2015-2016学年人教版选修3-1几种常见的磁场学案

3几种常见的磁场[学习目标]1.知道磁现象的电本质，了解安培分子电流假说．2.知道磁感线的定义和特点，了解几种常见磁场的磁感线分布．(重点)3.会用安培定则判断电流的磁场方向．(难点)4.知道匀强磁场、磁通量的概念．(重点)磁感线[先填空]1．定义：用来形象描述磁场的强弱及方向的曲线．2．特点：(1)磁感线的疏密表示磁场的强弱．(2)磁感线上某点的切线方向表示该点磁感应强度的方向．[再思考]有同学认为磁感线总是从磁体北极指向南极，你认为对吗？【提示】不对，在磁体外部磁感线从磁体北极指向南极，而在磁体内部，磁感线是从南极指向北极．[后判断](1)磁场和磁感线都是假想的．(×)(2)磁感线是闭合的曲线，没有起始终了的位置．(√)(3)磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的．(×)(4)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断．(√)几种常见的磁场[先填空]电流的磁感线方向可以用安培定则(右手螺旋定则)判断(1)直线电流的磁场方向的判断：右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向．(2)环形电流的磁场方向的判断：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向．(3)通电螺线管的磁场方向的判断：右手握住螺线管，让弯曲的四指跟电流的方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管内部的磁场的方向或者说大拇指所指的方向是它的北极的方向．[再思考]通电的螺线管相当于一个条形磁铁，一端是N极，另一端是S极，把一个小磁针放入螺线管内部，小磁针的N极指向螺线管的哪端呢？图3－3－1【提示】应该指向N极．小磁针N极的指向是N极受到磁场力的方向，N极受力的方向是该位置的磁感应强度的方向，在螺线管内部，磁感应强度方向由S极指向N极．所以小磁针的N极指向螺线管的N极．[后判断](1)通电直导线周围磁场的磁感线是闭合的圆环．(√)(2)通电螺线管周围的磁场类似于条形磁体周围的磁场．(√)(3)通电圆环外部无磁场．(×)安培分子电流假说[先填空]1．分子电流假说：安培认为，在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流，即分子电流．分子电流使每个物质微粒都成为小磁体，它的两侧相当于两个磁极．2．分子电流假说意义：能够解释磁化以及退磁现象，解释磁现象的电本质．3．磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的．[再思考]怎样可以使磁铁的磁性减弱或失去磁性？【提示】高温或猛烈的撞击可以使分子电流取向变得杂乱无章，从而失去磁性．[后判断](1)除永久性磁铁外，一切磁场都是由运动电荷产生的．(×)(2)一般的物体不显磁性是因为物体内的分子电流取向杂乱无章．(√)(3)当外界使铁棒内分子电流取向大致相同时，铁棒就显磁性．(√)匀强磁场和磁通量[先填空]1．匀强磁场(1)定义：强弱、方向处处相同的磁场．(2)磁感线特点：疏密均匀的平行直线．2．磁通量(1)定义：匀强磁场中磁感应强度和与磁场方向垂直的平面面积S的乘积．即Φ＝BS.(2)拓展：磁场B与研究的平面不垂直时，这个面在垂直于磁场B方向的投影面积S′与B的乘积表示磁通量．(3)单位：国际单位制是韦伯，简称韦，符号是Wb,1Wb＝1_T·m2.(4)引申：B＝ΦS，表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量，因此磁感应强度B又叫磁通密度．[再思考]若通过某面积的磁通量等于零，则该处一定无磁场，你认为对吗？【提示】不对．磁通量除与磁感应强度、面积有关外，还与环面和磁场夹角有关，当环面与磁场平行时，磁通量为零，但仍能存在磁场．[后判断](1)在匀强磁场中面积越大，磁通量一定越大．(×)(2)磁感应强度等于垂直穿过单位面积的磁通量．(√)(3)磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量．