物理選修3-1第三章--學(xué)案3幾種常見的磁場(人教版選修3-1)

1、學(xué)案3幾種常見的磁場學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 1.知道磁感線的概念，知道幾種常見磁場的磁感線分布.2.會用安培定則判斷電流的磁場方向.3.了解安培分子電流假說.4.知道什么是勻強(qiáng)磁場.5.知道磁通量的概念，會用BS計(jì)算磁通量一、磁感線如果在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致，這樣的曲線就叫做磁感線在磁體兩極附近，磁場較強(qiáng)，磁感線較密二、幾種常見的磁場安培定則的幾種表述1直線電流的磁場方向：右手握住導(dǎo)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2環(huán)形電流的磁場：讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致，伸直的拇

2、指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向3通電螺線管的磁場：從外部看，通電螺線管的磁場相當(dāng)于一個條形磁鐵的磁場，所以用安培定則時，拇指所指的是它的北極的方向三、安培分子電流假說法國學(xué)者安培提出了著名的分子電流假說他認(rèn)為，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(dāng)于兩個磁極四、勻強(qiáng)磁場強(qiáng)弱和方向處處相同的磁場勻強(qiáng)磁場的磁感線是一些間隔相同的平行直線五、磁通量設(shè)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一個與磁場方向垂直的平面，面積為S，我們把B與S的乘積叫做穿過這個面積的磁通量，簡稱磁通用字母表示磁通量，則BS.在國際單位制中，磁通量的單

3、位是韋伯，簡稱韋，符號是Wb.一、磁感線安培定則問題設(shè)計(jì)在磁場中放一塊玻璃板，玻璃板上均勻地撒一層細(xì)鐵屑，輕敲玻璃板，鐵屑就會有規(guī)則地排列起來，模擬出磁感線的形狀由實(shí)驗(yàn)得到條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場的磁感線是如何分布的？答案要點(diǎn)提煉1磁感線和電場線的比較：相同點(diǎn)：都是疏密程度表示場的強(qiáng)弱，切線方向表示場的方向；都不能相交不同點(diǎn)：電場線起于正電荷，終止于負(fù)電荷，不閉合；但磁感線是閉合曲線2電流周圍的磁感線方向可根據(jù)安培定則判斷(1)直線電流的磁場：以導(dǎo)線上任意點(diǎn)為圓心的同心圓，越向外越疏(如圖1所示)圖1(2)環(huán)形電流的磁場：內(nèi)部比外部強(qiáng)，磁感線越向外越疏(如圖2所示)圖2(3)通電螺線管的磁場：

4、內(nèi)部為勻強(qiáng)磁場，且內(nèi)部比外部強(qiáng)內(nèi)部磁感線方向由S極指向N極，外部由N極指向S極(如圖3所示)圖3二、安培分子電流假說問題設(shè)計(jì)磁鐵和電流都能產(chǎn)生磁場，而且通電螺線管外部的磁場與條形磁鐵的磁場十分相似，它們的磁場有什么聯(lián)系？答案它們的磁場都是由電荷的運(yùn)動產(chǎn)生的要點(diǎn)提煉1安培分子電流假說安培認(rèn)為，物質(zhì)微粒內(nèi)的分子電流使它們相當(dāng)于一個個的小磁體(如圖4)圖42當(dāng)鐵棒中分子電流的取向大致相同時，鐵棒對外顯磁性(如圖5甲)；當(dāng)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)圖53安培分子電流假說說明一切磁現(xiàn)象都是由電荷的運(yùn)動產(chǎn)生的三、勻強(qiáng)磁場磁通量問題設(shè)計(jì)取兩塊較大的磁鐵，讓兩個平行的異名磁

5、極相對，在距離很近時用細(xì)鐵屑模擬磁感線的分布，你觀察到的結(jié)果怎樣？答案磁感線互相平行要點(diǎn)提煉1勻強(qiáng)磁場的磁感線是一些間隔相同的平行直線2磁通量的定義式：BS，適用條件：磁場是勻強(qiáng)磁場，且磁場方向與平面垂直3當(dāng)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(jìn)行計(jì)算，即BSBScos_(如圖6)圖6延伸思考什么是磁通密度？其單位是什么？答案磁通密度就是磁感應(yīng)強(qiáng)度，其單位可表示為Wb/m2.一、對磁感線的認(rèn)識例1關(guān)于磁場和磁感線的描述，正確的說法是()A磁感線從磁體的N極出發(fā)，終止于S極B磁感線可以表示磁場的方向和強(qiáng)弱C沿磁感線方向，磁場逐漸減弱D因?yàn)楫惷艠O相互吸引

