2013年高中物理教程选修3-1课件 3-3

第三章磁场课堂互动探究课后巩固提升课前自主学习典例分析第三节几种常见的磁场课标解读（学生用书P108）1.知道磁感线的定义和特点，了解几种常见的磁场及其磁感线的分布．2．会用安培定则判断电流的磁场方向．3．知道磁现象的本质，了解安培分子电流假说．4．知道匀强磁场、磁通量的概念.课前自主学习（学生用书P108）一、磁感线1．定义：在磁场中画出一些有方向的曲线，在这些曲线上每一点的都跟这点的磁感应强度的方向一致．2．特点：磁场中的磁感线的疏密程度表示，磁场强的地方磁感线密，磁场弱的地方，磁感线是这样一条封闭的曲线．切线方向磁场强弱磁感线疏二、电流的磁场和安培定则(右手螺旋定则)1．通电直导线．右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与一致，弯曲的四指所指的方向就是的环绕方向，如图①所示．电流方向磁感线2．环形电流和通电螺线管．让右手弯曲四指与电流方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形电流的磁感线的方向或螺线管磁感线的方向，如图②、③所示．轴线上内部三、安培分子电流假说1．分子电流假说．安培认为，在原子、分子等物质微粒的内部，存在的一种，即分子电流．2．分子电流假说的意义．揭示了磁现象的本质，即磁体的磁场和电流的磁场一样，都是由产生的．环形电流电荷的运动四、匀强磁场1．定义：处处相同的磁场．2．特点：匀强磁场的磁感线是间隔相同的．强弱、方向平行直线五、磁通量1．定义：磁感应强度为B的匀强磁场和磁场方向的平面的面积为S，则穿过这个面积的磁通量Φ＝.2．单位，简称韦，符号.3．引申B＝ФS，因此磁感应强度B又叫.垂直BS韦伯Wb磁通密度知识梳理图（学生用书P108）课堂互动探究（学生用书P108）一、磁感线(1)磁感线是为了形象地描述磁场而人为假设的曲线，其疏密程度能反映磁场的强弱，曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同．(2)磁感线的特点．①在磁体的外部，磁感线从北极发出，进入南极，在磁体内部由南极回到北极．②磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线越密的地方，磁场越强，磁场方向在过该点的磁感线的切线上．③磁场中磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断．(3)条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线分布．二、安培定则(右手螺旋定则)1．内容：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向．如图所示．2．安培定则的拓展．(1)环形电流的磁场：如图所示，由图①过渡到图②.四指绕向为电流方向，则拇指方向即为环形电流中心轴线上磁感线方向．(2)通电螺线管的磁场，如图所示．通电螺线管：右手握住螺线管，四指环绕电流方向，拇指方向为螺线管内部磁感线的方向．3．三种电流的磁场.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，磁场越弱安培定则立体图横截面图纵截面图环形电流内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏安培定则立体图横截面图纵截面图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极三、探究磁现象的本质——安培分子电流假说1．安培分子电流假说内容．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——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，分子的两侧相当于两个磁极(如图)．2．安培假说对有关磁现象的解释．(1)磁化现象：一根软铁棒，在未被磁化时，内部各分子电流的取向杂乱无章．它们的磁场互相抵消，对外不显磁性，当软铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流取向变得大致相同时，两端显示较强的磁作用，形成磁极，软铁棒就被磁化了．