(×)(4)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．(×)预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3问题4学生分组探究一磁感线和电感线(对比分析)第1步探究——分层设问，破解疑难1．磁场是客观存在的还是假想的？磁感线又如何？2．磁感线总是始于北极，终止于南极吗？第2步结论——自我总结，素能培养1．磁感线的特点(1)为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在．(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱．磁感线在某点的切线方向表示磁场的方向．(3)磁感线的方向在磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极．即磁感线是闭合的曲线，它不相交，不相切，也不中断．2．磁感线与电场线的比较两种线比较内容磁感线电场线不同点闭合曲线不闭合，起始于正电荷或无限远，终止于负电荷或无限远相似点引入目的为形象描述场而引入的假想线，实际不存在疏密场的强弱切线方向场的方向是否相交不能相交(电场中无电荷空间不相交)第3步例证——典例印证，思维深化(多选)下列关于电场线和磁感线的说法正确的是()A．二者均为假想的线，实际上并不存在B．实验中常用铁屑来模拟磁感线形状，因此磁感线是真实存在的C．任意两条磁感线不相交，电场线也是D．磁感线是闭合曲线，电场线是不闭合的【思路点拨】此题重点是考查磁感线与电场线的特点，所以理解磁感线与电场线特点是解决该题的关键．【解析】两种场线均是为形象描绘场而引入的，实际上并不存在，故A对，B错；任意两条磁感线或电场线不能相交，否则空间一点会有两个磁场或电场方向，故C对；磁体外部磁感线由N极指向S极，内部由S极指向N极，故磁感线是闭合的曲线，而电场线始于正电荷，终于负电荷，故不闭合，D对，故正确答案为A、C、D.【答案】ACD从两个方面深化理解电场线和磁感线(1)从电场、磁场的概念理解两种场线的相同点：矢量性——线的切线方向；强弱——线的疏密；方向的唯一性——空间任何两条场线都不可能相交．(2)从电场、磁场的本质理解两种场线的区别：静电场——正、负电荷分离——电场线有始、终(不闭合)；磁场——N、S极不分离——磁感线闭合．第4步巧练——精选习题，落实强化1．关于磁感线，下列说法中正确的是()A．两条磁感线的空隙处一定不存在磁场B．磁感线不可能从S极到N极C．磁场不一定都是由磁铁产生的D．两个磁场叠加的区域，磁感线可能相交【解析】磁感线是为了形象描绘磁场而假想的一组有方向的曲线，曲线上任一点的切线方向表示该点的磁场方向，曲线疏密表示磁场的强弱，A不正确．磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场，C正确．在磁体外部磁感线从N极到S极，内部从S极到N极，磁感线在任何情况下都不相交，所以B、D不正确．【答案】C2.磁场中某区域的磁感线如图3－3－2所示，则()A．a、b两处的磁感应强度的大小不等，BaBbB．a、b两处的磁感应强度的大小不等，BaBbC．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图3－3－2【解析】由图中可知b处的磁感线较密，a处的磁感线较疏，所以BaBb，故A错，B对；导线在磁场中受力的大小与导线在磁场中的放置方向有关，而不是仅仅取决于B与LI的大小，故C错；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，那样将会与不画磁感线产生相同的效果，故D错．故选B.【答案】B学生分组探究二几种常见磁场的磁感线分布(深化理解)第1步探究——分层设问，破解疑难1．环形电流、通电螺线管产生的磁场和哪种磁体产生的磁场类似？2．直线电流磁场的磁感线的疏密有何特点？第2步结论——自我总结，素能培养1．常见永磁体的磁场(见下图)2．