(2)通電螺線管周圍的磁場類似于條形磁鐵周圍的磁場()(3)一個物體是否對外顯磁性，取決于物體內(nèi)部分子電流的取向()(4)穿過某一面積的磁通量為零，該處磁感應強度一定為零()2面積為2.5102 m2的矩形線圈垂直于磁場放在磁感應強度為4.0102 T的勻強磁場中，則穿過線圈的磁通量為 Wb.答案1.0103一、磁感線1常見永磁體的磁感線(如圖4所示)圖42磁感線的特點：(1)磁感線上任意一點的切線方向表示該點磁感應強度的方向，即小磁針N極受力的方向(2)磁鐵外部的磁感線從N極指向S極，內(nèi)部從S極指向N極，磁感線是閉合曲線(3)磁感線的疏密表示磁場強弱，磁感線密集處磁場強，磁感線稀疏處磁場弱(4)磁感線在空間不相交(5)磁感線是為了形象地描述磁場而假想的曲線，實際上并不存在3磁感線和電場線的比較：相同點：都是疏密程度表示場的強弱，切線方向表示場的方向；都不能相交不同點：電場線起于正電荷(或無窮遠)，終止于無窮遠(或負電荷)，不閉合；但磁感線是閉合曲線例1 關(guān)于磁場和磁感線的描述，下列說法中正確的是()A磁感線總是從磁鐵的N極出發(fā)，到S極終止B磁感線可以形象地描述各磁場的強弱和方向，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磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的D兩個磁場的疊加區(qū)域，磁感線可能相交答案B解析條形磁鐵內(nèi)部磁感線的方向是從S極指向N極，A錯誤；磁感線上每一點切線方向表示磁場方向，磁感線的疏密表示磁場的強弱，小磁針靜止時北極受力方向和靜止時北極的指向均為磁場方向，選項B正確；磁感線是為了形象地描述磁場而假想的一組有方向的閉合曲線，實際上并不存在，選項C錯誤；疊加區(qū)域合磁場的方向也具有唯一性，磁感線不可能相交，D選項錯誤二、電流的磁場安培定則安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖直線電流以導線上任意點為圓心垂直于導線的多組同心圓，越向外磁感線越稀疏，磁場越弱環(huán)形電流內(nèi)部磁場比環(huán)外強，磁感線越向外越稀疏通電螺線管內(nèi)部為勻強磁場且比外部強，方向由S極指向N極，外部類似條形磁鐵，由N極指向S極例2電路沒接通時兩枚小磁針方向如圖5，試確定電路接通后兩枚小磁針的轉(zhuǎn)向及最后的指向圖5答案見解析解析接通電源后，螺線管的磁場為：內(nèi)部從左指向右，外部從右指向左，如圖所示，故小磁針1逆時針轉(zhuǎn)動至N極水平向左，小磁針2順時針轉(zhuǎn)動至N極水平向右提示：(1)小磁針在磁場中受力方向的判斷：小磁針N極的受力方向(小磁針靜止時N極的指向)與磁感線的切線方向一致 .(2)“同名磁極相斥，異名磁極相吸”只適用于小磁針處于磁體產(chǎn)生的磁場或環(huán)形電流、通電螺線管外部，而在通電螺線管內(nèi)部不適用針對訓練1當導線中分別通以圖示方向的電流，小磁針靜止時北極指向讀者的是()答案C解析通電直導線電流從左向右，根據(jù)右手螺旋定則，則有小磁針所處的位置磁場方向垂直紙面向里，所以小磁針靜止時北極背離讀者，故A錯誤；通電直導線電流豎直向上，根據(jù)右手螺旋定則，磁場的方向為逆時針(從上向下看)，因此小磁針靜止時北極背離讀者，故B錯誤；環(huán)形導線的電流方向如題圖C所示，根據(jù)右手螺旋定則，則有小磁針所處的位置磁場方向垂直紙面向外，所以小磁針靜止時北極指向讀者，故C正確；根據(jù)右手螺旋定則，結(jié)合電流的方向，則通電螺線管的內(nèi)部磁場方向由右向左，則小磁針靜止時北極指向左，故D錯誤三、磁通量(1)如圖，平面S在垂直于磁場方向上的投影面積為S.