人教版高二物理（選修31）3.3　幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)典型例題深度分析（含解析）

人教版高二物理（選修3-1）第三章磁場(chǎng)3.3幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)典型例題深度分析【例1】一細(xì)長(zhǎng)的小磁針，放在一螺線管的軸線上，N極在管內(nèi)，S極在管外。若此小磁針可左右自由移動(dòng)，則當(dāng)螺線管通以圖所示電流時(shí)，小磁針將怎樣移動(dòng)？解析：正確解題思路是：當(dāng)螺線管通電后，根據(jù)右手螺旋定則判定出管內(nèi)、外磁感線方向如圖所示，管內(nèi)外a、b兩處磁場(chǎng)方向向右，管內(nèi)b處磁感線分布較密，管處a處磁感線分布較稀。根據(jù)磁場(chǎng)力的性質(zhì)知：小磁針N極在b處受力方向向右，且作用力較大；小磁針S極在a處受力向左，且作用力較小，因而小磁針?biāo)艿拇艌?chǎng)力的合力方向向右。點(diǎn)評(píng)：“同名磁極相斥、異名磁極相吸”只適合于磁體間外部相互作用的情形，適用情形存在局限性；而磁場(chǎng)力的性質(zhì)：“磁體N極受力方向與所在處磁場(chǎng)方向相同”對(duì)于磁極間內(nèi)部或外部作用總是普遍適用的.【例2】如圖所示，一束帶電粒子沿水平方向飛過(guò)小磁針的上方，并與磁針指向平行，能使小磁針的N極轉(zhuǎn)向讀者，那么這束帶電粒子可能是_A.向右飛行的正離子束B(niǎo).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)離子束解析：小磁針的N極指向讀者，說(shuō)明小磁針?biāo)谔幍拇艌?chǎng)方向是指向讀者，由安培定則可確定出帶電粒子形成的電流方向向左，這向左的電流可能是向左飛行的正離子形成，也可能是向右飛行的負(fù)離子形成，故正確答案為B、C答案：BC對(duì)安培分子電流假說(shuō)的理解【例3】關(guān)于磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，下列說(shuō)法中正確的是_A.磁與電緊密聯(lián)系，有磁必有電，有電必有磁B.不管是磁體的磁場(chǎng)還是電流的磁場(chǎng)都起源于電荷的運(yùn)動(dòng)C.永久磁鐵的磁性不是由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的D.根據(jù)安培假說(shuō)可知，磁體內(nèi)分子電流總是存在的，因此，任何磁體都不會(huì)失去磁性解析：磁與電是緊密聯(lián)系的，但“磁生電”“電生磁”都有一定的條件，運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)，但一個(gè)靜止的點(diǎn)電荷的周圍就沒(méi)有磁場(chǎng)，分子電流假說(shuō)揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，磁鐵的磁場(chǎng)和電流的磁場(chǎng)一樣都是由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的，磁體內(nèi)部只有當(dāng)分子電流取向大體一致時(shí)，就顯示出磁性，當(dāng)分子電流取向不一致時(shí)，就沒(méi)有磁性，所以本題的正確答案為B。答案：B【例1】關(guān)于磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（ ）A、 磁體隨溫度升高磁性增強(qiáng) B、安培分子電流假說(shuō)揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)B、 所有磁現(xiàn)象的本質(zhì)都可歸結(jié)為電荷的運(yùn)動(dòng)D、一根軟鐵不顯磁性，是因?yàn)榉肿与娏魅∠螂s亂無(wú)章【解析】安培分子電流假設(shè)告訴我們:物質(zhì)微粒內(nèi)部,存在一種環(huán)形電流，即分子電流。分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都成為微小的磁體，當(dāng)分子電流的取向一致時(shí)，整個(gè)物體體現(xiàn)磁性，若分子電流取向雜亂無(wú)章，那么整個(gè)物體不顯磁性。當(dāng)磁體的溫度升高時(shí)，分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)加劇，分子電流取向變得不一致，磁性應(yīng)當(dāng)減弱?！敬鸢浮緼【例2】?jī)蓤A環(huán)A、B同心放置且半徑RARB，將一條形磁鐵置于兩環(huán)圓心處，且與圓環(huán)平面垂直，如圖所示，則穿過(guò)A、B兩圓環(huán)的磁通量的大小關(guān)系為（ ）A、AB B、A=B C、AB D、無(wú)法確定【解析】磁通量可形象地理解為穿過(guò)某一面積里的磁感線的條數(shù)，而沿相反方向穿過(guò)同一面積的磁通量一正、一負(fù)，要有抵消。本題中，條形磁鐵內(nèi)部的所有磁感線，由下往上穿過(guò)A、B兩個(gè)線圈，而在條形磁體的外部，磁感線將由上向下穿過(guò)A、B線圈，不難發(fā)現(xiàn)，由于A線圈的面積大，那么向下穿過(guò)A線圈磁感線多，也即磁通量抵消掉多，這樣穿過(guò)A線圈的磁通量反而小?！纠?】