高二物理磁場基本問題

1、高二物理 磁場基本問題【本講教育信息】一. 教學內容：磁場 13節(jié)知識要點：1. 知道磁體與磁體之間、通電導線與通電導線之間的相互作用，是通過磁場而發(fā)生的。2. 知道描述磁場方向和強弱的物理量是磁感應強度，知道磁感應強度的方向是如何規(guī)定的。3. 知道什么叫磁感線;掌握幾種常見磁場的磁感線的分布情況。了解安培分子電流假說的內容。4. 了解磁通量的概念，學會計算磁通量以及其他變形。重點、難點解析：一、磁現(xiàn)象和磁場1. 磁場（1）定義：磁體或電流周圍存在一種特殊物質，能夠傳遞磁體與磁體、磁體和電流、電流和電流之間的相互作用，這種特殊的物質叫磁場。（2）磁場的基本性質：對放入其中的磁體和電流產生力的作

2、用。（3）磁場的產生：磁體能產生磁場；電流能產生磁場。（4）磁場的方向：注意：小磁針北極（N極，指北極）受力的方向即小磁針靜止時北極所指方向，為磁場中該點的磁場方向。說明：所有的磁作用都是通過磁場發(fā)生的，磁場與電場一樣，都是場物質，這種物質并非由基本粒子構成。 2. 電流的磁場（1）電流對小磁針的作用1820年，丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)，通電后，通電導線下方的與導線平行的小磁針發(fā)生偏轉。如圖所示。（2）電流和電流間的相互作用有互相平行而且距離較近的兩條導線，當導線中分別通以方向相同和方向相反的電流時，觀察發(fā)生的現(xiàn)象是：同向電流相吸，異向電流相斥。小結：磁體與磁體間、電流與磁體間、電流和電流間的相

3、互作用都是通過磁場來傳遞的，故電流能產生磁場。二、磁感應強度B1. 物理意義：描述磁場的強弱。2. 磁場的方向（即為磁感應強度的方向）：小磁針靜止時N極所指的方向規(guī)定為該點的磁場方向。小磁針靜止時N極受力的方向為該點的磁場方向。磁感線上該點的切線方向為該點的磁場方向。3. 磁感應強度的大小在磁場中垂直磁場方向的通電導線，所受的磁場力F跟電流I和導線長度L的乘積IL的比值叫做通電導線所在處的磁感應強度，用B來表示。即 B= 單位：特（T）注意：此式由勻強磁場推出，但適用于任何磁場，在非勻強磁場中，IL應理解為一個很小的電流元，垂直于磁場方向放置于磁場中某一點，則B=反映了磁場中該點的強弱程度。4

4、、磁感應強度的矢量性 B是矢量，計算時遵循平行四邊形定則。 B的方向即磁場的方向，并不是F的方向。 磁場的疊加：空間中如果同時存在兩個以上的電流或磁體在該點激發(fā)的磁場，某點的磁感應強度B是各電流或磁體在該點激發(fā)磁場的磁感應強度的矢量和，且滿足平行四邊形法則。5. 磁感線磁感線的基本特性： 磁感線的疏密表示磁場的強弱。磁感應強度大的地方，磁感線密；磁感應強度小的地方，磁感線疏。 磁感線不相交、不相切、不中斷、是閉合曲線；在磁體外部，從N指向S；在磁體內部，由S指向N。 磁感線是為了形象描述磁場而假想的物理模型，在磁場中并不真實存在。6. 安培定則（也叫右手螺旋定則）： 判定直導線中電流的方向與磁

5、感線方向之間的關系時可表述為：用右手握住導線，讓伸直的拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。 判定環(huán)形電流和通電螺線管的電流方向與磁感線方向之間的關系時表述為：讓右手彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，拇指所指的方向就是環(huán)形電流中軸線上磁感線的方向或螺線管內部磁感線的方向。三、幾種常見的磁場1.條形磁鐵的磁感線分布：兩頭密，中間疏，在磁鐵外部，磁感線從磁鐵N極出來，從磁鐵S極進去，在磁鐵內部，磁感線的方向由S極指向N極。磁感線是閉合的，外部磁感線的條數(shù)與內部磁感線的條數(shù)相同。2、同名磁極和異名磁極磁感線分布：(a)同名磁極間的磁感線分布(b)異名磁極間的磁

6、感線分布3、蹄形磁鐵的磁感線分布：在磁體外部，磁感線由N極出發(fā)，回到S極，在磁體內部磁感線由S極回到N極，磁體附近的磁感線較密集，在磁體內部磁體中點處的磁感線最密集。4、直線電流的磁場： 形狀：磁感線是以導線上各點為圓心的同心圓，這些同心圓都在跟導線垂直的平面上。沒有磁極，離導線越近，磁感線越密，說明磁場越強，離導線越遠，磁感線越稀，說明磁場越弱。 直線電流磁場方向的判斷：其方向可以用安培定則判斷。 平面圖：（磁感線進入為×，磁感線出來為· ；電流流入為×，電流流出為·）立體圖橫截面圖縱截面圖5、環(huán)形電流的磁場： 形狀：圍繞環(huán)形導線的閉合曲線，在環(huán)形導線

