高中物理 第三章 磁场 3 几种常见的磁场课件 新人教版选修31.ppt

3几种常见的磁场 1 知道磁感线 2 知道几种常见磁场的磁感线的空间分布情况 3 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 4 了解安培分子电流假说 5 理解匀强磁场的概念 明确两种情形的匀强磁场 教学目标 重点 安培定则的得出与应用 难点 安培定则的得出 重点难点 磁场的概念比较抽象 应对几种常见的磁场加以了解 认识 学好本节内容对后面的磁场力的分析至关重要 磁场概念比较抽象 学生对此难以理解 但前面已经学习过了电场 可采用类比的方法引导学生学习 教学建议 导入一 教师 电场可以用电场线形象地描述 磁场可以用什么来描述呢 学生 磁场可以用磁感线形象地描述 教师 那么什么是磁感线 又有哪些特点呢 这节课我们就来学习有关磁感线的知识 新课导入 导入二 要点 磁感应强度b的大小和方向 启发学生思考 电场可以用电场线形象地描述 磁场可以用什么来描述呢 学生答 磁场可以用磁感线形象地描述 老师 类比电场线可以很好地描述电场强度的大小和方向 同样 也可以用磁感线来描述磁感应强度的大小和方向 新课导入 1 概念 磁感线是为了形象地描述磁场而引入的假想的闭合曲线 曲线上每一点的方向都与该点的磁感应强度的方向一致 2 特点 1 磁感线的表示磁场的强弱 2 磁感线上某点的切线方向表示该点的方向 3 磁感线是不相交的闭合曲线 在磁体外部 从n极指向s极 在磁体内部 由s极指向n极 磁感线 知识必备 知识点一 切线 疏密 磁场 1 安培定则是用来确定周围磁场方向的定则 2 安培定则应用方法 1 直线电流周围的磁场方向如图3 3 1所示 用握住导线 让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致 所指的方向就是磁感线环绕的方向 直线电流周围的磁感线环绕情况如图3 3 2所示 安培定则 又称右手螺旋定则 知识必备 知识点二 电流 右手 弯曲的四指 图3 3 1图3 3 2 知识必备 2 环形电流和螺线管周围的磁场方向如图3 3 3所示 让右手跟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的轴线上磁感线的方向 图3 3 3 弯曲的四指 知识必备 内容 安培认为 在原子 分子等物质微粒的内部 存在着一种电流 分子电流 分子电流使每个物质微粒都成为微小的 它的两侧相当于两个 如图3 3 4所示 图3 3 4 安培分子电流假说 知识必备 知识点三 环形 磁体 磁极 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 则b与s的乘积叫作穿过这个面积的 简称磁通 2 定义式 bs 3 单位 简称韦 符号wb 1wb 1t m2 4 磁通量是 但是有正负 5 磁通密度即磁感应强度b 磁通量 知识必备 知识点四 磁通量 韦伯 标量 想一想 磁感线和电场线相比较 共同点是什么 不同点是什么 要点总结 对磁感线的理解 学习互动 考点一 例1磁场中某区域的磁感线如图3 3 5所示 则 a a b两处的磁感应强度的大小不相等 ba bbb a b两处的磁感应强度的大小不相等 ba bbc a b两处磁场方向一定相同d a处没有磁感线 所以磁感应强度为零 学习互动 图3 3 5 学习互动 答案 b 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 a错误 b正确 磁场中某点的磁场方向与磁感线在该点的切线方向相同 由图判断 a b两点磁场方向不同 c错误 磁感线是用来描述磁场的 不可能在存在磁场的区域内全部画出磁感线 d错误 想一想 大家已经知道 磁体 电流都可以产生磁场 那么这些磁场是如何分布的 我们需要分析磁场的强弱和方向 而磁场却看不见 摸不着 我们又该如何去研究呢 安培定则的应用 学习互动 考点二 例2电路未接通时三个小磁针方向如图3 3 6所示 试确定电路接通后三个小磁针的转向及最后的指向 图3 3 6 学习互动 答案 小磁针1逆时针转动 n极水平向左 小磁针3顺时针转动 n极水平向右 小磁针2基本不动 n极竖直向上 解析 接通电路后 螺线管的磁场为 内部从左指向右 外部从右指向左 