高中物理（人教版）選修3-1 第3章 第3節(jié)　幾種常見的磁場(chǎng)

歡迎進(jìn)入物理課堂 第三節(jié)幾種常見的磁場(chǎng) 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解安培分子電流假說(shuō) 2 知道磁感線 知道幾種特殊磁場(chǎng)的磁感線分布 會(huì)用安培定則判斷電流的磁場(chǎng)方向 3 知道磁通量 重點(diǎn)難點(diǎn) 會(huì)用安培定則判斷磁感線方向 能計(jì)算磁通量的大小 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第三節(jié)幾種常見的磁場(chǎng) 課前自主學(xué)案 課前自主學(xué)案 一 磁感線1 定義 在磁場(chǎng)中畫出的一些有方向的曲線 在這些曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)的 的方向一致 這樣的曲線就叫磁感線 2 特點(diǎn) 1 磁感線是為了形象地描述磁場(chǎng)而假想出來(lái)的一組有 的曲線 客觀上并不存在 2 磁感線的疏密反映磁場(chǎng)的 磁感線越密的地方表示磁場(chǎng) 磁感線越疏的地方表示磁場(chǎng)越弱 磁感應(yīng)強(qiáng)度 方向 強(qiáng)弱 越強(qiáng) 3 磁感線上每一點(diǎn)的 方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向 4 磁感線在空間不能相交 不能相切 也不能中斷 5 磁場(chǎng)中的任何一條磁感線都是 曲線 在磁體 由N極指向S極 在磁體 由S極指向N極 二 幾種常見的磁場(chǎng)直線電流 環(huán)形電流的磁場(chǎng)方向都可以用 來(lái)判定 切線 閉合 外部 內(nèi)部 安培定則 1 直線電流 通電直導(dǎo)線 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 環(huán)繞的方向 如圖3 1 1甲所示 圖3 3 1 磁感線 2 環(huán)形電流和通電螺線管讓右手彎曲的四指與 的方向一致 伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線 或螺線管內(nèi)部 的方向 如圖3 3 1乙 丙所示 三 安培分子電流假說(shuō)1 圖3 3 2 環(huán)形電流 軸線上 磁感線 內(nèi)容 安培認(rèn)為 在原子 分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部 存在著一種 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 它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè) 如圖3 3 2所示 2 對(duì)磁現(xiàn)象的解釋 1 磁化現(xiàn)象 一根軟鐵棒 在未被磁化時(shí) 內(nèi)部各分子電流的取向 它們的磁場(chǎng)互相抵消 對(duì)外不顯 當(dāng)軟鐵棒受到外界磁場(chǎng)的作用時(shí) 各分子電流取向變得 兩端對(duì)外界顯示較強(qiáng)的磁作用 形成磁極 軟鐵棒就被磁化了 環(huán)形 磁體 磁極 雜亂無(wú)章 磁性 大致相同 2 磁體的消磁 磁體受到 或猛烈敲擊時(shí) 即在激烈的熱運(yùn)動(dòng)或機(jī)械運(yùn)動(dòng)影響下 分子電流取向又變得 磁體磁性消失 3 意義分子電流假說(shuō)揭示了電和磁的本質(zhì)聯(lián)系 指出了磁性的起源 一切磁現(xiàn)象都是由運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生的 四 勻強(qiáng)磁場(chǎng)1 定義 磁感應(yīng)強(qiáng)度的 處處相同的磁場(chǎng) 高溫 雜亂無(wú)章 強(qiáng)弱 2 磁感線的特點(diǎn) 間隔相同的 3 實(shí)例 距離很近的兩個(gè)異名磁極間的磁場(chǎng) 兩平行放置的通電線圈 其中間區(qū)域的磁場(chǎng)都是勻強(qiáng)磁場(chǎng) 五 磁通量1 定義 勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與和磁場(chǎng)方向 的平面面積S的乘積 即 2 單位 韋伯 簡(jiǎn)稱韋 符號(hào)Wb 1Wb 1T m2 平行直線 垂直 BS 磁通密度 核心要點(diǎn)突破 一 幾種常見磁場(chǎng)的磁感線分布1 常見永磁體的磁場(chǎng) 如圖3 3 3 圖3 3 3 2 三種常用的電流的磁場(chǎng) 特別提醒 1 應(yīng)用安培定則判定電流的磁場(chǎng)時(shí) 直線電流是判定導(dǎo)線外部的磁場(chǎng)方向 而環(huán)形電流和通電螺線管是判定線圈軸線上磁場(chǎng)的方向 2 利用安培定則不僅可以判斷磁場(chǎng)的方向 還可以根據(jù)磁場(chǎng)方向判定電流的方向 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 2011年廈門高二檢測(cè) 下列四圖為電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的分布圖 正確的分布圖是 圖3 3 4 A B C D 解析 選C 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 