2019-2020学年高中物理 第三章 磁场 第3节 几种常见的磁场课件 新人教版选修3-1

第3节几种常见的磁场自主学习课堂探究课堂达标自主学习学习目标1.了解磁感线的概念,知道磁感线的作用。2.了解直线电流周围的磁场分布,并会用磁感线描绘。3.会用安培定则解决直线电流的磁感线方向和电流方向判断问题。4.了解环形电流和通电螺线管内、外部磁场的分布,并会用磁感线描绘。5.会用安培定则解决环形电流和通电螺线管的磁感线方向和电流方向判断问题。6.了解匀强磁场的概念,会画匀强磁场的磁感线。7.了解磁通量的概念,知道公式Φ=BS及其适用条件,知道磁通量的单位,会计算平面与磁场垂直时的磁通量。教材提炼一、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。切线方向2.基本特性:磁感线的表示磁场的强弱,磁感线越密的地方磁场越强,磁感线越疏的地方磁场越弱。疏密二、几种常见的磁场1.直线电流的磁场安培定则:握住导线,让伸直的拇指所指的方向与方向一致,弯曲的四指所指的方向就是环绕的方向。如图所示。右手电流磁感线2.环形电流的磁场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上磁感线的方向。如图所示。环形电流轴线3.通电螺线管的磁场通电螺线管是许多匝环形电流而成,它的磁场是磁场的叠加,因此利用环形电流的安培定则判断其磁场。如图所示。串联环形电流三、匀强磁场1.定义:磁感应强度的、处处相同的磁场。强弱方向2.磁感线:间隔相同的。平行直线四、磁通量1.定义:在匀强磁场中,磁感应强度B和与磁场方向垂直的平面面积S的乘积,叫做穿过这个面积的磁通量。2.定义式:Φ=。BS3.单位:,简称韦,符号是Wb。1Wb=1T·m2。韦伯4.矢标性:磁通量是量。标5.磁通密度:即磁感应强度,B=。S自我反馈1.下列关于电场线和磁感线的说法中,正确的是()A.电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线B.磁场中两条磁感线一定不相交,但在复杂电场中的电场线是可以相交的C.电场线是不闭合曲线,而磁感线是闭合曲线D.电场线越密的地方,同一试探电荷所受的电场力越大;磁感线分布越密的地方,同一通电导线所受的磁场力也越大C解析:电场线与磁感线分别是为了形象描述电场、磁场而引入的假想线,实际不存在,A错误。两种场线的切线方向均表示相应的场方向,两种场线都不会相交,B错误。电场线起始于正电荷或无穷远、终止于无穷远或负电荷,而磁感线在磁体外部由N极指向S极,在磁体内部由S极指向N极,组成闭合曲线,C正确。电场线越密,表示该处电场越强,同一试探电荷在此处受电场力越大;磁感线越密,表示该处磁场越强,但通电导线受到的磁场力大小还与通电导线中的电流方向和大小有关,故通电导线受到的磁场力不一定大,D错误。2.(2018·浙江东阳中学月考)如图所示,通电螺线管中放入一小磁针,则通电后小磁针的N极指向及螺线管两端相当于磁体的极性分别为()A.小磁针的N极指向a端,a端为N极B.小磁针的N极指向a端,a端为S极C.小磁针的N极指向b端,a端为N极D.小磁针的N极指向b端,a端为S极A解析:由安培定则可得,螺线管a端为N极,b端为S极,螺线管内部磁感线从S极指向N极,所以小磁针N极指向a端,故A正确,B,C,D错误。3.如图所示为某种用来束缚原子的磁场的磁感线分布情况,以O点为坐标原点,沿z轴正方向磁感应强度B大小的变化最有可能为()C解析:磁感线的疏密程度表示磁感应强度B的大小,沿z轴方向B先减小后增大,故最有可能的为C图。4.如图所示,匀强磁场垂直于纸面,磁感应强度为B。边长为a的正方形线框与磁场垂直,且一条对角线与磁场边界重合。则通过线圈平面的磁通量为()A.Ba2B.BaC.Ba2D.2Ba12A解析:据题意知,线框在匀强磁场中,线框平面与磁场方向垂直,则通过线框的磁通量是Φ=BS=22Ba,故A正确,B,C,D错误。课堂探究要点突破【例1】电路没接通时三枚小磁针方向如图,试确定电路接通后三枚小磁针的转向。要点一安培定则的理解和应用解析:接通电源后,螺线管的磁场为内部从左指向右,外部从右指向左,如图所示,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基本不动误区警示分析小磁针转动的注意点(1)要注意“同名磁极相斥,异名磁极相吸”的结论仅适用于两个磁极都在外部磁场的情况。(2)在螺线管内部,磁感线从S极到N极;在外部,磁感线从N极到S极。针对训练1:南极考察队队员在地球南极附近用弹簧测力计竖直悬挂一未通电螺线管,如图所示。下列说法正确的是()A.若将b端接电源正极,a端接电源负极,则弹簧测力计示数将减小B.若将a端接电源正极,b端接电源负极,则弹簧测力计示数将增大C.若将b端接电源正极,a端接电源负极,则弹簧测力计示数将增大D.不论螺线管通电情况如何,弹簧测力计示数均不变C解析:一方面,可以将地球等效处理为一个大条形磁铁,地理南极附近相当于磁铁的N极,因而在地理南极附近地磁场方向近似竖直向上,如图所示。另一方面,可利用安培定则确定通电螺线管在其周围产生的磁场方向,再根据“同名磁极相斥,异名磁极相吸”的规律判定螺线管与地球之间的作用情况。