高中物理人教版1第三章磁場(chǎng) 2023版第3章3幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)

3幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.知道磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，了解安培分子電流假說(shuō)．2．知道磁感線的定義和特點(diǎn)，了解幾種常見(jiàn)磁場(chǎng)的磁感線分布．(重點(diǎn))3．會(huì)用安培定則判斷電流的磁場(chǎng)方向．(難點(diǎn))4．知道勻強(qiáng)磁場(chǎng)、磁通量的概念．(重點(diǎn))磁感線安培定則eq\o([先填空])1．磁感線(1)定義：用來(lái)形象描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱及方向的曲線．(2)特點(diǎn)：①磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱．②磁感線上某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向．2．安培定則(1)直線電流的磁場(chǎng)：右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向，如圖3-3-1甲所示．圖3-3-1(2)環(huán)形電流的磁場(chǎng)：讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向，如圖3-3-1乙所示．(3)通電螺線管的磁場(chǎng)：右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟電流方向一致，拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向，或拇指指向螺線管的N極，如圖3-3-1丙所示．3．安培分子電流假說(shuō)(1)內(nèi)容：安培認(rèn)為，在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流，即分子電流．分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都成為小磁體，它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè)磁極．(2)意義：能夠解釋磁化以及退磁現(xiàn)象，解釋磁現(xiàn)象的電本質(zhì)．(3)磁鐵的磁場(chǎng)和電流的磁場(chǎng)一樣，都是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的．eq\o([再判斷])1．通電直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)的磁感線是閉合的圓環(huán)．(√)2．磁感線可以用細(xì)鐵屑來(lái)顯示，因而是真實(shí)存在的．(×)3．磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷．(√)4．除永久性磁鐵外，一切磁場(chǎng)都是由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的．(×)5．一般的物體不顯磁性是因?yàn)槲矬w內(nèi)的分子電流取向雜亂無(wú)章．(√)eq\o([后思考])1．有同學(xué)認(rèn)為磁感線總是從磁體北極指向南極，你認(rèn)為對(duì)嗎？【提示】不對(duì)，在磁體外部磁感線從磁體北極指向南極，而在磁體內(nèi)部，磁感線是從南極指向北極．2．怎樣可以使磁鐵的磁性減弱或失去磁性？【提示】高溫或猛烈的撞擊可以使分子電流取向變得雜亂無(wú)章，從而失去磁性．eq\o([合作探討])如圖3-3-2所示，螺線管內(nèi)部小磁針靜止時(shí)N極指向右方．圖3-3-2探討1：螺線管內(nèi)部磁場(chǎng)沿什么方向？螺線管c、d端，哪端為N極？【提示】由c指向端為N極．探討2：小磁針?lè)旁诼菥€管上方e處，靜止時(shí)N極指向什么方向？【提示】向左．探討3：電源的a、b端，哪端為正極？【提示】a端．eq\o([核心點(diǎn)擊])1．磁感線的特點(diǎn)(1)為形象描述磁場(chǎng)而引入的假想曲線，實(shí)際并不存在．(2)磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，密集的地方磁場(chǎng)強(qiáng)，稀疏的地方磁場(chǎng)弱．(3)磁感線的方向：磁體外部從N極指向S極，磁體內(nèi)部從S極指向N極．(4)磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷．(5)磁感線上某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向．2．