磁場(chǎng)時(shí)磁場(chǎng)及其描述

會(huì)計(jì)學(xué)1磁場(chǎng)時(shí)磁場(chǎng)及其描述二、磁感線及幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)分布1.磁感線:在磁場(chǎng)中畫(huà)出一些曲線,使曲線上每一點(diǎn)的

方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致.2.幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)

(1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(chǎng)(如圖2所示)切線圖2第1頁(yè)/共44頁(yè)(2)幾種電流周?chē)拇艌?chǎng)分布直線電流的磁場(chǎng)通電螺線管的磁場(chǎng)環(huán)形電流的磁場(chǎng)特點(diǎn)無(wú)磁極、非勻強(qiáng)且距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場(chǎng)與條形磁鐵的磁場(chǎng)相似,管內(nèi)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)且磁場(chǎng)

,管外為非勻強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)形電流的兩側(cè)是N極和S極且離圓環(huán)中心越遠(yuǎn),磁場(chǎng)越弱最強(qiáng)越弱第2頁(yè)/共44頁(yè)定培定則立體圖橫截面圖

第3頁(yè)/共44頁(yè)縱截面圖(3)勻強(qiáng)磁場(chǎng):在磁場(chǎng)的某些區(qū)域內(nèi),磁感線為

的平行線,如圖3所示.同向、等密圖3第4頁(yè)/共44頁(yè)(4)地磁場(chǎng)①地磁場(chǎng)的N極在地球

附近,S極在地球

附近,磁感線分布如圖4所示.②地磁場(chǎng)B的水平分量(Bx)總是從地球

指向

,而豎直分量(By)則南北相反,在南半球垂直地面向上,在北半球垂直地面向下.南極北極圖4南極北極第5頁(yè)/共44頁(yè)③在赤道平面上,距離地球表面高度相等的各點(diǎn),磁感應(yīng)強(qiáng)度

,且方向水平

.相等向北名師點(diǎn)撥(1)應(yīng)用安培定則判斷直線電流的磁場(chǎng)方向和判斷環(huán)形電流的磁場(chǎng)方向時(shí),四指、大拇指指向的意義正好相反.(2)磁場(chǎng)是分布在立體空間的,要熟練掌握常見(jiàn)磁場(chǎng)的磁感線的立體圖和縱、橫截面的畫(huà)法.第6頁(yè)/共44頁(yè)熱點(diǎn)一磁感線和電場(chǎng)線的比較

熱點(diǎn)聚焦磁感線電場(chǎng)線相似點(diǎn)引入目的都是為了形象的描述場(chǎng)而引入的假想曲線,實(shí)際不存在疏密意義都能定性描述場(chǎng)的強(qiáng)弱切線方向都是表示該點(diǎn)場(chǎng)的方向是否相交不相交不同點(diǎn)閉合曲線,外部由N→S,內(nèi)部由S→N

起始于正電荷(或無(wú)窮遠(yuǎn)),終止于負(fù)電荷(或無(wú)窮遠(yuǎn))

第7頁(yè)/共44頁(yè)特別提示雖然磁感線和電場(chǎng)線的疏密都能形象地表示相應(yīng)場(chǎng)的強(qiáng)弱,但應(yīng)注意:(1)只有在同一個(gè)圖中才能根據(jù)磁感線或電場(chǎng)線的疏密判定各處相應(yīng)場(chǎng)的強(qiáng)弱.(2)沒(méi)有畫(huà)出磁感線或電場(chǎng)線的地方并不表示那里沒(méi)有磁場(chǎng)或電場(chǎng)存在.第8頁(yè)/共44頁(yè)熱點(diǎn)2對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=

的理解1.磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身決定,就像電場(chǎng)強(qiáng)度由電場(chǎng)本身決定一樣,跟該位置放不放通電導(dǎo)線無(wú)關(guān).2.不能根據(jù)公式B=就說(shuō)B與F成正比,與IL成反比.3.磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義式也是其度量式,但用來(lái)測(cè)量的小段通電導(dǎo)線必須垂直放入磁場(chǎng),如果小段通電直導(dǎo)線平行放入磁場(chǎng),所受安培力為零,但不能說(shuō)該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零.