6、，所以放入通電螺線管內(nèi)的小磁針的N極一定指向螺線管的S極解析在磁體外部，磁感線從磁體的N極出發(fā)指向S極，在磁體內(nèi)部，磁感線從磁體S極出發(fā)指向N極，故選項(xiàng)A錯誤；磁感線較密的地方，磁場較強(qiáng)，反之較弱，曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致，選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)C錯誤；在通電螺線管內(nèi)，磁場方向從S極指向N極，而小磁針靜止時N極指向磁場方向，故放在通電螺線管內(nèi)的小磁針N極指向N極，選項(xiàng)D錯誤答案B二、對安培定則的理解與應(yīng)用例2如圖7所示，圖a、圖b是直線電流的磁場，圖c、圖d是環(huán)形電流的磁場，圖e、圖f是通電螺線管電流的磁場試在各圖中補(bǔ)畫出電流方向或磁感線的方向圖7解析根據(jù)安培定則，可以確

7、定圖a中電流方向垂直紙面向里，b中電流的方向自下而上，c中電流方向是逆時針方向，d中磁感線的方向向上，e中磁感線的方向向左，f中磁感線的方向向右答案見解析三、對安培分子電流假說的認(rèn)識例3關(guān)于磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，下列說法正確的是()A除永久磁鐵外，一切磁場都是由運(yùn)動電荷或電流產(chǎn)生的B根據(jù)安培的分子電流假說，在外磁場作用下，物體內(nèi)部分子電流取向變得大致相同時，物體就被磁化了，兩端形成磁極C一切磁現(xiàn)象都起源于電流或運(yùn)動電荷，一切磁作用都是電流或運(yùn)動電荷之間通過磁場而發(fā)生的相互作用D磁就是電，電就是磁；有磁必有電，有電必有磁解析變化的電場能夠產(chǎn)生磁場，而永久磁鐵的磁場也是由運(yùn)動的電荷(分子電流即電子繞原子

8、核的運(yùn)動形成的電流)產(chǎn)生的故A錯誤沒有磁性的物體內(nèi)部分子電流的取向是雜亂無章的，分子電流產(chǎn)生的磁場相互抵消，但當(dāng)受到外界磁場的作用力時分子電流的取向變得大致相同時分子電流產(chǎn)生的磁場相互加強(qiáng)，物體就被磁化了，兩端形成磁極故B正確由安培分子電流假說知C正確磁和電是兩種不同的物質(zhì)，故磁是磁，電是電有變化的電場或運(yùn)動的電荷就能產(chǎn)生磁場，但靜止的電荷不能產(chǎn)生磁場，恒定的電場不能產(chǎn)生磁場同樣恒定磁場也不能產(chǎn)生電場，故D錯誤答案BC四、對磁通量的認(rèn)識及計(jì)算例4如圖8所示，框架面積為S，框架平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場方向垂直，則穿過平面的磁通量為_若使框架繞OO轉(zhuǎn)過60°角，則穿過框架平面的磁通

9、量為_；若從初始位置轉(zhuǎn)過90°角，則穿過框架平面的磁通量為_；若從初始位置轉(zhuǎn)過180°角，則穿過框架平面的磁通量的變化是_圖8解析初始位置1BS；框架轉(zhuǎn)過60°角時2BSBScos 60°BS；框架轉(zhuǎn)過90°角時3BSBScos 90°0；若規(guī)定初始位置磁通量為“正”，則框架轉(zhuǎn)過180°角時磁感線從反面穿出，故末態(tài)磁通量為“負(fù)”，即4BS，所以|41|(BS)BS|2BS.答案BSBS02BS1(對磁感線的認(rèn)識)關(guān)于磁場和磁感線的描述，下列說法中正確的是()A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，也是一種客觀存

