高中物理 第三章 磁場 第3講 幾種常見的磁場學案 新人教版選修3-1

1、幾種常見的磁場 目標定位1.知道磁感線，并能記住幾種常見磁場的磁感線分布特點.2.會用安培定則判斷電流周圍的磁場方向.3.知道磁通量的概念，并會計算磁通量.4.知道安培分子電流假說，并能解釋簡單的磁現(xiàn)象一、磁感線1定義：用來形象描述磁場的假想曲線2特點：(1)磁感線的疏密程度表示磁場的強弱(2)磁感線上某點的切線方向表示該點的磁感應強度方向(3)磁感線的方向：磁體外部從N極指向S極，磁體內(nèi)部從S極指向N極(4)磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷深度思考(1)用磁感線描述磁場時，總有一些區(qū)域沒有磁感線通過，這些區(qū)域是否一定沒有磁場存在？(2)倘若空間某區(qū)域的磁場是由兩個或兩個以上的磁體或電流產(chǎn)

2、生的，用磁感線描述該區(qū)域的磁場時，磁感線能否相交？答案(1)不是用磁感線描述磁場時，只是定性地畫出一些磁感線用來描述該區(qū)域的磁場分布，不可能讓所有的區(qū)域都有磁感線通過，沒有磁感線通過的區(qū)域仍然可以有磁場分布(2)不能若多個磁體或電流的磁場在空間某區(qū)域疊加，磁感線描述的是疊加后的合磁場的磁感線分布情況，不能認為該區(qū)域有多條磁感線相交例1關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極終止的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

3、能相交解析條形磁鐵內(nèi)部磁感線的方向是從S極指向N極，A不正確；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不正確；疊加區(qū)域合磁場的方向也具有唯一性，故磁感線不可能相交，D選項錯誤答案B磁感線與電場線的比較比較項目磁感線靜電場的電場線相同點方向線上各點的切線方向就是該點的磁場方向線上各點的切線方向就是該點的電場方向疏密表示磁場強弱表示電場強弱特點在空間不相交、不相切、不中斷除電荷處外，在空間不相交、不相切、不中斷不同點閉合曲線始于正

4、電荷或無窮遠處，止于負電荷或無窮遠處，不閉合的曲線二、幾種常見的磁場1直線電流的磁場安培定則：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)繞的方向這個規(guī)律也叫右手螺旋定則.安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖以導線上任意點為圓心的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場越弱2.環(huán)形電流的磁場環(huán)形電流的磁場可用另一種形式的安培定則表示：讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導線軸線上磁感線的方向.安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖內(nèi)部磁場比環(huán)外強，磁感線越向外越稀疏3.通電螺線管的磁場通電螺線管是由許多匝環(huán)形電流串聯(lián)而成的所以環(huán)形電流的安培定則也可

5、以用來判定通電螺線管的磁場，這時拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁場的方向.安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖內(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極深度思考磁體和電流都可以產(chǎn)生磁場，環(huán)形電流和通電螺線管的磁場與哪種磁體的磁場相似？答案環(huán)形電流相當于小磁針，通電螺線管相當于條形磁鐵例2如圖1所示，分別給出了導線中的電流方向或磁場中某處小磁針靜止時N極的指向或磁感線方向請畫出對應的磁感線(標上方向)或電流方向圖1解析如果已知電流的方向，可用右手螺旋定則判斷磁感線的方向如果已知小磁針靜止時N極指向，那么小磁針N極所指方向就是磁感線方向答案用安培定則來判斷，分別如下列各

6、圖所示例3如圖2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點的距離均相等關于以上幾點處的磁場，下列說法正確的是()圖2AO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兩點處磁感應強度的方向不同解析由安培定則可知，兩導線在O點產(chǎn)生的磁場方向均豎直向下，合磁感應強度一定不為零，故選項A錯誤；由安培定則，兩導線在a、b兩處產(chǎn)生的磁場方向均豎直向下，由于對稱性，電流M在a處產(chǎn)生磁場的磁感