7、的中心軸線上，磁感線和環(huán)形導線的平面垂直。 環(huán)形電流磁場方向的判斷：也可以用安培定則表示。 立體圖 橫截面圖 縱截面圖注意：兩種情況（4和5）中安培定則有何不同？在運用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場時應分清“因”和“果”，在判定直線電流的磁場方向時，大拇指指“原因”電流方向，四指指“結果”磁場繞向；在判定環(huán)形電流磁場方向時，四指指“原因”電流繞向，大拇指指“結果”環(huán)內沿中心軸線的磁感應方向。6、通電螺線管的磁場：環(huán)形電流其實就是只有一匝的通電螺線管，通電螺線管則是許多匝環(huán)形電流串聯(lián)而成的。形狀：從外部看，環(huán)形電流的磁場相當于一個條形磁鐵的磁場。磁場方向的判斷：其磁場方向也用安培定則來判斷

8、：注意拇指所指的方向是它的內部磁場的方向，也是通電螺線管N極的方向。 立體圖 橫截面圖縱截面圖注意：由于通電螺線管的磁場與條形磁鐵的磁場類似，有些情況下可以將通電螺線管等效為條形磁鐵處理。【說明】：磁感線是為了形象地研究磁場而人為假設的曲線，并不是客觀存在于磁場中的真實曲線。實驗時利用被磁化的鐵屑來顯示磁感線的分布情況，只是研究磁感線的一種方法，使得看不見、摸不著的磁場變得具體形象，給研究帶來方便；但是，絕不能認為磁感線是由鐵屑排列而成的。另外，被磁化的鐵屑所顯示的磁感線分布僅是一個平面上的磁感線分布情況，而磁鐵周圍的磁感線應該分布在長、寬、高組成的三維空間內。四、安培分子電流假說：1、安培分

9、子電流假說：在原子、分子等物質微粒內部，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、磁現(xiàn)象的電本質：磁鐵的磁場和電流的磁場一樣，都是由電流（電荷的定向運動）產生的。3、可以解釋的現(xiàn)象：磁化現(xiàn)象、磁體的消磁。試考慮：假設地球的磁場是由地球帶某種電荷而又繞地軸自轉產生的，你認為地球帶什么電荷？五、磁通量1、磁場中穿過垂直于磁場某一面積S的磁感線條數(shù)定義為穿過該面積的磁通量，用表示。 2、在磁感應強度為B的勻強磁場中，穿過與磁場方向垂直、面積為S的平面的磁通量為。 3、單位：磁通量的國際單位是韋伯。簡稱韋。符號是Wb。1Wb=。 4、磁通密度：由得

10、叫做磁通密度。單位：單位關系：?！居懻摗浚喝绾卫斫獯磐康挠嬎愎健啊?公式中的B應是勻強磁場的磁感應強度，S是與磁場方向垂直的面積，因此可以理解為。如果平面與磁場方向不垂直，應把面積S投影到與磁場垂直的方向上，求出投影面積，代入到中計算，應避免硬套公式。 1. 如何求磁通量的變化量一般有下列三種情況：（1）磁感應強度B不變。有效面積S變化，則穿過回路中的磁通量的變化是： （2）磁感應強度B變化。磁感線穿過的有效面積S不變，則穿過回路中的磁通量的變化是：。 （3）磁感應強度B和回路面積S同時發(fā)生變化的情況。則。 2. 磁通量是標量，那么的正、負如何理解？ 磁通量有正負之分，其正負是這樣規(guī)定的：

11、任何一個面都有正、反兩面，若規(guī)定磁感線從正面穿入為正磁通量，則磁感線從反面穿入時磁通量為負值。 若磁感線沿相反方向穿過同一平面，且正向磁感線條數(shù)為，反向磁感線條數(shù)為，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），即。 3. 磁通量的計算要注意什么 除注意正、負之外，還應注意以下兩點： （1）如圖所示，若閉合電路abcd和ABCD所在平面均與勻強磁場B垂直，面積分別為和，且，但磁場區(qū)域恰好只有ABCD那么大，穿過的磁通量是相同的，因此，中的S應是指閉合回路中包含磁場的那部分有效面積。（2）磁通量與線圈的匝數(shù)無關，也就是磁通量大小不受線圈匝數(shù)的影響。同理，磁通量的變化量也不受線圈匝數(shù)的