正確 錯(cuò)誤 故正確選項(xiàng)為C 二 對(duì)磁通量的進(jìn)一步理解1 磁通量的計(jì)算 1 公式 BS 適用條件 勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感線與平面垂直 2 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中 若磁感線與平面不垂直 公式 BS中的S應(yīng)為平面在垂直于磁感線方向上的投影面積 2 磁通量的正 負(fù) 1 磁通量是標(biāo)量 但有正 負(fù) 當(dāng)磁感線從某一面上穿入時(shí) 磁通量為正值 穿出時(shí)即為負(fù)值 2 若磁感線沿相反方向穿過(guò)同一平面 且正向磁通量為 1 反向磁通量為 2 則穿過(guò)該平面的磁通量 1 2 3 磁通量的變化 一般有三種情況 1 磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變 有效面積S變化 則 2 1 B S 2 磁感應(yīng)強(qiáng)度B變化 磁感線穿過(guò)的有效面積S不變 則 2 1 B S 3 磁感應(yīng)強(qiáng)度B和回路面積S同時(shí)發(fā)生變化時(shí) 2 1 此時(shí) B S 4 計(jì)算磁通量時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 計(jì)算穿過(guò)某一平面的磁通量的變化時(shí) 1 明確磁場(chǎng)是否為勻強(qiáng)磁場(chǎng) 知道磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小 2 平面的面積應(yīng)為磁感線通過(guò)的有效面積 當(dāng)平面S與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí) 應(yīng)明確所研究的平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角 準(zhǔn)確找出垂直面積 3 線圈的磁通量及其變化與線圈匝數(shù)無(wú)關(guān) 即磁通量的大小不受線圈匝數(shù)的影響 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 2011年紹興高二檢測(cè) 如圖3 3 5所示的磁場(chǎng)中豎直放置兩個(gè)面積相同的閉合線圈S1 左 S2 右 由圖可知穿過(guò)線圈S1 S2的磁通量大小關(guān)系正確的是 A 穿過(guò)線圈S1的磁通量比較大B 穿過(guò)線圈S2的磁通量比較大C 穿過(guò)線圈S1 S2的磁通量一樣大D 不能比較 圖3 3 5 解析 選A 線圈S1處的磁感線密集 磁感應(yīng)強(qiáng)度大 線圈S2處的磁感線稀疏 磁感應(yīng)強(qiáng)度小 由 BS可知 穿過(guò)線圈S1的磁通量比較大 選項(xiàng)A正確 課堂互動(dòng)講練 磁場(chǎng)中某區(qū)域的磁感線如圖3 3 6所示 則 A a b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等 Ba BbB a b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等 Ba BbC 同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力小D a處沒(méi)有磁感線 所以磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 圖3 3 6 思路點(diǎn)撥 磁感線是人們?yōu)槊枋龃艌?chǎng)而人為畫出的線 其方向描述磁場(chǎng)的方向 疏密描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱 精講精析 由圖中可知b處的磁感線較密 a處的磁感線較疏 所以Ba Bb 故A錯(cuò) B對(duì) 導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力的大小與導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的放置方向有很大關(guān)系 而不是僅僅取決于B與LI的大小 故C錯(cuò) 磁感線是用來(lái)描述磁場(chǎng)的 而又不可能在存在磁場(chǎng)的區(qū)域內(nèi)全部畫磁感線 那樣將會(huì)與不畫磁感線產(chǎn)生相同的效果 故D錯(cuò) 故選B 答案 B 變式訓(xùn)練1 2011年潮州高二檢測(cè) 關(guān)于磁感線與電場(chǎng)線的描述 正確的是 A 電場(chǎng)線起止于電荷 磁感線起止于磁極B 靜電場(chǎng)電場(chǎng)線一定不閉合 磁感線一定是閉合的C 磁感線是自由小磁針在磁場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡D 電場(chǎng)線和磁感線實(shí)際上均存在 只是肉眼看不到答案 B 2011年大慶高二檢測(cè) 如圖3 3 7所示 將通電線圈懸掛在磁鐵N極附近 磁鐵處于水平位置和線圈在同一平面內(nèi) 且磁鐵的軸線經(jīng)過(guò)線圈圓心 線圈將 A 轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)靠近磁鐵B 轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)離開磁鐵C 不轉(zhuǎn)動(dòng) 只靠近磁鐵D 不轉(zhuǎn)動(dòng) 只離開磁鐵 圖3 3 7 思路點(diǎn)撥 本題主要考查磁體與電流磁場(chǎng)間的相互作用 我們可以把環(huán)形電流等效成一個(gè)小磁針 很容易作出正確判斷 圖3 3 8 精講精析 把環(huán)形電流等效成一個(gè)小磁針 由安培定則知 此小磁針的N極向里S極向外 條形磁鐵的N極吸引小磁針的S極排斥N極 故線圈將發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)靠近磁鐵 從上面觀察的俯視圖如圖3 3 8所示 答案為A 答案 A 方法總結(jié) 小磁針也可等效成環(huán)形電流 通電螺線管也可以與條形磁鐵互相等效 運(yùn)動(dòng)電荷可以等效為電流等 利用等效法解題 往往既簡(jiǎn)單又準(zhǔn)確 變式訓(xùn)練2如圖3 3 9所示 一束帶電粒子沿著水平方向平行地飛過(guò)磁針上方時(shí) 磁針的S極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn) 則這束帶電粒子可能是 A 向右飛行的正離子束B 向左飛行的正離子束C 向右飛行的負(fù)離子束D 向左飛行的負(fù)離子束 圖3 3 9 解析 選BC 小磁針N極的指向即是磁針?biāo)谔幍拇艌?chǎng)方向 題中磁針S極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn) 說(shuō)明離子束下方的磁場(chǎng)方向由紙內(nèi)指向紙外 由安培定則可判定由離子束的定向運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的電流方向由右向左 故若為正離子 則應(yīng)是自右向左運(yùn)動(dòng) 若為負(fù)離子 則應(yīng)是自左向右運(yùn)動(dòng) 有兩個(gè)固定的完全相同的通電圓環(huán) 通過(guò)的電流大小相同 方向如圖3 3 10所示 一個(gè)在豎直平面內(nèi)放著 一個(gè)在水平面內(nèi)放著 每個(gè)圓環(huán)在共同圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B 則在O點(diǎn)的總磁感應(yīng)強(qiáng)度多大 圖3 3 10 變式訓(xùn)練3 2011年大慶實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二質(zhì)檢 兩根長(zhǎng)直通電導(dǎo)線互相平行 電流方向相同 它們的截面處于等邊 ABC的A和B處 如圖3 3 11所示 兩通電導(dǎo)線在C處產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小都是B0 則C處磁場(chǎng)的總磁感應(yīng)強(qiáng)度大小是 圖3 3 11 如圖3 3 12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(guò)平面的磁通量為 若使框架繞OO 轉(zhuǎn)過(guò)60 角 則穿過(guò)框架平面的磁通量為 若從初始位置轉(zhuǎn)過(guò)90 角 則穿過(guò)框架平面的磁通量為 若從初始位置轉(zhuǎn)過(guò)180 角 則穿過(guò)框架平面的磁通量變化量大小為 圖3 3 12 思路點(diǎn)撥 當(dāng)面積S和勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直時(shí) BS 不垂直時(shí)應(yīng)取垂直于磁場(chǎng)方向的有效面積 磁通量是有正負(fù)的 可以認(rèn)為磁感線從同一面穿入時(shí)為正 穿出時(shí)為負(fù) 自主解答 圖3 3 13 規(guī)律總結(jié) 1 只有在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中B S時(shí) BS才適用 若B與S不垂直 應(yīng)將S投影 也可以將B分解 取B S垂直部分的乘積 2 磁通量的變化量 2 1 在具體的計(jì)算中 一定要注意 1及 2的正 負(fù)問(wèn)題 變式訓(xùn)練4如圖3 3 14所示 兩個(gè)同心放置的平面金屬圓環(huán) 條形磁鐵穿過(guò)圓心且與兩環(huán)平面垂直 則通過(guò)兩圓環(huán)的磁通量 a b間的關(guān)系是 A a bB a bC a bD 不能確定 圖3 3 14 解析 選A 通過(guò)圓環(huán)的磁通量為穿過(guò)圓環(huán)的磁感線的條數(shù) 首先明確條形磁鐵的磁感線分布情況 另外要注意磁感線是閉合的曲線 條形磁鐵的磁感線在磁體的內(nèi)部是從S極到N極 在磁體的外部是從N極到S極 內(nèi)部有多少根磁感線 外部的整個(gè)空間就有多少根磁感線同內(nèi)部磁感線構(gòu)成閉合曲線 對(duì)兩個(gè)圓環(huán) 磁體內(nèi)部的磁感線全部穿過(guò)圓環(huán) 外部的磁感線穿過(guò)多少 磁通量就抵消多少 所以面積越大 磁通量反而越小 知能優(yōu)化訓(xùn)練 本部分內(nèi)容講解結(jié)束 點(diǎn)此進(jìn)入課件目錄 按ESC鍵退出全屏播放 謝謝使用 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全