7、應強度等于電流N在b處產(chǎn)生磁場的磁感應強度，電流M在b處產(chǎn)生磁場的磁感應強度等于N在a處產(chǎn)生磁場的磁感應強度，所以a、b兩處磁感應強度大小相等、方向相同，選項B錯誤；根據(jù)安培定則判斷可知，兩導線在c、d處產(chǎn)生的磁場分別垂直c、d兩點與導線連線方向向下，且產(chǎn)生的磁場的磁感應強度相等，由平行四邊形定則可知，c、d兩點處的磁感應強度大小相等，方向均豎直向下，故選項C正確，選項D錯誤答案C磁感應強度是矢量，當空間存在幾個磁體(或電流)時，每一點的磁場為各個磁體(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.三、安培分子電流假說1法國學者安培提出了著名的分子電流假說他認為在原子、分

8、子等物質微粒的內(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微粒都成為微小的磁體，它的兩側相當于兩個磁極2當鐵棒中分子電流的取向大致相同時，鐵棒對外顯磁性(如圖3甲所示)；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(如圖乙所示)，所以磁體在高溫或受到猛烈撞擊時，將會退磁圖33安培分子電流假說揭示了磁現(xiàn)象的電本質：一切磁現(xiàn)象都是由電荷的運動產(chǎn)生的例4用安培分子電流假說解釋下列現(xiàn)象不正確的是()A未被磁化的鐵棒內(nèi)部分子電流取向雜亂無章，磁場相互抵消對外不顯磁性B未被磁化的鐵棒放到磁場中，各分子電流在磁場作用下取向變得大致相同，鐵棒被磁化，兩端對外顯示較強的磁作用，形成磁極C磁鐵受到

9、高溫或猛烈撞擊時失去磁性，這是因為激烈的熱運動或震動使分子電流取向變得雜亂無章了D通電直導線中的電流和環(huán)形電流都是分子電流形成的解析分子電流假說是安培為解釋磁體的磁現(xiàn)象而提出的，易知選項A、B、C都對；分子電流和宏觀電流雖然都是運動電荷引起的，但產(chǎn)生的原因是不同的，D錯答案D四、勻強磁場和磁通量1勻強磁場(1)定義：磁感應強度的大小、方向處處相同的磁場磁感線：間隔相同的平行直線(2)實例：距離很近的兩個平行的異名磁極間的磁場，相隔適當距離的兩平行放置的通電線圈，其中間區(qū)域的磁場都是勻強磁場2磁通量(1)定義：勻強磁場磁感應強度B與和磁場方向垂直的平面面積S的乘積，叫做穿過這個面積的磁通量，簡稱

10、磁通(2)表達式：BS.單位：韋伯，簡稱韋，符號是Wb，1Wb1Tm2.適用條件：勻強磁場；磁感線與平面垂直(3)說明：磁通量可用穿過某一平面的磁感線條數(shù)表示；若磁感線沿相反方向穿過同一平面，則磁通量等于穿過平面的磁感線的凈條數(shù)(磁通量的代數(shù)和)(4)引申：B，因此磁感應強度B又叫磁通密度例5如圖4所示，線圈abcd的平面與水平方向夾角60，磁感線豎直向下，線圈平面面積S0.4m2，勻強磁場磁感應強度B0.6T，則穿過線圈的磁通量為多少？圖4解析方法一：把S投影到與B垂直的方向，則BScos0.60.4cos60Wb0.12Wb.方法二：把B分解為平行于線圈平面的分量B和垂直于線圈平面的分量B

11、，B不穿過線圈，且BBcos，則BSBcosS0.60.4cos60Wb0.12Wb.答案0.12Wb(1)磁通量的計算公式：BS適用條件：a.勻強磁場；b.磁感線與平面垂直.當平面與磁場方向不垂直時，穿過平面的磁通量可用平面在垂直于磁場B的方向的投影面積進行計算，即BS.(2)磁通量的正、負既不表示大小，也不表示方向，它表示磁通量從某個面穿入還是穿出，若規(guī)定穿入為正，則穿出為負，反之亦然.1(對磁感線的理解)如圖5所示的磁場中同一條磁感線(方向未標出)上有a、b兩點，這兩點處的磁感應強度()圖5A大小相等，方向不同B大小不等，方向相同C大小相等，方向相同D大小不等，方向不同答案B解析如題圖，

