磁場時磁場及其描述

會計學1磁場時磁場及其描述二、磁感線及幾種常見的磁場分布1.磁感線:在磁場中畫出一些曲線,使曲線上每一點的

方向都跟這點的磁感應強度的方向一致.2.幾種常見的磁場

(1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(如圖2所示)切線圖2第1頁/共44頁(2)幾種電流周圍的磁場分布直線電流的磁場通電螺線管的磁場環(huán)形電流的磁場特點無磁極、非勻強且距導線越遠處磁場與條形磁鐵的磁場相似,管內為勻強磁場且磁場

,管外為非勻強磁場環(huán)形電流的兩側是N極和S極且離圓環(huán)中心越遠,磁場越弱最強越弱第2頁/共44頁定培定則立體圖橫截面圖

第3頁/共44頁縱截面圖(3)勻強磁場:在磁場的某些區(qū)域內,磁感線為

的平行線,如圖3所示.同向、等密圖3第4頁/共44頁(4)地磁場①地磁場的N極在地球

附近,S極在地球

附近,磁感線分布如圖4所示.②地磁場B的水平分量(Bx)總是從地球

指向

,而豎直分量(By)則南北相反,在南半球垂直地面向上,在北半球垂直地面向下.南極北極圖4南極北極第5頁/共44頁③在赤道平面上,距離地球表面高度相等的各點,磁感應強度

,且方向水平

.相等向北名師點撥(1)應用安培定則判斷直線電流的磁場方向和判斷環(huán)形電流的磁場方向時,四指、大拇指指向的意義正好相反.(2)磁場是分布在立體空間的,要熟練掌握常見磁場的磁感線的立體圖和縱、橫截面的畫法.第6頁/共44頁熱點一磁感線和電場線的比較

熱點聚焦磁感線電場線相似點引入目的都是為了形象的描述場而引入的假想曲線,實際不存在疏密意義都能定性描述場的強弱切線方向都是表示該點場的方向是否相交不相交不同點閉合曲線,外部由N→S,內部由S→N

起始于正電荷(或無窮遠),終止于負電荷(或無窮遠)

第7頁/共44頁特別提示雖然磁感線和電場線的疏密都能形象地表示相應場的強弱,但應注意:(1)只有在同一個圖中才能根據磁感線或電場線的疏密判定各處相應場的強弱.(2)沒有畫出磁感線或電場線的地方并不表示那里沒有磁場或電場存在.第8頁/共44頁熱點2對磁感應強度B=

的理解1.磁感應強度由磁場本身決定,就像電場強度由電場本身決定一樣,跟該位置放不放通電導線無關.2.不能根據公式B=就說B與F成正比,與IL成反比.3.磁感應強度B的定義式也是其度量式,但用來測量的小段通電導線必須垂直放入磁場,如果小段通電直導線平行放入磁場,所受安培力為零,但不能說該點的磁感應強度為零.

4.磁感應強度是矢量,其方向是放入其中的小磁針靜止時N極的指向,不是磁場中電流所受磁場力的方向,而是與受到磁場力的方向垂直.第9頁/共44頁5.磁感應強度B與電場強度E的比較 電場強度E是描述電場的力的性質的物理量,磁感應強度B是描述磁場的力的性質的物理量.這兩個物理量比較如下表所示:磁感應強度B

電場強度E

物理意義描述磁場的力的性質的物理量描述電場的力的性質的物理量定義式B=(通電導線與B垂直)

E=第10頁/共44頁方向磁感線切線方向,小磁針N極受力方向電場線切線方向,放入該點正電荷受力方向大小決定因素由磁場決定,與檢驗電流無關由電場決定,與檢驗電荷無關場的疊加合磁感應強度等于各磁場的B的矢量和合場強等于各個電場的場強E的矢量和單位1T=1N/(A·m)1V/m=1N/C

第11頁/共44頁特別提示由上表可以看出,磁感應強度和電場強度有很多相似之處,但更應注意兩者的區(qū)別:（1）電場強度的方向和電荷受力方向相同或相反,而磁感應強度的方向和電流受力方向垂直.(2)電荷在電場中一定受電場力,而電流在磁場中不一定受磁場力.

