歡迎進(jìn)入物理課堂 第三節(jié)幾種常見的磁場(chǎng) 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解安培分子電流假說 2 知道磁感線 知道幾種特殊磁場(chǎng)的磁感線分布 會(huì)用安培定則判斷電流的磁場(chǎng)方向 3 知道磁通量 重點(diǎn)難點(diǎn) 會(huì)用安培定則判斷磁感線方向 能計(jì)算磁通量的大小 易錯(cuò)問題 計(jì)算磁通量 BS時(shí) B與S應(yīng)垂直 一 磁感線為了描述磁場(chǎng) 在磁場(chǎng)中畫出的一些曲線 使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致 這樣的曲線叫做磁感線 二 幾種常見的磁場(chǎng)通電直導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng) 環(huán)形電流的磁場(chǎng)和通電螺線管的磁場(chǎng) 磁感線的方向都可以用判定 安培定則 1 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 所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向 示意圖如圖3 3 1甲所示 圖3 3 1 彎曲的四指 2 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 示意圖如圖乙所示 3 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磁感線的方向 或拇指指向螺線管的N極 示意圖如圖丙所示 內(nèi)部 1 沿磁感線的方向 磁場(chǎng)是減弱嗎 思考 思考 提示 1 磁感線的方向與磁場(chǎng)的強(qiáng)弱沒有關(guān)系 所以無法判定磁場(chǎng)是否減弱 三 安培分子電流假說1 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 分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都成為微小的磁體 它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè)磁極 2 磁鐵的磁場(chǎng)和電流的磁場(chǎng)一樣 都是由產(chǎn)生的 分子電流 分子 電流 四 勻強(qiáng)磁場(chǎng)1 勻強(qiáng)磁場(chǎng)是 處處相同的磁場(chǎng) 距離很近的兩個(gè)異名磁極之間的磁場(chǎng) 兩個(gè)平行放置的通電線圈 其中間區(qū)域的磁場(chǎng)都是勻強(qiáng)磁場(chǎng) 2 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線是一些間隔相同的 強(qiáng)弱 方向 平行直線 五 磁通量1 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 有一個(gè)與磁場(chǎng)方向的平面S B和S的乘積 叫做穿過這個(gè)面積的磁通量 2 公式 3 單位 1Wb 1T m2 4 從 BS可得 因此磁感應(yīng)強(qiáng)度B又叫做 垂直 BS 磁通密度 2 磁通量大 磁感應(yīng)強(qiáng)度一定大嗎 思考 提示 2 不一定 思考 一 幾種常見磁場(chǎng)的磁感線分布1 如圖3 3 2所示為條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁感線 圖3 3 2 2 如圖3 3 3所示為直線電流形成磁場(chǎng)的磁感線 圖3 3 3 圖中的 號(hào)表示磁場(chǎng)方向垂直進(jìn)入紙面 號(hào)表示磁場(chǎng)方向垂直離開紙面 3 如圖3 3 4所示為環(huán)形電流形成磁場(chǎng)的磁感線 圖3 3 4 4 如圖3 3 5所示為通電螺線管形成磁場(chǎng)的磁感線 圖3 3 5 1 注意整體掌握磁體周圍磁感線的分布情況 特別是疏密和方向變化情況 2 通電螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)磁感線的方向是由 S 極指向 N 極 二 電場(chǎng)線與磁感線的比較 1 從電場(chǎng) 磁場(chǎng)的概念理解兩種場(chǎng)線的相似點(diǎn) 矢量性 線的切線 強(qiáng)弱 線的疏密 方向的唯一性 空間任一點(diǎn)場(chǎng)線不相交 2 從兩種場(chǎng)線的區(qū)別理解兩種場(chǎng)的區(qū)別 電場(chǎng)線 