高中物理 第3章 第3節(jié) 幾種常見的磁場課件 新人教版選修3-1.ppt

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1、第三章磁場,第3節(jié)幾種常見的磁場,1知道磁感線知道幾種常見磁場磁感線的空間分布情況 2會用安培定則判斷通電直導(dǎo)線和通電線圈周圍磁場的方向 3了解安培分子電流假說 4知道磁通量,要點一磁感線 1定義：在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點的切線方向都跟這點的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致，這樣的曲線就叫做磁感線,2性質(zhì) (1)磁感線在磁體的外部從北極(N極)指向南極(S極)，在磁體的內(nèi)部則是由南極指向北極，形成一條閉合曲線 (2)磁感線密集的地方磁場強(qiáng)，稀疏的地方磁場弱 (3)磁感線的切線方向即為該點的磁場方向 (4)任意兩條磁感線不能相交,3磁感線與電場線的比較,,,(1)在沒畫磁感線的地方，并不表示沒有

2、磁場存在 (2)若多個磁體或電流的磁場在空間某區(qū)域疊加，磁感線描述的是疊加后的磁場的磁感線分布情況，不能認(rèn)為該區(qū)域有多條磁感線相交,要點二幾種常見的磁場 1常見永磁體的磁場(如圖),,2電流的磁場 (1)直線電流的磁場 安培定則(右手螺旋定則)：右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向，如圖甲所示 直線電流的磁場可有幾種不同的畫法，如圖乙所示(圖中的“”號表示磁場方向垂直紙面向里，“”表示磁場方向垂直紙面向外),直線電流的磁場強(qiáng)弱與距離導(dǎo)線的距離有關(guān)，離導(dǎo)線越近，磁場越強(qiáng)，離導(dǎo)線越遠(yuǎn)，磁場越弱,(2)環(huán)形電流的磁場 (環(huán)形電流的)安培定則：讓

3、右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向，如圖丙所示,,環(huán)形電流的磁場可有幾種不同的畫法，如圖丁所示,,環(huán)形電流的磁場類似于條形磁鐵的磁場，其兩側(cè)分別對應(yīng)是磁場的N極和S極由于磁感線均為閉合曲線，所以環(huán)內(nèi)、外磁感線條數(shù)相等，故環(huán)內(nèi)磁場強(qiáng)、環(huán)外磁場弱,(3)通電螺線管的磁場 (通電螺線管的)安培定則：右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向與電流方向一致，大拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部的磁感線方向(如圖a所示) 幾種常用的磁感線不同的畫法，如圖b所示,通電螺線管的磁場分布：外部與條形磁鐵外部的磁場分布情況相同，兩端分別為N極和S極管內(nèi)(邊緣除外)是勻強(qiáng)

4、磁場，磁場方向由S極指向N極,有的同學(xué)誤認(rèn)為判斷螺線管內(nèi)部小磁極N極的受力或N極的指向時，仍然可以用“同名磁極相斥”，“異名磁極相吸” 辨析：在初中學(xué)過的同名磁極相排斥，異名磁極相吸只能適用于磁體外部，在螺線管內(nèi)部不適用在高中階段任何情況下小磁針N極受力方向均與磁場方向一致,要點三安培分子電流假說 1內(nèi)容：所有磁現(xiàn)象都可以歸結(jié)為運(yùn)動電荷(電流)之間通過磁場而發(fā)生的相互作用在原子、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，分子電流使每個物質(zhì)微粒都成為微小的磁體，它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個磁極如圖所示,,2對有關(guān)磁現(xiàn)象的解釋 (1)磁化：軟鐵棒未被磁化前，內(nèi)部分子電流取向雜亂無章，磁場相互抵消，對外

5、界不顯磁性；在外界磁鐵的磁化下，內(nèi)部各分子電流取向一致，形成磁極 (2)失磁：由于激烈的分子熱運(yùn)動或機(jī)械運(yùn)動使分子電流取向變得雜亂無章的結(jié)果,,磁化的實質(zhì)就是分子電流取向由無序變?yōu)橛行?2公式：BS. (1)適用條件：A勻強(qiáng)磁場； b磁感線與平面垂直 (2)在勻強(qiáng)磁場B中，若磁感線與平面不垂直，公式BS中的S應(yīng)為平面在垂直于磁感線方向上的投影面積 BScos. 式中Scos即面積S在垂直于磁感線方向的投影，我們稱為“有效面積”,,磁通量也可理解為穿過某面積的磁感線的條數(shù)，當(dāng)有方向相反的兩簇條數(shù)相同的磁感線穿過某面積時，該面積上的磁通量為零,6磁通量的正、負(fù) (1)磁通量是標(biāo)量，但有正、負(fù)，當(dāng)