第12頁/共44頁題型1安培定則的應用【例1】

如圖5所示,直導線AB、 螺線管C、電磁鐵D三者相距較遠,

它們的磁場互不影響,當開關S閉合 后,則小磁針的北極N(黑色一端)指 示出磁場方向正確的是() A.a、c B.b、c C.c、d D.a、d

根據安培定則判斷直導線AB、螺線管C和電磁鐵D周圍的磁場方向,再根據小磁針靜止時N極的指向就是磁場的方向確定選項.題型探究圖5思路點撥第13頁/共44頁解析

據安培定則判斷出(1)AB直導線磁場在小磁針a所在位置垂直紙面向外,所以磁針a的N極指向正確;(2)C左側為N極,內部磁場向左,所以磁針c的N極指向正確,磁針b的N極指向不對;(3)D左為S極,右為N極,所以磁針d的N極指向也不正確.答案

A規(guī)律總結

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線方向.第14頁/共44頁變式練習1

如圖6所示是云層之間閃電的模擬圖,圖中A、B是位于南、北方向帶有電荷的兩塊陰雨云,在放電的過程中,在兩云的尖端之間形成了一個放電通道,發(fā)現位于通道正上方的小磁針N極轉向紙里,S極轉向紙外,則關于A、B帶電情況的說法中正確的是

( )A.帶同種電荷 B.帶異種電荷C.B帶正電 D.A帶正電解析

A、B放電相當于通電直導線,小磁針在通電直導線的上方,根據題意可以判斷上方磁場方向指向紙里,因此可以判斷放電電流由北向南,即A帶正電,B帶負電.

圖6BD第15頁/共44頁題型2磁場的疊加問題【例2】

三根平行的直導線,分 別垂直地通過一個等腰直角 三角形的三個頂點,如圖7所示.

現在使每條通電導線在斜邊中 點O處所產生的磁感應強度大小 均為B.則該處實際磁感應強度的大小和方向如何?圖7第16頁/共44頁思維導圖安培定則三個電流到O點的距離三個電流在O點產生的磁場強弱與方向三個電流產生的磁場疊加O處磁感應強度的大小和方向第17頁/共44頁解析

根據安培定則,I1與I3在O點處產生的磁感應強度方向相同,I2在O點處產生的磁感應強度方向與它們相垂直.由B1、B2、B3大小相等均為B可知,O點處實際磁感應強度的大小B0==B,方向在三角形面內與斜邊夾角θ=arctan2.如右圖所示.答案

B,方向與三角形斜邊夾角θ=arctan2方法提煉

空間中磁場疊加,在某一點的磁場方向即該點的磁感應強度的方向只有一個,即合磁場方向,應用平行四邊形定則來求.

第18頁/共44頁變式練習2

如圖8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,在以導線截面的中心為圓心,r為半徑的圓周上有a、b、c、d四個點.已知a點的實際磁感應強度為0,則下列敘述正確的是()A.直導線中的電流方向垂直紙面向里圖8B.b點的實際磁感應強度為T,方向斜向右下方,與B

的夾角為45°C.c點的實際磁感應強度也為0D.d點的實際磁感應強度與b點相同第19頁/共44頁解析

a點的實際磁感應強度為0,是直線電流在a處的磁感應強度與勻強磁場在該處的磁感應強度的矢量和為0,所以直線電流在a處的磁感應強度B=1

T,方向向左,由安培定則可得直導線中的電流方向垂直紙面向里,由于圓周上各點到直導線的距離相同,所以直線電流在圓周上各處的磁感應強度大小均為1

T,但方向不同,在b處向上,在c處向右,在d處向下,則b、c、d三處的實際磁感應強度分別為

T,方向斜向右上方與B成45°夾角;2

T,方向向右;

T,方向斜向右下方與B成45°夾角,選項A、B正確.

