物理選修3-1第三章--學(xué)案3幾種常見的磁場(chǎng)(人教版選修3-1)

1、學(xué)案3幾種常見的磁場(chǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 1.知道磁感線的概念，知道幾種常見磁場(chǎng)的磁感線分布.2.會(huì)用安培定則判斷電流的磁場(chǎng)方向.3.了解安培分子電流假說.4.知道什么是勻強(qiáng)磁場(chǎng).5.知道磁通量的概念，會(huì)用BS計(jì)算磁通量一、磁感線如果在磁場(chǎng)中畫出一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致，這樣的曲線就叫做磁感線在磁體兩極附近，磁場(chǎng)較強(qiáng)，磁感線較密二、幾種常見的磁場(chǎng)安培定則的幾種表述1直線電流的磁場(chǎng)方向：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)繞的方向這個(gè)規(guī)律也叫右手螺旋定則2環(huán)形電流的磁場(chǎng)：讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致，伸直的拇

2、指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向3通電螺線管的磁場(chǎng)：從外部看，通電螺線管的磁場(chǎng)相當(dāng)于一個(gè)條形磁鐵的磁場(chǎng)，所以用安培定則時(shí)，拇指所指的是它的北極的方向三、安培分子電流假說法國學(xué)者安培提出了著名的分子電流假說他認(rèn)為，在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流分子電流分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都成為微小的磁體，它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè)磁極四、勻強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向處處相同的磁場(chǎng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線是一些間隔相同的平行直線五、磁通量設(shè)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一個(gè)與磁場(chǎng)方向垂直的平面，面積為S，我們把B與S的乘積叫做穿過這個(gè)面積的磁通量，簡(jiǎn)稱磁通用字母表示磁通量，則BS.在國際單位制中，磁通量的單

3、位是韋伯，簡(jiǎn)稱韋，符號(hào)是Wb.一、磁感線安培定則問題設(shè)計(jì)在磁場(chǎng)中放一塊玻璃板，玻璃板上均勻地撒一層細(xì)鐵屑，輕敲玻璃板，鐵屑就會(huì)有規(guī)則地排列起來，模擬出磁感線的形狀由實(shí)驗(yàn)得到條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(chǎng)的磁感線是如何分布的？答案要點(diǎn)提煉1磁感線和電場(chǎng)線的比較：相同點(diǎn)：都是疏密程度表示場(chǎng)的強(qiáng)弱，切線方向表示場(chǎng)的方向；都不能相交不同點(diǎn)：電場(chǎng)線起于正電荷，終止于負(fù)電荷，不閉合；但磁感線是閉合曲線2電流周圍的磁感線方向可根據(jù)安培定則判斷(1)直線電流的磁場(chǎng)：以導(dǎo)線上任意點(diǎn)為圓心的同心圓，越向外越疏(如圖1所示)圖1(2)環(huán)形電流的磁場(chǎng)：內(nèi)部比外部強(qiáng)，磁感線越向外越疏(如圖2所示)圖2(3)通電螺線管的磁場(chǎng)：

4、內(nèi)部為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且內(nèi)部比外部強(qiáng)內(nèi)部磁感線方向由S極指向N極，外部由N極指向S極(如圖3所示)圖3二、安培分子電流假說問題設(shè)計(jì)磁鐵和電流都能產(chǎn)生磁場(chǎng)，而且通電螺線管外部的磁場(chǎng)與條形磁鐵的磁場(chǎng)十分相似，它們的磁場(chǎng)有什么聯(lián)系？答案它們的磁場(chǎng)都是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的要點(diǎn)提煉1安培分子電流假說安培認(rèn)為，物質(zhì)微粒內(nèi)的分子電流使它們相當(dāng)于一個(gè)個(gè)的小磁體(如圖4)圖42當(dāng)鐵棒中分子電流的取向大致相同時(shí)，鐵棒對(duì)外顯磁性(如圖5甲)；當(dāng)鐵棒中分子電流的取向變得雜亂無章時(shí)，鐵棒對(duì)外不顯磁性(如圖乙)圖53安培分子電流假說說明一切磁現(xiàn)象都是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的三、勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁通量問題設(shè)計(jì)取兩塊較大的磁鐵，讓兩個(gè)平行的異名磁

5、極相對(duì)，在距離很近時(shí)用細(xì)鐵屑模擬磁感線的分布，你觀察到的結(jié)果怎樣？答案磁感線互相平行要點(diǎn)提煉1勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線是一些間隔相同的平行直線2磁通量的定義式：BS，適用條件：磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且磁場(chǎng)方向與平面垂直3當(dāng)平面與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)，穿過平面的磁通量可用平面在垂直于磁場(chǎng)B的方向的投影面積進(jìn)行計(jì)算，即BSBScos_(如圖6)圖6延伸思考什么是磁通密度？其單位是什么？答案磁通密度就是磁感應(yīng)強(qiáng)度，其單位可表示為Wb/m2.一、對(duì)磁感線的認(rèn)識(shí)例1關(guān)于磁場(chǎng)和磁感線的描述，正確的說法是()A磁感線從磁體的N極出發(fā)，終止于S極B磁感線可以表示磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)弱C沿磁感線方向，磁場(chǎng)逐漸減弱D因?yàn)楫惷艠O相互吸引