電荷有正負(fù) 電場(chǎng)線有始終 磁感線 N S極不可分離 磁感線閉合 三 對(duì)磁通量的理解1 磁通量的定義公式 BS中的B應(yīng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 S是與磁場(chǎng)方向垂直的面積 因此可以理解為 BS 如果平面與磁場(chǎng)方向不垂直 應(yīng)把面積S投影到與磁場(chǎng)垂直的方向上 求出投影面積S 代入到 BS 中計(jì)算 應(yīng)避免硬套公式 2 磁通量是標(biāo)量 但有正負(fù) 當(dāng)磁感線從某一平面上穿入時(shí) 磁通量為正值 穿出時(shí)即為負(fù)值 3 磁通量的變化 2 1 1 當(dāng)B不變 有效面積S變化時(shí) B S 2 當(dāng)B變化 S不變時(shí) B S 3 B和S同時(shí)變化 則 2 1 1 平面S與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí) 要把面積S投影到與磁場(chǎng)垂直的方向上 即求出有效面積 2 可以把磁通量理解為穿過面積S的磁感線的凈條數(shù) 相反方向穿過面積S的磁感線可以互相抵消 3 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度和回路面積同時(shí)發(fā)生變化時(shí) t 0 而不能用 B S計(jì)算 4 當(dāng)面積S轉(zhuǎn)過180 時(shí) 磁通量的變化量 2 1 2BS 磁場(chǎng)中某區(qū)域的磁感線如圖3 3 6所示 則 圖3 3 6 例1 A a b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等 Ba BbB a b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等 Ba BbC 同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力小D a處沒有磁感線 所以磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 思路點(diǎn)撥 磁感線是人們?yōu)槊枋龃艌?chǎng)而人為畫出的線 其方向描述磁場(chǎng)的方向 疏密描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱 解析 由圖中可知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) 導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力的大小與導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的放置方向有很大關(guān)系 而不是僅僅取決于B與LI的大小 故C錯(cuò) 磁感線是用來描述磁場(chǎng)的 而又不可能在存在磁場(chǎng)的區(qū)域內(nèi)全部畫磁感線 那樣將會(huì)與不畫磁感線產(chǎn)生相同的效果 故D錯(cuò) 故選B 答案 B 思維總結(jié) 與磁感線有關(guān)的問題 不要與電場(chǎng)線相混淆 它們的疏密程度都表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱 同一電荷在電場(chǎng)中受力情況只與電場(chǎng)的強(qiáng)弱有關(guān) 但同一段電流的磁場(chǎng)中的受力情況不僅與磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān) 還與導(dǎo)線的放置方向有關(guān) 定義式中要求B與I是垂直的 1 關(guān)于磁感線下列說法正確的是 A 磁感線是磁場(chǎng)中實(shí)際存在的線B 條形磁鐵磁感線只分布于磁鐵外部C 當(dāng)空中存在幾個(gè)磁場(chǎng)時(shí) 磁感線有可能相交D 磁感線上某點(diǎn)的切線方向就是放在這里的小磁針N極受力的方向 解析 選D 磁感線是假想的線 故A錯(cuò) 磁感線是閉合的曲線 磁鐵外部 內(nèi)部均有磁感線 故B錯(cuò) 磁感線永不相交 故C錯(cuò) 根據(jù)磁感線方向的規(guī)定知D對(duì) 如圖3 3 7所示 一束帶電粒子沿著水平方向平行地飛過磁針上方時(shí) 磁針的S極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn) 則這束帶電粒子可能是 A 向右飛行的正離子束B 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 