若有n條磁感線通過S，則通過面積S的磁感線有多少條？(2)若磁場增強，即B增大，通過面積S的磁感線條數(shù)是否增多？答案(1)n條(2)B增大時，通過面積S的磁感線條數(shù)增多1磁通量的計算：(1)公式：BS.適用條件：勻強磁場；磁感線與平面垂直(2)若磁感線與平面不垂直，則BScos .其中Scos 為面積S在垂直于磁感線方向上的投影面積，如圖6所示圖62磁通量的正負：磁通量是標量，但有正負，若磁感線從某一面上穿入時，磁通量為正值，磁感線從此面穿出時則為負值3磁通量可用穿過某一平面的磁感線條數(shù)表示若有磁感線沿相反方向穿過同一平面，則磁通量等于穿過該平面的磁感線的凈條數(shù)(磁通量的代數(shù)和)例3如圖7所示，框架面積為S，框架平面與磁感應強度為B的勻強磁場方向垂直，則穿過線框平面的磁通量為多少？若使框架繞OO軸轉(zhuǎn)過60角，則穿過線框平面的磁通量為多少？若從初始位置轉(zhuǎn)過90角，則穿過線框平面的磁通量為多少？若從初始位置轉(zhuǎn)過180角，則穿過線框平面的磁通量變化了多少？圖7答案BSBS02BS解析在題圖所示位置時，磁感線與線框平面垂直，BS.當線框繞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BSBScos 60BS.轉(zhuǎn)過90時，線框由與磁感線垂直變?yōu)榕c磁感線平行，0.線框轉(zhuǎn)過180時，磁感線仍然垂直穿過線框，只不過穿過的方向改變了因而1BS，2BS，212BS.即磁通量變化了2BS.四、磁感應強度矢量的疊加磁感應強度是矢量，當空間存在幾個磁體(或電流)時，每一點的磁場等于各個磁體(或電流)在該點產(chǎn)生磁場的矢量和磁感應強度疊加時遵循平行四邊形定則例4(2017全國卷)如圖8，在磁感應強度大小為B0的勻強磁場中，兩長直導線P和Q垂直于紙面固定放置，兩者之間的距離為l.在兩導線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時，紙面內(nèi)與兩導線距離均為l的a點處的磁感應強度為零，如果讓P中的電流反向、其他條件不變，則a點處磁感應強度的大小為()圖8A0 B.B0 C.B0 D2B0答案C解析如圖甲所示， P、Q中的電流在a點產(chǎn)生的磁感應強度大小相等，設(shè)為B1，由幾何關(guān)系可知，B1B0.如果讓P中的電流反向、其他條件不變，如圖乙所示，由幾何關(guān)系可知，a點處磁感應強度的大小BB0 ，故選項C正確，A、B、D錯誤學科素養(yǎng)這道高考題用安培定則判斷電流周圍的磁場方向，而后根據(jù)矢量的合成法則計算磁感應強度的大小，考查了從物理學視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識方式，體現(xiàn)了“科學思維”的學科素養(yǎng)針對訓練2(多選)(2018全國卷)如圖9，紙面內(nèi)有兩條互相垂直的長直絕緣導線L1、L2，L1中的電流方向向左，L2中的電流方向向上；L1的正上方有a、b兩點，它們相對于L2對稱整個系統(tǒng)處于勻強外磁場中，外磁場的磁感應強度大小為B0，方向垂直于紙面向外已知a、b兩點的磁感應強度大小分別為B0和B0，方向也垂直于紙面向外則()圖9A流經(jīng)L1的電流在b點產(chǎn)生的磁感應強度大小為B0B流經(jīng)L1的電流在a點產(chǎn)生的磁感應強度大小為B0C流經(jīng)L2的電流在b點產(chǎn)生的磁感應強度大小為B0D流經(jīng)L2的電流在a點產(chǎn)生的磁感應強度大小為B0答案AC解析原磁場、電流的磁場方向如圖所示，由題意知在b點：B0B0B1B2在a點：B0B0B1B2由上述兩式解得B1B0，B2B0，A、C項正確1.