物理33几种常见的磁场

第3节几种常见的磁场1．知道磁感线．知道几种常见磁场磁感线的空间分布情况．2．会用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向．3．了解安培分子电流假说．4．知道磁通量．要点一磁感线1．定义：在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线就叫做磁感线．2．性质(1)磁感线在磁体的外部从北极(N极)指向南极(S极)，在磁体的内部则是由南极指向北极，形成一条闭合曲线．(2)磁感线密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱．(3)磁感线的切线方向即为该点的磁场方向．(4)任意两条磁感线不能相交．3．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)(1)在没画磁感线的地方，并不表示没有磁场存在．(2)若多个磁体或电流的磁场在空间某区域叠加，磁感线描述的是叠加后的磁场的磁感线分布情况，不能认为该区域有多条磁感线相交．要点二几种常见的磁场1．常见永磁体的磁场(如图)2．电流的磁场(1)直线电流的磁场①安培定则(右手螺旋定则)：右手握住导线，让伸直的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，如图甲所示．②直线电流的磁场可有几种不同的画法，如图乙所示(图中的“×”号表示磁场方向垂直纸面向里，“·”表示磁场方向垂直纸面向外)．直线电流的磁场强弱与距离导线的距离有关，离导线越近，磁场越强，离导线越远，磁场越弱．(2)环形电流的磁场①(环形电流的)安培定则：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，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，如图丙所示．②环形电流的磁场可有几种不同的画法，如图丁所示．环形电流的磁场类似于条形磁铁的磁场，其两侧分别对应是磁场的N极和S极．由于磁感线均为闭合曲线，所以环内、外磁感线条数相等，故环内磁场强、环外磁场弱．(3)通电螺线管的磁场①(通电螺线管的)安培定则：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，大拇指所指的方向就是螺线管内部的磁感线方向．(如图a所示)．②几种常用的磁感线不同的画法，如图b所示．通电螺线管的磁场分布：外部与条形磁铁外部的磁场分布情况相同，两端分别为N极和S极．管内(边缘除外)是匀强磁场，磁场方向由S极指向N极．有的同学误认为判断螺线管内部小磁极N极的受力或N极的指向时，仍然可以用“同名磁极相斥”，“异名磁极相吸”．辨析：在初中学过的同名磁极相排斥，异名磁极相吸只能适用于磁体外部，在螺线管内部不适用．在高中阶段任何情况下小磁针N极受力方向均与磁场方向一致．要点三安培分子电流假说1．内容：所有磁现象都可以归结为运动电荷(电流)之间通过磁场而发生的相互作用．在原子、分子等物质微粒内部，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，它的两侧相当于两个磁极．如图所示．2．对有关磁现象的解释(1)磁化：软铁棒未被磁化前，内部分子电流取向杂乱无章，磁场相互抵消，对外界不显磁性；在外界磁铁的磁化下，内部各分子电流取向一致，形成磁极．(2)失磁：由于激烈的分子热运动或机械运动使分子电流取向变得杂乱无章的结果．磁化的实质就是分子电流取向由无序变为有序．要点四匀强磁场1．如果磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫匀强磁场．2．产生方法(1)距离很近的两个异名磁极之间的磁场(除边缘部分外)；(2)通电螺线管内部的磁场(除边缘部分外)；(3)相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场．要点五磁通量1．定义：设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，我们把B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通，用字母Φ表示．2．公式：Φ＝BS.(1)适用条件：A．匀强磁场；b．磁感线与平面垂直．(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．Φ＝BScosθ.式中Scosθ即面积S在垂直于磁感线方向的投影，我们称为“有效面积”．磁通量也可理解为穿过某面积的磁感线的条数，当有方向相反的两簇条数相同的磁感线穿过某面积时，该面积上的磁通量为零．3．单位：国际制单位为韦伯，简称韦，符号WB．1Wb＝1T·m2.4．物理意义：磁通量表示穿过这个面的磁感线条数．对于同一个平面，当它跟磁场方向垂直时，磁场越强，穿过它的磁感线条数越多，磁通量就越大．当它跟磁场方向平行时，没有磁感线穿过它，则磁通量为零．5．磁通密度：磁感线越密的地方，穿过垂直单位面积的磁感线条数越多，反之越少，因此穿过单位面积的磁通量——磁通密度反映了磁感应强度的大小，在数值上等于磁感应强度，B＝ΦS.1T＝1Wbm2＝1NA·m.6．磁通量的正、负(1)磁通量是标量，但有正、负，当磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时即为负值．(2)若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量大小为Φ1，反向磁通量大小为Φ2，则穿过该平面的磁通量Φ＝Φ1－Φ2.穿过某一面积的磁通量是由穿过该面的磁感线条数的多少决定的，与匝数无关．磁场中某区域的磁感线如图所示，则()题型1对磁感线的理解A．a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba＞BbB．a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba＜BbC．