6、，所以放入通電螺線管內(nèi)的小磁針的N極一定指向螺線管的S極解析在磁體外部，磁感線從磁體的N極出發(fā)指向S極，在磁體內(nèi)部，磁感線從磁體S極出發(fā)指向N極，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；磁感線較密的地方，磁場(chǎng)較強(qiáng)，反之較弱，曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致，選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在通電螺線管內(nèi)，磁場(chǎng)方向從S極指向N極，而小磁針靜止時(shí)N極指向磁場(chǎng)方向，故放在通電螺線管內(nèi)的小磁針N極指向N極，選項(xiàng)D錯(cuò)誤答案B二、對(duì)安培定則的理解與應(yīng)用例2如圖7所示，圖a、圖b是直線電流的磁場(chǎng)，圖c、圖d是環(huán)形電流的磁場(chǎng)，圖e、圖f是通電螺線管電流的磁場(chǎng)試在各圖中補(bǔ)畫出電流方向或磁感線的方向圖7解析根據(jù)安培定則，可以確

7、定圖a中電流方向垂直紙面向里，b中電流的方向自下而上，c中電流方向是逆時(shí)針方向，d中磁感線的方向向上，e中磁感線的方向向左，f中磁感線的方向向右答案見解析三、對(duì)安培分子電流假說的認(rèn)識(shí)例3關(guān)于磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，下列說法正確的是()A除永久磁鐵外，一切磁場(chǎng)都是由運(yùn)動(dòng)電荷或電流產(chǎn)生的B根據(jù)安培的分子電流假說，在外磁場(chǎng)作用下，物體內(nèi)部分子電流取向變得大致相同時(shí)，物體就被磁化了，兩端形成磁極C一切磁現(xiàn)象都起源于電流或運(yùn)動(dòng)電荷，一切磁作用都是電流或運(yùn)動(dòng)電荷之間通過磁場(chǎng)而發(fā)生的相互作用D磁就是電，電就是磁；有磁必有電，有電必有磁解析變化的電場(chǎng)能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，而永久磁鐵的磁場(chǎng)也是由運(yùn)動(dòng)的電荷(分子電流即電子繞原子

8、核的運(yùn)動(dòng)形成的電流)產(chǎn)生的故A錯(cuò)誤沒有磁性的物體內(nèi)部分子電流的取向是雜亂無章的，分子電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，但當(dāng)受到外界磁場(chǎng)的作用力時(shí)分子電流的取向變得大致相同時(shí)分子電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互加強(qiáng)，物體就被磁化了，兩端形成磁極故B正確由安培分子電流假說知C正確磁和電是兩種不同的物質(zhì)，故磁是磁，電是電有變化的電場(chǎng)或運(yùn)動(dòng)的電荷就能產(chǎn)生磁場(chǎng)，但靜止的電荷不能產(chǎn)生磁場(chǎng)，恒定的電場(chǎng)不能產(chǎn)生磁場(chǎng)同樣恒定磁場(chǎng)也不能產(chǎn)生電場(chǎng)，故D錯(cuò)誤答案BC四、對(duì)磁通量的認(rèn)識(shí)及計(jì)算例4如圖8所示，框架面積為S，框架平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直，則穿過平面的磁通量為_若使框架繞OO轉(zhuǎn)過60°角，則穿過框架平面的磁通

9、量為_；若從初始位置轉(zhuǎn)過90°角，則穿過框架平面的磁通量為_；若從初始位置轉(zhuǎn)過180°角，則穿過框架平面的磁通量的變化是_圖8解析初始位置1BS；框架轉(zhuǎn)過60°角時(shí)2BSBScos 60°BS；框架轉(zhuǎn)過90°角時(shí)3BSBScos 90°0；若規(guī)定初始位置磁通量為“正”，則框架轉(zhuǎn)過180°角時(shí)磁感線從反面穿出，故末態(tài)磁通量為“負(fù)”，即4BS，所以|41|(BS)BS|2BS.答案BSBS02BS1(對(duì)磁感線的認(rèn)識(shí))關(guān)于磁場(chǎng)和磁感線的描述，下列說法中正確的是()A磁體之間的相互作用是通過磁場(chǎng)發(fā)生的，磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣，也是一種客觀存