答案

AB第20頁/共44頁題型3“類比法”理解磁場的性質【例3】磁鐵有N、S兩極,跟正負電荷有很大的相似性,人們假定在一根磁棒的兩極上有一種叫做“磁荷”的東西,N極上的叫做正磁荷,S極上的叫做負磁荷,同號磁荷相斥,異號磁荷相吸.當磁極本身的幾何線度遠比它們之間的距離小得多時,將其上的磁荷叫做點磁荷.磁的庫侖定律是:兩個點磁荷之間的相互作用力F沿著它們之間的連線,與它們之間的第21頁/共44頁(比例系數k=10-7

Wb/(A·m)).同一根磁鐵上的兩個點磁荷的磁極強度可視為相等,磁荷的位置可等效地放在圖9(a)中的c、d兩點,兩點相距為L,用上述兩根相同的質量為M的圓柱形永久磁鐵可以測出磁極強度qm,如圖(b),將一根磁棒固定在光滑的斜面上,另一的相互作用力F沿著它們之間的連線,與它們之間的距離r的平方成反比,與它們磁荷的數量(或稱磁極強度)qm1、qm2成正比,用公式表示為:F=.第22頁/共44頁圖9根與之平行放置的磁棒可以自由上下移動.調節(jié)斜面的角度為θ時,兩磁鐵間的距離為d,活動磁鐵剛好靜止不動.由此可知磁極強度qm為多大?第23頁/共44頁解析

如右圖所示,活動磁棒受重力、支持力兩對同性磁荷的排斥力F1=①兩對異性磁荷的吸引力F2=②活動磁棒受力平衡,在沿斜面方向上有:mgsinθ+2F2cosα=2F1③其中cosα=第24頁/共44頁解得qm=④答案本題共16分.其中①②式各4分,③式5分,④式3分.【名師導析】類比法是物理學中常用的一種研究問題的方法,如萬有引力與庫侖力類比,本題將磁極間相互作用類比于電荷間相互作用,將磁極間的作用定量計算,命題視角新穎,對學生類比推理、遷移應用能力要求較高.【評分標準】第25頁/共44頁自我批閱(14分)半徑為r,電流為I1的通電圓環(huán)圓心a處的磁感應強度為B,在圓環(huán)下方距圓心a為L的地方水平放置一根電流為I2的無限長直導線MN時,圓環(huán)圓心a處的磁感應強度變?yōu)榱?設圓環(huán)平面與長直導線在同一豎直平面內如圖10所示,求:圖10第26頁/共44頁(1)根據對稱性,直導線電流I2在導線正下方L處的b點產生的磁感應強度大小是多少?方向如何?(2)如果把圓環(huán)平移到b點,使圓環(huán)的圓心與b點重合,則圓環(huán)電流與直線電流在b點產生的合磁場的磁感應強度大小是多少?方向如何?解析

(1)圓環(huán)電流在圓心a處產生的磁感應強度大小為B,方向垂直紙面向外,加上直導線后,a處的磁感應強度為零,說明直導線I2在a處產生的磁感應強度大小為B,方向垂直紙面向里.(4分)又因為a、b兩點到直導線的距離相等,因此,直導線I2在b點產生的磁感應強度大小為B,方向垂直紙面向外.(4分)

第27頁/共44頁(2)當把圓環(huán)平移到b點后,圓環(huán)在b點產生的磁感應強度為B,方向垂直紙面向外;和直導線I2在b點產生的磁感應強度合成后,可得:b點的磁感應強度大小為2B,方向垂直紙面向外.(6分)答案