如圖所示，通有恒定電流的導(dǎo)線MN與閉合金屬框共面，第一次將金屬框由平移到第二次將金屬框繞ab邊翻轉(zhuǎn)到，設(shè)先后兩次通過(guò)金屬框的磁通量變化分別為和，則（ ）A、 B、= C、 D、不能判斷【解析】導(dǎo)體MN周圍的磁場(chǎng)并非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，靠近MN處的磁場(chǎng)強(qiáng)些，磁感線密一些，遠(yuǎn)離MN處的磁感線疏一些，當(dāng)線框在I位置時(shí)，穿過(guò)平面的磁通量為，當(dāng)線圈平移至位置時(shí),磁能量為，則磁通量的變化量為=-，當(dāng)?shù)骄€框翻轉(zhuǎn)到位置時(shí)，磁感線相當(dāng)于從“反面”穿過(guò)原平面，則磁通量為-，則磁通量的變化量是=+所以【答案】C【例1】如圖3-3-4表示一個(gè)通電螺線管的縱截面，ABCDE在此縱截面內(nèi)5個(gè)位置上的小磁針是該螺線管通電前的指向，當(dāng)螺線管通入如圖所示的電流時(shí)，5個(gè)小磁針將怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)？圖3-3-4思路分析：判斷小磁針的偏轉(zhuǎn)方向的主要依據(jù)是磁感線的方向.因小磁針最終靜止下來(lái)時(shí)N極的指向就是該點(diǎn)的磁感線的切向方向.根據(jù)安培定則，畫出螺線管通電后的磁感線，結(jié)合小磁針在磁場(chǎng)中靜止時(shí)所指的方向進(jìn)行判定.注意螺線管內(nèi)部小磁針不能簡(jiǎn)單地利用磁極間的作用規(guī)律判定.答案：A、C兩處小磁針N極向右轉(zhuǎn)；B、D、E處小磁針N極向左轉(zhuǎn)，最后如圖3-3-5所示.圖3-3-5溫馨提示：（1）如何判定通電導(dǎo)線周圍的小磁針的轉(zhuǎn)動(dòng)方向？ 認(rèn)清小磁針?biāo)谖恢?弄清小磁針是在通電直導(dǎo)線的上方還是下方，左側(cè)還是右側(cè)；是在通電螺線管的內(nèi)部還是外部，是在螺線管的軸線上還是在螺線管的某一側(cè). 認(rèn)清小磁針能繞什么樣的軸轉(zhuǎn)動(dòng). 根據(jù)已知的電流方向，利用安培定則判定小磁針?biāo)谔幍拇艌?chǎng)方向(即小磁針?biāo)谔幍拇鸥芯€的切線方向). 由于小磁針N極所受磁場(chǎng)力的方向與所在處的磁場(chǎng)方向相同，所以小磁針的N極將沿著小于180的角旋轉(zhuǎn)，直到N極的指向與所在點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同為止.在說(shuō)明小磁針的轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，必須說(shuō)明是從什么方向觀察的，而且觀察的方向應(yīng)垂直于小磁針的旋轉(zhuǎn)平面.【例2】如圖3-3-6甲所示是三根平行直導(dǎo)線的截面圖，若它們的電流大小都相同，且ab=ac=ad，則a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是( )圖3-3-6A.垂直紙面指向紙里 B.垂直紙面指向紙外C.沿紙面由a指向b D.沿紙面由a指向d思路分析：空間存在三根通電直導(dǎo)線，每根導(dǎo)線都會(huì)在其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，而磁感應(yīng)強(qiáng)度是一個(gè)矢量，所以a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)為b、c、d三根導(dǎo)線在a點(diǎn)所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加.通電直導(dǎo)線磁場(chǎng)的磁感線為同心圓，所以可畫出三根導(dǎo)線在a點(diǎn)所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，如圖3-3-6乙所示.根據(jù)對(duì)稱性，b、d兩根導(dǎo)線在a點(diǎn)所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反，則a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向就是c導(dǎo)線在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向.答案：D溫馨提示：每根導(dǎo)線在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，關(guān)鍵是確定每根導(dǎo)線在a處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，由矢量合成法則求合磁感應(yīng)強(qiáng)度.【例3】如圖3-3-7所示，兩塊軟鐵放在螺線管軸線上，當(dāng)螺線管通電后，兩軟鐵將(填“吸引”“排斥”或“無(wú)作用力”)，A端將感應(yīng)出 極.圖3-3-7思路分析：當(dāng)螺線管通電后，螺線管中的磁場(chǎng)使兩根軟鐵棒磁化，兩棒的左端同為N極，右端同為S極，兩棒相互吸引，A端磁化出S極.答案：吸引 S【例4】如圖3-3-8所示，線圈平面與水平方向成角，磁感線豎直向下，設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線圈面積為S，則穿過(guò)線圈的磁通量=_.圖3-3-8思路分析：線圈平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度B方向不垂直，不能直接用