磁场前三节.doc

（磁现象和磁场、磁感应强度） 二、磁场的方向在电场中，电场方向是人们规定的，同理，人们也规定了磁场的方向。规定：在磁场中的任意一点小磁针北极受力的方向就是那一点的磁场方向。确定磁场方向的方法是：将一不受外力的小磁针放入磁场中需测定的位置，当小磁针在该位置静止时，小磁针N极的指向即为该点的磁场方向。磁体磁场：可以利用同名磁极相斥，异名磁极相吸的方法来判定磁场方向。电流磁场：利用安培定则（也叫右手螺旋定则）判定磁场方向。 三、磁感线在磁场中画出有方向的曲线表示磁感线，在这些曲线上，每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同。（1）磁感线上每一点切线方向跟该点磁场方向相同。（2）磁感线特点（1）磁感线的疏密反映磁场的强弱，磁感线越密的地方表示磁场越强，磁感线越疏的地方表示磁场越弱。（2）磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向。（3）磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线，在磁体外部由N极到S极，在磁体内部由S极到N极。以下各图分别为条形磁体、蹄形磁体、直线电流、环行电流的磁场 说明：磁感线是为了形象地描述磁场而在磁场中假想出来的一组有方向的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线。磁感线与电场线类似，在空间不能相交，不能相切，也不能中断。四、几种常见磁场1通电直导线周围的磁场（1）安培定则：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，这个规律也叫右手螺旋定则。（2）磁感线分布如图所示：说明：通电直导线周围的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆，实际上电流磁场应为空间图形。直线电流的磁场无磁极。磁场的强弱与距导线的距离有关，离导线越近磁场越强，离导线越远磁场越弱。图中的“”号表示磁场方向垂直进入纸面，“”表示磁场方向垂直离开纸面。2环形电流的磁场（1）安培定则：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向。（2）磁感线分布如图所示：（3）几种常用的磁感线不同画法。说明：环形电流的磁场类似于条形磁铁的磁场，其两侧分别是N极和S极。由于磁感线均为闭合曲线，所以环内、外磁感线条数相等，故环内磁场强，环外磁场弱。环形电流的磁场在微观上可看成无数根很短的直线电流的磁场的叠加。3通电螺线管的磁场（1）安培定则：用右手握住螺线管，让弯曲时四指的方向跟电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管中心轴线上的磁感线方向。（2）磁感线分布：如图所示。 （3）几种常用的磁感线不同的画法。说明：通电螺线管的磁场分布：外部与条形磁铁外部的磁场分布情况相同，两端分别为N极和S极。管内（边缘除外）是匀强磁场，磁场分布由S极指向N极。环形电流宏观上其实就是只有一匝的通电螺线管，通电螺线管则是由许多匝环形电流串联而成的。因此，通电螺线管的磁场也就是这些环形电流磁场的叠加。不管是磁体的磁场还是电流的磁场，其分布都是在立体空间的，要熟练掌握其立体图、纵截面图、横横面图的画法及转换。4匀强磁场（1）定义：在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应强度大小和方向都相同，这个区域内的磁场叫做匀强磁场。（2）磁感线分布特点：间距相同的平行直线。（3）产生：距离很近的两个异名磁极之间的磁场除边缘部分外可以认为是匀强磁场；相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场也是匀强磁场，如图所示：1.地磁两极与地理两极一样吗？(1)地磁的两极与地理的两极并不重合，并且地球的磁极在缓慢移动地磁轴和地球自转轴两者的夹角约为11.