(磁感線的理解)如圖10是條形磁鐵的部分磁感線分布示意圖，關(guān)于圖中a、b兩點磁場的描述，正確的是()圖10Aa點的磁場方向為圖中Ba指向Bb點的磁場方向為圖中Bb指向Ca點的磁感應強度大于b點的磁感應強度Da點的磁感應強度小于b點的磁感應強度答案C解析磁感線上某點的切線方向表示該點磁場的方向，題圖中a、b兩點的磁場方向均是錯誤的，故A、B錯誤磁感線疏密表示磁場的強弱，a點的磁感線比較密，則a點磁感應強度大于b點的磁感應強度，故C正確，D錯誤2(安培定則的應用)如圖所示為電流產(chǎn)生磁場的分布圖，其中正確的是()答案D解析電流方向向上，由右手螺旋定則可得磁場方向為逆時針(從上向下看)，故A錯誤；電流方向向下，由右手螺旋定則可得磁場方向為順時針(從上向下看)，故B錯誤；題圖C、D中電流為環(huán)形電流，由右手螺旋定則可知，內(nèi)部磁場方向應向右，故C錯誤，故D正確3.(磁通量的計算)如圖11所示，兩個單匝線圈a、b的半徑分別為r和2r.圓形勻強磁場B的邊緣恰好與a線圈重合，則穿過a、b兩線圈的磁通量之比為()圖11A11 B12C14 D41答案A解析兩個線圈的半徑雖然不同，但是線圈內(nèi)的勻強磁場的半徑一樣，則穿過兩線圈的磁通量相同，故選項A正確4(磁感應強度矢量的疊加)(2018武漢外國語學校期末)如圖12所示，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(guān)于以上幾點處的磁感應強度，下列說法正確的是()圖12AO點處的磁感應強度為零Ba、b兩點處的磁感應強度大小相等，方向相反Cc、d兩點處的磁感應強度大小相等，方向相同Da、c兩點處的磁感應強度的方向不同答案C解析根據(jù)安培定則判斷：兩直線電流在O點處產(chǎn)生的磁場方向均垂直于MN向下，O點處的磁感應強度不為零，故A選項錯誤；a、b兩點處的磁感應強度大小相等，方向相同，故B選項錯誤；根據(jù)對稱性，c、d兩點處的磁感應強度大小相等，方向相同，故C選項正確；a、c兩點處的磁感應強度方向相同，故D選項錯誤一、選擇題考點一磁感線1(多選)關(guān)于磁場和磁感線的描述，正確的說法有()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，也是一種物質(zhì)B磁感線可以形象地表示磁場的強弱與方向C磁感線總是從磁鐵的北極出發(fā)，到南極終止D磁感線就是細鐵屑在磁鐵周圍排列出的曲線，沒有細鐵屑的地方就沒有磁感線答案AB解析磁場具有能量，所以是一種物質(zhì)，A正確；磁感線的疏密程度可表示磁場的強弱，磁感線的切線方向可表示磁場的方向，B正確；磁感線是閉合曲線，在磁體外部，從磁體的北極出發(fā)，到南極終止，在磁體內(nèi)部，從南極指向北極，C錯誤；用細鐵屑在磁鐵周圍排列出的曲線可以模擬磁感線，但并不是磁感線，沒有細鐵屑的地方同樣可以畫出磁感線，故D錯誤2關(guān)于磁感線與靜電場中電場線的描述，下列說法正確的是()A電場線起止于電荷，磁感線起止于磁極B電場線一定是不閉合的，磁感線一定是閉合的C磁感線是自由小磁針在磁場力作用下的運動軌跡D電場線和磁感線實際上均存在，只是肉眼看不到答案B解析磁感線沒有起點也沒有終點，是閉合的曲線靜電場中的電場線不是閉合曲線，起始于正電荷(或無窮遠處)，終止于無窮遠處(或負電荷)，故A錯誤，B正確；磁感線是曲線時，小磁針在磁場力作用下的運動軌跡并不與其重合，故選項C錯誤；電場線和磁感線都是為了描述抽象的場而人為引入的曲線，實際上并不存在，選項D錯誤3下列各圖中，用帶箭頭的細實線表示通電直導線周圍磁感線的分布情況，其中正確的是()答案D4如圖1所示，一通電螺線管通有圖示電流，1、2、4小磁針放在螺線管周圍，3小磁針放在螺線管內(nèi)部，四個小磁針靜止在如圖所示位置，則四個小磁針的N、S極標注正確的是()圖1A1 B2 C3 D4答案B解析小磁針靜止時的N極指向為該處的磁感線方向，根據(jù)安培定則可知通電螺線管的右端為N極，左端為S極，內(nèi)部磁感線方向是從左到右，故只有2小磁針的N、S極標注正確考點二磁感應強度矢量的疊加5.