20222023高中物理第三章磁场第3节几种常见的磁澄件新人教版选修.ppt

第第3 3节　几种常见的磁场节　几种常见的磁场自主学习自主学习课堂探究课堂探究课堂达标课堂达标自主学习自主学习学习目标学习目标1.1.了解磁感线的概念了解磁感线的概念, ,知道磁感线的作用知道磁感线的作用2.2.了解直线电流周围的磁场分布了解直线电流周围的磁场分布, ,并会用磁感线描绘并会用磁感线描绘3.3.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4.4.了解环形电流和通电螺线管内、外部磁场的分布了解环形电流和通电螺线管内、外部磁场的分布, ,并会用磁感线描绘并会用磁感线描绘5.5.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6.6.了解匀强磁场的概念了解匀强磁场的概念, ,会画匀强磁场的磁感线会画匀强磁场的磁感线7.7.了解磁通量的概念了解磁通量的概念, ,知道公式知道公式Φ=BSΦ=BS及其适用条件及其适用条件, ,知道磁通量的单位知道磁通量的单位, ,会计会计算平面与磁场垂直时的磁通量算平面与磁场垂直时的磁通量教材提炼教材提炼一、磁感线一、磁感线1.1.定义定义: :在磁场中画出一些曲线在磁场中画出一些曲线, ,使曲线上每一点的使曲线上每一点的 都跟这点的都跟这点的磁感应强度的方向一致磁感应强度的方向一致, ,这样的曲线就叫做磁感线。

这样的曲线就叫做磁感线切线方向切线方向2.2.基本特性基本特性: :磁感线的磁感线的 表示磁场的强弱表示磁场的强弱, ,磁感线越密的地方磁场越强磁感线越密的地方磁场越强, ,磁感线越疏的地方磁场越弱磁感线越疏的地方磁场越弱疏密疏密二、几种常见的磁场二、几种常见的磁场1.1.直线电流的磁场直线电流的磁场安培定则安培定则: : 握住导线握住导线, ,让伸直的拇指所指的方向与让伸直的拇指所指的方向与 方向一致方向一致, ,弯弯曲的四指所指的方向就是曲的四指所指的方向就是 环绕的方向如图所示环绕的方向如图所示右手右手电流电流磁感线磁感线2.2.环形电流的磁场环形电流的磁场让右手弯曲的四指与让右手弯曲的四指与 的方向一致的方向一致, ,伸直的拇指所指的方向就是环伸直的拇指所指的方向就是环形导线形导线 上磁感线的方向如图所示上磁感线的方向如图所示环形电流环形电流轴线轴线3.3.通电螺线管的磁场通电螺线管的磁场通电螺线管是许多匝环形电流通电螺线管是许多匝环形电流 而成而成, ,它的磁场是它的磁场是 磁场磁场的叠加的叠加, ,因此利用环形电流的安培定则判断其磁场。

如图所示因此利用环形电流的安培定则判断其磁场如图所示串联串联环形电流环形电流三、匀强磁场三、匀强磁场1.1.定义定义: :磁感应强度的磁感应强度的 、、 处处相同的磁场处处相同的磁场强弱强弱方向方向2.2.磁感线磁感线: :间隔相同的间隔相同的 平行直线平行直线四、磁通量四、磁通量1.1.定义定义: :在匀强磁场中在匀强磁场中, ,磁感应强度磁感应强度B B和与磁场方向垂直的平面面积和与磁场方向垂直的平面面积S S的乘积的乘积, ,叫做穿过这个面积的磁通量叫做穿过这个面积的磁通量2.2.定义式定义式: :Φ=Φ= BSBS3.3.单位单位: : , ,简称韦简称韦, ,符号是符号是WbWb1 Wb=1 T1 Wb=1 T·m m2 2韦伯韦伯4.4.矢标性矢标性: :磁通量是磁通量是 量标标5.5.磁通密度磁通密度: :即磁感应强度即磁感应强度,B= ,B= 。

