2014年高中物理 3.3 几种常见的磁场学案 新人教版选修3-1

【学习目标】

1、会用磁感线描述磁场。                       2、知道通电直导线和通电线圈周围磁场的方向。

3、了解安培分子假说，从而解释一些磁现象。     4、掌握匀强磁场。

5、知道磁通量的物理意义和定义式。

【学习重点和难点】

1、安培定则的理解和应用。2、磁通量的理解和计算。

【自主学习】

一、磁感线

为形象地描述磁场而引入的一些有方向的曲线，曲线上每一点的           都跟该点的             的方向一致，这样的曲线就叫做磁感线．

二、几种常见的磁场

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             

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．

3．通电螺线管的磁场

右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向与电流方向一致，拇指所指的方向就是螺线管       磁感线的方向或拇指指向螺线管的N极。

三、安培分子电流假说

1．分子电流假说：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。

四、匀强磁场

1．定义：磁感应强度的         处处相同的磁场．

2．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，很长的通电线圈，其中间区域的磁场都是匀强磁场．

五、磁通量

1．定义：匀强磁场磁感应强度B与和磁场方向       的平面面积S的乘积，即Φ＝         .

2．单位：      ，简称韦，符号     ,1      ＝1 T·m2

3．理解：该式只适用于匀强磁场的情况，且式中的 S 是跟磁场方向垂直的面积；若S与B不垂直，则S为平面在垂直于磁场方向上的投影面积。

当磁场B⊥S垂直,磁通量最大Φ=        ，当B∥S时,磁通量最小Φ=         。

当磁场B与面积S不垂直, Φ当B与S成θ角时，Φ=BS⊥=            。

4、引申：B＝       ，因此磁感应强度B又叫              .

【合作探究】

1、磁感线有哪些特点？

2、电场线与磁感线的比较。

3、三种常见的电流磁场的特点及画法比较。

(1)直线电流的磁场

(2)环形电流的磁场

(3)通电螺线管的磁场

【精讲点拨】

一．对磁通量的进一步理解

1、磁通量的计算

①公式：Φ＝BS.

适用条件：

a．匀强磁场；b．磁感线与平面垂直

②求解磁通量的公式为Φ＝BS，其中S指线圈的“有效面积”．显然，在利用公式Φ＝BS求解通过某一线圈的磁通量时，不能将公式中的“S”简单地理解为线圈的面积，而是线圈与磁场垂直的有效面积，有界磁场中“有效面积”的含义是磁场范围与线圈范围的交界区域．

③式中的 S 是跟磁场方向垂直的面积；若S与B不垂直，则S为平面在垂直于磁场方向上的投影面积。当磁场B⊥S垂直,磁通量最大Φ= BS，当B∥S时,磁通量最小Φ=0。

当磁场B与面积S不垂直, Φ当B与S成θ角时，Φ=BS⊥= BSsinθ。

2．概念：穿过某一面积的磁感线条数，叫做穿过这个面积的磁通量。

3.Φ是标量，但有方向，若取某方向穿入平面的磁通量为正，则反方向穿入该平面的磁通量为负。

4.过一个平面若有方向相反的两个磁通量，这时的合磁通为相反方向磁通量的代数和(即相反方向磁通抵消以后剩余的磁通量才是合磁通)。

5.磁通量的变化

磁通量变化ΔФ＝           ，是某两个时刻穿过某个平面S的磁通量之差，即ΔФ取决于末状态的磁通量Ф2与初状态磁通量Ф1的代数差。

磁通量的变化一般有三种形式：

 (1)B不变，有效面积S变化,ΔФ＝       ；

(2)B变化，S不变,ΔФ＝        ； 

(3)B和S同时变化。

【典例剖析】

例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，且Ba＞Bb

B．a、b两处的磁感应强度的大小不等，且Ba＜Bb

C．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大

D．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小

【跟踪发散】1－1：关于磁感线的描述，下列说法中正确的是(　　)

A．磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致

B．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的

C．两条磁感线的空隙处一定不存在磁场

D．两个磁场叠加的区域，磁感线就可能相交

例2、如下图所示是云层之间闪电的模拟图，图中A、B是位于南、北方向带有电荷的两块阴雨云，在放电的过程中在两云的尖端之间形成了一个放电通道，发现位于通道正上方的小磁针N极转向纸里，S极转向纸外，则关于A、B的带电情况说法中正确的是(　　)

A．带同种电荷    B．带异种电荷    C．B带正电      D．A带正电

【跟踪发散】2－1：如图所示为磁场、磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈，当在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时(　　)