(2)地磁场分布在磁极的四周，但地磁两极与地理两极差别不是很大，因此可用指南针判断方向由于磁场对运动电荷有力的作用，故射向地球的高速带电粒子，其运动方向会发生变化，不能直接到达地球因此地磁场对地球生命有保护作用(3)若小磁针能浮在空中自由移动，小磁针既不是严格静止在南北方向，又不是严格的水平方向这说明小磁针所受地磁场的作用力的方向既不是严格的南北方向，也不是严格的水平方向，但差别很小第2节磁感应强度要点 磁感应强度定义的理解磁场对于一切有磁性(不论宏观与微观)的物体都会产生力或力矩的作用，使这些物体的状态(这里主要指运动状态)发生改变，从而使人们可以感知磁场的存在如带电粒子在磁场中运动时，磁力可以使粒子的运动轨迹发生偏转；载流线圈在磁场中，磁力会使线圈发生偏转；小磁针在磁场中，磁力会使小磁针的指向偏离原来地磁场南北极的方向等等这些现象都可以被我们用来作为定义磁感应强度的依据本节是运用通电导线在磁场中的受力与电流元的比值来定义磁感应强度的大小B，用小磁针静止时N极所指的方向来定义磁感应强度的方向.1.磁感应强度B是由F、I、L三者决定的吗？(1)在定义式B中，通电导线必须垂直于磁场方向放置因为磁场中某点通电导线受力的大小，除和磁场强弱有关以外，还和导线的方向有关导线放入磁场中的方向不同，所受磁场力也不相同通电导线受力为零的地方，磁感应强度B的大小不一定为零，这可能是电流方向与B的方向在一条直线上的原因造成的(2)磁感应强度B的大小只决定于磁场本身的性质，与F、I、L无关(3)研究磁感应强度是分步进行的，其方向由磁针受力确定，其大小根据电流元受力来计算通电导线受力的方向不是磁感应强度的方向(4)磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L应很短很短，IL称作“电流元”，相当于静电场中的“试探电荷”(5)我们要找的是磁场中某一点磁感应强度的大小，因此要把电流元放入磁场中某一点，这要求电流元要足够的短. 2.电场强度与磁感应强度有哪些异同？电场强度磁感应强度定义的依据电场对电荷q有作用力F对电场中任一点，恒量(由电场决定)对不同点，一般说恒量的值不同比值可表示电场的强弱磁场对直线电流I有作用力F对磁场中任一点，F与磁场方向、电流方向有关在只考虑电流方向垂直于磁场方向的情况时，恒量(由磁场决定)对不同点，一般说恒量的值不同比值可表示磁场的强弱定义EB物理意义E在数值上等于电场对单位电荷作用力的大小B在数值上等于垂直于磁场方向长1 m、通入的电流为1 A的导线所受安培力的大小方向是一个矢量某点的电场强度方向就是通过该点的电场线的切线方向，也是放入该点正电荷的受力方向是一个矢量某点的磁感应强度方向就是通过该点的磁感线的切线方向，也是放入该点小磁针N极受力方向(实际上通电导线受力方向既跟磁场方向垂直，又跟电流方向垂直)大小可以用电场线形象地表示切线方向表示E的方向，疏密程度表示E的大小可以用磁感线形象地表示切线方向表示B的方向，疏密程度表示B的大小单位1 N/C1 V/m1 T1 N/(Am)一、磁感应强度B的定义【例1】 由定义式B可知，磁场中某处的磁感应强度大小( )A随IL的乘积的增大而减小B随F的增大而增大C与F成正比，与IL成反比D与F及IL无关，由F和IL的比值确定解析磁场中某一点的磁感应强度是由形成磁场的磁体或电流的强度与分布情况决定的，与放入其中的电流元无关，电流元所起的作用仅仅是对磁场进行探测，从而确定该点磁场的磁感应强度，D二、与磁感应强度相关的计算【例2】 有一小段通电导线，长为1 cm，电流强度为5 A，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为0.1 N，则该点的磁感应强度B一定是()AB2 TBB2 TCB2 T D以上情况都有可能解析本题考查磁感应强度的定义，应知道磁感应强度的定义式中的电流是垂直于磁场方向的电流如果通电导线是垂直磁场方向放置的，此时所受磁场力最大F0.1 N，则该点的磁感应强度为B T2 T如果通电导线不是垂直磁场方向放置的，则受到的磁场力小于垂直放置时的受力，垂直放置时的受力将大于0.1 N，由定义式可知，B将大于等于2 T.C1.