自我反馈自我反馈1.1.下列关于电场线和磁感线的说法中下列关于电场线和磁感线的说法中, ,正确的是正确的是( (　　 　　) )A.A.电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线B.B.磁场中两条磁感线一定不相交磁场中两条磁感线一定不相交, ,但在复杂电场中的电场线是可以相交的但在复杂电场中的电场线是可以相交的C.C.电场线是不闭合曲线电场线是不闭合曲线, ,而磁感线是闭合曲线而磁感线是闭合曲线D.D.电场线越密的地方电场线越密的地方, ,同一试探电荷所受的电场力越大同一试探电荷所受的电场力越大; ;磁感线分布越密的地磁感线分布越密的地方方, ,同一通电导线所受的磁场力也越大同一通电导线所受的磁场力也越大C C解析解析: :电场线与磁感线分别是为了形象描述电场、磁场而引入的假想线电场线与磁感线分别是为了形象描述电场、磁场而引入的假想线, ,实际不存在实际不存在,A,A错误两种场线的切线方向均表示相应的场方向错误两种场线的切线方向均表示相应的场方向, ,两种场两种场线都不会相交线都不会相交,B,B错误电场线起始于正电荷或无穷远、终止于无穷远或错误。

电场线起始于正电荷或无穷远、终止于无穷远或负电荷负电荷, ,而磁感线在磁体外部由而磁感线在磁体外部由N N极指向极指向S S极极, ,在磁体内部由在磁体内部由S S极指向极指向N N极极, ,组成闭合曲线组成闭合曲线,C,C正确电场线越密正确电场线越密, ,表示该处电场越强表示该处电场越强, ,同一试探电荷在同一试探电荷在此处受电场力越大此处受电场力越大; ;磁感线越密磁感线越密, ,表示该处磁场越强表示该处磁场越强, ,但通电导线受到的但通电导线受到的磁场力大小还与通电导线中的电流方向和大小有关磁场力大小还与通电导线中的电流方向和大小有关, ,故通电导线受到的故通电导线受到的磁场力不一定大磁场力不一定大,D,D错误2.(2.(20182018·浙江东阳中学月考浙江东阳中学月考) )如图所示如图所示, ,通电螺线管中放入一小磁针通电螺线管中放入一小磁针, ,则通电则通电后小磁针的后小磁针的N N极指向及螺线管两端相当于磁体的极性分别为极指向及螺线管两端相当于磁体的极性分别为( (　　 　　) )A.A.小磁针的小磁针的N N极指向极指向a a端端,a,a端为端为N N极极B.B.小磁针的小磁针的N N极指向极指向a a端端,a,a端为端为S S极极C.C.小磁针的小磁针的N N极指向极指向b b端端,a,a端为端为N N极极D.D.小磁针的小磁针的N N极指向极指向b b端端,a,a端为端为S S极极A A解析解析: :由安培定则可得由安培定则可得, ,螺线管螺线管a a端为端为N N极极,b,b端为端为S S极极, ,螺线管内部磁感线从螺线管内部磁感线从S S极指向极指向N N极极, ,所以小磁针所以小磁针N N极指向极指向a a端端, ,故故A A正确正确,B,C,D,B,C,D错误。

错误3.3.如图所示为某种用来束缚原子的磁场的磁感线分布情况如图所示为某种用来束缚原子的磁场的磁感线分布情况, ,以以O O点为坐标原点为坐标原点点, ,沿沿z z轴正方向磁感应强度轴正方向磁感应强度B B大小的变化最有可能为大小的变化最有可能为( (　　 　　) )C C解析解析: :磁感线的疏密程度表示磁感应强度磁感线的疏密程度表示磁感应强度B B的大小的大小, ,沿沿z z轴方向轴方向B B先减小后先减小后增大增大, ,故最有可能的为故最有可能的为C C图4.4.如图所示如图所示, ,匀强磁场垂直于纸面匀强磁场垂直于纸面, ,磁感应强度为磁感应强度为B B边长为a a的正方形线的正方形线框与磁场垂直框与磁场垂直, ,且一条对角线与磁场边界重合则通过线圈平面的磁通且一条对角线与磁场边界重合则通过线圈平面的磁通量为量为( (　　 　　) )A. BaA. Ba2 2 B.BaB.BaC.BaC.Ba2 2 D.2BaD.2BaA A课堂探究课堂探究要点突破要点突破【【例例1 1】】 电路没接通时三枚小磁针方向如图电路没接通时三枚小磁针方向如图, ,试确定电路接通后三枚小磁试确定电路接通后三枚小磁针的转向。