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【解析】由图可知b处的磁感线较密，a处的磁感线较疏，所以Ba＜Bb，故A错，B对，通电导线在磁场中受力的大小与导线在磁场中的放置方向有很大关系，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．【答案】B【方法总结】磁感线的疏密反映磁场的强弱，磁感线越密的地方表示磁场越强，磁感线越疏的地方表示磁场越弱；磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向．(2014·扬州模拟)关于磁感线，下列说法中正确的是()A．磁感线是真实存在的B．磁感线切线方向可以表示磁感应强度的方向C．磁感线一定是直线D．沿着磁感线方向，磁感应强度越来越小变式训练1-1解析：为了形象的描述磁体和导线周围的磁场，假象出来的曲线——磁感线，不是客观存在的，故A选项错误；磁感线的切线方向表示磁感应强度的方向，故B选项正确；磁感线可以是直线，也可以是曲线，通电螺线管周围的磁感线分布，既有直线又有曲线，故C选项错误；磁感线的疏密表示磁感应强度的强弱，沿着磁感线的方向磁感应强度不一定变小，故D选项错误．答案：B如图所示，环形导线周围有三只小磁针a、b、c，闭合开关S后，三只小磁针N极的偏转方向是()A．全向里B．全向外C．a向里，b、c向外D．a、c向外，b向里题型2安培定则与磁感线的综合应用【解析】开关闭合后，环形电流中存在顺时针方向的电流，根据安培定则可判知：环内磁场方向垂直于纸面向里，环外磁场方向垂直于纸面向外．磁场的方向就是小磁针静止时N极的指向，所以小磁针b向里偏转，小磁针a、c向外偏转．【答案】D【方法总结】安培定则的应用：(1)几个方向的一致性：磁感线方向、磁场方向和能自由转动的小磁针静止时N极所指的方向，三者是一致的．(2)安培定则(右手螺旋定则)应用时注意的几点：①分清“因”和“果”：在判定直线电流的磁场的方向时，大拇指指“原因”——电流方向，四指指“结果”——磁场绕向；在判定环形电流磁场方向时，四指指“原因”——电流绕向，大拇指指“结果”——环内沿中心轴线的磁感线方向，即指N极．②优先采用整体法：一个任意形状的闭合电流(如三角形、矩形)的磁场，从整体效果上可等效为环形电流的磁场．如图各图中，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，可用安培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．变式训练2-1答案：如下图所示．安培的分子环形电流假说不可以用来解释()A．磁体在高温时失去磁性B．磁铁经过敲击后磁性会减弱C．铁磁类物质放入磁场后具有磁性D．通电导线周围存在磁场题型3对安培分子电流假说的理解【解析】安培的分子环形电流假说认为核外电子绕原子核作圆周运动故可以解释磁化、退磁现象，通电导线的磁场是由自由电荷的定向运动形成的，即产生磁场的不是分子电流，故不能解释电流为什么能产生磁场，D选项错误．【答案】D【方法总结】(1)所有磁现象都是电荷运动产生的．(2)分子电流的两侧相当于两个磁极．(3)分子电流取向大致相同时显示较强磁性，杂乱无章时不显磁性．一根软铁棒在磁场中被磁化，这是因为()A．软铁棒中产生了分子电流B．软铁棒中分子电流取向杂乱无章C．软铁棒中分子电流消失D．软铁棒中分子电流取向变得大致相同解析：软铁棒中的分子电流是一直存在的，并不是因为有了外界磁场作用而产生或消失，所以A、C错误；根据磁化过程的实质，可知B错，D对．答案：D变式训练3-1匀强磁场中的一个与磁场方向垂直放置的矩形线圈，面积为S，磁场的磁感应强度为B．在它绕对称轴从如图所示位置转过180°的过程中，求穿过该线圈磁通量的变化量．题型4磁通量的分析与计算【解析】起始状态的磁通量Φ1＝BS.末态的磁通量大小Φ2＝BS，但初态是从正面穿入，末态则从反面穿出．若初态Φ1为负，则Φ2为正(非矢量，类似正、负功的正、负意义)，所以ΔΦ＝BS－(－BS)＝2BS，而不是零．【答案】见解析【方法总结】(1)确定磁场是否为匀强磁场．(2)匀强磁场中，若B垂直S，则可利用公式Φ＝BS计算磁通量，若B与S不垂直，则有以下两种计算方法：方法一：面积代入S在垂直磁场方向的投影；方法二：磁感应强度代入B垂直S方向的分量．(3)磁通量是标量，但有正负，若规定磁感线从正面穿过线圈为正值，那么磁感线从反面穿过线圈为负值．(4)求磁通量变化量ΔΦ时，ΔΦ＝|Φ2－Φ1|.注意Φ2、Φ1分别带有正、负号．但结果只考虑大小，所以取绝对值．变式训练4-1如图所示，匝数为N、半径为r1的圆形线圈内有匀强磁场，匀强磁场在半径为r2的圆形区域内，匀强磁场的磁感应强度B垂直于线圈平面．通过该线圈的磁通量为()A．Bπr21B．Bπr22C．NBπr21D．NBπr22解析：磁通量的定义式Φ＝BS，其中S为垂直于磁场的有效面积，即πr，故通过该线圈的磁通量为Bπr，B选项正确．答案：B题型5磁场的叠加问题(2014·宝鸡一模)理论研究表明，无限长通电直导线磁场中某点的磁感应强度可用公式B＝kIr(k是常数、I是导线中电流强度、r是该点到直导线的距离)表示．如图，两根无限长通电直导线垂直x轴平行放置，相距为L，电流强度均为I，能正确反映两导线间的磁感应强度B与x关系的是图中的(规定B的正方向垂直纸面向里)()【解析】根据题干信息，B＝kIr，可知无限长通电直导线磁场中某点的磁感应强度与导线中电流强度I成正比，与该点到直导线的距离r成反比，原点处的通电直导线使该点的磁感应强度为无穷大，方向垂直纸面向里，正方向；同理，x＝L处的通电直导线此处的磁感应强度为无穷大，方向垂直纸面向外，负方向．在x＝L2处，两电流产生的磁感应强度和为零，故A选项正确，B、C、D选项错误．【答案】A【方法总结】解答本题时应把握以下三点：(1)直线电流的磁感线为以直线电流为圆心的同心圆．(2)电流周围各点的磁感应强度的大小与电流大小和离电流的远近有关．(3)各点的磁感应强度应为I1、I2分别产生的B的叠加．(2015·唐山一中模拟)如图所示，真空中一根绝缘杆连接的两个带等量异种电荷