12、影響。所以，直接用公式求時，不必去考慮線圈匝數(shù)n。例1. 如圖，有一個100匝的線圈，其橫截面是邊長為L=0.20m的正方形，放在磁感應強度為B=0.50T的勻強磁場中，線圈平面與磁場垂直。若將這個線圈橫截面的形狀由正方形改變成圓形（橫截面的周長不變），在這一過程中穿過線圈的磁通量改變了多少？解析：線圈橫截面是正方形時的面積。穿過線圈的磁通量。截面形狀為圓形時，其半徑。截面積大小。穿過線圈的磁通量：。所以，磁通量的變化量。例2. 面積為S的矩形線框abcd，處在磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向與線框面成角（見圖），當線框以ab為軸順時針轉90°時，穿過abcd面的磁通量的變化量_

13、。解析：磁通量由磁感應強度（矢量）與垂直于線框面方向上的分量決定。開始時B與線框面成角，磁通量為；線框面按題意方向轉動時，磁通量減少，當轉動90°時，磁通量變?yōu)椤柏摗敝怠？梢姡磐康淖兓繛??！镜湫屠}】例1. 下列關于磁感應強度大小的說法中正確的是（ ） A. 通電導線受安培力大的地方磁感應強度一定大 B. 磁感線的指向就是磁感應強度減小的方向 C. 放在勻強磁場中各處的通電導線，受力大小和方向處處相同 D. 磁感應強度的大小和方向跟放在磁場中的通電導線受力的大小和方向無關答案：D【點撥】磁場中某點的磁感應強度的大小和方向由磁場本身決定，磁感應強度的大小由磁感線的疏密來反映。安培

14、力的大小不僅與B、I、L有關，還與導體的放法有關。例2. 關于磁感應強度，下列說法正確的是（ ） A. 由可知，B與F成正比與IL成反比。 B. 通電導線放在磁場中的某點，那點就有磁感應強度，如果將通電導線拿走，那點的磁感應強度就為零。 C. 通電導線受安培力不為零的地方一定存在磁場，通電導線不受安培力的地方一定不存在磁場。（即B=0） D. 磁場中某一點的磁感應強度由磁場本身決定的，其大小和方向是惟一確定的，與通電導線無關。 【錯解】ABC【錯解分析】磁感應強度是只是一個量度式，而不是決定式；磁感應強度B是由磁場本身的性質決定的，與放不放入通電導線無關。C選項忽略了B、L平行的情況?！菊狻?/p>

15、D例3. 一螺線管如圖所示，當閉合電鍵后，兩小磁針a、b靜止時N極指向什么方向?【錯解】小磁針a的N極指向左端，小磁針b的N極也指向左端?！惧e解分析】我們在分析、判定通電螺線管的N、S極時一般不會出錯，即左端為S極，右端為N極。但是同學們繼續(xù)用“同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引”來判定小磁針的N極指向時，對于小磁針b就出錯了。因為初中學過的“同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引”只適用于磁體的外部，不適用于磁體（通電螺線管）的內部。這類題的正確解題順序應該是：用安培定則判斷出通電導線（螺線管）的磁場方向畫出通電導線（螺線管）周圍的磁場分布小磁針所在處的磁場方向小磁針的N極指向。本題的正確的答案

16、是小磁針a的N極指向左端，小磁針b的N極指向右端?！菊狻啃〈裴榓的N極指向左端，小磁針b的 N極指向右端。例4. 一束離子沿水平方向飛行，平行地飛過小磁針上方，如圖所示，發(fā)現(xiàn)圖中小磁針的N極向紙外轉，這個離子束可能是（ ）A. 向右飛行的正離子束 B. 向左飛行的正離子束 C. 向右飛行的負離子束 D. 向左飛行的負離子束【分析】由小磁針的旋轉方向判定小磁針N極受力方向，再由安培定則判定產生磁場的電流方向，最后判定離子的電性及運動方向。由題目知，小磁針N極向紙外轉，則小磁針所在處的磁場方向垂直紙面向外，由安培定則可判定產生磁場的電流方向水平向左，如果離子帶正電，則離子向左飛，如果離子帶負電，

17、則離子應向右運動。答案：BC【點撥】熟練掌握磁場方向、安培定則是解答本題的關鍵所在。【模擬試題】1. 奧斯特的實驗說明了（ ）A. 磁場的存在 B. 磁場具有方向性C. 通電導體周圍存在磁場 D. 磁場間有相互作用2. 關于磁場下列說法正確的是（ ）A. 其基本性質是對處于其中的磁體和電流有力的作用B. 磁場是看不見摸不著，實際不存在而是人們假想出來的一種物質C. 磁場是客觀存在的一種特殊的物質形態(tài)D. 磁極與磁極之間是直接發(fā)生作用的3. 關于電場與磁場以下說法正確的是（）A. 電流周圍存在的是電場，磁極周圍存在磁場B. 電荷周圍存在電場，電流周圍存在磁場C. 磁極與磁極之間通過磁場而相互作用