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 学习互动 图3 3 7 答案 c 解析 由安培定则可判断出它们在c处产生的磁场分别垂直于ac和bc 由矢量叠加原理可求出c处磁场的总磁感应强度的大小为b 方向水平向右 想一想 在同一磁场里 不同的截面中通过的磁感线的条数怎么表示 要点总结 磁通量的正负是这样规定的 任何一个面都有正面和反面 若规定磁感线从正面穿入时为正磁通量 则磁感线从反面穿入时磁通量为负值 图3 3 8 磁通量的有关计算 学习互动 考点三 磁通量的正负既不表示大小 也不表示方向 仅是为了计算方便而引入的 计算磁通量时 除了要注意正负之外 还应注意以下几点 1 如图3 3 8所示 若闭合电路abcd和abcd所在的平面均与磁感应强度为b的匀强磁场垂直 面积分别为s1和s2 且s1大于s2 但磁场区域恰好只有abcd那么大 则穿过abcd和abcd的磁通量是相同的 因此 bs中的s是指包含磁场的那部分有效面积 2 磁通量与线圈的匝数无关 也就是说磁通量大小不受线圈匝数的影响 同时磁通量的变化量 2 1也不受线圈匝数的影响 学习互动 3 当平面与磁感应强度方向不垂直时磁通量的计算方法 一种方法是 将与平面夹角为 的磁感应强度分解为平行于平面的分量和垂直于平面的分量 如图3 3 9甲所示 由于平行于平面的分量并不穿过平面 所以磁通量在数值上等于垂直于平面的分量与面积的乘积 bsin s bssin 图3 3 9 学习互动 另一种方法是 不分解磁感应强度 而将与磁感应强度夹角为 的平面的面积在垂直于磁感应强度的方向上作投影 如图乙所示 磁通量在数值上等于磁感应强度与投影面积的乘积 bs bssin 不管用哪种方法来计算磁通量的值 都必须保证 bs中的磁感应强度与平面垂直 学习互动 例4如图3 3 10所示 有两个同心放置的平面金属圆环a b 且半径ra bb a bc a bd 不能确定图3 3 10 学习互动 答案 a 解析 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 例5如图3 3 11所示 线框面积为s 线框平面与磁感应强度为b的匀强磁场方向垂直 则穿过线框平面的磁通量为多少 若使线框绕oo 轴转过60 角 则穿过线框平面的磁通量为多少 若从初始位置转过90 角 则穿过线框平面的磁通量为多少 若从初始位置转过180 角 则穿过线框平面的磁通量变化了多少 图3 3 11 学习互动 学习互动 1 多选 一束离子沿水平方向飞行 平行于地面飞过小磁针上方 如图3 3 14所示 发现图中小磁针的n极向纸外转 这个离子可能是 a 向右飞行的正离子束b 向左飞行的正离子束c 向右飞行的负离子束d 向左飞行的负离子束图3 3 14 备用习题 答案 bc 解析 由题意可知 小磁针n极向纸外转 则小磁针所在处的磁场方向垂直纸面向外 由安培定则可判断出产生磁场的电流方向为水平向左 如果离子带正电 则离子应向左运动 如果离子带负电 则离子应向右运动 b c正确 2 19世纪20年代 以塞贝克为代表的科学家已认识到 温度差会引起电流 安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差 从而提出如下假说 地磁场是由绕地球的环形电流引起的 则该假说中的电流方向是 a 由西向东垂直于磁子午线b 由东向西垂直于磁子午线c 由南向北沿磁子午线方向d 由赤道向两极沿磁子午线方向 备用习题 备用习题 答案 b 解析 地球内部磁场方向由地理北极指向地理南极 由安培定则可判定电流方向 如图3 3 15所示 从上往下看 由安培定则可知 电流方向为顺时针方向 即自东向西 图3 3 15 3 如图所示 两根互相平行的长直导线分别过纸面上的m n两点 且与纸面垂直 导线中通有大小相等 方向相反的电流 a o b在m n的连线上 o为mn的中点 c d位于mn的中垂线上 且a b c d到o点的距离均相等 关于以上几点处的磁场 下列说法正确的是 a o点处的磁感应强度为零b a b两点处的磁感应强度大小相等 方向相反c c d两点处的磁感应强度大小相等 方向相同d a c两点处磁感应强度的方向不同 备用习题 备用习题 答案 c 解析 由安培定则可知 两导线在o点产生的磁场均竖直向下 合磁感应强度一定不为零 