XX省专用学年高中物理第三章磁场第节几种常见磁场讲义含解析新人教选修

XX省专用学年高中物理第三章磁场第节几种常有的磁场讲义含分析新人教版选修XX省专用学年高中物理第三章磁场第节几种常有的磁场讲义含分析新人教版选修PAGEXX省专用学年高中物理第三章磁场第节几种常有的磁场讲义含分析新人教版选修第3节几种常有的磁场1.磁感线是设想的线，磁感线可以定性地描绘磁场的强弱和方向。2．电流的磁场方向可由右手螺旋定章(或安培定章)判断。3．安培提出了分子电流假说，可以解说磁化、退磁等一些磁现象。4．磁通量的大小为：Φ＝BS，磁感觉强度也可叫做磁通密度。一、磁感线1．定义：用来形象描绘磁场强弱和方向的设想曲线。2．特色(1)磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。磁场强的地方，磁感线较密；磁场弱的地方，磁感线较疏。(2)磁感线某点的切线方向表示该点磁感觉强度的方向。二、几种常有的磁场电流的磁场方向可以用安培定章(右手螺旋定章)判断。1．直线电流的磁场右手握住导线，让挺直的拇指所指的方向与电流方向一致，曲折的四指所指的方向就是磁感线围绕的方向。2．环形电流的磁场让右手曲折的四指与环形电流的方向一致，挺直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向。3．通电螺线管的磁场右手握住螺线管，让曲折的四指跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部的磁场的方向或许说拇指所指的方向是它的北极的方向。三、安培分子电流假说1．分子电流假说：安培以为，在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流，即分子电流。分子电流使每个物质微粒都成为小磁体，它的双侧相当于两个磁极。2．分子电流假说意义：可以解说磁化以及退磁现象，解说磁现象的电实质。3．磁铁的磁场和电流的磁场同样，都是由电荷的运动产生的。四、匀强磁场和磁通量1．匀强磁场(1)定义：强弱、方向各处同样的磁场。(2)磁感线特色：疏密平均的平行直线。2．磁通量(1)定义：匀强磁场中磁感觉强度和与磁场方向垂直的平面面积S的乘积。即Φ＝BS。(2)拓展：磁场与平面不垂直时，这个面在垂直于磁场方向的投影面积S′与磁感觉强度的乘积表示磁通量。(3)单位：国际单位制是韦伯，简称韦，符号是Wb，1Wb＝1_T·m2。(4)引申：B＝eq\f(Φ,S)，表示磁感觉强度等于穿过单位面积的磁通量，因此磁感觉强度又叫磁通密度。1．自主思虑——判一判(1)磁感线是闭合的曲线，没有初步终了的地点。(√)(2)磁感线可以用细铁屑来显示，因此是真切存在的。(×)(3)通电直导线四周磁场的磁感线是闭合的圆环。(√)(4)通电螺线管四周的磁场近似于条形磁体四周的磁场。(√)(5)将一平面置于匀强磁场中的任何地点，穿过该平面的磁通量总相等。(×)(6)除永远性磁铁外，全部磁场都是由运动电荷产生的。(×)(7)一般的物体不显磁性是因为物体内的分子电流取向纷杂无章。(√)2．合作研究——议一议(1)有同学以为磁感线老是从磁体北极指向南极，你以为对吗？提示：不对，在磁体外面磁感线从磁体北极指向南极，而在磁体内部，磁感线是从南极指向北极。(2)若经过某面积的磁通量等于零，则该处必定无磁场，你以为对吗？提示：不对。磁通量除与磁感觉强度、面积相关外，还与环面和磁场夹角相关，当环面与磁场平行时，磁通量为零，但存在磁场。(3)通电的螺线管相当于一个条形磁铁，一端是N极，另一端是S极，把一个小磁针放入螺线管内部，小磁针的N极指向螺线管的哪端？提示：指向N极。小磁针N极的指向是N极遇到磁场力的方向，N极受力的方向是该地点的磁感觉强度的方向，在螺线管内部，磁感觉强度方向由S极指向N极。因此小磁针的N极指向螺线管的N极。对磁感线的理解磁感线与电场线的比较磁感线电场线相像点引入目的为形象描绘场而引入的设想线，实质不存在疏密场的强弱切线方向场的方向能否订交不可以订交(电场中无电荷空间不订交)不同样点不中止的闭合曲线不闭合，初步于正电荷或无量远，停止于无量远或负电荷1．对磁感线的认识，以下说法正确的选项是()A．磁感线老是从磁体的北极出发，停止于磁体的南极B．磁感线上某点的切线方向与放在该点小磁针南极的受力方向同样C．磁感线的疏密可以反应磁场的相对强弱D．