高中物理人教版1第三章磁場第3節(jié)幾種常見的磁場

第三章磁場幾種常見的磁場學(xué)案【教學(xué)目標(biāo)】(1)知道什么是磁感線；(2)知道條形磁鐵、蹄形磁鐵、直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁感線分布情況；(3)利用安培定則判斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管的磁場方向；(4)利用安培假說解釋有關(guān)的現(xiàn)象；(5)理解勻強(qiáng)磁場的概念，明確兩種情形的勻強(qiáng)磁場(6)知道磁通量的定義，知道Φ＝BS的適用條件，利用公式進(jìn)行簡單計算；重點(diǎn)：利用安培定則判斷直線電流、環(huán)形電流及通電螺線管的磁場分布，理解安培分子電流假說。難點(diǎn)：安培定則的靈活應(yīng)用及磁通量的計算?！咀灾黝A(yù)習(xí)】1、磁感線所謂磁感線，是在磁場中畫出的一些有方向的，在這些上，每一點(diǎn)的磁場方向都在該點(diǎn)的切線方向上。磁感線的基本特性：（1）磁感線的疏密表示磁場的。（2）磁感線不相交、不相切、不中斷、是閉合曲線；在磁體外部，從指向；在磁體內(nèi)部，由指向。（3）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，不可認(rèn)為有磁感線的地方才有磁場，沒有磁感線的地方?jīng)]有磁場。2、安培定則：判定直線電流的方向跟它的磁感線方向之間的關(guān)系時，安培定則表述為：用握住導(dǎo)線，讓伸直的大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的環(huán)繞方向；判定環(huán)形電流和通電螺線管的電流方向和磁感線方向之間的關(guān)系時要統(tǒng)一表述為：讓彎曲的四指所指方向跟方向一致，大拇指所指的方向就是環(huán)形電流或通電螺線管磁感線的方向（這里把環(huán)形電流看作是一匝的線圈）。3、安培分子電流假說（1）安培分子電流假說：在原子、分子等物質(zhì)微粒內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流——，分子電流使每個物質(zhì)微粒都成為微小的，它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個。（2）磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：磁鐵的磁場和電流的磁場一樣，都是由產(chǎn)生的。（3）磁性材料按磁化后去磁的難易可分為材料和材料。4、勻強(qiáng)磁場：磁感應(yīng)強(qiáng)度、處處相同的磁場叫勻強(qiáng)磁場。勻強(qiáng)磁場的磁感線是一些直線。5、磁通量（1）定義：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，則B與S的乘積叫做穿過這個面積的磁通量，簡稱磁通。（2）定義式：（3）單位：簡稱，符號。1Wb=1T·m2（4）磁通量是標(biāo)量（5）磁通密度即磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T=1【典型例題】一、磁感線的理解【例1】關(guān)于磁感線，下列說法中正確的是()A．兩條磁感線的空隙處一定不存在磁場B．磁感線總是從N極到S極C．磁感線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁場方向一致D．兩個磁場疊加的區(qū)域，磁感線就可能相交二、幾種電流的磁場【例2】如圖3－3－2所示，螺線管、蹄形鐵芯、環(huán)形導(dǎo)線三者相距較遠(yuǎn)，當(dāng)開關(guān)閉合后關(guān)于小磁針N極(黑色的一端)的指向錯誤的是()A．小磁針a的N極指向正確B．小磁針b的N極指向正確C．小磁針c的N極指向正確D．小磁針d的N極指向正確三、安培分子電流假說【例3】．磁鐵在高溫下或者受到敲擊時會失去磁性，根據(jù)安培分子電流假說，其原因是()A．分子電流消失B．分子電流取向變得大致相同C．分子電流取向變得雜亂D．分子電流減弱四、磁通量問題【例4】如圖3所示，一環(huán)形線圈沿條形磁鐵的軸線，從磁鐵N極的左側(cè)A點(diǎn)運(yùn)動到磁鐵S極的右側(cè)B點(diǎn)，A、B兩點(diǎn)關(guān)于磁鐵的中心對稱，則在此過程中，穿過環(huán)形線圈的磁通量將()A．先增大，后減小B．先減小，后增大C．先增大，后減小、再增大，再減小D．先減小，后增大、再減小，再增大【例5】條形磁鐵豎直放置，閉合圓環(huán)水平放置，條形磁鐵中心線穿過圓環(huán)中心，如圖4所示，若圓環(huán)為彈性環(huán)，其形狀由Ⅰ擴(kuò)大到Ⅱ，那么圓環(huán)內(nèi)磁通量的變化的情況是()A．磁通量增大B．磁通量減小C．磁通量不變D．條件不足，無法確定【課后練習(xí)】1.關(guān)于磁場和磁感線的描述，下列說法中正確的是()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，也是一種客觀存在B．