6、磁感線從某一面上穿入時，磁通量為正值，則磁感線從此面穿出時即為負(fù)值 (2)若同時有磁感線沿相反方向穿過同一平面，且正向磁通量大小為1，反向磁通量大小為2，則穿過該平面的磁通量12.,穿過某一面積的磁通量是由穿過該面的磁感線條數(shù)的多少決定的，與匝數(shù)無關(guān),磁場中某區(qū)域的磁感線如圖所示，則(),,Aa、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，BaBb Ba、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，BaBb C同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力小 Da處沒有磁感線，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 【解析】由圖可知b處的磁感線較密，a處的磁感線較疏，所以BaBb，故A錯，B對，通電導(dǎo)線在磁場中受力的大小與導(dǎo)線在磁場中的放置方向

7、有很大關(guān)系，而不是僅僅取決于B與LI的大小，故C錯，磁感線是用來描述磁場的，而又不可能在存在磁場的區(qū)域內(nèi)全部畫磁感線，那樣將會與不畫磁感線產(chǎn)生相同的效果，故D錯 【答案】B,【方法總結(jié)】 磁感線的疏密反映磁場的強(qiáng)弱，磁感線越密的地方表示磁場越強(qiáng)，磁感線越疏的地方表示磁場越弱；磁感線上每一點的切線方向就是該點的磁場方向,(2014揚(yáng)州模擬)關(guān)于磁感線，下列說法中正確的是() A磁感線是真實存在的 B磁感線切線方向可以表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向 C磁感線一定是直線 D沿著磁感線方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度越來越小,變式訓(xùn)練 1-1,解析：為了形象的描述磁體和導(dǎo)線周圍的磁場，假象出來的曲線磁感線，不是客觀存在的，故A

8、選項錯誤；磁感線的切線方向表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，故B選項正確；磁感線可以是直線，也可以是曲線，通電螺線管周圍的磁感線分布，既有直線又有曲線，故C選項錯誤；磁感線的疏密表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的強(qiáng)弱，沿著磁感線的方向磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定變小，故D選項錯誤 答案：B,如圖所示，環(huán)形導(dǎo)線周圍有三只小磁針a、b、c，閉合開關(guān)S后，三只小磁針N極的偏轉(zhuǎn)方向是() A全向里 B全向外 Ca向里，b、c向外 Da、c向外，b向里,,【解析】開關(guān)閉合后，環(huán)形電流中存在順時針方向的電流，根據(jù)安培定則可判知：環(huán)內(nèi)磁場方向垂直于紙面向里，環(huán)外磁場方向垂直于紙面向外磁場的方向就是小磁針靜止時N極的指向，所以小磁針b向里偏轉(zhuǎn)，小磁針

9、a、c向外偏轉(zhuǎn) 【答案】D,【方法總結(jié)】 安培定則的應(yīng)用： (1)幾個方向的一致性：磁感線方向、磁場方向和能自由轉(zhuǎn)動的小磁針靜止時N極所指的方向，三者是一致的,(2)安培定則(右手螺旋定則)應(yīng)用時注意的幾點： 分清“因”和“果”：在判定直線電流的磁場的方向時，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，即指N極優(yōu)先采用整體法：一個任意形狀的閉合電流(如三角形、矩形)的磁場，從整體效果上可等效為環(huán)形電流的磁場,如圖各圖中，分別給出了導(dǎo)線中的電流方向或磁場中某處小磁針N極的指向或磁感線方向請畫出對應(yīng)

10、的磁感線(標(biāo)上方向)或電流方向 解析：如果已知電流的方向，可用安培定則判斷磁感線的方向如果已知小磁針指向，那么小磁針N極所指方向就是磁感線方向,變式訓(xùn)練 2-1,,答案：如下圖所示,,安培的分子環(huán)形電流假說不可以用來解釋() A磁體在高溫時失去磁性 B磁鐵經(jīng)過敲擊后磁性會減弱 C鐵磁類物質(zhì)放入磁場后具有磁性 D通電導(dǎo)線周圍存在磁場,【解析】安培的分子環(huán)形電流假說認(rèn)為核外電子繞原子核作圓周運(yùn)動故可以解釋磁化、退磁現(xiàn)象，通電導(dǎo)線的磁場是由自由電荷的定向運(yùn)動形成的，即產(chǎn)生磁場的不是分子電流，故不能解釋電流為什么能產(chǎn)生磁場，D選項錯誤 【答案】D,【方法總結(jié)】 (1)所有磁現(xiàn)象都是電荷運(yùn)動產(chǎn)生的 (

11、2)分子電流的兩側(cè)相當(dāng)于兩個磁極 (3)分子電流取向大致相同時顯示較強(qiáng)磁性，雜亂無章時不顯磁性,一根軟鐵棒在磁場中被磁化，這是因為() A軟鐵棒中產(chǎn)生了分子電流 B軟鐵棒中分子電流取向雜亂無章 C軟鐵棒中分子電流消失 D軟鐵棒中分子電流取向變得大致相同 解析：軟鐵棒中的分子電流是一直存在的，并不是因為有了外界磁場作用而產(chǎn)生或消失，所以A、C錯誤；根據(jù)磁化過程的實質(zhì)，可知B錯，D對 答案：D,變式訓(xùn)練 3-1,勻強(qiáng)磁場中的一個與磁場方向垂直放置的矩形線圈，面積為S，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B在它繞對稱軸從如圖所示位置轉(zhuǎn)過180的過程中，求穿過該線圈磁通量的變化量,,【解析】起始狀態(tài)的磁通量1BS.末態(tài)