下列说法中正确的是()A电荷在某处不受静电力的作用，则该处的电场强度为零B一小段通电导线在某处不受磁场力的作用，则该处的磁感应强度一定为零C把一个试探电荷放在电场中的某点，它受到的静电力与所带电荷量的比值表示该点电场的强弱D把一小段通电导线放在磁场中某处，它受到的磁场力与该小段通电导线的长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强弱解析把电荷放入某处，如果电荷没有受到静电力的作用，则该处不存在电场或该处的电场强度为零，故A对；把通电直导线放入某处，如果放置不合适，即使有磁场存在，通电直导线也不受磁场力的作用，故B错；由电场强度的定义式E知，电场强度等于试探电荷受到的静电力F与所带电荷量q的比值，故C对；磁感应强度的定义式B的成立是有条件的，即通电导线与磁场方向垂直，否则该定义式不成立，故D错AC2把小磁针N极向东置于地磁场中，放手后小磁针将(从上向下看) ()A顺时针转B逆时针转C不动 D无法判定3下列关于磁感应强度的方向的说法中，正确的是()A某处磁感应强度的方向就是一小段通电导体放在该处时所受磁场力的方向B小磁针N极受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向C垂直于磁场放置的通电导线的受力方向就是磁感应强度的方向D磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向解析磁场中某点磁感应强度的方向表示该点的磁场的方向，磁场方向也就是小磁针N极受力的方向但电流受力的方向不代表磁感应强度和磁场方向BD上题B4在匀强磁场中，磁感应强度B为2104 T有一根长为0.4 m的通电导线(垂直于磁场方向)在磁场中受到的磁场力为0.016 N，求导线中电流的大小答案200 A解析由于FBIL，所以I A200 A.题型一 磁感应强度的定义在磁感应强度的定义式B中，有关各物理量间的关系，下列说法中正确的是()AB由F、I和L决定BF由B、I和L决定CI由B、F和L决定 DL由B、F和I决定解析磁感应强度是磁场中某点的固有性质，与放入什么样的导线无关，电流是由导线的电阻和导线两端的电压决定的，而导线长度更是与磁场没有关系，在放入磁场前就确定了答案B拓展探究 如图1所示，图1一根长为L的细铝棒用两个劲度系数为k的弹簧水平地悬吊在匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当棒中通以向右的电流I时，弹簧缩短x，若通以向左的电流，也是大小等于I时，弹簧伸长x，则磁感应强度B值为(A)A.B.C.D.解析设不通电时，弹簧长为x，则通向右的电流时，有k(xx)mgBIL.通向左的电流时，有k(xx)mgBIl.解得B.磁感应强度的定义方法是利用通电导线在磁场中的受力来进行的，要注意导线放置方向会对受力大小产生影响. 题型二 磁感应强度的理解有关磁感应强度的下列说法中，正确的是()A磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量B若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零C若有一小段长为L，通以电流为I的导体，在磁场中某处受到的磁场力为F，则该处磁感应强度的大小一定是D由定义式B可知，电流强度I越大，导线L越长，某点的磁感应强度就越小解析磁感应强度的引入目的就是用来描述磁场强弱，因此选项A是正确的；磁感应强度是与电流I和导线长度L无关的物理量，且B中的B、F、L相互垂直，所以选项B、C、D皆是错误的A拓展探究 