选项a错误 由安培定则可知 两导线在a b两处产生磁场的方向均竖直向下 由于对称性 电流m在a处产生磁场的磁感应强度等于电流n在b处产生磁场的磁感应强度 同时电流m在b处产生磁场的磁感应强度等于电流n在a处产生磁场的磁感应强度 所以a b两处磁感应强度的大小相等 方向相同 选项b错误 根据安培定则 两导线在c d两处产生的磁场方向均垂直于c d两点与导线的连线方向向下 且产生磁场的磁感应强度的大小相等 由平行四边形定则可知 c d两点处的磁感应强度的大小相等 方向相同 选项c正确 a c两处磁感应强度的方向均竖直向下 选项d错误 4 多选 如图3 3 17所示 a和b为两根互相平行的长直导线 通以同方向等大的电流 虚线c为在a和b所确定的平面内与a b等距的直线 则下列说法正确的是 a 两导线间的空间不存在磁场b 虚线c处磁感应强度为零c ac间磁感应强度垂直纸面向里d cb间磁感应强度垂直纸面向外 备用习题 备用习题 答案 bcd 解析 设电流a b在空间产生的磁场分别为ba bb 根据安培定则 电流a在ab间产生的磁场垂直纸面向里 而电流b在ab间产生的磁场垂直纸面向外 又因ia ib 故在ac区 ba bb 合磁场方向垂直于纸面向里 在bc区 ba bb 合磁场方向垂直于纸面向外 中线c处 ba bb 合磁场为零 故选项b c d正确 5 如图3 3 18所示 通有恒定电流的导线mn与闭合金属框共面 第一次将金属框由位置 平移到位置 第二次将金属框绕cd边翻转到位置 设先 后两次通过金属框的磁通量变化分别为 1和 2 则 a 1 2b 1 2c 1 2d 不能判断图3 3 18 备用习题 备用习题 答案 c 解析 通电导线mn周围的磁场并非匀强磁场 靠近mn处的磁场强些 磁感线密一些 远离mn处的磁感线疏一些 当金属框在位置 时 穿过金属框的磁通量为 当金属框平移至位置 时 磁通量为 则磁通量的变化量为 1 当金属框翻转到位置 时 磁感线相当于从 反面 穿过金属框 则磁通量为 故磁通量的变化量是 2 所以 1 2 6 多选 如图3 3 19所示 空间存在两个磁场 磁感应强度大小均为b 方向相反且垂直纸面 mn pq为其边界 oo 为其对称轴 一导线折成边长为l的正方形闭合回路abcd 回路在纸面内以恒定速度v0向右运动 则 a 当运动到关于oo 对称的位置时 穿过回路的磁通量为零b 当运动到关于oo 对称的位置时 穿过回路的磁通量向里c 在从左边磁场运动到右边磁场的过程中 穿过回路的磁通量一直减少d 在从左边磁场运动到右边磁场的过程中 穿过回路的磁通量先减少后增加 备用习题 备用习题 答案 ad 解析 正方形闭合回路运动到关于oo 对称的位置时 穿过回路的两个方向相反的磁场面积相等 且磁感应强度大小均为b 故穿过回路的磁通量为零 a正确 b错误 正方形闭合回路在从左边磁场运动到右边磁场的过程中 穿过回路的磁通量先减少后增加 c错误 d正确 7 多选 如图3 3 20所示 a为通电线圈 电流方向如图所示 b c为与a在同一平面内的两同心圆 b c分别为穿过两圆面的磁通量的大小 下列判断中正确的是 a 穿过两圆面的磁通量方向垂直纸面向外b 穿过两圆面的磁通量方向垂直纸面向里c b cd b c 备用习题 备用习题 答案 ac 解析 对通电线圈a 由安培定则判断 凡是垂直纸面向外的磁感线都集中在线圈a内 因磁感线是闭合曲线 则必有相应条数的磁感线垂直纸面向里 这些磁感线分布在线圈a外 所以b c圆面都有垂直纸面向里和向外的磁感线穿过 垂直纸面向外的磁感线条数相同 垂直纸面向里的磁感线条数不同 b圆面的较少 c圆面的较多 但都比垂直纸面向外的少 所以穿过b c的磁通量方向应垂直纸面向外 且 b c 1 对磁感线的理解 多选 关于磁感线的性质和概念 下面说法正确的是 a 磁感线上各点的切线方向就是各点的磁感应强度的方向b 磁场中任意两条磁感线均不相交c 铁屑在磁场中的分布曲线就是磁感线d 磁感线总是从磁体的n极指向s极 自我检测 自我检测 答案 ab 解析 磁感应强度的方向就是磁场的方向 磁感线上各点的切线方向就是各点的磁场方向 a正确 若两条磁感线相交则说明在两线相交处有两个切线方向 即有两个磁感应强度方向 这是不可能的 磁感应强度的方向只有一个 因此两条磁感线不能相交 b正确 磁感线是为形象描述磁场而画出的一簇簇曲线 不是真实存