12、的磁通量大小2BS，但初態(tài)是從正面穿入，末態(tài)則從反面穿出若初態(tài)1為負(fù)，則2為正(非矢量，類似正、負(fù)功的正、負(fù)意義)，所以BS(BS)2BS，而不是零 【答案】見解析,【方法總結(jié)】 (1)確定磁場是否為勻強(qiáng)磁場 (2)勻強(qiáng)磁場中，若B垂直S，則可利用公式BS計算磁通量，若B與S不垂直，則有以下兩種計算方法： 方法一：面積代入S在垂直磁場方向的投影； 方法二：磁感應(yīng)強(qiáng)度代入B垂直S方向的分量,(3)磁通量是標(biāo)量，但有正負(fù)，若規(guī)定磁感線從正面穿過線圈為正值，那么磁感線從反面穿過線圈為負(fù)值 (4)求磁通量變化量時，|21|.注意2、1分別帶有正、負(fù)號但結(jié)果只考慮大小，所以取絕對值,變式訓(xùn)練 4-1,,

13、解析：磁通量的定義式BS，其中S為垂直于磁場的有效面積，即r，故通過該線圈的磁通量為Br，B選項正確 答案：B,【答案】A,【方法總結(jié)】 解答本題時應(yīng)把握以下三點： (1)直線電流的磁感線為以直線電流為圓心的同心圓 (2)電流周圍各點的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與電流大小和離電流的遠(yuǎn)近有關(guān) (3)各點的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)為I1、I2分別產(chǎn)生的B的疊加,(2015唐山一中模擬)如圖所示，真空中一根絕緣桿連接的兩個帶等量異種電荷的點電荷以相同的角速度繞O點在水平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動，已知q距離O點較近，則O點的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向為() A方向豎直向上 B方向豎直向下 CO點磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 D無法確定,變式訓(xùn)練 4-1,,解析

14、：電荷定向移動形成電流，正電荷形成逆時針方向的電流，磁場方向垂直紙面向上；負(fù)電荷形成順時針方向的電流，磁場方向垂直紙面向下，由于正電荷運(yùn)動時在P點產(chǎn)生的磁場強(qiáng)，故合磁場的方向為豎直向上，A選項正確 答案：A,1(2014嘉定區(qū)二模)關(guān)于磁感線，下列說法中正確的是() A鐵屑在磁場中分布所形成的曲線就是磁感線 B磁感線的指向就是磁場方向 C磁感線總是從磁體的N極出發(fā)指向磁體的S極 D任意兩條磁感線均不可能相交,解析：磁感線不是客觀存在的，鐵屑的分布曲線表示了磁場的分布情況，模擬了磁感線，故A選項錯誤；區(qū)分磁感線的方向，磁感線切線的方向，前者是磁場的大致走向，后者表示該點磁場的方向，故B選項錯誤；

15、在磁體內(nèi)部和外部，磁感線的分布情況不同，外部從磁體的N極出發(fā)指向S極，內(nèi)部從S極出發(fā)指向N極，故C選項錯誤；磁感線的切線方向表示磁場方向，如果兩條磁感線相交于一點，那么該點就會有兩個切線方向，存在兩個磁場方向，空間某一點的磁場方向是唯一的，故D選項正確 答案：D,2如圖所示，水平直導(dǎo)線ab通有向右的電流I，置于導(dǎo)線正下方的小磁針S極將() A向紙外偏轉(zhuǎn) B向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn) C在紙面內(nèi)順時針轉(zhuǎn)過90 D不動 解析：據(jù)安培定則可以確定，通電直導(dǎo)線在其下方產(chǎn)生垂直紙面向里的磁場，在磁場力的作用下，小磁針N極向里，S極向外偏轉(zhuǎn)，A項正確 答案：A,,,解析：初態(tài)時線圈與磁場之間的夾角為30，磁通量1BSsi

16、n304105 Wb，末態(tài)時線圈反方向與磁場之間的夾角為30，磁通量2BSsin304105 Wb，則穿過線圈的磁通量的變化量為128105 Wb，B選項正確 答案：B,4(2014南充一模)為了解釋地球的磁性，19世紀(jì)安培假設(shè)：地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的在如圖四個圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是(),,解析：分析地磁場的分布情況，地磁場可以等效為條形磁鐵的磁場，N極處于地理的南極，S極處于地理的北極，根據(jù)安培定則，判斷出環(huán)形電流的方向是自東向西運(yùn)動的，故B選項正確，A、C、D選項錯誤 答案：B,5一球冠處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，若球冠的底面大圓半徑為r，磁場方向和球冠方向與球冠底面垂直，則穿過整個球冠的磁通量是多少？ 解析：球冠在垂直磁場方向上的投影面積Sr2，所以穿過球冠的磁通量BSBr2. 答案：Br2,