针的转向要点一要点一安培定则的理解和应用安培定则的理解和应用解析解析: :接通电源后接通电源后, ,螺线管的磁场为内部从左指向右螺线管的磁场为内部从左指向右, ,外部从右指向左外部从右指向左, ,如图如图所示所示, ,故小磁针故小磁针1 1逆时针转动逆时针转动, ,小磁针小磁针3 3顺时针转动顺时针转动, ,小磁针小磁针2 2基本不动基本不动答案答案: :小磁针小磁针1 1逆时针转动逆时针转动, ,小磁针小磁针3 3顺时针转动顺时针转动, ,小磁针小磁针2 2基本不动基本不动误区警示误区警示分析小磁针转动的注意点分析小磁针转动的注意点(1)(1)要注意要注意“同名磁极相斥同名磁极相斥, ,异名磁极相吸异名磁极相吸”的结论仅适用于两个磁极的结论仅适用于两个磁极都在外部磁场的情况都在外部磁场的情况2)(2)在螺线管内部在螺线管内部, ,磁感线从磁感线从S S极到极到N N极极; ;在外部在外部, ,磁感线从磁感线从N N极到极到S S极针对训练针对训练1:1:南极考察队队员在地球南极附近用弹簧测力计竖直悬挂一未通南极考察队队员在地球南极附近用弹簧测力计竖直悬挂一未通电螺线管电螺线管, ,如图所示。

下列说法正确的是如图所示下列说法正确的是( (　　 　　) )A.A.若将若将b b端接电源正极端接电源正极,a,a端接电源负极端接电源负极, ,则弹簧测力计示数将减小则弹簧测力计示数将减小B.B.若将若将a a端接电源正极端接电源正极,b,b端接电源负极端接电源负极, ,则弹簧测力计示数将增大则弹簧测力计示数将增大C.C.若将若将b b端接电源正极端接电源正极,a,a端接电源负极端接电源负极, ,则弹簧测力计示数将增大则弹簧测力计示数将增大D.D.不论螺线管通电情况如何不论螺线管通电情况如何, ,弹簧测力计示数均不变弹簧测力计示数均不变C C解析解析: :一方面一方面, ,可以将地球等效处理为一个大条形磁铁可以将地球等效处理为一个大条形磁铁, ,地理南极附近相地理南极附近相当于磁铁的当于磁铁的N N极极, ,因而在地理南极附近地磁场方向近似竖直向上因而在地理南极附近地磁场方向近似竖直向上, ,如图所如图所示另一方面示另一方面, ,可利用安培定则确定通电螺线管在其周围产生的磁场方可利用安培定则确定通电螺线管在其周围产生的磁场方向向, ,再根据再根据“同名磁极相斥同名磁极相斥, ,异名磁极相吸异名磁极相吸”的规律判定螺线管与地球之的规律判定螺线管与地球之间的作用情况。

正确选项为间的作用情况正确选项为C C要点二要点二 【【例例2 2】】如图所示是等腰直角三棱柱如图所示是等腰直角三棱柱, ,其中其中abcdabcd为正方形为正方形, ,边长为边长为L,L,它们按图它们按图示位置放置于竖直向下的匀强磁场中示位置放置于竖直向下的匀强磁场中, ,磁感应强度为磁感应强度为B,B,下面说法中错误的是下面说法中错误的是( (　　 　　) )A.A.通过通过abcdabcd平面的磁通量大小为平面的磁通量大小为L L2 2B BB.B.通过通过dcfedcfe平面的磁通量大小为平面的磁通量大小为 L L2 2B BC.C.通过通过abfeabfe平面的磁通量大小为零平面的磁通量大小为零D.D.通过通过bcfbcf平面的磁通量为零平面的磁通量为零对磁通量的理解对磁通量的理解A A规律方法规律方法磁通量与磁感线的区别与联系磁通量与磁感线的区别与联系磁感应强度磁感应强度B B主要描述磁场中某点的磁场情况主要描述磁场中某点的磁场情况, ,与位置对应与位置对应; ;而磁通量用而磁通量用来描述磁场中某一个给定面上的磁场情况来描述磁场中某一个给定面上的磁场情况, ,它与给定面对应。