三种常见的电流的磁场安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱环形电流内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏通电螺线管内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极；外部类似条形磁铁，由N极指向S极第3步例证——典例印证，思维深化电路没接通时三个小磁针方向如图3－3－3，试确定电路接通后三个磁针的转向及最后的指向．图3－3－3【思路点拨】小磁针北极所受力的方向与该处磁场方向一致．【解析】接通电路后，螺线管的磁场为：内部从左指向右，外部从右指向左，如图，故小磁针1逆时针转动，小磁针3顺时针转动，小磁针2基本不动．【答案】小磁针1逆时针转动，小磁针3顺时针转动，小磁针2基本不动小磁针在磁场中受力的判断方法(1)当小磁针处于磁体产生的磁场，或环形电流、通电螺线管外部时，可根据同名磁极相斥，异名磁极相吸来判断小磁针的受力方向．(2)当小磁针处于直线电流的磁场中，或处于环形电流、通电螺线管内部时，应该根据小磁针N极所指方向与通过该点的磁感线的切线方向相同来判断小磁针的受力方向．第4步巧练——精选习题，落实强化3．如图3－3－4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图3－3－4【解析】由于线圈中电流沿顺时针方向，根据安培定则可以确定，线圈内部轴线上磁感线方向垂直于纸面向里．而小磁针N极受力方向和磁感线方向相同，故小磁针N极向里转．【答案】A4．如图3－3－5所示，螺线管中通有电流，如果在图中的a、b、c三个位置图3－3－5上各放一个小磁针，其中a在螺线管内部，则(1)放在a处的小磁针的N极向________．(2)放在b外的小磁针的N极向________．(3)放在c处的小磁针的N极向________．【解析】由安培定则，通电螺线管的磁场如图所示，右端为N极，左端为S极，在a点磁场方向向右，则小磁针在a点时，N极向右；在b点磁场方向向右，则小磁针在b点时，N极向右；在c点，磁场方向向右，则小磁针在c点时，N极向右．【答案】(1)右(2)右(3)右学生分组探究三对磁通量的理解(深化理解)第1步探究——分层设问，破解疑难1．公式Φ＝BS的应用条件是什么？2．磁通量有正负，它是标量还是矢量？第2步结论——自我总结，素能培养1．计算(1)匀强磁场，磁感线与平面垂直时：Φ＝BS.(2)匀强磁场，磁感线与平面不垂直时：Φ＝BSsinθ，公式中的θ是平面与磁感线的夹角，Ssinθ是平面在垂直于磁感线方向的投影面积．2．与磁感线的关系：规定单位面积上的磁感线的条数等于B时，磁通量就等于穿过平面的磁感线的条数，且为穿过平面的磁感线的净条数．3．磁通量的标矢性(1)磁通量是标量，但有正、负之分，磁通量的正、负既不表示大小，也不表示方向，它表示磁通量从某一个面穿入还是穿出，若规定穿入为正，则穿出为负，反之亦然．(2)若某个平面内有不同方向的磁场存在，计算穿过这个面的磁通量时，先规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，这个平面内的总磁通量等于平面内各个方向的磁通量的代数和，即“净磁通量”．4．与磁感应强度的关系(1)磁感应强度B主要描述磁场中某点的磁场情况，与位置对应；而磁通量用来描述磁场中某一个给定面上的情况，它与给定面对应．(2)由Φ＝BS得B＝ΦS，此为磁感应强度的另一定义式，表示穿过垂直于磁场方向的单位面积的磁感线条数，所以B又叫作磁通密度．第3步例证——典例印证，思维深化如图3－3－6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＝0.4m2，匀强磁场磁感应强度B＝0.6T，则穿过线圈的磁通量Φ为多少？图3－3－6【思路点拨】解答该题时应注意：公式Φ＝BS中，S为垂直于磁感线的投影面积．【解析】方法一：把S投影到与B垂直的方向，则Φ＝B·Scosθ＝0.6×0.4×cos60°Wb＝0.12Wb.方法二：把B分解为平行于线圈平面的分量B∥和垂直于线圈平面的分量B⊥，B∥不穿过线圈，且B⊥＝Bcosθ，则Φ＝B⊥S＝Bcosθ·S＝0.6×cos60°×0.4Wb＝0.12Wb.【答案】0.12Wb磁通量的计算(1)当B与S夹角为α时，穿过S的磁通量为Φ＝B·Ssinα＝Bsinα·S.(2)磁通量有正、负，但正、负号不代表方向，仅代表磁感线穿入或穿出．第4步巧练——精选习题，落实强化5．如图3