磁感线是磁场中客观存在的线分析：选C磁感线在磁体的外面是从N到S，在磁体内部是从S到N，形成闭合曲线，A错误；磁感线上某点的切线方向与放在该点小磁针北极的受力方向同样，B错误；磁感线是人设想出来的，现实中不存在，磁感线越密，磁感觉强度越大，磁感线越疏，磁感觉强度越小，C正确D错误。2.磁场中某地区的磁感线以以下图，则()A．a、b两处的磁感觉强度的大小不等，Ba＞BbB．a、b两处的磁感觉强度的大小不等，Ba＜BbC．同一通电导线放在a处受力必定比放在b处受力小D．a处没有磁感线，因此磁感觉强度为零分析：选B由图中可知b处的磁感线较密，a处的磁感线较疏，因此Ba＜Bb，故A错，B对；导线在磁场中受力的大小与导线在磁场中的搁置方向相关，而不是可是取决于B与LI的大小，故C错；磁感线是用来描绘磁场的，而又不可以能在存在磁场的地区内全部画磁感线，那样将会与不画磁感线产生同样的见效，故D错。3．[多项选择]以下对于电场线和磁感线的说法中，正确的选项是()A．电场线和磁感线都是电场或磁场中实质存在的线B．磁场中两条磁感线必定不订交，但在复杂电场中的电场线是可以订交的C．电场线是一条不闭合曲线，而磁感线是一条闭合曲线D．电场线越密的地方，电场越强，磁感线越密的地方，磁场也越强分析：选CD电场线与磁感线分别是为了形象描绘电场、磁场而引入的设想线，实质不存在，A错误。两种场线的切线方向均表示相应的场方向，两种场线都不会订交，B错误。电场线初步于正电荷或无量远、停止于负电荷或无量远，而磁感线在磁体外面由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，构成闭合曲线，C正确。电场线越密，表示该处电场越强；磁感线越密，表示该处磁场越强，D正确。常有磁场的散布规律1．常有永磁体的磁场2．常有电流的磁场安培定章立体图横截面图纵截面图直线电流以导线上随意点为圆心垂直于导线的多组齐心圆，越向外越罕见，磁场越弱环形电流内部磁场比环外强，磁感线越向外越罕见通电螺线管内部为匀强磁场且比外面强，方向由S极指向N极，外面近似条形磁铁，由N极指向S极[典例]以以下图，a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右边，当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向是()A．a、b、c均向左B．a、b、c均向右C．a向左，b向右，c向右D．a向右，b向左，c向右[分析]小磁针静止时N极的指向与该点磁感线方向同样，假如a、b、c三处磁感线方向确立，那么三枚小磁针静止时N极的指向也就确立。因此，只需画出通电螺线管的磁感线以以下图，即可知a磁针的N极在左侧，b磁针的N极在右边，c磁针的N极在右边。[答案]C小磁针在磁场中受力的判断方法(1)当小磁针处于磁体产生的磁场，或环形电流、通电螺线管外面时，可依据同名磁极相斥，异名磁极相吸来判断小磁针的受力方向。(2)当小磁针处于直线电流的磁场中，或处于环形电流、通电螺线管内部时，应当依据小磁针N极所指方向与经过该点的磁感线的切线方向同样来判断小磁针的受力方向。1．以以下图为磁场、磁场作使劲演示仪中的赫姆霍兹线圈，当在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当赫姆霍兹线圈中通以以以下图方向的电流时()A．小磁针N极向里转B．小磁针N极向外转C．小磁针在纸面内向左摇动D．小磁针在纸面内向右摇动分析：选A因为线圈中电流沿顺时针方向，依据安培定章可以确立，线圈内部轴线上磁感线方向垂直于纸面向里。而小磁针N极受力方向和磁感线方向同样，故小磁针N极向里转。2．以以下图，a、b是直线电流的磁场，c、d是环形电流的磁场，e、f是通电螺线管的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向。分析：依据安培定章，可以确立a中电流方向垂直纸面向里，b中电流方向从下向上，c中电流方向沿逆时针，d中磁感线方向向下，e中磁感线方向向左，f中磁感线方向向右。答案：以以下图对磁通量的理解与计算1．磁通量的计算(1)公式：Φ＝BS。合用条件：①匀强磁场；②磁场与平面垂直。(2)若磁场与平面不垂直，应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积，Φ＝BScosθ。