下列关于磁感应强度的方向和电场强度的方向的说法，正确的是()A电场强度的方向与电荷所受的电场力的方向相同B电场强度的方向与正电荷所受的电场力的方向相同C磁感应强度的方向与小磁针N极所受磁场力的方向相同D磁感应强度的方向与小磁针静止时N极所指的方向相同解析电场强度的方向就是正电荷受的电场力的方向，磁感应强度的方向是小磁针N极受力的方向B是磁感应强度的定义式，B由磁场本身决定，而与F、I、L无关. BCD一、选择题1下列关于磁感应强度大小的说法正确的是()A通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大B通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大C放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同D磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关解析因为磁场中某点的磁感应强度的大小和方向由磁场本身决定，与通电导线的受力及方向都无关，所以A选项错，D选项正确因为通电导线在磁场中受力的大小不仅与磁感应强度有关，而且与通电导线的取向有关，故B选项错对C选项虽然匀强磁场中磁感应强度处处相等，但当导线在各个位置的方向不同时，导线所受安培力是不相同的(导线与磁场垂直时受安培力最大，与磁场平行时受安培力为零)，而C选项中没有说明导线在各个位置的取向是否相同，所以C选项错D2有检验电流元长1 cm，并通以1 A的电流，把它垂直于磁场方向放于磁场中的某点时，受到的磁场力为0.1 N，则该点的磁感应强度的大小为()A10 TB5 TC2 TD2.5 T解析根据FBIL，B T10 T.A3停在十层的电梯底板上放有两块相同的条形磁铁，磁铁的极性如图2所示开始时两块磁铁在电梯底板上处于静止状态()图2A若电梯突然向下开动(磁铁与底板始终相互接触)，并停在一层，最后两块磁铁可能已碰在一起B若电梯突然向下开动(磁铁与底板始终相互接触)，并停在一层，最后两块磁铁一定仍在原来位置C若电梯突然向上开动，并停在二十层，最后两块磁铁可能已碰在一起D若电梯突然向上开动，并停在二十层，最后两块磁铁一定仍在原来位置解析两块磁铁原来静止，则磁铁所受静摩擦力大于或等于磁铁间的吸引力，当电梯突然向下开动，由于失重，最大静摩擦力会减小，当最大静摩擦力减小到小于磁铁间的吸引力时，两磁铁会相互靠近而碰在一起，故A对B错；若电梯向上开动，当电梯在最后减速运动时，磁铁同样处于失重状态，故C对D错AC4在磁场中的同一位置，先后引入长度相等的直导线a和b，a、b导线的方向均与磁场方向垂直，但两导线中的电流不同，因此所受到的力也不相同下图中的几幅图象表现的是导线所受到的力F与通过导线的电流I的关系a、b各自有一组F、I的数据，在图象中各描出一个点下列四幅图中正确的是()解析两条相同的导线通入不同的电流先后放在磁场中的同一点，并且电流方向都与磁场方向垂直由于磁场方向是不变的，故导线所在处的磁感应强度是确定的根据磁感应强度的定义式，当L确定时，FI时，则FI图象应是过原点的一条直线故C对C5关于场的认识正确的是()A万有引力场中力的方向和电场中电荷受力方向是相同的B电场中力的方向不但与电场线的方向有关，还与受力电荷电性有关C磁场中受力的物体有磁体(N、S极受力不同)、运动电荷和电流，受力方向比较复杂D磁场的方向研究依据小磁针N极确定，大小利用电流元受力情况来确定解析正电荷受力方向与电场方向相同，负电荷受力方向与电场方向相反，A错B对；磁场对电流或运动电荷的作用力方向与电流方向或电荷运动方向有关，C、D对BCD下题B，下下题AB6.先后在磁场中A、B两点引入长度相等的短直导线，导线与磁场方向垂直，如图3所示，图中a、b两图线分别表示在磁场中A、B两点导线所受的力F与通过导线的电流I的关系下列说法中正确的是()图3AA、B两点磁感应强度相等BA点的磁感应强度大于B点的磁感应强度CA点的磁感应强度小于B点的磁感应强度D无法比较磁感应强度的大小7.两根通电的长直导线平行放置，电流分别为I1和I2，电流的方向如图4所示在与导线垂直的平面上有a、b、c、d四点，其中a、b在导线横截面连线的延长线上，c、d在导线横截面连线的垂直平分线上导体中的电流在这四点产生的磁场的磁感应强度可能为零的是图4Aa点 Bb点 Cc点 Dd点二、计算论述题8某地地磁场的磁感应强度大约是4.0105 T一根长为500 m的电线，电流为10 A，该导线受到的最大磁场力是多少？答案0.2 N解析电流处在地磁场中，根据磁感应强度的定义，只有电流与磁场垂直时，所受的磁场力最大由公式B可得FBIL.