磁感線可以形象地描述各磁場的強(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，因而是真實存在的與M2為兩根未被磁化的鐵棒，現(xiàn)將它們分別放置于如圖1所示的位置，則被通電螺線管產(chǎn)生的磁場磁化后()A．M1的左端為N極，M2的右端為N極B．M1和M2的右端均為N極C．M1的右端為N極，M2的左端為N極D．M1和M2的左端均為N極3．如圖所示，帶負(fù)電的金屬環(huán)繞軸OO′以角速度ω勻速旋轉(zhuǎn)，在環(huán)左側(cè)軸線上的小磁針最后平衡的位置是()A．N極豎直向上B．N極豎直向下C．N極沿軸線向左D．N極沿軸線向右4．關(guān)于磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，正確的說法是()①一切磁現(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②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③根據(jù)安培的分子電流假說，在外界磁場作用下，物體內(nèi)部分子電流取向變得大致相同時，物體就被磁化，兩端形成磁極④磁就是電，電就是磁，有磁必有電，有電必有磁A．②③④B．②④C．①③D．①②③5．如圖6所示，圓環(huán)上帶有大量的負(fù)電荷，當(dāng)圓環(huán)沿順時針方向轉(zhuǎn)動時，a、b、c三枚小磁針都要發(fā)生轉(zhuǎn)動，以下說法正確的是()A．a(chǎn)、b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn)B．b的N極向紙外轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙里轉(zhuǎn)C．b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn)，而a的N極向紙外轉(zhuǎn)D．b的N極向紙里轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙外轉(zhuǎn)6．磁體之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的．對磁場認(rèn)識正確的是()A．磁感線有可能出現(xiàn)相交的情況B．磁感線總是由N極出發(fā)指向S極C．某點(diǎn)磁場的方向與放在該點(diǎn)的小磁針靜止時N極所指方向一致D．若在某區(qū)域內(nèi)通電導(dǎo)線不受磁場力的作用，則該區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零7.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)枴笨疾礻爢T一次實驗如下：在地球南極附近用彈簧測力計豎直懸掛一未通電螺線管，如圖7所示．下列說法正確的是()A．若將a端接電源正極，b端接電源負(fù)極，則彈簧測力計示數(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，則彈簧測力計示數(shù)將增大D．不論螺線管通電情況如何，彈簧測力計示數(shù)均不變8．如圖所示，在條形磁鐵外套有A、B兩個大小不同的圓環(huán)，穿過A環(huán)的磁通量ΦA(chǔ)與穿過B環(huán)的磁通量ΦB相比較()A．ΦA(chǔ)>ΦBB．ΦA(chǔ)<ΦBC．ΦA(chǔ)＝ΦBD．不能確定9．如圖所示，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()A．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10．如圖所示，面積是0.5m2的矩形導(dǎo)線圈處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為20T的勻強(qiáng)磁場中，線圈平面與磁場垂直，如圖中Ⅰ位置，則穿過該線圈的磁通量是多少？若線圈平面與磁場方向夾角為60°，如圖Ⅱ位置，則穿過該線圈的磁通量又是多少？11．如圖所示，一根通電直導(dǎo)線垂直放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T水平向右的勻強(qiáng)磁場中，以導(dǎo)線截面的中心為圓心，半徑為r的圓周上有a、b、c、d四點(diǎn)，已知a點(diǎn)的實際磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，則b、c、d三點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分別是多少？方向如何？12．如圖所示，有一個垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝T，磁場有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為1cm.現(xiàn)于紙面內(nèi)先后放上圓線圈，圓心均在O處，A線圈半徑為1cm,1匝；B線圈半徑為2cm,1匝；C線圈半徑為0.5cm，1匝．問：(1)在B減為T的過程中，A和B中磁通量各改變多少？(2)當(dāng)磁場方向轉(zhuǎn)過30°角的過程中，C中的磁通量改變多少？參考答案：例1.