10、在的物質(zhì)B磁感線可以形象地描述磁場的強(qiáng)弱和方向，它每一點(diǎn)的切線方向都和小磁針放在該點(diǎn)靜止時北極所指的方向一致C磁感線總是從磁鐵的N極出發(fā)，到S極終止的D磁感線可以用細(xì)鐵屑來顯示，因而是真實(shí)存在的答案AB解析條形磁鐵內(nèi)部磁感線從S極到N極，選項(xiàng)C錯誤；磁感線是為了形象描述磁場而假想的一組有方向的閉合的曲線，實(shí)際上并不存在，所以選項(xiàng)D錯誤；磁場是一種客觀存在的物質(zhì)，所以選項(xiàng)A正確；磁感線上每一點(diǎn)切線方向表示磁場方向，磁感線的疏密表示磁場的強(qiáng)弱，小磁針靜止時北極受力方向和北極指向均為磁場方向，所以選項(xiàng)B正確2.(安培定則的理解與應(yīng)用)如圖9所示，a、b、c三枚小磁針分別在通電螺線管的正上方、管內(nèi)和右

11、側(cè)，當(dāng)這些小磁針靜止時，小磁針N極的指向是()圖9Aa、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(diǎn)磁感線的方向相同，如果a、b、c三處磁感線的方向確定，那么三枚磁針靜止時N極的指向也就確定所以，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極在左邊，b磁針的N極在右邊，c磁針的N極在右邊3(對安培分子電流假說的認(rèn)識)用安培提出的分子電流假說可以解釋的現(xiàn)象是()A永久磁鐵的磁場 B直線電流的磁場C環(huán)形電流的磁場 D軟鐵棒被磁化的現(xiàn)象答案AD解析安培分子電流假說是安培為解釋磁體的磁現(xiàn)象而提出來的，所以選項(xiàng)A、D是正

12、確的；而通電導(dǎo)線周圍的磁場是由其內(nèi)部自由電荷定向移動產(chǎn)生的宏觀電流而產(chǎn)生的分子電流和宏觀電流雖然都是運(yùn)動電荷引起的，但產(chǎn)生的原因是不同的，故正確答案為A、D.4.(磁通量及計(jì)算)如圖10所示，半徑為R的圓形線圈共有n匝，其中心位置處半徑為r的虛線范圍內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直線圈平面若磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則穿過線圈的磁通量為()圖10ABR2 BBr2 CnBR2 DnBr2答案B解析磁通量與線圈匝數(shù)無關(guān)，且磁感線穿過的面積為r2，而并非R2，故B項(xiàng)對題組一對磁感線的認(rèn)識及方向判斷1下列關(guān)于電場線和磁感線的說法中，正確的是()A電場線和磁感線都是電場或磁場中實(shí)際存在的線B磁場中兩條磁感線一定不相交

13、，但在復(fù)雜電場中的電場線是可以相交的C電場線是一條不閉合曲線，而磁感線是一條閉合曲線D電場線越密的地方，同一試探電荷所受的電場力越大；磁感線分布較密的地方， 同一試探電荷所受的磁場力也越大答案C2如圖1所示為電流產(chǎn)生磁場的分布圖，正確的分布圖是()圖1A BC D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，可判斷出錯誤，正確故正確選項(xiàng)為C.3.當(dāng)接通電源后，小磁針A按如圖2所示方向運(yùn)動，則()圖2A小磁針B的N極向紙外轉(zhuǎn)B小磁針B的N極向紙里轉(zhuǎn)C小磁針B不轉(zhuǎn)動D因電流未標(biāo)出，所以無法判斷小磁針B如何轉(zhuǎn)動答案A解析由小磁針A的N極

14、運(yùn)動方向知，螺線管的左側(cè)為S極，右側(cè)為N極，由右手螺旋定則判斷小磁針B處的磁場方向向外，小磁針N極受力方向與該處磁場方向一致故A正確4.南極考察經(jīng)常就南極特殊的地理位置進(jìn)行科學(xué)測量“雪龍?zhí)枴笨疾礻?duì)員一次實(shí)驗(yàn)如下：在地球南極附近用彈簧測力計(jì)豎直懸掛一未通電螺線管，如圖3所示下列說法正確的是()圖3A若將a端接電源正極，b端接電源負(fù)極，則彈簧測力計(jì)示數(shù)將減小B若將a端接電源正極，b端接電源負(fù)極，則彈簧測力計(jì)示數(shù)將增大C若將b端接電源正極，a端接電源負(fù)極，則彈簧測力計(jì)示數(shù)將增大D不論螺線管通電情況如何，彈簧測力計(jì)示數(shù)均不變答案AC解析在地球南極附近即為地磁N極，螺線管相當(dāng)于一條形磁鐵，根據(jù)右手螺旋定