(多選)如圖2，兩根平行長直導線相距2l，通有大小相等、方向相同的恒定電流；a、b、c是導線所在平面內(nèi)的三點，左側(cè)導線與它們的距離分別為、l和3l.關(guān)于這三點處的磁感應強度，下列判斷正確的是()圖2Aa處的磁感應強度大小比c處的大Bb、c兩處的磁感應強度大小相等Ca、c兩處的磁感應強度方向相同Db處的磁感應強度為零答案AD解析由于a點與左側(cè)導線的距離比c點與右側(cè)導線的距離小，故a處的磁感應強度大小比c處的大，A正確根據(jù)安培定則知，a、c兩處磁感應強度方向相反，C錯誤b點位于兩導線中間，兩通電導線在b處產(chǎn)生的磁感應強度大小相等，方向相反，故b處磁感應強度為零，c處磁感應強度不為零，B錯誤，D正確6(2018河南八市聯(lián)考高二上學期測評)如圖3所示，三根相互平行的固定長直導線L1、L2和L3，垂直紙面置于正三角形三個頂點處，O為正三角形的中心，當電流沿圖示方向時，中心O處的磁感應強度為B0，若把L3移走，則O處的磁場磁感應強度為()圖3A. B. CB0 D.B0答案A解析三根相互平行的固定長直導線電流大小相等，它們在中心O處產(chǎn)生的磁感應強度大小均相同，依題意可知L1、L2在O處產(chǎn)生的合磁感應強度方向水平向右，與L3在O處產(chǎn)生的磁感應強度相同，若把L3移走，中心O處的磁場磁感應強度為，A正確7(多選)三根在同一平面(紙面)內(nèi)的長直絕緣導線組成一等邊三角形，在導線中通過的電流均為I，方向如圖4所示a、b和c三點分別位于三角形的三個頂角的平分線上，且到相應頂點的距離相等將a、b和c處的磁感應強度大小分別記為B1、B2和B3，下列說法正確的是()圖4AB1B2B3BB1B2B3Ca和b處磁場方向垂直于紙面向外，c處磁場方向垂直于紙面向里Da處磁場方向垂直于紙面向外，b和c處磁場方向垂直于紙面向里答案AC解析a、b、c三處的磁感應強度是三根導線所產(chǎn)生的磁感應強度的疊加根據(jù)安培定則可判斷出左、右兩根導線在a處的磁場方向相反，因為距離相等，所以磁感應強度大小相等，所以左、右兩根導線在a處產(chǎn)生的磁感應強度的矢量和為零，a處的磁感應強度等于下面導線在該處產(chǎn)生的磁感應強度，所以a處的磁感應強度方向垂直于紙面向外同理可知b處的磁感應強度等于右面的導線在該處產(chǎn)生的磁感應強度，所以b處的磁感應強度方向也垂直于紙面向外，三根導線在c處產(chǎn)生的磁場方向均是垂直于紙面向里，所以合磁感應強度方向垂直紙面向里，所以B1B2B3，A、C選項正確，B、D選項錯誤考點三安培分子電流假說8關(guān)于分子電流，下面說法中正確的是()A分子電流假說最初是由法國學者法拉第提出的B分子電流假說揭示了磁鐵的磁場與電流的磁場具有共同的本質(zhì)，即磁場都是由電荷的運動形成的C分子電流是專指分子內(nèi)部存在的環(huán)形電流D分子電流假說無法解釋加熱“去磁”現(xiàn)象答案B解析分子電流假說最初是由安培提出來的，A錯誤；分子電流并不是專指分子內(nèi)部存在的環(huán)形電流，分子電流假說揭示了磁鐵的磁場與電流的磁場具有共同的本質(zhì)，即磁場都是由電荷的運動形成的，C錯誤，B正確；加熱“去磁”現(xiàn)象可以根據(jù)分子電流假說解釋，磁體受到高溫時會失去磁性，是因為激烈的熱運動使分子電流的取向又變得雜亂無