圖3 3 7 例2 解析 小磁針N極的指向即是磁針?biāo)谔幍拇艌?chǎng)方向 題中磁針S極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn) 說明離子束下方的磁場(chǎng)方向由紙內(nèi)指向紙外 由安培定則可判定由離子束的定向運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的電流方向由右向左 故若為正離子 則應(yīng)是自右向左運(yùn)動(dòng) 若為負(fù)離子 則應(yīng)是自左向右運(yùn)動(dòng) 答案 BC 思維總結(jié) 帶電粒子束的定向運(yùn)動(dòng)可以看作 等效電流 正電荷定向移動(dòng)方向和 等效電流 方向相同 負(fù)電荷相反 等效電流 的磁場(chǎng)也可以應(yīng)用安培定則判定 2 如圖3 3 8所示 帶負(fù)電的金屬圓盤繞軸OO 以角速度 勻速旋轉(zhuǎn) 在盤左側(cè)軸線上的小磁針最后平衡的位置是 A N極豎直向上B N極豎直向下C N極沿軸線向右D N極沿軸線向左 圖3 3 8 解析 選C 等效電流的方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反 由安培定則知軸線上的磁場(chǎng)方向向右 所以小磁針N極受力向右 故C正確 有兩個(gè)固定的完全相同的通電圓環(huán) 通過的電流大小相同 方向如圖3 3 9所示 一個(gè)在豎直平面內(nèi)放著 一個(gè)在水平面內(nèi)放著 每個(gè)圓環(huán)在共同圓心O處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B 則在O點(diǎn)的總磁感應(yīng)強(qiáng)度多大 圖3 3 9 例3 解析 在O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為兩個(gè)通電圓環(huán)在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和 由安培定則知 豎直放置的圓環(huán)在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向外 水平放置的圓環(huán)在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向是沿紙面向下 這兩個(gè)等大的磁感應(yīng)強(qiáng)度在O點(diǎn)互相垂直 所以O(shè)點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0 答案 B 思維總結(jié) 通過例題分析求解 應(yīng)明確磁場(chǎng)的疊加是矢量和 O點(diǎn)處兩通電圓環(huán)的磁場(chǎng)是等大的 但方向成90 故由解三角形求得B0 3 在同一平面有四根彼此絕緣的通電直導(dǎo)線 如圖3 3 10所示 四根導(dǎo)線中電流i4 i3 i2 i1 要使O點(diǎn)磁場(chǎng)增強(qiáng) 則應(yīng)切斷哪一根導(dǎo)線中的電流 A I1B i2C i3D i4 圖3 3 10 解析 選D 由安培定則可以判斷出i1 i2 i3在O點(diǎn)處產(chǎn)生的磁場(chǎng)均是向里的 只有i4在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)向外 會(huì)使合磁場(chǎng)減弱 所以只要切斷i4 就會(huì)使O點(diǎn)的磁場(chǎng)增強(qiáng) 如圖3 3 11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 則穿過平面的磁通量為 若使框架繞OO 轉(zhuǎn)過60 角 則穿過框架平面的磁通量為 若從初始位置轉(zhuǎn)過90 角 則穿過框架平面的磁通量為 若從初始位置轉(zhuǎn)過180 角 則穿過框架平面的磁通量變化量大小為 例4 思路點(diǎn)撥 當(dāng)面積S和勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直時(shí) BS 不垂直時(shí)應(yīng)取垂直于磁場(chǎng)方向的有效面積 磁通量是有正負(fù)的 可以認(rèn)為磁感線從同一面穿入時(shí)為正 穿出時(shí)為負(fù) 圖3 3 11 解析 在圖示位置 磁感線與框架平面垂直時(shí) BS 當(dāng)框架繞OO 軸轉(zhuǎn)過60 時(shí)可以將原圖改畫成從上向下看的圖 如圖3 3 12所示 圖3 3 12 答案 BS02BS 