所以F4.010510500 N0.2 N.9磁感应强度为矢量，它可以分解为几个分量(1)如果北半球某处地磁场的磁感应强度大小为B，与水平方向的夹角为，那么该处地磁场的磁感应强度的水平分量和竖直分量各为多大？(2)如果地理南、北极和地磁北、南极是重合的，那么在赤道上空磁场的竖直分量是多大？在极地上空地磁场的水平分量是多大？答案(1)Bcos Bsin (2)00解析(1)因为磁感应强度大小为B，与水平方向的夹角为，所以地磁场的磁感应强度的水平分量和竖直分量分别为：B水Bcos ；B垂Bsin .(2)在赤道上空，因为0，故有B垂0.在极地上空，因为90，故有B水0.1.如图315所示，假设将一个小磁针放在地球的北极点上，那么小磁针的N极将()图315A指北B指南C竖直向上 D竖直向下答案：D2下列说法正确的是()A只有磁铁周围才有磁场B电荷的周围除有电场之外还有磁场C电流产生磁场说明电与磁是相互联系的D磁铁的磁场与电流周围的磁场是两种完全不同形式的磁场解析：选C.磁铁和电流周围都产生磁场，并且性质相同，则A、D两项错；电流是由于电荷定向移动形成的，所以只有运动电荷周围才既有电场又有磁场，静止电荷周围只有电场，则B项错；电流产生磁场说明电与磁相互联系，则C项正确3下列有关磁感应强度的说法中，正确的是()A若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零B若有一小段长为L，通以电流为I的导体，在磁场中某处受到的磁场力为F，则该处磁感应强度的大小一定是C由定义式B可知，电流强度I越大，导线L越长，某点的磁感应强度就越小D磁感应强度B只是定义式，它的大小取决于场源以及磁场中的位置，与F、I、L以及通电导线在磁场中的方向无关解析：选D.根据磁感应强度的定义，通电导线应为“在磁场中垂直于磁场方向的通电导线”，A、B选项未注明导线放置的方向，所以是错误的B是磁感应强度的定义式，而不是决定式，所以C项错误D项正确4在匀强磁场中某处P放一个长度为L20 cm，通电电流I0.5 A的直导线，测得它受到的最大磁场力F1.0 N，其方向竖直向上，现将该通电导线从磁场撤走，则P处磁感应强度为()A零B10 T，方向竖直向上C0.1 T，方向竖直向下D10 T，方向肯定不沿竖直向上的方向答案：D5某地的地磁场的磁感应强度大约是4.0105 T，一根长500 m的导线，电流为10 A，则该导线受到的磁场力可能是()A0B0.1 NC0.3 N D0.4 N解析：选AB.受到的磁场力的最大值：FmaxILB4.010550010 N0.2 N故AB正确6(2010年泰安模拟)长10 cm的通电直导线，通以1 A的电流，在磁场强弱、方向都一样的空间(匀强磁场)中某处受到的磁场力为0.4 N，则该磁场的磁感应强度为()A等于4 T B大于或等于4 TC小于或等于4 T D上述说法都错误解析：选B.7将一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中，图316能正确反映各量间关系的是()图316答案：BC8如图317所示，A为电磁铁，C为胶木秤盘，A和C(包括支架)的总质量为M，B为铁片，质量为m，当电磁铁通电，铁片被吸引上升的过程中，轻绳上拉力F的大小为()图317AFMgBmgF(Mm)gCF(Mm)gDF(Mm)g解析：选D.在铁片B上升的过程中，轻绳上的拉力F大小等于A、C的重力Mg和B对A的引力F引的和9如图318所示，长为L、质量为m的导体棒用细线悬挂放入某匀强磁场中，导体棒与磁场方向垂直，当导体棒中通过的电流为I时，细线上的拉力恰好为零，问磁感应强度B为多大？图31810如图319所示，竖直向下的匀强磁场中，用两条竖直线悬吊一水平通电直导线，导线长为L，质量为m，通入电流I后，悬线偏离竖直方向角保持静止，已知导线受到的磁场力方向水平，求磁场的磁感应强度的大小图319答案：11(2010年浙江宁波高三联考)金属滑杆ab连着一弹簧，水平地放置在两根互相平行的光滑金属导轨cd、ef上，如图3110所示，垂直cd与ef有匀强磁场，磁场方向如图所示，合上开关S，弹簧伸长2 cm，测得电路中电流为5 A，已知弹簧的劲度系数为20 N/