(2)磁体的消磁：磁体在高温和猛烈敲击，即在激烈的热运动和机械运动影响下，分子电流取向又变得杂乱无章，磁体磁性消失．注意安培提出分子电流假说时，人们还不知道物质的微观结构：电子绕原子核高速旋转，所以称为假说，但现在我们知道分子电流假说是真理．分子电流假说揭示了电和磁的本质联系．3．磁现象的本质．安培的分子电流假说揭示了磁性的起源，它使我们认识到磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的定向运动产生的．例如：假设地球的磁场是由于地球带某种电荷而又绕地轴自转产生的，你认为地球带什么电荷？由于地理北极在地磁南极附近，故地球内部磁场方向是由北向南，而地球自转方向是自西向东，据安培定则知地球应带负电荷．注意①正电荷定向移动的方向为电流的方向．②对地球所说的南北通常指地理位置的南北．四、磁通量(1)概念：穿过某一面积的磁感线条数叫做穿过这一面积的磁通量．磁通量简称磁通，用符号Φ表示．说明磁通量是对某一特定的“面”而言的，是“面”的特征量(不是磁场的特征量)，没有特定的面，就无磁通量．(2)磁通量的计算①公式：Φ＝BS.此式的适用条件是：a.匀强磁场；b.磁感线与平面垂直，如图所示．②在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂直．公式Φ＝BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积．如图所示，在水平方向的匀强磁场中，平面abcd与垂直于磁感线方向的平面的夹角为θ，则穿过面积abcd的磁通量应为Φ＝BScosθ.Scosθ即为面积S在垂直于磁感线方向的投影，我们称之为“有效面积”．如图所示，若闭合电路abcd和ABCD所在平面均与匀强磁场B垂直，面积分别为S1和S2，且S1S2，但磁场区域恰好只有ABCD那么大，穿过S1和S2的磁通量是相同的，因此，Φ＝BS中的S应是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积S2.③磁通量虽然是标量，却有正负之分．磁通量如同力做功一样，虽然功是标量，却有正负之分，求总功时，正功和负功按代数和进行计算．如图①所示，有两个环a和b，其面积SaSb，它们套在同一磁铁的中央，试比较穿过环a、b的磁通量的大小．我们若从上往下看，则穿过环a、b的磁感线如图②所示，磁感线有进有出，相互抵消后，即Φa＝Φ出′－Φ进′，Φb＝Φ出－Φ进，得ΦaΦb，由此可知，若有像图②所示的磁场，在求磁通量时要按代数和的方法求总的磁通量(穿过平面的磁感线的净条数)．磁通量的正、负号并不表示磁通量的方向，它的符号仅表示磁感线的贯穿方向．一般来说，如果磁感线从线圈的正面穿过线圈，线圈的磁通量就为“＋”；那么磁感线从线圈的反面穿过线圈，线圈的磁通量就为“－”，反之亦然．④磁通量与线圈的匝数无关．磁通量与线圈的匝数无关，也就是磁通量大小不受线圈匝数的影响．同理，磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受线圈匝数的影响．所以，直接用公式求Φ、ΔΦ时，不必去考虑线圈匝数n.(3)磁通量的单位．在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号是“Wb”．1Wb＝1T·1m2＝1V·s.推导如下：1Wb＝1T·m2＝1NA·m·m2＝1JA＝1A·V·sA＝1V·s.(4)磁通密度．垂直于磁场方向单位面积内的磁通量叫磁通密度．磁通密度的大小在数值上等于磁感应强度，即B＝ΦS，由此可知磁感应强度B的另一个单位1T＝1Wbm2＝1NA·m.典例分析（学生用书P110）一、磁感线例1关于磁感线，下列说法正确的是()A．两条磁感线的空隙处一定不存在磁场B．磁感线总是从N极到S极C．磁感线上任意一点的切线方向跟该点的磁场方向一致D．两个磁场的叠加区域，磁感线就可能相交解析磁感线是为了形象描绘磁场而假设的一组有方向的曲线，曲线上的每一点的切线方向表示磁场的方向，曲线的疏密表示磁场的强弱，所以C选项正确，A不正确；在磁体的外部磁感线从N到S极，内部由S极到N极，磁感线不相交，所以B、D不正确．答案C名师点拨用磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，它是一种理想化模型，在磁场中并不真正存在，由于磁体的N极和S极是密不可分的，所以磁感线总是闭合的曲线，磁场中任一点的磁场的强弱和方向是确定的，所以任意的两条磁感线都不可能相交.