A．小磁针N极向里转             B．小磁针N极向外转

C．小磁针在纸面内向左摆动       D．小磁针在纸面内向右摆动

例3、三根平行的直导线，分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点，如右图所示，现使每条通电导线在斜边中点O所产生的磁感应强度的大小均为B，则该处的磁感应强度的大小和方向如何？

【跟踪发散】3－1：取两根完全相同的长导线，用其中一根绕成如图甲所示的螺线管，当在该螺线管中通以电流强度为I的电流时，测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B.若将另一根长导线对折后绕成如图乙所示的螺线管，并通以电流强度也为I的电流，则在该螺线管内中部的磁感应强度大小为(　 　)

A．0              B．0.5B      C．B              D．2B

例4、如图所示是等腰直角三棱柱，其中底面abcd为正方形，边长为L，它们按图示位置放置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，下面说法中正确的是(　 　)

【跟踪发散】4－1：如右图所示，是两个同心闭合线圈的俯视图，若内线圈中通以图示方向的电流I，则当I增大时，穿过外线圈中的磁通量将________．(填“增大”、“减小”或“不变”)

【巩固拓展训练】

1．关于磁通量的描述，下列说法正确的是(　　)

A．置于磁场中的一个平面，当平面垂直于磁场方向时，穿过平面的磁通量最大

B．穿过平面的磁通量最大时，该处的磁感应强度一定最大

C．如果穿过某一平面的磁通量为零，则该处的磁感应强度一定为零

D．将一平面置于匀强磁场中的任何位置，穿过该平面的磁通量总相等

2．关于磁现象的电本质，安培提出了分子电流假说．他提出此假说的背景是(　　)

A．安培通过精密仪器观察到分子电流       B．安培根据原子结构理论，进行严格推理得出的结论

C．安培根据环形电流的磁性与磁铁相似提出的一种假说       D．安培凭空想出来的

3．关于电场和磁场，下列说法正确的是(　　)

A．我们虽然不能用手触摸到电场的存在，却可以用试探电荷去探测它的存在和强弱

B．电场线和磁感线是可以形象描述场强弱和方向的客观存在的曲线

C．磁感线和电场线一样都是闭合的曲线

D．磁体之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，都是客观存在的物质

4、如右图所示为某磁场的一条磁感线，其上有A，B两点，则(　　)

A．A点的磁感应强度一定大         B．B点的磁感应强度一定大

C．因为磁感线是直线，A、B两点的磁感应强度一样大       D．条件不足，无法判断

5．下列说法中正确的是(　　)

A．通过某面的磁感线条数为零则此面处磁感应强度一定为零

B．空间各点磁感应强度的方向就是该点的磁场方向

C．平行放置的两条形磁铁间异名磁极间的磁场为匀强磁场

D．磁感应强度为零，则放在该处的某面通过的磁感线条数一定为零

6.有一束电子流沿x轴正方向高速运动，如图所示，电子流在z轴上的P点所产生的磁场方向是沿(　　)

A．沿y轴正方向       B．沿y轴负方向     C．沿z轴正方向       D．沿z轴负方向

7.如右图所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1T的匀强磁场中，以导线截面的中心为圆心，半径为r的圆周上有a、b、c、d四个点，已知a点的实际磁感应强度为零，则下列叙述正确的是(　　)

A．直导线中的电流方向垂直纸面向里

B．b点的实际磁感应强度为T，方向斜向上，与B的夹角为45°

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

8.弹簧测力计下挂一条形磁铁，其中条形磁铁的N极一端位于未通电的螺线管正上端，如右图所示，下列说法正确的是(　　)

A．若将a接电源正极，b接电源负极，弹簧测力计示数将不变

B．若将a接电源正极，b接电源负极，弹簧测力计示数将增大

C．若将b接电源正极，a接电源负极，弹簧测力计示数将减小

D．若将b接电源正极，a接电源负极，弹簧测力计示数将增大

9．如下图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.8 T，矩形线圈abcd的面积S＝0.5 m2，B与S垂直，线圈一半在磁场中，则当线圈从图示位置绕ad边绕过60°时，线圈中的磁通量为________，在此过程中磁通量的改变量为________；当线圈再绕ad边转过30°时，线圈中的磁通量为________，在此过程中磁通量的改变量为________．

10．如图所示，有一个垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B＝0.8 T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1 cm.现于纸面内先后放上圆线圈，圆心均在O处，A线圈半径为1 cm,1匝；B线圈半径为2 cm,2匝；C线圈半径为0.5 cm，1匝．问：(1)在B减为0.4 T的过程中，A和B中磁通量各改变多少？

(2)当磁场方向转过30°角的过程中，C中的磁通量改变多少？