答案C解析磁感線是為了形象地描繪磁場而假設(shè)的一組有方向的曲線，曲線上每一點(diǎn)的切線方向都表示該點(diǎn)的磁場方向，曲線疏密表示磁場強(qiáng)弱，所以C正確，A不正確．在磁鐵外部磁感線從N極到S極，內(nèi)部從S極到N極．磁感線不相交，所以B、D不正確．例2.答案A解析小磁針靜止時N極的指向為該處的磁場方向，即磁感線的切線方向．根據(jù)安培定則，蹄形鐵芯被磁化后右端為N極，左端為S極，小磁針c指向正確；通電螺線管的磁場分布和條形磁鐵相似，內(nèi)部磁場向左，外部磁場向右，所以小磁針b指向正確，小磁針a指向錯誤；環(huán)形電流形成的磁場左側(cè)應(yīng)為S極，故d的指向正確．在運(yùn)用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場時應(yīng)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(jié)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(jié)果”——環(huán)內(nèi)沿中心軸線的磁感線方向.例3.答案C解析根據(jù)安培的分子電流假說，當(dāng)分子電流取向變得大致相同時，對外顯示磁性；當(dāng)溫度升高或者受到敲擊時，分子發(fā)生運(yùn)動，分子電流取向變得雜亂無序，對外不能顯示磁性．安培的分子電流假說不僅解決了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，同時對我們的生活生產(chǎn)也很有指導(dǎo)作用，讓我們知道了如何充磁、如何退磁．例4.答案A解析1：在磁鐵內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，磁感線條數(shù)最多，在A端和B端，磁鐵的部分磁感線通過線圈，而在磁鐵中間，磁鐵的全部磁感線通過線圈，只在外部有少量的抵消，因此穿過線圈的磁通量先增大后減小．解析2：穿過線圈的磁通量應(yīng)以磁鐵內(nèi)部磁場為主的，而內(nèi)部的磁感線是一定值，在A、B點(diǎn)時，外部磁感線比較密，即與內(nèi)部相反的磁感線多，相抵后剩下的內(nèi)部的磁感線就少；中間位置時，外部磁感線比較疏，即與內(nèi)部相反的磁感線少，相抵后剩下的內(nèi)部的磁感線就多。所以兩端磁通量小，中間磁通量大。例5.答案B解析磁感線是閉合曲線，磁鐵內(nèi)部是由S極到N極，而外部是由N極回到S極，而磁通量是穿過某個面的磁感線的凈條數(shù)，故B正確．課后練習(xí)：1．答案AB解析磁感線是為了形象描述磁場而假設(shè)的一簇有方向的閉合的曲線，實際上并不存在，所以C、D不正確；磁場是客觀存在的特殊物質(zhì)，所以A正確；磁感線上每一點(diǎn)切線方向表示該點(diǎn)磁場方向，磁感線疏密表示該點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱，小磁針靜止時北極指向、北極受力方向均為磁場方向，所以B正確．2.答案A解析通電螺線管的磁場和條形磁鐵的磁場很類似，要注意在磁體內(nèi)部的磁感線的分布應(yīng)該是從S極指向N極的．3.答案D4.答案C解析②錯誤在于永久磁體之所以顯磁性的原因是內(nèi)部分子電流規(guī)律分布．④錯誤的原因是靜止的電荷周圍就沒有磁場．只有運(yùn)動電荷才能產(chǎn)生磁場．5.答案B6.答案C解析根據(jù)磁感線的特點(diǎn)：(1)磁感線在空間內(nèi)不能相交；(2)磁感線是閉合曲線，在磁體外部由N極指向S極，在磁體內(nèi)部由S極指向N極；(3)磁感線的切線方向表示磁場的方向(小磁針靜止時N極指向)．可判斷選項A、B錯誤，C正確．通電導(dǎo)線在磁場中是否受力與導(dǎo)線在磁場中的放置方式有關(guān)，故D錯．7.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)右手螺旋定則判斷出“條形磁鐵”的極性．8.A解析Φ＝Φ內(nèi)－Φ外，對A、B兩環(huán)Φ內(nèi)相同，而B的Φ外大于A的，所以ΦA(chǔ)>ΦB.9.答案BD解析由安培定則，通電螺線管的磁場如右圖所示，右端為N極，左端為S極，在a點(diǎn)磁場方向向右，則小磁針在a點(diǎn)時，N極向右，則A項錯，D項對；在b點(diǎn)磁場方向向右，則磁針在b點(diǎn)時，N極向右，則B項正確；在c點(diǎn)，磁場方向向右，則磁針在c點(diǎn)時，N極向右，S極向左，則C項錯．10.答案10WbWb解析已知S＝m2，B＝20T(1)因為線圈平面與磁場垂直，所以ΦⅠ＝BS＝20×Wb＝10Wb(2)因為線圈平面與磁場方向夾角為60°，所以ΦⅡ＝BSsinθ＝20××sin60°Wb＝Wb.11.答案Bb＝eq\r(2)T，與水平方向成45°斜向右上Bc＝2T，方向水平向右Bd＝eq\r(2)T，與水平方向成45°斜向右下解析a、b、c、d各點(diǎn)的磁場均為勻強(qiáng)磁場與電流的磁場的疊加，并且電流在這四點(diǎn)所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B′大小相等，由于Ba=0，則B′=B=1T，由安培定則可知，導(dǎo)線中電流方向向外，則在b、c、d電流的磁場如右圖所示．，θ=45°，即Bb與水平方向成45°斜向右上Bc=B′+B=2