2024-2025學(xué)年高中物理第5章磁場章末綜合提升學(xué)案魯科版選修3-1

PAGE5-第5章磁場[體系構(gòu)建][核心速填]一、磁場的定義磁體或電流四周存在一種特別物質(zhì)，這種物質(zhì)能夠使磁體和磁體之間、磁體和電流之間、電流和電流之間發(fā)生力的作用，這種特別的物質(zhì)叫作磁場。二、磁場的產(chǎn)生1．磁體四周存在磁場；2．電流四周存在磁場－－電流的磁效應(yīng)(1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特首先發(fā)覺)；3．運動的電荷四周存在磁場。三、磁場方向在磁場中的任一點，小磁針北極(N極)所受磁場力的方向，亦即小磁針靜止時北極(N極)所指的方向，就是那一點的磁場方向，該點的磁場方向與小磁針南極(S極)受力方向相反。四、安培定則應(yīng)用1．直線電流磁場方向推斷用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與電流的方向一樣，彎曲四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向。2．環(huán)形電流的磁場方向推斷右手彎曲的四指表示電流的方向，則伸直的拇指所指的方向是環(huán)形導(dǎo)線中心軸線處的磁場方向。3．通電螺線管的磁場方向推斷用右手握住螺線管，讓彎曲四指所指的方向與電流方向一樣，拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向，也就是說拇指指向通電螺線管的N極(或北極)。五、磁場的描述1．磁感線：假如在磁場中畫出一些有方向的假想曲線，使曲線上每一點的切線方向都與該點的磁場方向相同，這樣的曲線稱為磁感線。2．磁感應(yīng)強度(1)定義：穿過垂直于磁感線的單位面積的磁感線條數(shù)等于該處的磁感應(yīng)強度。用符號B表示。(2)單位：在國際單位制中，磁感應(yīng)強度的單位是特斯拉，符號為T,1T＝1N/(A·m)。(3)方向：磁場中某點磁感應(yīng)強度的方向就是該點的磁場方向，也就是放在該點的小磁針N極受力的方向，是矢量。3．磁通量(1)定義：磁場中穿過磁場某一面積S的磁感線條數(shù)叫作穿過這個面積的磁通量。(2)計算公式：Φ＝B·S，此公式的適用條件：①勻強磁場；②磁感線與平面垂直。(3)單位：在國際制單位制中是韋伯，簡稱韋，符號是Wb，1Wb＝1T·m2。安培定則的應(yīng)用和磁場的疊加1．安培定則描述了電流方向與磁場方向之間的關(guān)系，應(yīng)用它可以推斷直線電流、環(huán)形電流及通電螺線管四周磁感線的分布及方向，在應(yīng)用時，應(yīng)留意分清“因”和“果”：(1)直線電流的磁場：拇指指向“緣由”即電流方向；四指指向“結(jié)果”即磁感線的環(huán)繞方向。(2)環(huán)形電流的磁場：四指指向“緣由”即電流方向；拇指指向“結(jié)果”即中心軸線的磁感線方向。(3)通電螺線管的磁場：四指指向“緣由”即電流方向；拇指指向“結(jié)果”即螺線管內(nèi)部沿中心軸線的磁感線方向，亦即指向螺線管的N極。2．一個其他形態(tài)的電流(如矩形、三角形等)的磁場，從整體效果上可等效為環(huán)形電流的磁場，采納安培定則判定。也可以分成幾段直線電流判定，然后利用磁場疊加思想處理。3．磁場的疊加：磁感應(yīng)強度是矢量，合成時遵從平行四邊形定則?！纠?】(多選)如圖所示，紙面內(nèi)有兩條相互垂直的長直絕緣導(dǎo)線L1、L2，L1中的電流方向向左，L2中的電流方向向上；L1的正上方有a、b兩點，它們相對于L2對稱。整個系統(tǒng)處于勻強外磁場中，外磁場的磁感應(yīng)強度大小為B0，方向垂直于紙面對外。已知a、b兩點的磁感應(yīng)強度大小分別為eq\f(1,3)B0和eq\f(1,2)B0，方向也垂直于紙面對外。則()A．流經(jīng)L1的電流在b點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為eq\f(7,12)B0B．流經(jīng)L1的電流在a點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為eq\f(1,12)B0C．流經(jīng)L2的電流在b點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為eq\f(1,12)B0D．