它与给定面对应针对训练针对训练2:2:如图所示如图所示, ,竖直长导线通以恒定电流竖直长导线通以恒定电流I,I,一闭合线圈一闭合线圈MNPQMNPQ与导线在与导线在同一平面内同一平面内, ,当线圈从图示位置向右逐渐远离导线时当线圈从图示位置向右逐渐远离导线时, ,穿过线圈的磁通量将穿过线圈的磁通量将( (　　 　　) )A.A.变小变小B.B.变大变大C.C.不变不变D.D.先变大先变大, ,后变小后变小A A解析解析: :在通电直导线形成的磁场中在通电直导线形成的磁场中, ,离导线越远离导线越远, ,磁场越弱磁场越弱, ,故线圈右移时故线圈右移时, ,磁通量变小磁通量变小, ,故故A A正确正确,B,C,D,B,C,D错误要点要点三三 【【例例3 3】】 ( (20182018·衢州、湖州、丽水高三联考衢州、湖州、丽水高三联考) )两根平行放置的通电长直导线两根平行放置的通电长直导线, ,电流大小分别为电流大小分别为I I1 1和和I I2 2, ,方向如图所示与导线垂直的平面内有方向如图所示与导线垂直的平面内有a,b,c,da,b,c,d四点四点, ,其中其中a,ba,b在导线横截面中心连线的延长线上在导线横截面中心连线的延长线上,c,d,c,d在导线横截面中心连线的垂在导线横截面中心连线的垂直平分线上。

则下列说法正确的是直平分线上则下列说法正确的是( (　　 　　) )A.A.当当I I1 1>I>I2 2时时,a ,a 点的磁感应强度可能为零点的磁感应强度可能为零B.B.当当I I1 1>I>I2 2时时,b ,b 点的磁感应强度可能为零点的磁感应强度可能为零C.C.当当I I1 1=I=I2 2时时,c ,c 点的磁感应强度可能为零点的磁感应强度可能为零D.D.当当I I1 1=I=I2 2时时,d ,d 点的磁感应强度可能为零点的磁感应强度可能为零磁感应强度的叠加磁感应强度的叠加B B解析解析: :根据右手定则可以判断其产生的磁场方向根据右手定则可以判断其产生的磁场方向, ,越靠近导线越靠近导线, ,磁场越强磁场越强若若I I2 2=I=I1 1, ,则在则在a a点点I I2 2产生的磁感应强度大小小于产生的磁感应强度大小小于I I1 1产生的磁感应强度大小产生的磁感应强度大小, ,只有当只有当I I2 2>I>I1 1, ,才有可能使得才有可能使得a a点的磁感应强度为零点的磁感应强度为零, ,所以选项所以选项A A错误错误; ;同理可同理可得得, ,当当I I1 1>I>I2 2时时,b,b点的磁感应强度可能为零点的磁感应强度可能为零, ,选项选项B B正确正确; ;图中可以看出图中可以看出, ,无论无论I I1 1,I,I2 2大小关系如何大小关系如何,c,d,c,d点磁感应强度均不可能为零点磁感应强度均不可能为零, ,选项选项C,DC,D错误。

错误误区警示误区警示磁场中的磁感线的注意点磁场中的磁感线的注意点(1)(1)若磁场中某点有若磁场中某点有n n个场源形成的磁场个场源形成的磁场, ,其磁感应强度为它们的矢量和其磁感应强度为它们的矢量和, ,该点磁感线的切线方向是唯一确定的该点磁感线的切线方向是唯一确定的2)(2)直线电流的磁场的磁感线是以导线某点为圆心直线电流的磁场的磁感线是以导线某点为圆心, ,与导线垂直的同心圆与导线垂直的同心圆, ,同一圆周上各点磁感应强度不同同一圆周上各点磁感应强度不同, ,磁场随距离导线的距离的增大而减弱磁场随距离导线的距离的增大而减弱针对训练针对训练3:3:( (20182018·浙江温州适应性考试浙江温州适应性考试) )如图所示如图所示, ,两根互相平行的长直两根互相平行的长直导线垂直穿过纸面放置导线垂直穿过纸面放置, ,导线中通有大小相等、方向相同的电流导线中通有大小相等、方向相同的电流a,ba,b两点两点在连线上在连线上,c,d,c,d两点在中垂线上两点在中垂线上,O,O为中点为中点, ,且且aO=bO=cO=dOaO=bO=cO=dO下列说法正确的下列说法正确的是是( (　　 　　) )A.a,bA.a,b两点的磁感应强度大小相等两点的磁感应强度大小相等, ,方向相反方向相反B.a,bB.a,b两点的磁感应强度大小不等两点的磁感应强度大小不等, ,方向相同方向相同C.c,dC.c,d两点的磁感应强度大小相等两点的磁感应强度大小相等, ,方向相同方向相同D.c,dD.c,d两点的磁感应强度大小不等两点的磁感应强度大小不等, ,方向相反方向相反A A解析解析: :通电直导线产生的磁感应强度遵守右手定则通电直导线产生的磁感应强度遵守右手定则, ,且离直导线越近且离直导线越近, ,磁场磁场越强越强, ,如图所示。