式中Scosθ即为平面S在垂直于磁场方向上的投影面积，也称为“有效面积”(以以下图)。2．磁通量的正、负(1)磁通量是标量，但有正、负，当以磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正当，则磁感线此后边穿出时即为负值。(2)若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量大小为Φ1，反向磁通量大小为Φ2，则穿过该平面的合磁通量Φ＝Φ1－Φ2。3．磁通量的变化量(1)当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS。(2)当B变化，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S。(3)B和S同时变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1。但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS。[典例]以以下图，有一个垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感觉强度B＝0.8T，磁场有显然的圆形界限，圆心为O，半径为10cm，此刻在纸面内先后放上圆线圈A、B和C(图中未画出)，圆心均在O处，A线圈的半径为1cm，共10匝；B线圈的半径为2cm，只有1匝；C线圈的半径为0.5cm，只有1匝。(1)在磁感觉强度B减为0.4T的过程中，A和B线圈中的磁通量改变了多少？(2)在磁场方向转过30°角的过程中，C线圈中的磁通量改变了多少？[分析](1)对A线圈，有Φ1＝B1πrA2，Φ2＝B2πrA2故A线圈的磁通量的改变量为ΦA＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×10－4Wb＝1.256×10－4WbB线圈的磁通量的改变量为ΦB＝(0.8－0.4)×3.14×(2×10－2)2Wb＝5.024×10－4Wb。(2)对C线圈，Φ1＝BπrC2；磁场方向转过30°角，线圈在垂直于磁场方向的投影面积为πrC2cos30°，则Φ2＝BπrC2cos30°，故磁通量的改变量为ΔΦC＝BπrC2(1－cos30°)＝0.8×3.14×(5×10－3)2×(1－0.866)Wb＝8.4×10－6Wb。[答案](1)1.256×10－4Wb5.024×10－4Wb(2)8.4×10－6Wb磁通量大小的分析与判断1．定量计算经过公式Φ＝BS来定量计算，计算磁通量时应注意的问题：(1)明确磁场能否为匀强磁场，知道磁感觉强度的大小。(2)平面的面积S应为磁感线经过的有效面积。当平面S与磁场方向不垂直时，应明确所研究的平面与磁感觉强度方向的夹角，正确找出垂直面积。(3)线圈的磁通量及其变化与线圈匝数没关，即磁通量的大小不受线圈匝数的影响。2．定性判断磁通量是指穿过线圈面积的磁感线的“净条数”，当有不同样方向的磁场同时穿过同一面积时，此时的磁通量为各磁场穿过该面磁通量的代数和。1．以以下图的磁场中垂直磁场搁置两个面积同样的闭合线圈S1(左)、S2(右)，由图可知穿过线圈S1、S2的磁通量大小关系正确的选项是()A．穿过线圈S1的磁通量比较大B．穿过线圈S2的磁通量比较大C．穿过线圈S1、S2的磁通量同样大D．不可以比较分析：选A穿过线圈S1的磁感线条数多，故穿过线圈S1的磁通量比较大。2.以以下图，两个齐心搁置的平面金属圆环，条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直，则经过两圆环的磁通量Φa、Φb间的关系是()A．Φa＞ΦbB．Φa＜ΦbC．Φa＝ΦbD．不可以确立分析：选A经过圆环的磁通量为穿过圆环的磁感线的条数，第一明确条形磁铁的磁感线散布状况，其余要注意磁感线是闭合的曲线。条形磁铁的磁感线在磁体的内部是从S极到N极，在磁体的外面是从N极到S极，内部有多少根磁感线，外面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，外面的磁感线穿过多少，磁通量就抵消多少，因此面积越大，磁通量反而越小。3．以以下图，一个闭合线圈放在匀强磁场中，线圈的轴线与磁场方向成30°角，磁感觉强度为B，用下述哪个方法可使穿过线圈的磁通量增添一倍()A．