2019-2020学年高中物理第3章磁场第3节几种常见的磁澄件 人教版选修3-1

2019-2020学年高中物理第3章磁场第3节几种常见的磁澄件 人教版选修3-1

第 3 节　几种常见的磁场 1 ．定义：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的 _____________ 都跟这点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线就叫做磁感线． 课前教材预案 要点一　磁感线 切线方向　 2 ． 特点 (1) 在磁体外部，磁感线从北极出发，进入南极；在磁体内部由南极回到北极． (2) 磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线越密的地方磁场越强；磁场方向与过该点的磁感线的切线方向一致． (3) 磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断． 1 ． 直线电流的磁场 直线电流的磁场方向可以用 _____________ 来表示：右手握住导线，让伸直的 ___________ 所指的方向与 _____________ 一致，弯曲的四指所指的方向就是 _________________. 这个规律也叫 _______________. 如图甲所示． 要点二　几种常见的磁场 安培定则　 拇指　 电流方向　 磁感线环绕的方向　 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 _____________ 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，如图乙所示． 环形电流　 3 ． 通电螺线管的磁场 右手握住螺线管，让弯曲的四指与螺线管电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管 ___________ 的磁场的方向 ( 或拇指指向螺线管的 N 极 ) ，如图丙所示． 内部　 1 ．分子电流：在原子、分子等物质微粒的内部，存在的一种 _____________. 　 2 ．分子电流假说的意义：揭示了磁现象的电本质，即磁体的磁场和电流的磁场一样，都是由 ______________ 产生的． 要点三　安培分子电流假说 环形电流　 电荷的运动　 1 ．定义：磁感应强度的 ______________ 处处相同的磁场． 2 ．匀强磁场的磁感线：间隔相同的 _____________. 3 ．实例：距离很近的两个异名磁极间的磁场，除边缘部分外，可认为是匀强磁场．两平行放置的通电线圈，其中间区域的磁场也是匀强磁场． 要点四　匀强磁场 大小、方向　 平行直线　 要点五　磁通量 垂直　 Φ ＝ BS 　 磁通密度　 磁感线与电场线的比较 课堂深度拓展 考点一　对磁感线的理解 磁感线 电场线 相似点 引入目的 为形象地描述场而引入的假想线，实际不存在 疏密程度 场的强弱 切线方向 场的方向 是否相交 不能相交 磁感线 电场线 不同点 磁感线是闭合曲线 电场线起始于正电荷 ( 或无限远 ) ，终止于无限远 ( 或负电荷 ) ，不是闭合曲线 (1) 从两种场线的区别理解两种场的区别： 静电场线 —— 电荷有正负 —— 电场线有始终； 磁感线 —— N 、 S 极不可分离 —— 磁感线闭合． (2) 磁感线与电场线类似，在空间中不能相交，不能相切，也不中断． 【例题 1 】 磁场中某区域的磁感线如图所示，则 ( 　　 ) A ． a 、 b 两处的磁感应强度的大小不等， B a ＞ B b B ． a 、 b 两处的磁感应强度的大小不等， B a ＜ B b C ．同一通电导线放在 a 处受力一定比放在 b 处受力小 D ． a 处没有磁感线，所以磁感应强度为零 思维导引： 磁感线是人们为描述磁场而人为画出的线，其方向描述磁场的方向，疏密描述磁场的强弱． 答案 B 解析 由图可知 b 处的磁感线较密， a 处的磁感线较疏，所以 B a < B b ，故选项 A 错误， B 正确；通电导线在磁场中受力的大小与导线在磁场中的放置方向有很大关系，而不是仅仅取决于 B 与 LI 的大小，故选项 C 错误；磁感线是用来描述磁场的，而又不可能在存在磁场的区域内全部画磁感线，故选项 D 错误． 【变式 1 】 下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．磁感线是磁体周围实际存在的能体现磁场强弱和方向的曲线 B ．磁感线从磁体的 N 极出发，终止于磁体的 S 极 C ．磁体周围能产生磁场，通电导线周围也能产生磁场 D ．放在通电螺线管内的小磁针，根据异名磁极相吸引的原理，小磁针的 N 极一定指向螺线管的 S 极 C 　 解析 磁感线是为了形象描述磁场的强弱和方向而引入的一种假想曲线，实际并不存在，选项 A 错误；在磁体外部，磁感线从 N 极出发指向 S 极，在磁体内部，磁感线从 S 极出发指向 N 极，选项 B 错误；磁体和通电导线周围均能产生磁场，选项 C 正确；放在通电螺线管内的小磁针，根据 N 极的受力方向与磁场方向 ( 磁体内部，磁感线从 S 极出发指向 N 极 ) 相同，小磁针的 N 极一定指向螺线管的 N 极，选项 D 错误． 1 ． 常见永磁体的磁场 ( 如图所示 ) 考点二　几种常见的磁场的分布特点 2 ． 三种常见的电流磁场 3 ． 