如图所示由图可知在由图可知在a,ba,b两点的磁感应强度大小相等两点的磁感应强度大小相等, ,方向相反方向相反, ,选项选项A A正确正确,B,B错误错误; ;而在而在c,dc,d两处的磁感应强度大小相等两处的磁感应强度大小相等, ,方向相反方向相反, ,所以选项所以选项C,DC,D均错教材探究教材探究在教材在教材P P8686图图3.3-13.3-1中中, ,磁场中铁屑的排列看似是一些曲线磁场中铁屑的排列看似是一些曲线, ,它反映了磁场中它反映了磁场中磁感线的分布磁感线的分布, ,这能否说明磁感线是真实存在的这能否说明磁感线是真实存在的? ?答案答案: :该实验可以模拟磁感线该实验可以模拟磁感线, ,但磁场中并不存在磁感线但磁场中并不存在磁感线, ,它是人们为了形它是人们为了形象地描述磁场而假想的曲线象地描述磁场而假想的曲线课堂达标课堂达标B B1.1.如图表示磁场的磁感线如图表示磁场的磁感线, ,依图分析磁场中依图分析磁场中a a点的磁感应强度比点的磁感应强度比b b点的磁感点的磁感应强度小的是应强度小的是( (　　 　　) )2.2.下列各图中下列各图中, ,已标出电流已标出电流I I、磁感应强度、磁感应强度B B的方向的方向, ,其中符合安培定则的是其中符合安培定则的是( (　　 　　) )C C解析解析: :由安培定则可知由安培定则可知,A,B,A,B错误错误; ;用右手握住通电螺线管用右手握住通电螺线管, ,使四指弯曲与电使四指弯曲与电流方向一致流方向一致, ,那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N N极极, ,据此可知据此可知, ,故故C C正确正确,D,D错误。

错误3.3.如图所示如图所示, ,两个同心放置的平面金属圆环两个同心放置的平面金属圆环, ,条形磁铁穿过圆心且与两环平条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直面垂直, ,则通过两圆环的磁通量则通过两圆环的磁通量ΦΦa a,Φ,Φb b间的关系是间的关系是( (　　 　　) )A.ΦA.Φa a>Φ>Φb bB.ΦB.Φa a<Φ<Φb bC.ΦC.Φa a=Φ=Φb bD.D.不能确定不能确定A A解析解析: :通过圆环的磁通量等效为穿过圆环的磁感线的条数通过圆环的磁通量等效为穿过圆环的磁感线的条数, ,首先明确条形首先明确条形磁铁的磁感线分布情况磁铁的磁感线分布情况, ,另外要注意磁感线是闭合的曲线条形磁铁的磁另外要注意磁感线是闭合的曲线条形磁铁的磁感线在磁体的内部是从感线在磁体的内部是从S S极到极到N N极极, ,在磁体的外部是从在磁体的外部是从N N极到极到S S极极, ,内部有多内部有多少根磁感线少根磁感线, ,外部的整个空间就有多少根磁感线同内部磁感线构成闭合曲外部的整个空间就有多少根磁感线同内部磁感线构成闭合曲线对两个圆环线对两个圆环, ,磁体内部的磁感线全部穿过圆环磁体内部的磁感线全部穿过圆环, ,外部的磁感线穿过多外部的磁感线穿过多少少, ,磁通量就抵消多少磁通量就抵消多少, ,所以面积越大所以面积越大, ,磁通量反而越小。

磁通量反而越小A A解析解析: :磁通量表达式磁通量表达式Φ=BS,SΦ=BS,S指垂直磁感线的有效面积指垂直磁感线的有效面积, ,可知图中有效面积可知图中有效面积为零为零, ,故磁通量为零故磁通量为零, ,故故A A正确正确,B,C,D,B,C,D错误。