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1、1重庆市万州区分水中学高中物理重庆市万州区分水中学高中物理 第三章第三章 第第 3 3 讲讲 几种常见的磁场教几种常见的磁场教学案学案 新人教版选修新人教版选修 3-13-1C目标定位 1.知道磁感线的概念，并能记住几种常见磁场的磁感线分布特点.2.会用安培定则判断电流周围的磁场方向.3.知道磁通量的概念，并会计算磁通量.4.知道安培分子电流假说的内容，并能解释简单的磁现象一、磁感线如果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一点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线就叫做磁感线想一想 实验中常用铁屑来模拟磁感线的形状，是否说明磁感线真实存在？答案 磁感线并不真实存在，细铁屑在磁场里被
2、磁化成“小磁针” ，受震动后会有规则排列，能显示磁感应强度的方向，无数个细铁屑连接在一起，好像磁感线显现出来一样二、几种常见的磁场(如图 331 所示)1直线电流的磁场直线电流的磁场方向可以用安培定则来表示：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2环形电流的磁场环形电流的磁场可用另一种形式的安培定则表示：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3通电螺线管的磁场通电螺线管是由许多匝环形电流串联而成的因此，通电螺线管的磁场也就是这些环形电流磁场的叠加所以环形电流的安培定则
3、也可以用来判定通电螺线管的磁场，这时拇指所指的方向就是螺线管内部磁场的方向，从外部看，通电螺线管的磁场相当于一个条形磁铁的磁场，所以拇指所指的方向也是它的北极方向想一想 如果把一个小磁针放入通电螺线管的内部，静止时小磁针的 N 极将指向螺线管的哪一极呢？答案 小磁针的 N 极指向通电螺线管的 N 极三、安培分子电流假说2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想一想 没有磁性的铁棒在受到外界磁场作用时，两端对外界显示出较强的磁作用，形成了磁极，这怎么解释呢？答案 铁棒在未被磁
4、化时，内部分子电流的取向是杂乱无章的，它们的磁场互相抵消，对外不显磁性当铁棒受到外界磁场作用时，分子电流的取向变得大致相同，两端对外界显示出较强的磁作用，形成磁极，这实际上就是磁化现象四、匀强磁场1定义：磁感应强度的大小、方向处处相同的磁场2磁感线：间隔相同的平行直线3实例：距离很近的对放的两个异名磁极间的磁场，两平行放置的通电线圈，其中间区域的磁场都是匀强磁场五、磁通量1定义：匀强磁场磁感应强度B与和磁场方向垂直的平面面积S的乘积，叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通2表达式：BS. 单位：Wb,1 Wb1 Tm2.3引申：B，因此磁感应强度B又叫磁通密度 S一、对磁感线的深化理解磁感线和电场
5、线的比较相同点：都是为了形象地描述场，而假想的曲线；都是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：电场线起于正电荷，终止于负电荷，不闭合；但磁感线是闭合曲线例 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两个磁场的的叠加区域，磁感线可能相交答案 B解析 条形磁铁内部磁感线从 S 极到 N 极，A 不正确；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
6、针静止时北极受力方向和静止时北极的指向均3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的曲线，实际上并不存在，所以选项 C 不正确；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 选项错误借题发挥 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二、几种常见的磁场分布1常见永磁体的磁场(如图 332 所示)图 3322三种常见的电流的磁场安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱环形电流内部磁场比环外强， 磁感线越
7、向外越稀疏通电螺线管内部为匀强磁场且比外部强，方向由 S 极指向 N 极，外部类似条形磁铁，由 N 极指向S 极例 2 如图 333 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 极的指向或磁感线方向请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向图 3334答案 用安培定则来判断，分别如下图中各图所示解析 如果已知电流的方向，可用右手螺旋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三、磁通量的理解1磁通量的计算(1)公式：BS适用条件：匀强磁场；磁感线与平面垂直(2)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方向
8、的投影面积进行计算，即BS.2物理意义：磁通量可用穿过某一平面的磁感线条数表示；若磁感线沿相反方向穿过同一平面，则磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和)温馨提示 磁通量的正、负既不表示大小，也不表示方向，它表示磁通量从某个面穿入还是穿出，若规定穿入为正，则穿出为负，反之亦然图 334例 3 如图 334 所示，线圈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 m2，匀强磁场磁感应强度B0.6 T，则穿过线圈的磁通量为多少？答案 0.12 Wb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