安培定则的应用 安培定则 ( 右手螺旋定则 ) 应用时应注意的几点 (1) 分清“因”和“果”：在判定直线电流的磁场的方向时，拇指指“原因” —— 电流方向，四指指“结果” —— 磁感线的环绕方向；在判定环形电流磁场方向时，四指指“原因” —— 电流绕向，拇指指“结果” —— 环内沿中心轴线的磁感线方向，即指 N 极． (2) 优先采用整体法：一个任意形状 ( 如三角形、矩形 ) 的闭合电流的磁场，从整体效果上可等效为环形电流的磁场，再根据安培定则确定磁场方向，即磁感线的方向． (3) 若研究磁体与环形电流、通电螺线管的相互作用力，可根据安培定则将环形电流或通电螺线管等效成小磁针或条形磁铁，如图所示，然后根据磁极之间的相互作用规律进行分析． 正确运用安培定则处理不同问题 (1) 应用安培定则判定电流的磁场时，直线电流是判定导线周围磁场的方向，环形电流和通电螺线管判定的是线圈轴线上磁场的方向． (2) 放置在螺线管内的小磁针受力方向按磁感线方向判断，不能根据螺线管的极性判断． 【例题 2 】 电路没接通时三个小磁针方向如图所示，试确定电路接通后三个小磁针的转向． 思维导引： 明确磁场方向 → 用安培定则判断电流的方向 → 确定电源正负极 解析 接通电源后，螺线管的磁场为内部从左指向右，外部从右指向左，如图所示，故小磁针 1 逆时针转动，小磁针 2 顺时针转动，小磁针 3 顺时针转动． 答案 小磁针 1 逆时针转动　小磁针 2 顺时针转动　小磁针 3 顺时针转动 C 　 1 ． 磁通量的计算 (1) 公式： Φ ＝ BS . 适用条件： ① 匀强磁场； ② 磁感线与平面垂直． (2) 在匀强磁场 B 中，若磁感线与平面不垂直，公式 Φ ＝ BS 中的 S 应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积． 考点三　磁通量的理解与计算 如果磁场 B 不与我们研究的对象垂直，例如图中的 S ，则有 S ⊥ ＝ S cos θ ， Φ ＝ BS cos θ ， 式中 S cos θ 即为面积 S 在垂直于磁感线方向上的投影，我们称为“有效面积”． 2 ． 磁通量的正、负 (1) 磁通量是标量，但有正、负，当磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时即为负值． (2) 若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量为 Φ 1 ，反向磁通量为 Φ 2 ，则穿过该平面的磁通量 Φ ＝ Φ 1 － Φ 2 . 3 ． 磁通量的变化量 Δ Φ ＝ Φ 2 － Φ 1 (1) 当 B 不变，有效面积 S 变化时， Δ Φ ＝ B · Δ S . (2) 当 B 变化， S 不变时， Δ Φ ＝ Δ B · S . (3) B 和 S 同时变化， Δ Φ ＝ Φ 2 － Φ 1 . 5 ． 与磁感线条数的关系 磁通量是指穿过线圈面积的磁感线的“净条数”，当有相反方向的磁感线同时穿过同一面积时，磁通量指的是正、反两个方向的磁感线条数的差． 【例题 3 】 如图所示，线圈平面与水平方向夹角 θ ＝ 60° ，磁感线竖直向下，线圈平面面积 S ＝ 0.4 m 2 ，匀强磁场磁感应强度 B ＝ 0.6 T ，则穿过线圈的磁通量 Φ 为多少？把线圈以 cd 为轴顺时针转过 120° 角，则穿过线圈的磁通量的变化量的大小为多少？ 【变式 3 】 如图所示，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 Φ A 与穿过 B 环的磁通量 Φ B 相比较 ( 　　 ) A ． Φ A ＞ Φ B 　 B ． Φ A ＜ Φ B C ． Φ A ＝ Φ B 　 D ．不能确定 A 　 解析 Φ ＝ Φ 内 － Φ 外 ，分别画出穿过 A 、 B 环的磁感线的分布如图所示，磁铁内的磁感线条数与其外部的磁感线条数相等，穿过 A 、 B 环的磁感线条数应该用磁铁内的磁感线总条数减去磁铁外每个环中的磁感线条数 ( 因为磁铁内、外磁感线的方向相反 ) ，磁铁外的磁感线穿过 B 环的条数比 A 环的多，故 B 环中剩下的净磁感线条数比 A 环中剩下的净磁感线条数少，所以 Φ A > Φ B ，选项 A 正确． 课末随堂演练 A 　 解析 A 图中小磁针所在位置磁感线方向向上，因此小磁针 N 极指向上方，选项 A 正确； B 图中小磁针所在位置磁感线方向水平向右，因此小磁针 N 极应指向右方，选项 B 错误；根据 C 图中所给磁感线方向可知，小磁针 N 极应指向上方，选项 C 错误； D 图中小磁针所在位置磁感线方向水平向左，因此小磁针 N 极应指向左方，选项 D 错误． 2 ． ( 多选 ) 如图所示，三角形线框 ABC 与长直导线 MN 彼此绝缘， AB ∥ MN ，且线框被导线分成面积相等的两部分，则下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．穿过三角形线框的磁通量为零 B ．穿过三角形线框的磁通量一定不为零 C ．穿过三角形线框的磁通量可能为零 D ．导线 MN 向左移动少许，穿过三角形线框的磁通量可能为零 BD 　 解析 根据安培定则可知，穿过右侧的磁场向里，穿过左侧的磁场向外，但通电导线 MN 左侧的线框部分比右侧部分处的磁感应强度大，穿过左侧部分的磁通量大于右侧的，则穿过线框的磁通量不为零；向左移动少许，可能使两侧的磁通量等大而反向，合磁通量为零，选项 B 、 D 正确， A 、 C 错误． C ． c 点的实际磁感应强度也为零 D ． d 点的实际磁感应强度跟 b 点的相同 答案 AB 4 ． 如图所示，线框面积为 S ，线框平面与磁感应强度为 B 的匀强磁场方向垂直，则穿过线框平面的磁通量为多少？若使线框绕 OO ′ 轴转过 60° 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了多少？ 解析 在图示位置时，磁感线与线框平面垂直， Φ ＝ BS . 当线框绕 OO ′ 轴转过 60° 角时，可以将原图改画成从上向下看的俯视图，如图所示．