18、D. 磁極與電流之間一定沒有相互作用4. 關于磁極間相互作用，下列說法正確的是（）A. 同名磁極相互吸引 B. 同名磁極相互排斥 C. 異名磁極相互排斥 D. 異名磁極相互吸引 5. 在做“奧斯特實驗”時，下列操作中現(xiàn)象最明顯的是 （ ）A. 沿電流方向放置磁針，使磁針在導線的延長線上B. 沿電流方向放置磁針，使磁針在導線的正下方C. 電流沿南北方向放置在磁針的正上方D. 電流沿東西方向放置在磁針的正上方6. 由磁感應強度的定義式B=可知 （ ）A. 磁感應強度與通電導體所受到的磁場力成正比，與電流和導線長度的乘積成反比B. 磁感應強度的方向與F的方向相同C. 公式B=只適用于勻強磁場D. 公

19、式B=對任何磁場都適用7. 關于磁場中某點磁場的方向，下列說法不正確的是 （ ）A. 與放在該點的小磁針所受的磁場力方向相同B. 與放在該點的小磁針N極所受的磁場力方向相同C. 與放在該點的小磁針S極所受的磁場力方向相反D. 與通過該點的磁感線的切線方向相同8. 把一條導線平行地放在磁針的上方。當給導線通以如圖所示電流時，小磁針（ ）A. 不動B. 最后停在N極指向讀者位置C. 最后停在S極指向讀者位置D. 一直轉動下去9. 如圖所示，一個電子在紙面所在的平面內做快速逆時針方向的圓周運動。則此電子的運動將（ ）A. 不產生磁場B. 產生磁場，圓心處的磁場方向垂直紙面向里 C. 產生磁場，圓心處

20、的磁場方向垂直紙面向外 D. 產生磁場，但圓心處的磁場方向只能由小磁針在該處的受力來決定10. 如圖所示，電流從A點分兩路通過對稱的半圓分路匯合于B點，在圓環(huán)中心處的磁感強度是（ ）A. 最大，垂直穿出紙面B. 最大，垂直穿入紙面C. 為零D. 無法確定11. 圖為三根通電平行直導線的斷面圖. 若它們的電流強度大小都相同，且ab=ac=ad，而a點的磁感應強度的方向是 （）A. 垂直紙面指向紙里 B. 垂直紙面指向紙外C. 沿紙面由a指向b D. 沿紙面由a指向d12、下列關于磁通量和磁感應強度的說法中，正確的是（ ）A、穿過某一個面的磁通量越大，該處磁感應強度也越大B、穿過任何一個面的磁通量

21、越大，該處磁感應強度也越大C、穿過垂直于磁感應強度方向的某面積的磁感線的條數(shù)等于磁感應強度D、當平面跟磁場方向平行時，穿過這個面的磁通量必定為零13、如圖所示，環(huán)形導線周圍有三只小磁針a、b、c，閉合開關S后，三只小磁針N極的偏轉方向是（ ）A、全向里 B、全向外 C、a向里，b、c向外 D、a、c向外，b向里14、一束電子流沿水平面自西向東運動，在電子流的正上方有一點P，由于電子運動產生的磁場在P點的方向為（ ）A、豎直向上 B、豎起向下 C、水平向南 D、水平向北15、如下圖所示，兩個同心放置且共面的金屬圓環(huán)，條形磁鐵穿過圓心且與兩環(huán)面垂直，通過兩環(huán)的磁通量a、b比較，則()Aab Bab

22、Cab D不能確定16、有一束電子流沿x軸正方向高速運動，如圖所示，電子流在z軸上的P點所產生的磁場方向是沿()A沿y軸正方向B沿y軸負方向C沿z軸正方向D沿z軸負方向17、彈簧測力計下掛一條形磁鐵，其中條形磁鐵的N極一端位于未通電的螺線管正上端，如右圖所示，下列說法正確的是()A若將a接電源正極，b接電源負極，彈簧測力計示數(shù)將不變B若將a接電源正極，b接電源負極，彈簧測力計示數(shù)將增大C若將b接電源正極，a接電源負極，彈簧測力計示數(shù)將減小D若將b接電源正極，a接電源負極，彈簧測力計示數(shù)將增大18、如圖所示，ab是水平面上一個圓的直徑，在過ab的豎直平面內有一根通電導線ef.已知ef平行于ab，當ef豎直向上平移時，電流磁場穿過圓面積的磁通量將()A逐漸增大 B逐漸減小X k b 1 . c o mC始終為零 D不為零，但保持不變19、在磁感應強度大小為B0，方向豎直向