把线圈匝数增添一倍B．把线圈面积增添一倍C．把线圈的半径增添一倍D．转动线圈使得轴线与磁场方向平行分析：选B把线圈的匝数增添一倍，穿过线圈的磁感线的条数不变，磁通量不变，故A错误；依据Φ＝BSsinθ，把线圈面积增添一倍，可使穿过线圈的磁通量增添一倍，故B正确；把线圈的半径增添一倍，线圈的面积S＝πR2变成本来的4倍，磁通量为本来的4倍，故C错误；转动线圈使得轴线与磁场方向平行，相当于线圈转过30°，与磁场垂直，有效面积由Ssin60°变成S，磁通量没有增添一倍，故D错误。磁场的叠加[典例][多项选择]三条在同一平面(纸面)内的长直绝缘导线构成一等边三角形，在导线中经过的电流均为I，方向以以下图。a、b和c三点分别位于三角形的三个顶角的均分线上，且到相应极点的距离相等。将a、b和c处的磁感觉强度大小分别记为B1、B2和B3，以下说法正确的选项是()A．B1＝B2<B3B．B1＝B2＝B3C．a和b处磁场方向垂直于纸面向外，c处磁场方向垂直于纸面向里D．a处磁场方向垂直于纸面向外，b和c处磁场方向垂直于纸面向里[思路点拨](1)由安培定章判断每根通电直导线的磁场散布。(2)a、b、c三点的磁感觉强度均为三根通电直导线独自形成磁场的叠加。[分析]a、b、c三处的磁感觉强度是三根导线所产生的磁感觉强度的叠加。依据安培定章可判断出左右两根导线在a处产生的磁场方向相反，因为距离相等，因此磁感觉强度大小相等，因此左右两根导线在a处产生的磁感觉强度的矢量和为零，a处的磁感觉强度等于下边那根导线在该处产生的磁感觉强度，因此a处的磁感觉强度方向垂直于纸面向外，同理可知b处的磁感觉强度等于右边的导线在该处产生的磁感觉强度，因此b处的磁感觉强度方向也垂直纸面向外，三根导线在c处产生的磁场方向均垂直于纸面向里，因此合磁感觉强度方向垂直于纸面向里，且B1＝B2＜B3，应选项A、C正确，B、D错误。[答案]AC(1)娴熟掌握各种磁场的特色及磁感线的散布规律。(2)磁感觉强度为矢量，空间某点的磁感觉强度为各场源在此点产生的磁感觉强度的矢量和。1．以以下图，两根垂直纸面的导线a、b中通有大小相等的电流，两导线旁有一点P，P点到a、b的距离相等。要使P点的磁场方向水平向右，则a、b中电流方向为()A．都向外B．都向里C．a中电流向外，b中电流向里D．a中电流向里，b中电流向外分析：选C要使P点的磁场方向水平向右，则a、b两根通电导线分别在P点产生的磁场强弱和方向以以下图，依据安培定章可知，a中电流向外，b中电流向里，选项C正确。2．在磁感觉强度为B0、竖直向上的匀强磁场中，水平搁置一根长通电直导线，电流的方向垂直纸面向里，以以下图，a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，在这四点中()A．c、d两点的磁感觉强度大小相等B．a、b两点的磁感觉强度大小相等C．c点的磁感觉强度的值最小D．b点的磁感觉强度的值最大分析：选C在c点电流产生的磁场方向与B0反向，故合磁感觉强度最小。在a点二者同向，合磁感觉强度最大，在b、d两点，二者相互垂直，故合磁感觉强度大小相等。因此只有C项正确。1．[多项选择]以下对于磁现象的电实质的说法中，正确的选项是()A．全部磁现象都源于电流或运动电荷B．静止的电荷也能产生磁场C．永磁体的磁场是固有的，与运动电荷或电流没关D．在外磁场作用下物体内分子电流取向大概同样时物体就被磁化了分析：选AD磁体的磁场是因为磁体内部的分子电流形成的，而电流的磁场由运动电荷产生。2．[多项选择]以以下图表示磁场的磁感线，依图分析磁场中a点的磁感觉强度比b点的磁感觉强度大的是()分析：选AC磁感线的疏密可表示磁感觉强度的大小。3．[多项选择]对于磁场和磁感线的描绘，以下说法中正确的选项是()A．磁极与磁极之间、磁极与电流之间都可以经过磁场发生相互作用B．磁感线可以形象地描绘磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致C．磁感线老是从磁铁的N极出发，到S极停止D．磁感线可以用细铁屑来显示，因此是真切存在的分析：选AB磁场是一种特别物质，磁极、电流间发生作用都是经过磁场发生的，故A对；磁感线是为形象描绘磁场而设想的线，不是真切存在的，故D错；磁感线的切线方向表示磁场的方向，磁感线的疏密表示磁场的强弱，故B对；磁感线是闭合曲线，在磁体外面由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，故C错。