[巩固练习]1．关于磁场的方向，下列叙述中不正确的是()A．磁感线上每一点的切线方向B．磁场N极到S极的方向C．小磁针静止时N极所指的方向D．小磁针N极受力的方向解析磁场方向规定为小磁针N极的受力方向或静止时小磁针N极的指向，用磁感线表示则是磁感线的切线方向即为该点的磁场方向．磁场方向，磁感线的切线方向，静止时小磁针N极所指方向都是相同的．答案B二、安培定则的应用例2如图所示，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针N极的指向或磁感线方向．请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向．解析如果已知电流的方向，可用右手螺旋定则判断磁感线的方向．如果已知小磁针指向，那么小磁针N极所指方向就是磁感线方向．答案用安培定则来判断，分别如图中各图所示．名师点拨通过本例既要掌握几种通电导体周围的磁场分布情况，又要熟练掌握安培定则.[巩固练习]2．如图所示为通电螺线管的剖面图，“⊗”“⊙”分别表示电流垂直纸面流进和流出，试画出ɑ、b、c、d四个位置上小磁针静止时N极的指向．解析小磁针静止时N极的指向，就是该点的磁场方向，即磁感线的切线方向，准确画出通电螺线管的磁感线就可以知道小磁针N极的指向，a、b、c、d四个位置上小磁针静止时N极的指向如下图所示．答案见上图三、等效电流的磁场例3如图所示，一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过磁针上方时，磁针的S极向纸内偏转，则这束带电粒子可能是()A．向右飞行的正离子束B．向左飞行的正离子束C．向右飞行的负离子束D．向左飞行的负离子束解析小磁针N极的指向即是磁针所在处的磁场方向．题中磁针S极向纸内偏转，说明离子束下方的磁场方向由纸内指向纸外．由安培定则可判定离子束下方的磁场方向由纸内指向纸外．由安培定则可判定由离子束的定向运动所产生的电流方向由右向左，故若为正离子，则应是自右向左运动，若为负离子，则应是自左向右运动．带电粒子束的定向运动可以看作“等效电流”，正电荷定向移动方向和“等效电流”方向相同，负电荷相反，“等效电流”的磁场也可以应用安培定则判定．答案BC名师点拨电流在周围空间能产生磁场，电流是电荷定向移动形成的.所以定向移动的电荷也能形成磁场，磁场方向仍用安培定则判断.[巩固练习]3．如图所示，带负电的金属环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是()A．N极竖直向上B．N极竖直向下C．N极沿轴线向右D．N极沿轴线向左答案C四、磁通量和磁通量的变化例4如图所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则穿过平面的磁通量为______．若使框架绕OO′转过60°角，则穿过线框平面的磁通量为______；若从初始位置转过90°角，则穿过线框平面的磁通量为______；若从初始位置转过180°角，则穿过线框平面的磁通量变化为______．解析在图示位置时，磁感线与线框平面垂直，Φ＝BS.当框架绕OO′轴转过60°时可以将原图改画成从上面向下看的俯视图，如图所示，Φ＝BS⊥＝BScos60°＝12BS.转过90°时，线框由磁感线垂直穿过变为平行，Φ＝0.线框转过180°时，磁感线仍然垂直穿过线框，只不过穿过方向改变了．因而Φ1＝BS，Φ2＝－BS，ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－2BS.答案BS12BS0－2BS名师点拨磁通量有大小、有正负，但磁通量为标量，当线框发生转动时，从另一角度观察线框和磁场，很容易求出线框的有效面积，从而准确得到正确答案.[巩固练习]4．如图所示的磁场中竖直放置两个面积相同的闭合线圈S1(左)、S2(右)，由图可知穿过线圈S1、S2的磁通量大小关系正确的是()A．穿过线圈S1的磁通量比较大B．穿过线圈S2的磁通量比较大C．穿过线圈S1、S2的磁通量一样大D．不能比较解析线圈S1处的磁感线密集，磁感应强度大，线圈S2处的磁感线稀疏，磁感应强度小，由Φ＝BS可知，A选项正确．答案A课后巩固提升（学生用书P111）