10、在的物質(zhì)B磁感線可以形象地描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向，它每一點(diǎn)的切線方向都和小磁針放在該點(diǎn)靜止時(shí)北極所指的方向一致C磁感線總是從磁鐵的N極出發(fā)，到S極終止的D磁感線可以用細(xì)鐵屑來顯示，因而是真實(shí)存在的答案AB解析條形磁鐵內(nèi)部磁感線從S極到N極，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；磁感線是為了形象描述磁場(chǎng)而假想的一組有方向的閉合的曲線，實(shí)際上并不存在，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤；磁場(chǎng)是一種客觀存在的物質(zhì)，所以選項(xiàng)A正確；磁感線上每一點(diǎn)切線方向表示磁場(chǎng)方向，磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，小磁針靜止時(shí)北極受力方向和北極指向均為磁場(chǎng)方向，所以選項(xiàng)B正確2.(安培定則的理解與應(yīng)用)如圖9所示，a、b、c三枚小磁針分別在通電螺線管的正上方、管內(nèi)和右

11、側(cè)，當(dāng)這些小磁針靜止時(shí)，小磁針N極的指向是()圖9Aa、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C解析小磁針靜止時(shí)N極的指向與該點(diǎn)磁感線的方向相同，如果a、b、c三處磁感線的方向確定，那么三枚磁針靜止時(shí)N極的指向也就確定所以，只要畫出通電螺線管的磁感線(如圖所示)，即可知a磁針的N極在左邊，b磁針的N極在右邊，c磁針的N極在右邊3(對(duì)安培分子電流假說的認(rèn)識(shí))用安培提出的分子電流假說可以解釋的現(xiàn)象是()A永久磁鐵的磁場(chǎng) B直線電流的磁場(chǎng)C環(huán)形電流的磁場(chǎng) D軟鐵棒被磁化的現(xiàn)象答案AD解析安培分子電流假說是安培為解釋磁體的磁現(xiàn)象而提出來的，所以選項(xiàng)A、D是正

12、確的；而通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)是由其內(nèi)部自由電荷定向移動(dòng)產(chǎn)生的宏觀電流而產(chǎn)生的分子電流和宏觀電流雖然都是運(yùn)動(dòng)電荷引起的，但產(chǎn)生的原因是不同的，故正確答案為A、D.4.(磁通量及計(jì)算)如圖10所示，半徑為R的圓形線圈共有n匝，其中心位置處半徑為r的虛線范圍內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直線圈平面若磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則穿過線圈的磁通量為()圖10ABR2 BBr2 CnBR2 DnBr2答案B解析磁通量與線圈匝數(shù)無關(guān)，且磁感線穿過的面積為r2，而并非R2，故B項(xiàng)對(duì)題組一對(duì)磁感線的認(rèn)識(shí)及方向判斷1下列關(guān)于電場(chǎng)線和磁感線的說法中，正確的是()A電場(chǎng)線和磁感線都是電場(chǎng)或磁場(chǎng)中實(shí)際存在的線B磁場(chǎng)中兩條磁感線一定不相交

13、，但在復(fù)雜電場(chǎng)中的電場(chǎng)線是可以相交的C電場(chǎng)線是一條不閉合曲線，而磁感線是一條閉合曲線D電場(chǎng)線越密的地方，同一試探電荷所受的電場(chǎng)力越大；磁感線分布較密的地方， 同一試探電荷所受的磁場(chǎng)力也越大答案C2如圖1所示為電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的分布圖，正確的分布圖是()圖1A BC D答案C解析由安培定則可以判斷出直線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向，正確，錯(cuò)誤和為環(huán)形電流，注意讓彎曲的四指指向電流的方向，可判斷出錯(cuò)誤，正確故正確選項(xiàng)為C.3.當(dāng)接通電源后，小磁針A按如圖2所示方向運(yùn)動(dòng)，則()圖2A小磁針B的N極向紙外轉(zhuǎn)B小磁針B的N極向紙里轉(zhuǎn)C小磁針B不轉(zhuǎn)動(dòng)D因電流未標(biāo)出，所以無法判斷小磁針B如何轉(zhuǎn)動(dòng)答案A解析由小磁針A的N極

14、運(yùn)動(dòng)方向知，螺線管的左側(cè)為S極，右側(cè)為N極，由右手螺旋定則判斷小磁針B處的磁場(chǎng)方向向外，小磁針N極受力方向與該處磁場(chǎng)方向一致故A正確4.南極考察經(jīng)常就南極特殊的地理位置進(jìn)行科學(xué)測(cè)量“雪龍?zhí)枴笨疾礻?duì)員一次實(shí)驗(yàn)如下：在地球南極附近用彈簧測(cè)力計(jì)豎直懸掛一未通電螺線管，如圖3所示下列說法正確的是()圖3A若將a端接電源正極，b端接電源負(fù)極，則彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)將減小B若將a端接電源正極，b端接電源負(fù)極，則彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)將增大C若將b端接電源正極，a端接電源負(fù)極，則彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)將增大D不論螺線管通電情況如何，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)均不變答案AC解析在地球南極附近即為地磁N極，螺線管相當(dāng)于一條形磁鐵，根據(jù)右手螺旋定