4.磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,其方向是放入其中的小磁針靜止時(shí)N極的指向,不是磁場(chǎng)中電流所受磁場(chǎng)力的方向,而是與受到磁場(chǎng)力的方向垂直.第9頁(yè)/共44頁(yè)5.磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電場(chǎng)強(qiáng)度E的比較 電場(chǎng)強(qiáng)度E是描述電場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量,磁感應(yīng)強(qiáng)度B是描述磁場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量.這兩個(gè)物理量比較如下表所示:磁感應(yīng)強(qiáng)度B

電場(chǎng)強(qiáng)度E

物理意義描述磁場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量描述電場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量定義式B=(通電導(dǎo)線與B垂直)

E=第10頁(yè)/共44頁(yè)方向磁感線切線方向,小磁針N極受力方向電場(chǎng)線切線方向,放入該點(diǎn)正電荷受力方向大小決定因素由磁場(chǎng)決定,與檢驗(yàn)電流無(wú)關(guān)由電場(chǎng)決定,與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)場(chǎng)的疊加合磁感應(yīng)強(qiáng)度等于各磁場(chǎng)的B的矢量和合場(chǎng)強(qiáng)等于各個(gè)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E的矢量和單位1T=1N/(A·m)1V/m=1N/C

第11頁(yè)/共44頁(yè)特別提示由上表可以看出,磁感應(yīng)強(qiáng)度和電場(chǎng)強(qiáng)度有很多相似之處,但更應(yīng)注意兩者的區(qū)別:（1）電場(chǎng)強(qiáng)度的方向和電荷受力方向相同或相反,而磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和電流受力方向垂直.(2)電荷在電場(chǎng)中一定受電場(chǎng)力,而電流在磁場(chǎng)中不一定受磁場(chǎng)力.

第12頁(yè)/共44頁(yè)題型1安培定則的應(yīng)用【例1】

如圖5所示,直導(dǎo)線AB、 螺線管C、電磁鐵D三者相距較遠(yuǎn),

它們的磁場(chǎng)互不影響,當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合 后,則小磁針的北極N(黑色一端)指 示出磁場(chǎng)方向正確的是() A.a、c B.b、c C.c、d D.a、d

根據(jù)安培定則判斷直導(dǎo)線AB、螺線管C和電磁鐵D周?chē)拇艌?chǎng)方向,再根據(jù)小磁針靜止時(shí)N極的指向就是磁場(chǎng)的方向確定選項(xiàng).題型探究圖5思路點(diǎn)撥第13頁(yè)/共44頁(yè)解析

據(jù)安培定則判斷出(1)AB直導(dǎo)線磁場(chǎng)在小磁針a所在位置垂直紙面向外,所以磁針a的N極指向正確;(2)C左側(cè)為N極,內(nèi)部磁場(chǎng)向左,所以磁針c的N極指向正確,磁針b的N極指向不對(duì);(3)D左為S極,右為N極,所以磁針d的N極指向也不正確.答案

A規(guī)律總結(jié)

在運(yùn)用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場(chǎng)時(shí)應(yīng)分清“因”和“果”,在判定直線電流的磁場(chǎng)方向時(shí),大拇指指“原因”——電流方向,四指指“結(jié)果”——磁場(chǎng)繞向;在判定環(huán)形電流磁場(chǎng)方向時(shí),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.第14頁(yè)/共44頁(yè)變式練習(xí)1

如圖6所示是云層之間閃電的模擬圖,圖中A、B是位于南、北方向帶有電荷的兩塊陰雨云,在放電的過(guò)程中,在兩云的尖端之間形成了一個(gè)放電通道,發(fā)現(xiàn)位于通道正上方的小磁針N極轉(zhuǎn)向紙里,S極轉(zhuǎn)向紙外,則關(guān)于A、B帶電情況的說(shuō)法中正確的是

( )A.帶同種電荷 B.帶異種電荷C.B帶正電 D.A帶正電解析

A、B放電相當(dāng)于通電直導(dǎo)線,小磁針在通電直導(dǎo)線的上方,根據(jù)題意可以判斷上方磁場(chǎng)方向指向紙里,因此可以判斷放電電流由北向南,即A帶正電,B帶負(fù)電.

