高中物理第三章磁场3_3几种常见的磁场学案新人教版选修3_1.doc

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1、1第 3 节 几种常见的磁场研究学考明确要求考试要求知识内容 几种常见的磁场学考 b 选考 b基本要求1.了解磁感线的概念，知道磁感线的作用。2了解直线电流周围的磁场分布，并会用磁感线描绘。3会用安培定则解决直线电流的磁感线方向和电流方向判断问题。4了解环形电流和通电螺线管内、外部磁场的分布，并会用磁感线描述。5会用安培定则解决环形电流和通电螺线管的磁感线方向和电流方向判断问题。6了解匀强磁场的概念，会画匀强磁场的磁感线。7了解磁通量的概念，知道公式 BS 及其适用条件，知道磁通量的单位，会计算平面与磁场垂直时的磁通量。发展要求1.认识直线电流、环形电流、通电螺线管的统一性2了解磁通密度的概念

2、，知道磁通密度叫做磁感应强度。3了解安培分子电流假说，并会用来解释简单的磁现象。4会计算磁场方向与平面不垂直时的磁通量。5会定性分析平面内具有相反方向磁场的磁通量问题。6会用传感器研究磁场。基 础 梳 理1定义在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度方向一致，这样的曲线称为磁感线。2常见永磁体的磁场的磁感线分布(如图 1 所示)2图 13磁感线的特点(1)磁感线上任意一点的切线方向表示该点的磁感应强度的方向，即小磁针 N 极受力的方向。(2)磁铁外部的磁感线从 N 极指向 S 极，内部从 S 极指向 N 极，磁感线是闭合(填“闭合”或“不闭合”)曲线。(3)磁感线的疏

3、密表示磁场强弱，磁感线密集处磁场强，磁感线稀疏处磁场弱。(4)磁感线在空间不相交(填“相交”或“不相交”)。4磁感线和电场线的比较相同点：都是用疏密程度表示场的强弱，切线方向表示场的方向；都不能相交。不同点：电场线起始于正电荷(或无穷远处)，终止于无穷远处(或负电荷)，不闭合；但磁感线是闭合曲线。典 例 精 析【例 1】 关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是( )A磁感线总是从磁铁的 N 极出发，到 S 极终止的B磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致C磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的D两个磁场的叠加区域，磁感线可能

4、相交解析 条形磁铁内部磁感线的方向是从 S 极指向 N 极，A 错误；磁感线上每一点切线方向表示磁场方向，磁感线的疏密表示磁场的强弱，小磁针静止时北极受力方向和静止时北极的指向均为磁场方向，所以选项 B 正确；磁感线是为了形象地描述磁场而假设的一组有方向的闭合曲线，实际上并不存在，所以选项 C 错误；叠加区域合磁场的方向也具有唯一性，故磁感线不可能相交，所以 D 选项错误。答案 B3磁场、电场都是一种客观存在的特殊物质，磁感线、电场线虽是假想的曲线，但可形象地描述磁场、电场的强弱和方向。应注意两者的区别与关系。即 学 即 练1关于磁感线和电场线，下列说法中正确的是 ( )A磁感线是闭合曲线，而

5、电场线不是闭合曲线B磁感线和电场线都是一些互相平行的曲线C磁感线起始于 N 极，终止于 S 极；电场线起始于正电荷，终止于负电荷D磁感线和电场线都只能分别表示磁场和电场的方向解析 由磁感线的特点知，A 正确；点电荷周围电场线不平行，故 B 项错误；条形磁铁内部磁感线的方向由 S 极指向 N 极，故 C 错误；电场线和磁场线的疏密均可表示电场及磁场强弱，故 D 项错误。答案 A基 础 梳 理1电流周围的磁感线方向可根据安培定则判断。直线电流的磁场：让右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。这个规律也叫右手螺旋定则。特点：以导线上各点为圆心的同

