高三物理磁场及其描述复习

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1、第1课时 磁场及其描述考点自清一、磁场、磁感应强度1.磁场(1)基本特性:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有 的作用.(2)方向:小磁针的 所受磁场力的方向.磁场力N极第八章 磁 场(3)方向:小磁针静止时 的指向.3.安培的分子电流假说安培认为,在原子、分子等物质微粒的内部,存在着一种 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(如图1所示).N极环形电流两个磁图12.磁感应强度(1)物理意义:描述磁场 .(2)大小:B= (通电导线垂直于磁场).强弱和方向极二、磁感线及几种常见的磁场分布1.磁感线:在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一点的 方向都跟这点的磁感应强度的

2、方向一致.2.几种常见的磁场(1)条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图2所示) 切线图2(2)几种电流周围的磁场分布 直线电线电 流的磁场场 通电电螺线线管的磁场场 环环形电电流的磁场场特点无磁极、非匀强且距导线导线 越远处远处 磁场场与条形磁铁铁的磁场场相似,管内为为匀强磁场场且磁场场 ,管外为为非匀强磁场场 环环形电电流的两 侧侧是N极和S极且离圆圆环环中心越远远,磁场场越弱最强越弱定培定则则立体图图横截面图图 纵纵截面 图图(3)匀强磁场:在磁场的某些区域内,磁感线为 的平行线,如图3所示.同向、等密图3(4)地磁场地磁场的N极在地球 附近,S极在地球 附近,磁感线分布如图4所示.地磁场B的水

3、平分量(Bx)总是从地球 指向 ,而竖直分量(By)则南北相反,在南半球垂直地面向上,在北半球垂直地面向下.南极北极图4 南极北极在赤道平面上,距离地球表面高度相等的各点,磁感应强度 ,且方向水平 .相等向北名师点拨(1)应用安培定则判断直线电流的磁场方向和判断环形电流的磁场方向时,四指、大拇指指向的意义正好相反.(2)磁场是分布在立体空间的,要熟练掌握常见磁场的磁感线的立体图和纵、横截面的画法. 热点一 磁感线和电场线的比较 热点聚焦磁感线线 电场线电场线 相似点 引入目的 都是为为了形象的描述场场而引入 的假想曲线线,实际实际 不存在 疏密意义义 都能定性描述场场的强弱 切线线方向 都是表

4、示该该点场场的方向 是否相交 不相交 不同点闭闭合曲线线, 外部由 NS,内部 由SN 起始于正电电荷( 或无穷远穷远 ),终终止 于负电负电 荷(或无 穷远穷远 ) 特别提示虽然磁感线和电场线的疏密都能形象地表示相应场的强弱,但应注意:(1)只有在同一个图中才能根据磁感线或电场线的疏密判定各处相应场的强弱.(2)没有画出磁感线或电场线的地方并不表示那里没有磁场或电场存在. 热点2 对磁感应强度B= 的理解1.磁感应强度由磁场本身决定,就像电场强度由电场本身决定一样,跟该位置放不放通电导线无关.2.不能根据公式B= 就说B与F成正比,与IL成反比.3.磁感应强度B的定义式也是其度量式,但用来测

5、量的小段通电导线必须垂直放入磁场,如果小段通电直导线平行放入磁场,所受安培力为零,但不能说该点的磁感应强度为零. 4.磁感应强度是矢量,其方向是放入其中的小磁针静止时N极的指向,不是磁场中电流所受磁场力的方向,而是与受到磁场力的方向垂直. 5.磁感应强度B与电场强度E的比较电场强度E是描述电场的力的性质的物理量,磁感应强度B是描述磁场的力的性质的物理量.这两个物理量比较如下表所示: 磁感应应强度B 电场电场 强度E 物理意义义 描述磁场场的力的 性质质的物理量 描述电场电场 的力 的性质质的物理 量 定义义式 B= (通电导电导线线与B垂直) E=方向 磁感线线切线线方向,小磁针针N极受力方向