12、a點處磁感線比b點處磁感線密，則a點的磁感應強度大于b點的磁感應強度，而某點的切線方向即為該點的磁感應強度的方向因此它們的方向相同故B正確，A、C、D錯誤2(安培定則的理解和應用)(多選)如圖6所示，螺線管中通有電流，如果在圖中的a、b、c三個位置上各放一個小磁針，其中a在螺線管內(nèi)部，則()圖6A放在a處的小磁針的N極向左B放在b處的小磁針的N極向右C放在c處的小磁針的S極向右D放在a處的小磁針的N極向右答案BD解析由安培定則，通電螺線管的磁場如圖所示，右端為N極，左端為S極，在a點磁場方向向右，則小磁鐵在a點時，N極向右，A項錯誤，D項正確；在b點磁場方向向右，則磁針在b點時，N極向右，B項

13、正確；在c點，磁場方向向右，則磁針在c點時，N極向右，S極向左，C項錯誤3(磁感應強度的疊加)在磁感應強度為B0、方向豎直向上的勻強磁場中，水平放置一根長通電直導線，電流的方向垂直于紙面向里如圖7所示，a、b、c、d是以直導線為圓心的同一圓周上的四點，在這四點中()圖7Ab、d兩點的磁感應強度相等Ba、b兩點的磁感應強度相等Cc點的磁感應強度的值最小Db點的磁感應強度的值最大答案C解析如圖所示，由矢量疊加原理可求出各點的合磁場的磁感應強度，可見b、d兩點的磁感應強度大小相等，但方向不同，A項錯誤a點的磁感應強度最大，c點的磁感應強度最小，B、D項錯誤，C項正確4(對磁通量的理解)如圖8所示，一

14、個單匝線圈abcd水平放置，面積為S，有一半面積處在豎直向下的勻強磁場中，磁感應強度為B，當線圈以ab邊為軸轉過30和60時，穿過線圈的磁通量分別是多少？圖8答案解析當線圈分別轉過30和60時，線圈平面在垂直于磁場方向的有效面積相同，S，所以磁通量相同，都等于.題組一磁感線及安培定則的應用1(多選)關于電場和磁場，下列說法正確的是()A我們雖然不能用手觸摸到電場的存在，卻可以用試探電荷去探測它的存在和強弱B電場線和磁感線是可以形象描述場強強弱和方向的客觀存在的曲線C磁感線和電場線一樣都是閉合的曲線D磁體之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，磁場和電場一樣，都是客觀存在的物質答案AD解析電場和磁場都是

15、客觀存在的物質，電場線和磁感線都是假想的曲線，實際并不存在電場線和磁感線的最大區(qū)別在于：磁感線是閉合的，而電場線不是閉合的2如圖1所示為某磁場的一條磁感線，其上有A、B兩點，則()圖1AA點的磁感應強度一定大BB點的磁感應強度一定大C因為磁感線是直線，A、B兩點的磁感應強度一樣大D條件不足，無法判斷答案D解析由磁場中一根磁感線無法判斷磁場強弱3如圖2所示為電流產(chǎn)生磁場的分布圖，分布圖正確的是()圖2ABCD答案C解析由安培定則可以判斷出直線電流產(chǎn)生的磁場方向，正確、錯誤和為環(huán)形電流，注意讓彎曲的四指指向電流的方向，可判斷出正確、錯誤故正確選項為C.4如圖3所示，a、b、c三枚小磁針分別在通電螺