6、心圆，圆所在平面与导线垂直，越向外越稀疏。(如图 2 所示)图 22环形电流的磁场：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向。特点：内部比外部强，磁感线越向外越稀疏。(如图 3 所示)图 33通电螺线管的磁场：用右手握住螺线管，让弯曲的四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向就是螺线管中心轴线上磁感线的方向。4特点：内部为匀强磁场，且内部比外部强。内部磁感线方向由 S 极指向 N 极，外部由 N 极指向 S 极。(如图 4 所示)图 4典 例 精 析【例 2】 如图 5 所示，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针静止时 N 极的指向或磁感

7、线方向。请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向。图 5解析 如果已知电流的方向，可用安培定则判断磁感线的方向。如果已知小磁针静止时 N极指向，那么小磁针 N 极所指方向就是磁感线方向。答案 用安培定则来判断，分别如下列各图所示。使用安培定则时要注意在直线电流和环形电流中右手拇指各指什么物理量的方向。要掌握几种通电导体周围的磁场分布情况，熟练掌握安培定则的应用方法。即 学 即 练2如图 6 所示为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是( )图 6A BC D解析 由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场方向，正确、错误；和为环形电流，注意让弯曲的四指指向电流的方向，可判断出正确、错误；故正确选项为

8、 C。5答案 C基 础 梳 理1安培分子电流假说法国学者安培提出了著名的分子电流假说。他认为在原子、分子等物质微粒的内部，存在的一种环形电流 分子电流。分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极(如图 7 所示)图 72当铁棒中分子电流的取向大致相同时，铁棒对外显磁性(如图 8 甲所示)；当铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章时，铁棒对外不显磁性(如图乙所示)，所以磁体在高温或受到猛烈撞击时，将会退磁。图 83安培分子电流假说揭示了磁现象的电本质：一切磁现象都是由电荷的运动产生的。典 例 精 析【例 3】 关于分子电流假说，下面说法中正确的是( )A分子电流假说最初是由英国学者

9、法拉第提出的B分子电流假说揭示了磁体的磁场与电流的磁场具有共同的本质，即磁场都是由电荷的运动形成的C “分子电流”是专指分子内部存在的环形电流D分子电流假说无法解释加热“去磁”现象解析 分子电流假说是由法国学者安培提出的，它揭示了磁现象的电本质，并且能够解释一些相关磁现象。答案 B小磁针被铁棒吸引说明铁棒有了磁性，铁棒有磁性说明铁棒内部分子电流变得大致取向一致。安培的分子电流假说不仅解决了磁现象的电本质问题，同时在生活生产中也很有指导作用，让我们知道了如何充磁、如何退磁。6即 学 即 练3用安培提出的分子电流假说可以解释的现象是( )A非永久磁铁的磁场 B直线电流的磁场C环形电流的磁场 D软铁

10、棒被磁化的现象解析 安培分子电流假说是安培为解释磁体的磁现象而提出来的，而通电导线周围的磁场是由其内部自由电荷定向移动产生的宏观电流而产生的。分子电流和宏观电流虽然都是运动电荷引起的，但产生的原因是不同的，故选项 D 正确。答案 D基 础 梳 理1匀强磁场(1)定义：强弱、方向处处相同的磁场是匀强磁场。(2)磁感线的特点：间隔相同的平行直线。(3)产生：距离很近的两个异名磁极之间除边缘部分以外可认为是匀强磁场；相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场也是匀强磁场。如图 9 所示。图 92磁通量：在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为 S，把 B 与

11、 S 的乘积叫做穿过这个面积的磁通量。定义式： BS，适用条件：匀强磁场，且磁场方向与平面垂直。单位：在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号是 Wb。图 103当平面与磁场方向不垂直时，穿过平面的磁通量可用平面在垂直于磁场 B 的方向的投影7面积进行计算，则 BS BScos (如图 10)4磁通密度：从 BS 可以得出 B ，表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量。 S因此磁感应强度又叫做磁通密度，用 Wb/m2做单位：1 T1 1 。Wbm2 NAm典 例 精 析【例 4】 下列关于磁通量的说法，正确的是( )A在匀强磁场中，穿过某一个面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积B磁