6、 电场线电场线 切线线方向,放入该该点正电电荷受力方向 大小决定因素 由磁场场决定,与检验检验电电流无关 由电场电场 决定,与检验电检验电 荷无关场场的叠加合磁感应应强度等于各磁场场的B的矢量和 合场场强等于各个电场电场 的场场强E的矢量和 单单位 1 T=1 N/(Am) 1 V/m=1 N/C 特别提示由上表可以看出,磁感应强度和电场强度有很多相似之处,但更应注意两者的区别:（1）电场强度的方向和电荷受力方向相同或相反,而磁感应强度的方向和电流受力方向垂直. (2)电荷在电场中一定受电场力,而电流在磁场中不一定受磁场力. 题型1 安培定则的应用【例1】 如图5所示, 直导线AB、螺线管C、

7、电磁铁D三者相距较远,它们的磁场互不影响,当开关S闭合后,则小磁针的北极N(黑色一端)指示出磁场方向正确的是 ( )A.a、cB.b、cC.c、dD.a、d根据安培定则判断直导线AB、螺线管C和电磁铁D周围的磁场方向,再根据小磁针静止时N极的指向就是磁场的方向确定选项.题型探究图5思路点拨解析 据安培定则判断出(1)AB直导线磁场在小磁针a 所在位置垂直纸面向外,所以磁针a的N极指向正确;(2)C左侧为N极,内部磁场向左,所以磁针c的N极指向 正确,磁针b的N极指向不对;(3)D左为S极,右为N极,所 以磁针d的N极指向也不正确. 答案 A规律总结在运用安培定则判定直线电流和环形电流的磁场 时

8、应分清“因”和“果”,在判定直线电流的磁场方 向时,大拇指指“原因”电流方向,四指指“结果 ”磁场绕向;在判定环形电流磁场方向时,四指指 “原因”电流绕向,大拇指指“结果”环内 沿中心轴线的磁感线方向. 变式练习1 如图6所示是云层之间闪电的模拟图,图中A、B是位于南、北方向带有电荷的两块阴雨云,在放电的过程中,在两云的尖端之间形成了一个放电通道,发现位于通道正上方的小磁针N极转向纸里,S极转向纸外,则关于A、B带电情况的说法中正确的是()A.带同种电荷B.带异种电荷 C.B带正电D.A带正电 解析 A、B放电相当于通电直导线,小磁针在通电直 导线的上方,根据题意可以判断上方磁场方向指向纸 里

9、,因此可以判断放电电流由北向南,即A带正电,B带 负电. 图6BD题型2 磁场的叠加问题【例2】 三根平行的直导线,分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点,如图7所示.现在使每条通电导线在斜边中点O处所产生的磁感应强度大小均为B.则该处实际磁感应强度的大小和方向如何?图7思维导图安培定则三个电流到O 点的距离三个电流在O点产生 的磁场强弱与方向三个电流产生 的磁场叠加O处磁感应强度 的大小和方向解析 根据安培定则,I1与I3在O点处产生的磁感应强度方向相同,I2在O点处产生的磁感应强度方向与它们相垂直.由B1、B2、B3大小相等均为B可知,O点处实际磁感应强度的大小B0= = B,方向在三

10、角形面内与斜边夹角=arctan 2.如右图所示.答案 B,方向与三角形斜边夹角=arctan 2 方法提炼空间中磁场叠加,在某一点的磁场方向即该点的磁感应强度的方向只有一个,即合磁场方向,应用平行四边形定则来求. 变式练习2 如图8所示,一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1 T的匀强磁场中,在以导线截面的中心为圆心,r为半径的圆周上有a、b、c、d四个点.已知a点的实际磁感应强度为0,则下列叙述正确的是 ( )A.直导线中的电流方向垂直纸面向里图8B.b点的实际磁感应强度为 T,方向斜向右下方,与B的夹角为45C.c点的实际磁感应强度也为0D.d点的实际磁感应强度与b点相同解析 a点的实际磁

11、感应强度为0,是直线电流在a处的磁感应强度与匀强磁场在该处的磁感应强度的矢量和为0,所以直线电流在a处的磁感应强度B=1 T,方向向左,由安培定则可得直导线中的电流方向垂直纸面向里,由于圆周上各点到直导线的距离相同,所以直线电流在圆周上各处的磁感应强度大小均为1 T,但方向不同,在b处向上,在c处向右,在d处向下,则b、 c、d三处的实际磁感应强度分别为 T,方向斜向右上方与B成45夹角;2 T,方向向右; T,方向斜向右下方与B成45夹角,选项A、B正确. 答案 AB题型3 “类比法”理解磁场的性质【例3】 磁铁有N、S两极,跟正负电荷有很大的相似性,人们假定在一根磁棒的两极上有一种叫做“磁