9、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BBcos ，则BSBcos S0.60.4cos 60 Wb0.12 Wb.四、安培分子电流假说的应用及意义图 3351安培分子电流假说安培认为，物质微粒内的分子电流使它们相当于一个个的小磁体 (如图 335 所示). 52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 336 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 336 乙所示)，所以磁体在高温或受到猛烈撞击时，将会退磁图 3363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例 4 (2014衡水高二检测)关于磁现
10、象的电本质，安培提出了分子电流假说他提出此假说的背景是( )A安培通过精密仪器观察到分子电流B安培根据原子结构理论，进行严格推理得出的结论C安培根据环形电流的磁性与磁铁相似提出的一种假说D安培凭空想出来的答案 C对磁感线的理解1下图表示磁场的磁感线，依图分析磁场中a点的磁感应强度比b点的磁感应强度大的是( )答案 AC解析 磁感线的疏密可表示磁感应强度的大小安培定则的理解和应用图 3372如图 337 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，6其中a在螺线管内部，则( )A放在a处的小磁针的 N 极向左B放在b处的小磁针的 N 极向右C放在c处的小磁针的 S 极
11、向右D放在a处的小磁针的 N 极向右答案 BD解析 由安培定则，通电螺线管的磁场如右图所示，右端为 N 极，左端为 S 极，在a点磁场方向向右，则小磁铁在a点时，N 极向右，A 项错，D 项对，在b点磁场方向向右，则磁针在b点时，N 极向右，B 项正确，在c点，磁场方向向右，则磁针在c点时，N 极向右，S 极向左，C 项错对磁通量的理解3如图 338 所示，一个单匝线圈abcd水平放置，面积为S，有一半面积处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，当线圈以ab边为轴转过 30和 60时，穿过线圈的磁通量分别是多少？图 338答案 BS 2BS 2解析 当线圈分别转过 30和 60时，线圈平面在
12、垂直于磁场方向的有效面积相同，都有S ，所以磁通量相同，都等于.S 2BS 2(时间：60 分钟)题组一 磁场线及安培定则的应用1(2014福州高二检测)关于电场和磁场，下列说法正确的是( )A我们虽然不能用手触摸到电场的存在，却可以用试探电荷去探测它的存在和强弱B电场线和磁感线是可以形象描述场强弱和方向的客观存在的曲线C磁感线和电场线一样都是闭合的曲线D磁体之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，都是客观存在的物质7答案 AD解析 电场和磁场都是客观存在的物质，电场线和磁感线都是假想的曲线，实际并不存在电场线和磁感线的最大区别在于：磁感线是闭合的，而电场线不是闭合的故正确答案为 A、
13、D.图 3392如图 339 所示为某磁场的一条磁感线，其上有A、B两点，则( )AA点的磁感应强度一定大BB点的磁感应强度一定大C因为磁感线是直线，A、B两点的磁感应强度一样大D条件不足，无法判断答案 D解析 由磁场中一根磁感线无法判断磁场强弱3(2014珠海高二检测)如图 3310 所示为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是( )图 3310A B C D答案 C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 C.图 33114如图 3311 所示，a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和
14、右侧，当这些小磁针静止时，小磁针 N 极的指向是( )Aa、b、c均向左Ba、b、c均向右Ca向左，b向右，c向右Da向右，b向左，c向右答案 C8解析 小磁针静止时 N 极的指向与该点磁感线方向相同，如果a、b、c三处磁感线方向确定，那么三枚磁针静止时 N 极的指向也就确定所以，只要画出通电螺线管的磁感线如图所示，即可知a磁针的 N 极在左边，b磁针的 N 极在右边，c磁针的 N 极在右边图 33125如图 3312 为某磁场中的磁感线则( )Aa、b两处磁感应强度大小不等，BaBbBa、b两处磁感应强度大小不等，BaBbC同一小段通电导线放在a处时受力一定比b处时大D同一小段通电导线放在a
15、处时受力可能比b处时小答案 AD题组二 分子电流假说6科学研究表明，地球自西向东的自转速度正在变慢假如地球的磁场是由地球表面带电引起的，则可以断定 ( )A地球表面带正电，由于地球自转变慢，地磁场将变弱B地球表面带正电，由于地球自转变慢，地磁场将变强C地球表面带负电，由于地球自转变慢，地磁场将变弱D地球表面带负电，由于地球自转变慢，地磁场将变强答案 C解析 地球的磁场类似于通电螺线管的磁场我们已经知道，地理的南极是地磁 N 极，地理北极是地磁 S 极按照右手螺旋定则，可以看出要有自东向西的电流才符合，那么必然是由于地球表面带负电自西向东旋转引起的由于地球自转变慢，相当于电流减弱，地磁场将变弱7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( )9答案 B题组三 磁感应强度矢量的叠加图 33138如图 3313 所示，电流从A点分两路通过对称的环形支路汇合于B点，则环形支路的圆心O处的磁感应强度为( )A垂直于环形支路所在平面，且指向“纸外”B垂直于环形支路所在平面，且指向“纸内”C大小为零D在环形支路所在平面内，指向B点答案 C解析 由安培定则可判断上边环形电流在O点处产生磁场的方向垂直纸面向里，下边环形电流在O点处产生磁场的方向垂直纸面向