圖6BD第15頁(yè)/共44頁(yè)題型2磁場(chǎng)的疊加問(wèn)題【例2】

三根平行的直導(dǎo)線,分 別垂直地通過(guò)一個(gè)等腰直角 三角形的三個(gè)頂點(diǎn),如圖7所示.

現(xiàn)在使每條通電導(dǎo)線在斜邊中 點(diǎn)O處所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小 均為B.則該處實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向如何?圖7第16頁(yè)/共44頁(yè)思維導(dǎo)圖安培定則三個(gè)電流到O點(diǎn)的距離三個(gè)電流在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)弱與方向三個(gè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加O處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向第17頁(yè)/共44頁(yè)解析

根據(jù)安培定則,I1與I3在O點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同,I2在O點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與它們相垂直.由B1、B2、B3大小相等均為B可知,O點(diǎn)處實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B0==B,方向在三角形面內(nèi)與斜邊夾角θ=arctan2.如右圖所示.答案

B,方向與三角形斜邊夾角θ=arctan2方法提煉

空間中磁場(chǎng)疊加,在某一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向即該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向只有一個(gè),即合磁場(chǎng)方向,應(yīng)用平行四邊形定則來(lái)求.

第18頁(yè)/共44頁(yè)變式練習(xí)2

如圖8所示,一根通電直導(dǎo)線垂直放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,在以導(dǎo)線截面的中心為圓心,r為半徑的圓周上有a、b、c、d四個(gè)點(diǎn).已知a點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度為0,則下列敘述正確的是()A.直導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向里圖8B.b點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度為T(mén),方向斜向右下方,與B

的夾角為45°C.c點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度也為0D.d點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度與b點(diǎn)相同第19頁(yè)/共44頁(yè)解析

a點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度為0,是直線電流在a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度與勻強(qiáng)磁場(chǎng)在該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和為0,所以直線電流在a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1

T,方向向左,由安培定則可得直導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向里,由于圓周上各點(diǎn)到直導(dǎo)線的距離相同,所以直線電流在圓周上各處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為1

T,但方向不同,在b處向上,在c處向右,在d處向下,則b、c、d三處的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為

T,方向斜向右上方與B成45°夾角;2

T,方向向右;

T,方向斜向右下方與B成45°夾角,選項(xiàng)A、B正確.

答案

AB第20頁(yè)/共44頁(yè)題型3“類(lèi)比法”理解磁場(chǎng)的性質(zhì)【例3】磁鐵有N、S兩極,跟正負(fù)電荷有很大的相似性,人們假定在一根磁棒的兩極上有一種叫做“磁荷”的東西,N極上的叫做正磁荷,S極上的叫做負(fù)磁荷,同號(hào)磁荷相斥,異號(hào)磁荷相吸.當(dāng)磁極本身的幾何線度遠(yuǎn)比它們之間的距離小得多時(shí),將其上的磁荷叫做點(diǎn)磁荷.磁的庫(kù)侖定律是:兩個(gè)點(diǎn)磁荷之間的相互作用力F沿著它們之間的連線,與它們之間的第21頁(yè)/共44頁(yè)(比例系數(shù)k=10-7

Wb/(A·m)).同一根磁鐵上的兩個(gè)點(diǎn)磁荷的磁極強(qiáng)度可視為相等,磁荷的位置可等效地放在圖9(a)中的c、d兩點(diǎn),兩點(diǎn)相距為L(zhǎng),用上述兩根相同的質(zhì)量為M的圓柱形永久磁鐵可以測(cè)出磁極強(qiáng)度qm,如圖(b),將一根磁棒固定在光滑的斜面上,另一的相互作用力F沿著它們之間的連線,與它們之間的距離r的平方成反比,與它們磁荷的數(shù)量(或稱磁極強(qiáng)度)qm1、qm2成正比,用公式表示為:F=.第22頁(yè)/共44頁(yè)圖9根與之平行放置的磁棒可以自由上下移動(dòng).調(diào)節(jié)斜面的角度為θ時(shí),兩磁鐵間的距離為d,活動(dòng)磁鐵剛好靜止不動(dòng).由此可知磁極強(qiáng)度qm為多大?第23頁(yè)/共44頁(yè)解析