正确选项为C。要点二【例2】如图所示是等腰直角三棱柱,其中abcd为正方形,边长为L,它们按图示位置放置于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B,下面说法中错误的是()A.通过abcd平面的磁通量大小为L2BB.通过dcfe平面的磁通量大小为L2BC.通过abfe平面的磁通量大小为零D.通过bcf平面的磁通量为零对磁通量的理解A22解析:abcd平面在垂直于B方向的投影S⊥=22L2,所以Φabcd=BS⊥=22L2B,A错;dcfe平面与B垂直,Sdcfe=22L2,所以Φdcfe=22L2B,B正确;abfe平面与B平行,故通过abfe平面的磁通量大小为零,C正确;bcf平面与B平行,通过的磁通量为零,D正确。规律方法磁通量与磁感线的区别与联系磁感应强度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磁场情况,它与给定面对应。针对训练2:如图所示,竖直长导线通以恒定电流I,一闭合线圈MNPQ与导线在同一平面内,当线圈从图示位置向右逐渐远离导线时,穿过线圈的磁通量将()A.变小B.变大C.不变D.先变大,后变小A解析:在通电直导线形成的磁场中,离导线越远,磁场越弱,故线圈右移时,磁通量变小,故A正确,B,C,D错误。要点三【例3】(2018·衢州、湖州、丽水高三联考)两根平行放置的通电长直导线,电流大小分别为I1和I2,方向如图所示。与导线垂直的平面内有a,b,c,d四点,其中a,b在导线横截面中心连线的延长线上,c,d在导线横截面中心连线的垂直平分线上。则下列说法正确的是()A.当I1I2时,a点的磁感应强度可能为零B.当I1I2时,b点的磁感应强度可能为零C.当I1=I2时,c点的磁感应强度可能为零D.当I1=I2时,d点的磁感应强度可能为零磁感应强度的叠加B解析:根据右手定则可以判断其产生的磁场方向,越靠近导线,磁场越强。若I2=I1,则在a点I2产生的磁感应强度大小小于I1产生的磁感应强度大小,只有当I2I1,才有可能使得a点的磁感应强度为零,所以选项A错误;同理可得,当I1I2时,b点的磁感应强度可能为零,选项B正确;图中可以看出,无论I1,I2大小关系如何,c,d点磁感应强度均不可能为零,选项C,D错误。误区警示磁场中的磁感线的注意点(1)若磁场中某点有n个场源形成的磁场,其磁感应强度为它们的矢量和,该点磁感线的切线方向是唯一确定的。(2)直线电流的磁场的磁感线是以导线某点为圆心,与导线垂直的同心圆,同一圆周上各点磁感应强度不同,磁场随距离导线的距离的增大而减弱。针对训练3:(2018·浙江温州适应性考试)如图所示,两根互相平行的长直导线垂直穿过纸面放置,导线中通有大小相等、方向相同的电流。a,b两点在连线上,c,d两点在中垂线上,O为中点,且aO=bO=cO=dO。下列说法正确的是()A.a,b两点的磁感应强度大小相等,方向相反B.a,b两点的磁感应强度大小不等,方向相同C.c,d两点的磁感应强度大小相等,方向相同D.c,d两点的磁感应强度大小不等,方向相反A解析:通电直导线产生的磁感应强度遵守右手定则,且离直导线越近,磁场越强,如图所示。由图可知在a,b两点的磁感应强度大小相等,方向相反,选项A正确,B错误;而在c,d两处的磁感应强度大小相等,方向相反,所以选项C,D均错。教材探究在教材P86图3.3-1中,磁场中铁屑的排列看似是一些曲线,它反映了磁场中磁感线的分布,这能否说明磁感线是真实存在的?答案:该实验可以模拟磁感线,但磁场中并不存在磁感线,它是人们为了形象地描述磁场而假想的曲线。课堂达标B1.如图表示磁场的磁感线,依图分析磁场中a点的磁感应强度比b点的磁感应强度小的是()2.下列各图中,已标出电流I、磁感应强度B的方向,其中符合安培定则的是()C解析:由安培定则可知,A,B错误;用右手握住通电螺线管,使四指弯曲与电流方向一致,那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极,据此可知,故C正确,D错误。3.如图所示,两个同心放置的平面金属圆环,条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直,则通过两圆环的磁通量Φa,Φb间的关系是()A.ΦaΦbB.ΦaΦbC.Φa=ΦbD.不能确定A解析:通过圆环的磁通量等效为穿过圆环的磁感线的条数,首先明确条形磁铁的磁感线分布情况,另外要注意磁感线是闭合的曲线。条形磁铁的磁感线在磁体的内部是从S极到N极,在磁体的外部是从N极到S极,内部有多少根磁感线,外部的整个空间就有多少根磁感线同内部磁感线构成闭合曲线。对两个圆环,磁体内部的磁感线全部穿过圆环,外部的磁感线穿过多少,磁通量就抵消多少,所以面积越大,磁通量反而越小。4.如图所示,一矩形线框置于磁感应强度为B的匀强磁场中,线框平面与磁场方向平行,若线框的面积为S,则通过线框的磁通量为()A.0B.BSC.BSD.SBA解析:磁通量表达式Φ=BS,S指垂直磁感线的有效面积,可知图中有效面积为零,故磁通量为零,故A正确,B,C,D错误。