12、通量是矢量，其正负表示方向C磁通量是形象描述穿过某一个面的磁感线条数的物理量D磁通量越大，磁通量的变化就越快解析 只有 B 与 S 垂直时穿过某一个面的磁通量才等于磁感应强度与该面面积的乘积，选项 A 错误；磁通量是标量，选项 B 错误；磁通量的物理意义为表示穿过线圈的磁感线条数，选项 C 正确；显然选项 D 错误。答案 C【例 5】 将面积为 0.5 m2的单匝线圈放在磁感应强度为 2.0102 T 的匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，那么穿过这个线圈的磁通量为( )A2.0 Wb B0.510 2 Wb C0.510 1 Wb D1.010 2 Wb解析 根据磁通量 BS，可知穿过线圈的

13、磁通量 2.010 2 T0.5 m21.010 2 Wb，选项 D 对。答案 D(1)当平面与磁场方向不垂直时，穿过平面的磁通量可用平面在垂直于磁场 B 的方向的投影面积进行计算，即 BS 。(2)在分析穿过某个面的磁通量时，要注意通过这个面的磁场是否有两个不同的方向。当有两个不同方向的磁感线同时穿过时，磁通量的计算应为“净”值。即 学 即 练4如图 11 所示，在条形磁铁外套有 A、 B 两个大小不同的圆环，穿过 A 环的磁通量 A与穿过 B 环的磁通量 B相比较则( )图 118A A B B A B。故 A 正确，B、C、D 错误。答案 A1下图表示磁场的磁感线，依图分析磁场中 a 点

14、的磁感应强度比 b 点的磁感应强度小的是( )解析 磁感线的疏密可表示磁感应强度的大小。答案 B2如下图所示，当开关 S 闭合后，小磁针处在通电电流的磁场中的位置正确的是( )解析 依据安培定则，判断出电流的磁场方向；再根据小磁针静止时 N 极的指向为磁场的方向，判知 D 正确。答案 D3如图 12 所示，半径为 R 的圆形线圈共有 n 匝，其中心位置处半径为 r 的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面。若磁感应强度为 B，则穿过线圈的磁通量为( )9图 12A BR2 B Br2C n BR2 D n Br2解析 磁通量与线圈匝数无关，且磁感线穿过的面积为 r2，而并非 R2，故 B

15、项正确。答案 B4为了解释地球的磁性，19 世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流 I引起的。在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是( )解析 地磁场是从地球的南极附近出来，进入地球的北极附近，除两极外地表上空的磁场都具有向北的磁场分量，由安培定则，环形电流外部磁场方向向北，B 正确；A 图地表上空磁场方向向南，A 错误；C、D 在地表上空产生的磁场方向是东西方向，C、D 错误。答案 B1关于磁场和磁感线的描述，下列说法正确的是( )A磁场是一种物质B指南针的工作原理与地磁场无关C磁感线可以形象地表现磁场的强弱，但不能反映方向D磁感线总是始于磁铁 N 极、终止于 S 极

16、解析 磁场是一种看不见、摸不着的物质，A 正确；指南针的 N 极受到地磁场的作用指向地磁 S 极，B 错误；磁感线上各点的切线方向为磁场方向，磁感线密的地方磁场强、疏的地方磁场弱，C 错误；磁感线在磁铁外部从 N 极到 S 极、内部从 S 极到 N 极，D 错误。答案 A2关于匀强磁场，下列说法正确的是( )A某一磁场中，只要有若干处磁感应强度相同，则这个区域里的磁场就是匀强磁场10B只要磁感线是直线，该处的磁场一定是匀强磁场C匀强磁场中的磁感线，必定是相互平行且间距相等的直线D距离很近的两个同名磁极之间及通电螺线管内部靠近中间部分的磁场，都可视为匀强磁场解析 匀强磁场中的磁感应强度处处相同，