15、則判斷出“條形磁鐵”的極性再根據(jù)同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引，判斷知A、C正確題組二對安培分子電流假說的認(rèn)識5關(guān)于安培分子電流假說的說法正確的是()A安培觀察到物質(zhì)內(nèi)部有分子電流存在就提出了假說B為了解釋磁鐵產(chǎn)生磁場的原因，安培提出了假說C事實(shí)上物質(zhì)內(nèi)部并不存在類似的分子電流D根據(jù)后來科學(xué)家研究，原子內(nèi)電子繞核旋轉(zhuǎn)形成環(huán)形電流與安培分子電流假說相符答案BD6磁鐵在高溫下或者受到敲擊時會失去磁性，根據(jù)安培的分子電流假說，其原因是()A分子電流消失B分子電流的取向變得大致相同C分子電流的取向變得雜亂D分子電流的強(qiáng)度減弱答案C解析由于高溫或猛烈的敲擊，會使原來取向一致的分子電流變得雜亂，從而失

16、去磁性，故C選項(xiàng)正確7為了解釋地球的磁性，19世紀(jì)安培假設(shè)：地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的在下列四個圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是()答案B解析地磁場是從地球的南極附近出來，進(jìn)入地球的北極附近，除兩極外地表上空的磁場都具有向北的磁場分量，由安培定則，環(huán)形電流外部磁場方向向北，可知，B正確A圖地表上空磁場方向向南，A錯誤C、D在地表上空產(chǎn)生的磁場方向是東西方向，C、D錯誤故選B.題組三磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量的疊加8.在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0、方向向上的勻強(qiáng)磁場中，水平放置一根長通電直導(dǎo)線，電流的方向垂直于紙面向里如圖4所示，a、b、c、d是以直導(dǎo)線為圓心的同一圓周上的四點(diǎn)，在這四點(diǎn)中(

17、)圖4Ab、d兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等Ba、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等Cc點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值最小Db點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn)的合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可見b、d兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，但方向不同，A項(xiàng)錯誤a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，B、D項(xiàng)錯誤，C項(xiàng)正確9如圖5所示，兩根相互平行的長直導(dǎo)線過紙面上的M、N兩點(diǎn)，且與紙面垂直，導(dǎo)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(diǎn)，c、d位于MN的中垂線上，且a、b、c、d到O點(diǎn)的距離均相等關(guān)于以上幾點(diǎn)處的磁場，下列說法正確的是()圖5AO點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零Ba、b兩點(diǎn)處的磁

18、感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反Cc、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同Da、c兩點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同答案C解析根據(jù)安培定則判斷磁場方向，再結(jié)合矢量的合成知識求解根據(jù)安培定則判斷：兩直線電流在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向均垂直于MN向下，O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，故A選項(xiàng)錯誤；a、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，故B選項(xiàng)錯誤；根據(jù)對稱性，c、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，故C選項(xiàng)正確；a、c兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同，故D選項(xiàng)錯誤10在紙面上有一個等邊三角形ABC，在B、C頂點(diǎn)處是通有相同電流的兩根長直導(dǎo)線，導(dǎo)線垂直于紙面放置，電流方向如圖6所示，每根通電導(dǎo)線在三角形的A點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度

19、大小為B，則三角形A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為_，方向?yàn)開若C點(diǎn)處的電流方向反向，則A點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為_，方向?yàn)開圖6答案B水平向右B豎直向下解析如圖所示，由安培定則知B處導(dǎo)線在A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平偏下30°，C處導(dǎo)線在A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平偏上30°，由平行四邊形定則可以求得合磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平向右，大小為B12Bcos 30°B.當(dāng)C處的電流方向反向時，如圖所示由平行四邊形定則可知合磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的方向豎直向下，大小等于B.題組四對磁通量的認(rèn)識及計(jì)算11.如圖7所示是等腰直角三棱柱，其平面ABCD為正方形，邊長為L，它們按圖示方式放置于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，則下列說法中正確的是()圖7A穿過ABCD平面的磁通量大小為B0L2B穿過BCFE平面的磁通量大小為B0L2C穿過ADFE平面的磁通量大小為零D穿過整個三棱柱的磁通量為零答案BCD解析根據(jù)BS，因此通過ABCD平面的磁通量B0L2cos 45