磁感線與電場(chǎng)線的比較兩種線磁感線電場(chǎng)線相似點(diǎn)引入目的形象描述場(chǎng)而引人的遐想線,實(shí)際不存疏密場(chǎng)的強(qiáng)弱切線方向場(chǎng)的方向相交不能相交(電場(chǎng)中無(wú)電荷空間不相交)不同點(diǎn)閉合曲線不閉合，起始于正電荷，終止于負(fù)電荷3.常見(jiàn)永磁體的磁場(chǎng)圖3-3-34．三種常見(jiàn)的電流的磁場(chǎng)安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖直線電流以導(dǎo)線上任意點(diǎn)為圓心垂直于導(dǎo)線的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場(chǎng)越弱環(huán)形電流內(nèi)部磁場(chǎng)比環(huán)外強(qiáng)，磁感線越向外越稀疏通電螺線管內(nèi)部為勻強(qiáng)磁場(chǎng)且比外部強(qiáng)，方向由S極指向N極，外部類似條形磁鐵，由N極指向S極5.安培假說(shuō)對(duì)有關(guān)磁現(xiàn)象的解釋(1)磁化現(xiàn)象：一根軟鐵棒，在未被磁化時(shí)，內(nèi)部各分子電流的取向雜亂無(wú)章，它們的磁場(chǎng)互相抵消，對(duì)外不顯磁性；當(dāng)軟鐵棒受到外界磁場(chǎng)的作用時(shí)，各分子電流取向變得大致相同時(shí)，兩端顯示較強(qiáng)的磁性作用，形成磁極，軟鐵棒就被磁化了，即磁化的實(shí)質(zhì)是分子電流由無(wú)序變?yōu)橛行颍?2)磁體的消磁：磁體受到高溫或猛烈撞擊狀況時(shí)，即在激烈的熱運(yùn)動(dòng)或機(jī)械運(yùn)動(dòng)影響下，分子電流的取向又會(huì)變得雜亂無(wú)章，使得磁體磁性消失．1．如圖3-3-4所示，表示蹄形磁鐵周圍的磁感線，磁場(chǎng)中有a、b兩點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是()圖3-3-4A．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，Ba>BbB．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，Ba<BbC．蹄形磁鐵的磁感線起始于蹄形磁鐵的N極，終止于蹄形磁鐵的S極D．a(chǎn)處沒(méi)有磁感線，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度為零【解析】由題圖可知b處的磁感線較密，a處的磁感線較疏，所以Ba<Bb，故A錯(cuò)，B對(duì)；磁感線是閉合曲線，沒(méi)有起點(diǎn)和終點(diǎn)，故C錯(cuò)；在沒(méi)畫磁感線的地方，并不表示沒(méi)有磁場(chǎng)存在，故D錯(cuò)．【答案】B2．為了解釋地球的磁性，19世紀(jì)安培假設(shè)：地球的磁場(chǎng)是由繞過(guò)地心的軸的環(huán)形電流I引起的．在下列四個(gè)圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是()【解析】地磁場(chǎng)是從地球的南極附近出來(lái)，進(jìn)入地球的北極附近，除兩極外地表上空的磁場(chǎng)都具有向北的磁場(chǎng)分量，由安培定則，環(huán)形電流外部磁場(chǎng)方向向北、可知，B正確．A圖地表上空磁場(chǎng)方向向南，A錯(cuò)誤．C、D在地表上空產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向是東西方向，C，D錯(cuò)誤．故選B.【答案】B安培定則記憶口訣“直對(duì)直，彎對(duì)彎”．即在應(yīng)用安培定則時(shí)，四指始終彎曲，拇指始終伸直，當(dāng)是直線電流時(shí)，拇指指向電流方向，四指指向磁場(chǎng)方向；當(dāng)是環(huán)形電流時(shí)，四指彎曲指向電流方向，拇指指向磁場(chǎng)方向．勻強(qiáng)磁場(chǎng)和磁通量eq\o([先填空])1．勻強(qiáng)磁場(chǎng)(1)定義：強(qiáng)弱、方向處處相同的磁場(chǎng)．(2)磁感線特點(diǎn)：疏密均勻的平行直線．2．磁通量(1)定義：勻強(qiáng)磁場(chǎng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度和與磁場(chǎng)方向垂直的平面面積S的乘積，即Φ＝BS.(2)拓展：磁場(chǎng)B與研究的平面不垂直時(shí)，這個(gè)面在垂直于磁場(chǎng)B方向的投影面積S′與B的乘積表示磁通量．(3)單位：國(guó)際單位制是韋伯，簡(jiǎn)稱韋，符號(hào)是Wb，1Wb＝1_T·m2.(4)引申：B＝eq\f(Φ,S)，表示磁感應(yīng)強(qiáng)度等于穿過(guò)單位面積的磁通量，因此磁感應(yīng)強(qiáng)度B又叫磁通密度．eq\o([再判斷])1．在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中面積越大，磁通量一定越大．(×)2．磁感應(yīng)強(qiáng)度等于垂直穿過(guò)單位面積的磁通量．(√)3．