16、線管的正上方、管內(nèi)和右側，當這些小磁針靜止時，小磁針N極的指向是()圖3Aa、b、c均向左Ba、b、c均向右Ca向左，b向右，c向右Da向右，b向左，c向右答案C解析小磁針靜止時N極的指向與該點磁感線方向相同，如果a、b、c三處磁感線方向確定，那么三枚小磁針靜止時N極的指向也就確定了所以，只要畫出通電螺線管的磁感線如圖所示，即可知a磁針的N極向左，b磁針的N極向右，c磁針的N極向右5(多選)如圖4為某磁場中的磁感線，則()圖4Aa、b兩處磁感應強度大小不等，BaBbBa、b兩處磁感應強度大小不等，BaBbC同一小段通電導線放在a處時受力一定比b處時大D同一小段通電導線放在a處時受力可能比b處時

17、小答案AD6(多選)如圖5所示，一束帶電粒子沿水平方向飛過小磁針的上方，此時小磁針的S極向紙內(nèi)偏轉，這一束帶電粒子可能是()圖5A向右飛行的正離子束 B向左飛行的正離子束C向右飛行的電子束 D向左飛行的電子束答案BC解析小磁針的S極向紙內(nèi)偏轉，說明此處磁場向外，根據(jù)安培定則可知電流方向從b向a，選項B、C正確題組二磁感應強度的疊加7(多選)如圖6所示，一根通電直導線垂直放在磁感應強度為1T的勻強磁場中，以導線截面的中心為圓心，半徑為r的圓周上有a、b、c、d四個點，已知a點的實際磁感應強度為零，則下列敘述正確的是()圖6A直導線中的電流方向垂直紙面向外Bb點的實際磁感應強度為T，方向斜向上，與

18、B的夾角為45Cc點的實際磁感應強度也為零Dd點的實際磁感應強度跟b點的相同答案AB解析由a點合磁感應強度為零知，該電流在a點的磁感應強度方向向左，大小為1T，由安培定則知A項正確，另由平行四邊形定則知B項也正確8如圖7所示，兩根相互平行的長直導線分別通有方向相反的電流I1和I2，且I1I2；a、b、c、d為導線某一橫截面所在平面內(nèi)的四點，且a、b、c與兩導線共線；b點在兩導線之間，b、d的連線與兩導線所在直線垂直磁感應強度可能為零的點是()圖7Aa點Bb點Cc點Dd點答案C解析要使合磁感應強度為零，必有I1和I2形成的兩個磁場中的某一點磁感應強度等大反向，只有c點有可能，選C.9三根平行的直

19、導線，分別垂直地通過一個等腰直角三角形的三個頂點，如圖8所示，現(xiàn)使每條通電導線在斜邊中點O所產(chǎn)生的磁感應強度的大小均為B，則該處的磁感應強度的大小和方向是()圖8A大小為B，方向垂直斜邊向下B大小為B，方向垂直斜邊向上C大小為B，斜向右下方D大小為B，斜向左下方答案C解析由題意可知，三平行的通電直導線在O點產(chǎn)生的磁感應強度大小相等，方向如圖則：B合B，故A、B、D錯誤，C正確題組三安培分子電流假說10安培觀察到通電螺旋管的磁場和條形磁鐵的磁場很相似，提出了分子電流假說他認為，在原子、分子等物質微粒內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流分子電流(分子電流實際上是由原子內(nèi)部電子的繞核運動形成的)，分子電流使每個物質微粒都成為微小的磁體，它的兩側相當于兩個磁極(如圖9所示)下列將分子電流(箭頭表示電子運動方向)等效為小磁體的圖示中正確的是()圖9答案B解析做圓周運動的電荷帶負電，則環(huán)形電流方向相反，根據(jù)安培定則可知其左側為N極，選項B對11(多選)如圖10所示，兩塊軟鐵ab和cd放在螺線管軸線上，當螺線管通上如圖所示方向的電流后，下列說法正確的是()圖10A兩軟鐵將相互吸引B兩軟鐵將相互排斥Ca端將磁化為N極Dd端將磁化為N極答案AD解析當螺線管通電后，螺線管產(chǎn)生的磁場使兩塊軟鐵磁化，兩軟鐵的左端同為N極，右端同為S極，兩軟鐵相互吸引，選項A、D對，B、C錯題組四