如右圖所示,活動(dòng)磁棒受重力、支持力兩對(duì)同性磁荷的排斥力F1=①兩對(duì)異性磁荷的吸引力F2=②活動(dòng)磁棒受力平衡,在沿斜面方向上有:mgsinθ+2F2cosα=2F1③其中cosα=第24頁(yè)/共44頁(yè)解得qm=④答案本題共16分.其中①②式各4分,③式5分,④式3分.【名師導(dǎo)析】類(lèi)比法是物理學(xué)中常用的一種研究問(wèn)題的方法,如萬(wàn)有引力與庫(kù)侖力類(lèi)比,本題將磁極間相互作用類(lèi)比于電荷間相互作用,將磁極間的作用定量計(jì)算,命題視角新穎,對(duì)學(xué)生類(lèi)比推理、遷移應(yīng)用能力要求較高.【評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)】第25頁(yè)/共44頁(yè)自我批閱(14分)半徑為r,電流為I1的通電圓環(huán)圓心a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,在圓環(huán)下方距圓心a為L(zhǎng)的地方水平放置一根電流為I2的無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線MN時(shí),圓環(huán)圓心a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)榱?設(shè)圓環(huán)平面與長(zhǎng)直導(dǎo)線在同一豎直平面內(nèi)如圖10所示,求:圖10第26頁(yè)/共44頁(yè)(1)根據(jù)對(duì)稱性,直導(dǎo)線電流I2在導(dǎo)線正下方L處的b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小是多少?方向如何?(2)如果把圓環(huán)平移到b點(diǎn),使圓環(huán)的圓心與b點(diǎn)重合,則圓環(huán)電流與直線電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的合磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小是多少?方向如何?解析

(1)圓環(huán)電流在圓心a處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向外,加上直導(dǎo)線后,a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零,說(shuō)明直導(dǎo)線I2在a處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向里.(4分)又因?yàn)閍、b兩點(diǎn)到直導(dǎo)線的距離相等,因此,直導(dǎo)線I2在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向外.(4分)

第27頁(yè)/共44頁(yè)(2)當(dāng)把圓環(huán)平移到b點(diǎn)后,圓環(huán)在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向外;和直導(dǎo)線I2在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度合成后,可得:b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B,方向垂直紙面向外.(6分)答案

(1)B垂直紙面向外(2)2B垂直紙面向外第28頁(yè)/共44頁(yè)素能提升1.下列說(shuō)法正確的是 ( )A.一切電荷的周?chē)即嬖诖艌?chǎng)B.磁鐵吸引鐵棒,說(shuō)明磁鐵周?chē)拇艌?chǎng)對(duì)鐵棒有力的作用,由于鐵棒周?chē)鷽](méi)有磁場(chǎng),因而對(duì)磁鐵無(wú)磁力作用C.鐵棒內(nèi)分子電流取向變得大致相同時(shí),對(duì)外就顯出磁性D.沿磁感線的方向,磁場(chǎng)逐漸減弱第29頁(yè)/共44頁(yè)

解析

只有運(yùn)動(dòng)電荷周?chē)庞写艌?chǎng),故A錯(cuò)誤;磁鐵吸引鐵棒,鐵棒被磁化,其周?chē)灿写艌?chǎng),對(duì)磁鐵有磁力的作用,故B錯(cuò)誤;根據(jù)分子電流假說(shuō),當(dāng)物體內(nèi)分子電流取向大致相同時(shí),對(duì)外就顯出磁性,故C

正確;磁感線的疏密程度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,故D錯(cuò)誤.