磁通量不僅有大小而且有方向，所以是矢量．(×)4．將一平面置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的任何位置，穿過(guò)該平面的磁通量總相等．(×)eq\o([后思考])若通過(guò)某面積的磁通量等于零，則該處一定無(wú)磁場(chǎng)，你認(rèn)為對(duì)嗎？【提示】不對(duì)．磁通量除與磁感應(yīng)強(qiáng)度、面積有關(guān)外，還與環(huán)面和磁場(chǎng)夾角有關(guān)，當(dāng)環(huán)面與磁場(chǎng)平行時(shí)，磁通量為零，但仍能存在磁場(chǎng)．eq\o([合作探討])如圖3-3-5所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)B0豎直向下，且與平面BCFE垂直，已知平面BCFE的面積為S.圖3-3-5探討1：平面BCFE的磁通量是多大？【提示】B0S.探討2：平面ABCD的磁通量是多大？【提示】B0S.探討3：平面AEFD的磁通量是多大？【提示】0.eq\o([核心點(diǎn)擊])1．磁通量的物理意義：表示磁場(chǎng)中穿過(guò)某一平面的磁感線條數(shù)，且為穿過(guò)的磁感線的凈條數(shù)．2．磁通量的計(jì)算(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感線與平面垂直時(shí)：Φ＝BS.(2)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感線與平面不垂直時(shí)：Φ＝BSsinθ，公式中的θ是平面與磁感線的夾角，Ssinθ是平面在垂直于磁感線方向的投影面積．3．磁通量的正、負(fù)值含義(1)磁通量是標(biāo)量，但有正、負(fù)．若規(guī)定磁感線從某平面穿入時(shí)，磁通量為正值，則磁感線從該平面穿出時(shí)即為負(fù)值．(2)若某一平面有正反兩個(gè)方向的磁感線穿過(guò)，穿過(guò)正向的磁通量為Φ1，反向的磁通量為Φ2，則穿過(guò)該平面的磁通量Φ＝Φ1－Φ2.4．磁通量與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的另一種定義：由Φ＝BS得B＝eq\f(Φ,S)，此為磁感應(yīng)強(qiáng)度的另一定義式，表示穿過(guò)垂直于磁場(chǎng)方向的單位面積的磁感線條數(shù)，所以B又叫作磁通密度．(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的另一個(gè)單位：由B＝eq\f(Φ,S)得磁感應(yīng)強(qiáng)度的另一個(gè)單位是eq\f(Wb,m2)，且1T＝1eq\f(Wb,m2)＝1eq\f(N,A·m).3．如圖3-3-6所示，在條形磁鐵中部垂直套有A、B兩個(gè)圓環(huán)，設(shè)通過(guò)線圈A、B的磁通量為ΦA(chǔ)、ΦB，則()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：34522039】圖3-3-6A．ΦA(chǔ)＝ΦBB．ΦA(chǔ)<ΦBC．ΦA(chǔ)>ΦBD．無(wú)法判斷【解析】在條形磁鐵的周圍，磁感線是從N極出發(fā)，經(jīng)外空間磁場(chǎng)由S極進(jìn)入磁鐵內(nèi)部．在磁鐵內(nèi)部的磁感線從S極指向N極，又因磁感線是閉合的平滑曲線，所以條形磁鐵內(nèi)外磁感線條數(shù)一樣多，從下向上穿過(guò)A、B環(huán)的磁感線條數(shù)一樣多，而從上向下穿過(guò)A環(huán)的磁感線多于B環(huán)，則從下向上穿過(guò)A環(huán)的凈磁感線條數(shù)小于B環(huán)，所以通過(guò)B環(huán)的磁通量大于通過(guò)A環(huán)的磁通量．【答案】B4．如圖3-3-7所示，框架面積為S，框架平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直，則穿過(guò)平面的磁通量為多少？若使框架繞OO′軸轉(zhuǎn)過(guò)60°角，則穿過(guò)線框平面的磁通量為多少？若從初始位置轉(zhuǎn)過(guò)90°角，則穿過(guò)線框平面的磁通量為多少？圖3-3-7若從初始位置轉(zhuǎn)過(guò)180°角，則穿過(guò)線框平面的磁通量變化為多少？【解析】在圖示位置時(shí)，磁感線與線框平面垂直，Φ＝BS.當(dāng)框架繞OO′軸轉(zhuǎn)過(guò)60°時(shí)可以將原圖改畫成從上面向下看的俯視圖，如圖所示．Φ＝BS⊥＝BS·cos60°＝eq\f(1,2)BS.轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)，線框由磁感線垂直穿過(guò)變?yōu)槠叫校担?.線框轉(zhuǎn)過(guò)180°時(shí)，磁感線仍然垂直穿過(guò)線框，只不過(guò)穿過(guò)方向改變了．因而Φ1＝BS，Φ2＝－BS，ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－2BS.即磁通量變化了2BS.【答案】BSeq\