流經(jīng)L2的電流在a點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為eq\f(7,12)B0AC[由對稱性可知，流經(jīng)L1的電流在a、b兩點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小相等且方向相同，設(shè)為B1，流經(jīng)L2的電流在a、b兩點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小相等但方向相反，設(shè)其大小為B2，由磁場疊加原理有B0－B1－B2＝eq\f(1,3)B0，B0－B1＋B2＝eq\f(1,2)B0，聯(lián)立解得B1＝eq\f(7,12)B0，B2＝eq\f(1,12)B0，所以A、C正確。][一語通關(guān)]磁感應(yīng)強度是矢量，當(dāng)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)生磁場的磁感應(yīng)強度的矢量和。磁感應(yīng)強度疊加時遵循平行四邊形定則。[跟進訓(xùn)練]1．如圖所示，在磁感應(yīng)強度大小為B0的勻強磁場中，兩長直導(dǎo)線P和Q垂直于紙面固定放置，兩者之間的距離為l。在兩導(dǎo)線中均通有方向垂直于紙面對里的電流I時，紙面內(nèi)與兩導(dǎo)線距離均為l的a點處的磁感應(yīng)強度為零。假如讓P中的電流反向、其他條件不變，則a點處磁感應(yīng)強度的大小為()A．0B．eq\f(\r(3),3)B0C．eq\f(2\r(3),3)B0D．2B0C[兩長直導(dǎo)線P和Q在a點處的磁感應(yīng)強度的大小相等，設(shè)為B，方向如圖甲所示，此時a點處的磁感應(yīng)強度為零，則兩磁感應(yīng)強度的合磁感應(yīng)強度B合的大小等于B0，方向與B0相反，即B0的方向水平向左，此時B＝eq\f(B0,2cos30°)＝eq\f(\r(3),3)B0；讓P中的電流反向、其他條件不變，兩長直導(dǎo)線P和Q在a點處的磁感應(yīng)強度的大小仍為B，方向如圖乙所示，則兩磁感應(yīng)強度的合磁感應(yīng)強度大小為B，方向豎直向上，B與B0垂直，其合磁感應(yīng)強度為Ba＝eq\r(B2＋B\o\al(2,0))＝eq\f(2\r(3),3)B0，選項C正確。]學(xué)習(xí)磁通量應(yīng)留意的問題1．磁通量的正負(fù)磁通量是標(biāo)量，但有正負(fù)之分。磁通量的正負(fù)不代表大小，只反映磁通量是怎么穿過某一平面的，若規(guī)定向里穿過某一平面的磁通量為正，則向外為負(fù)。尤其在計算磁通量改變時更應(yīng)留意。2．有效面積定義式Φ＝BS中的面積S指的是垂直于勻強磁場方向的面積，假如平面與磁場方向不垂直，應(yīng)取垂直磁場方向上的投影面積，即為有效面積。3．凈磁通量若穿過某一平面的磁感線既有穿出的又有穿入的，則穿過該平面的合磁通量為磁感線的凈條數(shù)，即凈磁通量。4．多匝線圈從磁通量的定義中可以看出，穿過某一面積的磁通量是由穿過該面積的磁感線條數(shù)的多少確定的，所以，只要n匝線圈的面積相同，放置狀況也相同，則n匝線圈與單匝線圈的磁通量相同，即磁通量的大小與線圈匝數(shù)n無關(guān)?！纠?】(多選)如圖所示是等腰直角三棱柱，其中正方形ABCD的邊長為L，按圖示位置放置在方向豎直向下的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度大小為B，下列說法正確的是()A．通過ABCD平面的磁通量為BL2B．通過BCFE平面的磁通量為eq\f(\r(2),2)BL2C．通過ADFE平面的磁通量為零D．通過整個三棱柱的磁通量為零BCD[磁感應(yīng)強度B和ABCD平面不垂直，依據(jù)Φ＝BScosθ知，穿過ABCD平面的磁通量為eq\f(\r(2),2)BL2，故A項錯誤；磁感應(yīng)強度B和BCFE平面垂直，故B項正確；磁感應(yīng)強度B和ADFE平面平行，故通過ADFE平面的磁通量為零，C項正確；磁感線從ABCD平面穿入，進入三棱柱后不終止，從BCFE平面穿出，若穿入磁通量為正，則穿出磁通量為負(fù)，故穿過整個三棱柱的磁通量為零，D項正確。][一語通關(guān)](1)對磁通量的計算式，只適用于勻強磁場，對非勻強磁場不能干脆用Φ＝BS計算。(2)由于磁感線是閉合曲線，因此穿過任何一個閉合曲面的磁通量均為零。(3)穿過線圈的磁通量與磁場的強弱和線圈橫截面的大小有關(guān)，與線圈的匝數(shù)無關(guān)。[跟進訓(xùn)練]2．如圖所示，n匝矩形線圈abcd的面積為S，O1O2經(jīng)過ab和cd的中點，其左邊有磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直線圈平面對里的勻強磁場，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。(1)求穿過線圈的磁通量；(2)若線圈從圖示位置繞O1O2轉(zhuǎn)過37°，求穿過線圈的磁通量的改變量大?。?3)若線圈從圖示位置繞O1O2轉(zhuǎn)過180°，求穿過線圈的磁通量的改變量大小。[解析](1)依據(jù)Φ＝BS可知Φ1＝B(0