答案

C第30頁(yè)/共44頁(yè)B.電流元IL在磁場(chǎng)中受力為F,則磁感應(yīng)強(qiáng)度可能大 于或等于C.磁場(chǎng)中電流元受力大的地方,磁感應(yīng)強(qiáng)度一定大D.磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,與電流元在此點(diǎn)的 受力方向相同2.關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念,以下說(shuō)法中不正確的有

( )A.電流元IL在磁場(chǎng)中受力為F,則磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定等于第31頁(yè)/共44頁(yè)解析

判斷磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,需要在電流元受力最大的前提下進(jìn)行,選項(xiàng)A、B中的力F可能小于或等于最大受力,因此,磁感應(yīng)強(qiáng)度B可能大于或等于

;電流元在磁場(chǎng)中受力與其放置方位有關(guān),因此電流元受力大的地方,磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定大;磁場(chǎng)的方向規(guī)定為小磁針N極受力方向,與電流元受力方向不相同.

答案

ACD第32頁(yè)/共44頁(yè)3.歐姆在探索通過(guò)導(dǎo)體的電流、電壓、電阻的關(guān)系時(shí)因 無(wú)電源和電流表,他利用金屬在冷水和熱水中產(chǎn)生電 動(dòng)勢(shì)代替電源,用小磁針的偏轉(zhuǎn)檢測(cè)電流,具體做法是:

在地磁場(chǎng)作用下處于水平靜止的小磁針上方,平行于 小磁針?biāo)椒胖靡恢睂?dǎo)線,當(dāng)該導(dǎo)線中通有電流時(shí),小 磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn);當(dāng)通過(guò)該導(dǎo)線電流為I時(shí),小磁針偏轉(zhuǎn) 了30°,問(wèn)當(dāng)他發(fā)現(xiàn)小磁針偏轉(zhuǎn)了60°,通過(guò)該直導(dǎo)線 的電流為(直導(dǎo)線在某點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)與通過(guò)直導(dǎo)線的 電流成正比)()A.2I B.3IC.I

D.無(wú)法確定

解析

設(shè)地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B地,電流磁場(chǎng)B=kI,kI=B地tan30°,kI′=

B地tan60°,kI′=3I,B正確.B第33頁(yè)/共44頁(yè)4.如圖11所示,若一束電子沿y軸正 方向移動(dòng),則在z軸上某點(diǎn)A的磁場(chǎng) 方向應(yīng)該() A.沿x軸的正向

B.沿x軸的負(fù)向

C.沿z軸的正向

D.沿z軸的負(fù)向

解析

電子沿y軸正方向移動(dòng),相當(dāng)于電流方向沿y軸負(fù)方向移動(dòng),根據(jù)安培定則可判斷在z軸上A點(diǎn)的磁場(chǎng)方向應(yīng)該沿x軸的負(fù)方向.故選項(xiàng)B正確.

圖11B第34頁(yè)/共44頁(yè)5.取兩個(gè)完全相同的長(zhǎng)導(dǎo)線,用其中一根繞成如圖12(a)所示的螺線管,當(dāng)該螺線管中通以電流強(qiáng)度為I的電流時(shí),測(cè)得螺線管內(nèi)中部的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B；若將另一根長(zhǎng)導(dǎo)線對(duì)折后繞成如圖(b)所示的螺線管,并通以電流強(qiáng)度也為I的電流時(shí),則在螺線管內(nèi)中部的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為() A.0 B.0.5B C.B D.2B

圖12第35頁(yè)/共44頁(yè)

解析

圖(b)中螺線管上的長(zhǎng)導(dǎo)線可等效為兩個(gè)通過(guò)等大反向電流的通電螺線管,兩螺線管電流方向相反,由安培定則可知在螺線管中部產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度也是大小相等方向相反的,所以螺線管中部磁感應(yīng)強(qiáng)度為零.

答案

A第36頁(yè)/共44頁(yè)6.三根完全相同的長(zhǎng)直導(dǎo)線互相平 行,通以大小和方向都相同的電 流.它們的截面處于一個(gè)正方形

abcd的三個(gè)頂點(diǎn)a、b、c處,如圖

13所示.已知每根通電長(zhǎng)直導(dǎo)線 在其周?chē)a(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度與距 該導(dǎo)線的距離成反比,通電導(dǎo)線b在d處產(chǎn)生的磁場(chǎng)其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,則三根通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