思維總結(jié) 1 只有在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中B S時(shí) BS才適用 若B與S不垂直 應(yīng)將S投影 也可以將B分解 取B S垂直部分的乘積 2 磁通量的變化量 2 1 在具體的計(jì)算中 一定要注意 1及 2的正 負(fù)問題 4 如圖3 3 13所示 兩同心圓環(huán)A和B處在同一平面內(nèi) B的半徑小于A的半徑 一條形磁鐵的軸線與圓環(huán)平面垂直 則穿過兩圓環(huán)的磁通量 A與 B的大小關(guān)系是 A A BB A BC A BD 無法比較 圖3 3 13 解析 選C 有同學(xué)認(rèn)為 由于在磁體的外部磁感線從N極到S極 且A環(huán)面積大于B環(huán)面積 SA SB 所以穿過A環(huán)的磁感線條數(shù)比穿過B環(huán)的多 即 A B 從而認(rèn)為選項(xiàng)A正確 上述分析是錯(cuò)誤的 原因是沒有注意到磁感線是閉合曲線 在磁體的外部是從N極到S極 而在磁體的內(nèi)部是從S極回到N極 從圖可知穿過SA SB的磁感線有磁體內(nèi)部的全部磁感線 由S極指向N極 和磁體外部的部分磁感線 由N極回到S極 兩者方向相反 因此 穿過兩圓環(huán)的磁通量應(yīng)是兩者抵消后的凈磁通量 其磁感線方向是由S極指向N極 由于穿過環(huán)A的磁感線的凈條數(shù)小于穿過環(huán)B的磁感線的凈條數(shù) 所以C正確 1 關(guān)于磁現(xiàn)象的電本質(zhì) 下列說法正確的是 A 一切磁現(xiàn)象都起源于運(yùn)動(dòng)電荷 一切磁作用都是運(yùn)動(dòng)電荷通過磁場(chǎng)而發(fā)生的B 除永久磁鐵外 一切磁場(chǎng)都是由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的 C 據(jù)安培的分子電流假說 在外界磁場(chǎng)的作用下 物體內(nèi)部分子電流取向變得大致相同時(shí) 物體就被磁化 兩端形成磁極D 有磁必有電 有電必有磁 解析 選AC 任何物質(zhì)的原子的核外電子繞核運(yùn)動(dòng)形成分子電流 分子電流使每個(gè)物質(zhì)分子相當(dāng)于一個(gè)小磁體 當(dāng)各分子電流的取向大致相同時(shí) 物質(zhì)對(duì)外顯磁性 所以一切磁現(xiàn)象都源于運(yùn)動(dòng)電荷 A C正確 B錯(cuò)誤 靜電場(chǎng)不產(chǎn)生磁場(chǎng) D錯(cuò)誤 2 如圖3 3 14所示為磁場(chǎng) 磁場(chǎng)作用力演示儀中的赫姆霍茲線圈 在線圈中心處掛上一個(gè)小磁針 且與線圈在同一平面內(nèi) 則當(dāng)赫姆霍茲線圈中通以如圖所示方向的電流時(shí) A 小磁針N極向里轉(zhuǎn)B 小磁針N極向外轉(zhuǎn)C 小磁針在紙面內(nèi)向左擺動(dòng)D 小磁針在紙面內(nèi)向右擺動(dòng) 圖3 3 14 解析 選A 由安培定則可判斷出線圈內(nèi)磁場(chǎng)的方向是向里的 小磁針N極的受力方向向里 因此小磁針N極向里轉(zhuǎn) 故A對(duì) 3 關(guān)于磁通量 下列說法中正確的是 A 磁通量不僅有大小而且有方向 所以是矢量B 磁通量越大 磁感應(yīng)強(qiáng)度越大C 通過某一橫截面的磁通量為零 該處磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定為零D 磁通量就是磁感應(yīng)強(qiáng)度答案 C 4 如圖3 3 15所示 三條長直導(dǎo)線都通以垂直于紙面向外的電流 且I1 I2 I3 則距三導(dǎo)線等距的A點(diǎn)的磁場(chǎng)方向?yàn)?A 向上B 向右C 向左D 向下 圖3 3 15 解析 選B I2與I3的磁場(chǎng)在A處矢量和是0 故只有I1的磁場(chǎng) 5 如圖3 3 16所示 線圈平面與水平方向夾角 60 磁感線豎直向下 線圈平面面積S 0 4m2 勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B 0 6T 則穿過線圈的磁通量 為多少 圖3 3 16 解析 法一 把S投影到與B垂直的方向 則 B Scos 0 6 0 4 cos60 Wb 0 12Wb 法二 把B分解為平行于線圈平面的分量B 和垂直于線圈平面的分量B B 不穿過線圈 且B Bcos 則 B S Bcos S 0 6 0 4 cos60 Wb 0 12Wb 答案 0 12Wb 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全