17、其磁感线的间距相等且相互平行，故选项 C 正确。答案 C3(2018嘉兴教学质量检测)当螺线管导线中通有如图 1 所示的电流时，其右端附近的小磁针保持静止状态，图中 a、 b 是螺线管上相邻的两匝线圈， c、 d 是小磁针的两端，则( )图 1A线圈 a、 b 相互吸引， c 端为小磁针的 N 极B线圈 a、 b 相互吸引， c 端为小磁针的 S 极C线圈 a、 b 相互排斥， c 端为小磁针的 N 极D线圈 a、 b 相互排斥， c 端为小磁针的 S 极解析 根据电流同向相吸，异向相斥知，线圈 a、 b 相互吸引，C、D 错误；由安培定则知，螺线管右端为 N 极，根据同名磁极相斥，异名磁极相

18、吸知， c 端为小磁针的 S 极，故 A 错误，B 正确。答案 B4如图 2 所示，螺线管中通有电流，如果在图中的 a、 b、 c 三个位置上各放一个小磁针，其中 a 在螺线管内部，则( )图 2A放在 a 处的小磁针的 N 极向左B放在 b 处的小磁针的 N 极向左C放在 c 处的小磁针的 S 极向右D放在 a 处的小磁针的 N 极向右解析 由安培定则，通电螺线管的磁场如图所示，右端为 N 极，左端为 S 极，在 a 点磁场方向向右，则小磁针在 a 点时，N 极向右，A 项错误，D 项正确；在 b 点磁场方向向右，则小磁针在 b 点时，N 极向右，B 项错误；在 c 点，磁场方向向右，则小磁

19、针在 c 点时，N 极向右，S11极向左，C 项错误。答案 D5如图 3 所示，两根非常靠近且互相垂直的长直导线，当通以如图所示方向的电流时，电流所产生的磁场在导线所在平面内的哪个区域内方向是一致且向里的( )图 3A区域 B区域C区域 D区域解析 由安培定则可知， I1电流在其上方产生的磁场方向垂直纸面向里， I2电流在其右方产生的磁场方向向里，故只有在区域，两个电流产生的磁场才都向里，选项 A 正确。答案 A6如图 4 所示，正方形线圈 abcd 位于纸面内，边长为 L，匝数为 N，过 ab 中点和 cd 中点的连线 OO恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度为 B，则穿过线

20、圈的磁通量为( )图 4A. B.BL22 NBL22C BL2 D NBL2解析 BSBL22答案 A7如图 5 所示，左侧水平台面上固定着条形磁铁，右侧固定着螺线管。闭合开关 S 后，下列判断正确的是( )图 5A螺线管内的磁场方向向右，磁铁受到的斥力向左12B螺线管内的磁场方向向右，磁铁受到的斥力向右C螺线管内的磁场方向向左，磁铁受到的斥力向左D螺线管内的磁场方向向左，磁铁受到的斥力向右解析 由安培定则可知，螺线管的 N 极在左端，螺线管内的磁场方向向左，磁铁受到的斥力向左，选项 C 正确。答案 C8下列关于磁通量的说法中正确的是( )A磁通量是反映磁场强弱和方向的物理量B某一面积上的磁

21、通量表示穿过此面积的磁感线总条数C在磁场中所围的面积越大，该面上的磁通量越大D穿过任何封闭曲面的磁通量一定不为零解析 磁通量 是磁感应强度 B 与垂直于磁场方向的面积 S 的乘积，即 BS，亦表示穿过磁场中某面积的磁感线条数， 的大小由 B、 S 共同决定，所以面积大， 不一定大，C 错误；由于磁感线是闭合曲线，所以只要有磁感线穿入封闭曲面，如一个球面，则该磁感线必然从该曲面穿出，D 错误。答案 B9为了判断一个未知正负极的蓄电池极性，某同学将该蓄电池通过电阻跟螺线管连接起来，发现小磁针的 N 极立即向螺线管偏转，如图 6 所示。用 M、 N 和 P、 Q 分别表示蓄电池和螺线管的两极，下列判