12、荷”的东西,N极上的叫做正磁荷,S极上的叫做负磁荷,同号磁荷相斥,异号磁荷相吸.当磁极本身的几何线度远比它们之间的距离小得多时,将其上的磁荷叫做点磁荷.磁的库仑定律是:两个点磁荷之间的相互作用力F沿着它们之间的连线,与它们之间的 (比例系数k=10-7 Wb/(Am).同一根磁铁上的两个点磁荷的磁极强度可视为相等,磁荷的位置可等效地放在图9(a)中的c、d两点,两点相距为L,用上述两根相同的质量为M的圆柱形永久磁铁可以测出磁极强度qm,如图(b),将一根磁棒固定在光滑的斜面上,另一 的相互作用力F沿着它们之间的连线,与它们之间的距离r的平方成反比,与它们磁荷的数量(或称磁极强度)qm1、qm2

13、成正比,用公式表示为:F= .图9根与之平行放置的磁棒可以自由上下移动.调节斜面的角度为时,两磁铁间的距离为d,活动磁铁刚好静止不动.由此可知磁极强度qm为多大? 解析 如右图所示,活动磁棒受重力、支持力两对同性磁荷的排斥力F1= 两对异性磁荷的吸引力F2= 活动磁棒受力平衡,在沿斜面方向上有:mgsin+2F2cos=2F1 其中cos=解得qm= 答案本题共16分.其中式各4分,式5分,式3分.【名师导析】类比法是物理学中常用的一种研究问题的方法,如万有引力与库仑力类比,本题将磁极间相互作用类比于电荷间相互作用,将磁极间的作用定量计算,命题视角新颖,对学生类比推理、迁移应用能力要求较高.

14、【评分标准】自我批阅(14分)半径为r,电流为I1的通电圆环圆心a处的磁感应强度为B,在圆环下方距圆心a为L的地方水平放置一根电流为I2的无限长直导线MN时,圆环圆心a处的磁感应强度变为零,设圆环平面与长直导线在同一竖直平面内如图10所示,求:图10(1)根据对称性,直导线电流I2在导线正下方L处的b点产生的磁感应强度大小是多少?方向如何?(2)如果把圆环平移到b点,使圆环的圆心与b点重合,则圆环电流与直线电流在b点产生的合磁场的磁感应强度大小是多少?方向如何?解析 (1)圆环电流在圆心a处产生的磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外,加上直导线后,a处的磁感应强度为零,说明直导线I2在a处产生

15、的磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里.(4分)又因为a、b两点到直导线的距离相等,因此,直导线I2在b点产生的磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外.(4分) (2)当把圆环平移到b点后,圆环在b点产生的磁感应强度为B,方向垂直纸面向外;和直导线I2在b点产生的磁感应强度合成后,可得:b点的磁感应强度大小为2B,方向垂直纸面向外.(6分)答案 (1)B 垂直纸面向外 (2)2B 垂直纸面向外 素能提升1.下列说法正确的是 ()A.一切电荷的周围都存在磁场B.磁铁吸引铁棒,说明磁铁周围的磁场对铁棒有力的作用,由于铁棒周围没有磁场,因而对磁铁无磁力作用C.铁棒内分子电流取向变得大致相同时,对外就显出磁性D.沿磁感线的方向,磁场逐渐减弱解析 只有运动电荷周围才有磁场,故A错误;磁铁吸引铁棒,铁棒被磁化,其周围也有磁场,对磁铁有磁力的作用,故B错误;根据分子电流假说,当物体内分子电流取向大致相同时,对外就显出磁性,故C正确;磁感线的疏密程度表示磁场的强弱,故D错误. 答案 CB.电流元IL在磁场中受力为F,则磁感应强度可能大于或等于C.磁场中电流元受力大的地方,磁感应强度一定大D.磁场中某点磁感应