(1)B垂直紙面向外(2)2B垂直紙面向外第28頁/共44頁素能提升1.下列說法正確的是 ( )A.一切電荷的周圍都存在磁場B.磁鐵吸引鐵棒,說明磁鐵周圍的磁場對鐵棒有力的作用,由于鐵棒周圍沒有磁場,因而對磁鐵無磁力作用C.鐵棒內分子電流取向變得大致相同時,對外就顯出磁性D.沿磁感線的方向,磁場逐漸減弱第29頁/共44頁

解析

只有運動電荷周圍才有磁場,故A錯誤;磁鐵吸引鐵棒,鐵棒被磁化,其周圍也有磁場,對磁鐵有磁力的作用,故B錯誤;根據分子電流假說,當物體內分子電流取向大致相同時,對外就顯出磁性,故C

正確;磁感線的疏密程度表示磁場的強弱,故D錯誤.

答案

C第30頁/共44頁B.電流元IL在磁場中受力為F,則磁感應強度可能大 于或等于C.磁場中電流元受力大的地方,磁感應強度一定大D.磁場中某點磁感應強度的方向,與電流元在此點的 受力方向相同2.關于磁感應強度的概念,以下說法中不正確的有

( )A.電流元IL在磁場中受力為F,則磁感應強度B一定等于第31頁/共44頁解析

判斷磁感應強度的大小,需要在電流元受力最大的前提下進行,選項A、B中的力F可能小于或等于最大受力,因此,磁感應強度B可能大于或等于

;電流元在磁場中受力與其放置方位有關,因此電流元受力大的地方,磁感應強度不一定大;磁場的方向規(guī)定為小磁針N極受力方向,與電流元受力方向不相同.

答案

ACD第32頁/共44頁3.歐姆在探索通過導體的電流、電壓、電阻的關系時因 無電源和電流表,他利用金屬在冷水和熱水中產生電 動勢代替電源,用小磁針的偏轉檢測電流,具體做法是:

在地磁場作用下處于水平靜止的小磁針上方,平行于 小磁針水平放置一直導線,當該導線中通有電流時,小 磁針會發(fā)生偏轉;當通過該導線電流為I時,小磁針偏轉 了30°,問當他發(fā)現小磁針偏轉了60°,通過該直導線 的電流為(直導線在某點產生的磁場與通過直導線的 電流成正比)()A.2I B.3IC.I

D.無法確定

解析

設地磁場磁感應強度為B地,電流磁場B=kI,kI=B地tan30°,kI′=

B地tan60°,kI′=3I,B正確.B第33頁/共44頁4.如圖11所示,若一束電子沿y軸正 方向移動,則在z軸上某點A的磁場 方向應該() A.沿x軸的正向

B.沿x軸的負向

C.沿z軸的正向

D.沿z軸的負向

解析

電子沿y軸正方向移動,相當于電流方向沿y軸負方向移動,根據安培定則可判斷在z軸上A點的磁場方向應該沿x軸的負方向.故選項B正確.

圖11B第34頁/共44頁5.取兩個完全相同的長導線,用其中一根繞成如圖12(a)所示的螺線管,當該螺線管中通以電流強度為I的電流時,測得螺線管內中部的磁感應強度大小為B；若將另一根長導線對折后繞成如圖(b)所示的螺線管,并通以電流強度也為I的電流時,則在螺線管內中部的磁感應強度大小為() A.0 B.0.5B C.B D.2B

圖12第35頁/共44頁

解析

圖(b)中螺線管上的長導線可等效為兩個通過等大反向電流的通電螺線管,兩螺線管電流方向相反,由安培定則可知在螺線管中部產生的磁感應強度也是大小相等方向相反的,所以螺線管中部磁感應強度為零.

答案

A第36頁/共44頁6.三根完全相同的長直導線互相平 行,通以大小和方向都相同的電 流.它們的截面處于一個正方形

abcd的三個頂點a、b、c處,如圖

13所示.已知每根通電長直導線 在其周圍產生的磁感應強度與距 該導線的距離成反比,通電導線b在d處產生的磁場其磁感應強度大小為B,則三根通電導線產生的磁