4．以以下图，电流从A点分两路经过对称的环形分路会集于B点，在环形分路的中心O处的磁感觉强度为()A．垂直环形分路所在平面，且指向“纸内”B．垂直环形分路所在平面，且指向“纸外”C．在环形分路所在平面内指向BD．零分析：选D将圆环分红上下两半研究，依据安培定章，上半圆电流在O点产生的磁场方向向里，下半圆电流在O点产生的磁场方向向外，因为电流大小相等，产生的两个磁感觉强度大小相等，则O点的合磁感觉强度为零。5.[多项选择]以以下图，A和B为两根相互平行的长直导线，通以同方向等大电流，虚线C为在A和B所确立的平面内与A、B等距的直线，则以下说法正确的选项是()A．两导线间的空间不存在磁场B．虚线C处磁感觉强度为零C．AC间磁感觉强度垂直纸面向里D．CB间磁感觉强度垂直纸面向外分析：选BCD设电流A、B在空间产生的磁场分别为BA、BB，依据安培定章，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，综上所述，正确的选项为B、C、D。6．某地区存在以以下图的磁场，此中小圆面积为S1，内有垂直纸面向外的磁场，磁感觉强度的大小为B1，大圆面积为S2，大圆与小圆之间有垂直纸面向里的磁场，磁感觉强度的大小为B2，已知B2＞B1，S2＞2S1，则该地区内磁通量Φ的大小等于()A．(B1＋B2)S2B．(B2－B1)S2C．B2S2－B1S1D．B2S2－(B1＋B2)S1分析：选D设穿过线圈向外的磁通量为正当，则有Φ1＝B1S1；而穿过线圈向里的磁通量为Φ2＝－B2(S2－S1)。则该地区内的磁通量Φ＝B1S1－B2(S2－S1)＝－[B2S2－(B1＋B2)S1]，负号表示穿过线圈的磁通量的方向，故D正确，A、B、C错误。7．[多项选择]以以下图，A为通电线圈，电流方向以以下图，B、C为与A在同一平面内的两齐心圆，ΦB、ΦC分别为穿过两圆面的磁通量的大小，下述判断中正确的选项是()A．穿过两圆面的磁通量方向是垂直纸面向外B．穿过两圆面的磁通量方向是垂直纸面向里C．ΦB＞ΦCD．ΦB＜ΦC分析：选AC由安培定章判断，凡是垂直纸面向外的磁感线都集中在线圈内，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，这些磁感线散布在线圈外，因此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同样，垂直纸面向里的磁感线条数不同样，B圆面的较少，C圆面的好多，但都比垂直向外的少，因此穿过B、C的磁通量方向应垂直纸面向外，且ΦB＞ΦC。8．以以下图，通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面，第一次将金属框由地点Ⅰ平移到地点Ⅱ，第二次将金属框绕cd边翻转到地点Ⅱ，设先后两次经过金属框的磁通量变化量分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则()A．ΔΦ1＞ΔΦ2B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1＜ΔΦ2D．不可以判断分析：选C设在地点Ⅰ时磁通量大小为Φ1，地点Ⅱ时磁通量大小为Φ2。第一次将金属框由地点Ⅰ平移到地点Ⅱ，穿过线框的磁感线方向没有改变，磁通量变化量ΔΦ1＝Φ1－Φ2，第二次将金属框绕cd边翻转到地点Ⅱ，穿过线框的磁感线的方向发生改变，磁通量变化量ΔΦ2＝Φ1＋Φ2。故ΔΦ1＜ΔΦ2，故C正确。9．(2017·全国卷Ⅲ)如图，在磁感觉强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定搁置，二者之间的距离为l。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感觉强度为零。假如让P中的电流反向、其余条件不变，则a点处磁感觉强度的大小为()A．0B.eq\f(\r(3),3)B0C.eq\f(2\r(3),3)B0D．2B0分析：选C导线P和Q中电流I均向里时，设其在a点产生的磁感觉强度大小BP＝BQ＝B1，以以下图，则其夹角为60°，它们在a点的合磁场的磁感觉强度平行于PQ向右、大小为eq\r(3)B1。又依据题意Ba＝0，则B0＝