15、則判斷出“條形磁鐵”的極性再根據(jù)同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引，判斷知A、C正確題組二對(duì)安培分子電流假說的認(rèn)識(shí)5關(guān)于安培分子電流假說的說法正確的是()A安培觀察到物質(zhì)內(nèi)部有分子電流存在就提出了假說B為了解釋磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)的原因，安培提出了假說C事實(shí)上物質(zhì)內(nèi)部并不存在類似的分子電流D根據(jù)后來科學(xué)家研究，原子內(nèi)電子繞核旋轉(zhuǎn)形成環(huán)形電流與安培分子電流假說相符答案BD6磁鐵在高溫下或者受到敲擊時(shí)會(huì)失去磁性，根據(jù)安培的分子電流假說，其原因是()A分子電流消失B分子電流的取向變得大致相同C分子電流的取向變得雜亂D分子電流的強(qiáng)度減弱答案C解析由于高溫或猛烈的敲擊，會(huì)使原來取向一致的分子電流變得雜亂，從而失

16、去磁性，故C選項(xiàng)正確7為了解釋地球的磁性，19世紀(jì)安培假設(shè)：地球的磁場(chǎng)是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的在下列四個(gè)圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是()答案B解析地磁場(chǎng)是從地球的南極附近出來，進(jìn)入地球的北極附近，除兩極外地表上空的磁場(chǎng)都具有向北的磁場(chǎng)分量，由安培定則，環(huán)形電流外部磁場(chǎng)方向向北，可知，B正確A圖地表上空磁場(chǎng)方向向南，A錯(cuò)誤C、D在地表上空產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向是東西方向，C、D錯(cuò)誤故選B.題組三磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量的疊加8.在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0、方向向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，水平放置一根長(zhǎng)通電直導(dǎo)線，電流的方向垂直于紙面向里如圖4所示，a、b、c、d是以直導(dǎo)線為圓心的同一圓周上的四點(diǎn)，在這四點(diǎn)中(

17、)圖4Ab、d兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等Ba、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等Cc點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值最小Db點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值最大答案C解析如圖所示，由矢量疊加原理可求出各點(diǎn)的合磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可見b、d兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，但方向不同，A項(xiàng)錯(cuò)誤a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，B、D項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確9如圖5所示，兩根相互平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線過紙面上的M、N兩點(diǎn)，且與紙面垂直，導(dǎo)線中通有大小相等、方向相反的電流a、O、b在M、N的連線上，O為MN的中點(diǎn)，c、d位于MN的中垂線上，且a、b、c、d到O點(diǎn)的距離均相等關(guān)于以上幾點(diǎn)處的磁場(chǎng)，下列說法正確的是()圖5AO點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零Ba、b兩點(diǎn)處的磁

18、感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反Cc、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同Da、c兩點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同答案C解析根據(jù)安培定則判斷磁場(chǎng)方向，再結(jié)合矢量的合成知識(shí)求解根據(jù)安培定則判斷：兩直線電流在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向均垂直于MN向下，O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤；a、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)對(duì)稱性，c、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，故C選項(xiàng)正確；a、c兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤10在紙面上有一個(gè)等邊三角形ABC，在B、C頂點(diǎn)處是通有相同電流的兩根長(zhǎng)直導(dǎo)線，導(dǎo)線垂直于紙面放置，電流方向如圖6所示，每根通電導(dǎo)線在三角形的A點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度

19、大小為B，則三角形A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為_，方向?yàn)開若C點(diǎn)處的電流方向反向，則A點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為_，方向?yàn)開圖6答案B水平向右B豎直向下解析如圖所示，由安培定則知B處導(dǎo)線在A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平偏下30°，C處導(dǎo)線在A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平偏上30°，由平行四邊形定則可以求得合磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平向右，大小為B12Bcos 30°B.當(dāng)C處的電流方向反向時(shí)，如圖所示由平行四邊形定則可知合磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的方向豎直向下，大小等于B.題組四對(duì)磁通量的認(rèn)識(shí)及計(jì)算11.如圖7所示是等腰直角三棱柱，其平面ABCD為正方形，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，它們按圖示方式放置于豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，則下列說法中正確的是()圖7A穿過ABCD平面的磁通量大小為B0L2B穿過BCFE平面的磁通量大小為B0L2C穿過ADFE平面的磁通量大小為零D穿過整個(gè)三棱柱的磁通量為零答案BCD解析根據(jù)BS，因此通過ABCD平面的磁通量B0L2cos 45