22、断正确的是( )图 6A电源 M 端为正极B电源 N 端为正极C螺线管 P 端为 S 极D螺线管内部磁感应强度方向由 P 指向 Q解析 小磁针的 N 极向螺线管偏转说明小磁针所在位置磁场方向向左，即螺线管 P 端为 N极， Q 端为 S 极，选项 C 错误；在螺线管的内部磁场方向由 S 极指向 N 极，所以螺线管内部磁感应强度方向由 Q 指向 P，选项 D 错误；根据安培定则可知，在电源外部电流从 N 流向 M，电源 N 端为正极。选项 A 错误。B 正确。答案 B10如图 7 所示，匀强磁场的磁感应强度 B0.8 T，矩形线圈 abcd 的面积 S0.5 m2， B与 S 垂直，线圈一半在磁

23、场中，则当线圈从图示位置绕 ad 边绕过 60时，线圈中的磁通13量为_，在此过程中磁通量的改变量为_；当线圈再绕 ad 边转过 30时，线圈中的磁通量为_，在此过程中磁通量的改变量为_。图 7解析 图示位置的磁通量 1 B 0.2 Wb。当线圈从图示位置绕 ad 边转过 60时，线圈S2垂直磁场方的面积 S Scos 60 S，线圈恰好都进入磁场区域，所以 2 BS 0.2 12Wb，因此 1 2 10。当线圈再绕 ad 边转过 30时，线圈与磁场方向平行， 30，此过程中磁通量的改变量为 2| 3 2|0.2 Wb。答案 0.2 Wb 0 0 0.2 Wb11.如图 8 所示，线圈 abc

24、d 的平面与水平方向夹角 60，磁感线竖直向下，线圈平面面积 S0.4 m 2，匀强磁场磁感应强度 B0.6 T，则穿过线圈的磁通量 为多少？图 8解析 方法一 把 S 投影到与 B 垂直的方向，则 BScos 0.60.4cos 60 Wb0.12 Wb。方法二 把 B 分解为平行于线圈平面的分量 B 和垂直于线圈平面的分量 B ， B 不穿过线圈，且 B Bcos ，则 B S Bcos S0.60.4cos 60 Wb0.12 Wb。答案 0.12 Wb12如图 9 所示，框架面积为 S，框架平面与磁感应强度为 B 的匀强磁场方向垂直，则穿过平面的磁通量为多少？若使框架绕 OO轴转过 6

25、0角，则穿过线框平面的磁通量为多少？若从初始位置转过 90角，则穿过线框平面的磁通量为多少？若从初始位置转过 180角，则穿过线框平面的磁通量变化为多少？图 914解析 当 B S 时， 1 BS。当转 60时， 2 BScos 60 BS。当转 90时， B S，12所以 30。当转 180时， B S，所以 4- BS。 | 4 1|2 BS答案 BS BS 0 2 BS1213轻质细线吊着一边长为 L0.8 m、匝数 n10 的正方形线圈 abcd，边长为 的正方形L2磁场区域对称分布在线圈下边的两侧，如图 10 甲所示，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小随时间变化如图乙所示，求 t0、 t4 s 时穿过线圈 abcd 的磁通量和在 04 s 内穿过线圈 abcd 磁通量的变化量 。图 10解析 由题图乙可知 t0 时， B11 T所以 1 B1S B1 10.40.2 Wb0.08 Wb。L2 L4t4 s 时， B23 T所以 2 B2S B2 30.40.2 Wb0.24 WbL2 L4 2 10.24 Wb0.08 Wb0.16 Wb答案 0.08 Wb 0.24 Wb 0.16 Wb