2021-2022高中物理3-1学案：第5章磁场 章末综合提升

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精PAGE10-版权所有@高考资源网学必求其心得，业必贵于专精[体系构建]［核心速填］一、磁场的定义磁体或电流周围存在一种特殊物质，这种物质能够使磁体和磁体之间、磁体和电流之间、电流和电流之间发生力的作用，这种特殊的物质叫作磁场。二、磁场的产生1．磁体周围存在磁场；2．电流周围存在磁场－－电流的磁效应（1820年丹麦物理学家奥斯特首先发现)；3．运动的电荷周围存在磁场.三、磁场方向在磁场中的任一点，小磁针北极(N极)所受磁场力的方向,亦即小磁针静止时北极（N极）所指的方向，就是那一点的磁场方向，该点的磁场方向与小磁针南极（S极)受力方向相反。四、安培定则应用1．直线电流磁场方向判断用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流的方向一致,弯曲四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。2．环形电流的磁场方向判断右手弯曲的四指表示电流的方向,则伸直的拇指所指的方向是环形导线中心轴线处的磁场方向。3．通电螺线管的磁场方向判断用右手握住螺线管，让弯曲四指所指的方向与电流方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，也就是说拇指指向通电螺线管的N极(或北极).五、磁场的描述1．磁感线:如果在磁场中画出一些有方向的假想曲线，使曲线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同,这样的曲线称为磁感线.2．磁感应强度（1)定义：穿过垂直于磁感线的单位面积的磁感线条数等于该处的磁感应强度.用符号B表示.（2）单位：在国际单位制中,磁感应强度的单位是特斯拉,符号为T,1T＝1N/(A·m).(3)方向：磁场中某点磁感应强度的方向就是该点的磁场方向,也就是放在该点的小磁针N极受力的方向,是矢量。3．磁通量(1)定义：磁场中穿过磁场某一面积S的磁感线条数叫作穿过这个面积的磁通量。(2)计算公式:Φ＝B·S，此公式的适用条件:①匀强磁场；②磁感线与平面垂直。（3）单位：在国际制单位制中是韦伯,简称韦，符号是Wb，1Wb＝1T·m2。安培定则的应用和磁场的叠加1．安培定则描述了电流方向与磁场方向之间的关系,应用它可以判断直线电流、环形电流及通电螺线管周围磁感线的分布及方向,在应用时，应注意分清“因”和“果”：（1）直线电流的磁场:拇指指向“原因”即电流方向;四指指向“结果"即磁感线的环绕方向。(2）环形电流的磁场：四指指向“原因”即电流方向;拇指指向“结果”即中心轴线的磁感线方向。(3）通电螺线管的磁场：四指指向“原因"即电流方向;拇指指向“结果”即螺线管内部沿中心轴线的磁感线方向，亦即指向螺线管的N极。2．一个其他形状的电流(如矩形、三角形等）的磁场，从整体效果上可等效为环形电流的磁场，采用安培定则判定。也可以分成几段直线电流判定,然后利用磁场叠加思想处理。3．磁场的叠加：磁感应强度是矢量，合成时遵从平行四边形定则.【例1】（多选）如图所示,纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2，L1中的电流方向向左，L2中的电流方向向上；L1的正上方有a、b两点,它们相对于L2对称.整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外.已知a、b两点的磁感应强度大小分别为eq\f（1，3)B0和eq\f(1,2)B0，方向也垂直于纸面向外。则（)A．流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为eq\f（7，12）B0B．流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为eq\f（1，12)B0C．流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为eq\f(1，12)B0D．流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为eq\f(7，12)B0AC[由对称性可知，流经L1的电流在a、b两点产生的磁感应强度大小相等且方向相同，设为B1,流经L2的电流在a、b两点产生的磁感应强度大小相等但方向相反，设其大小为B2，由磁场叠加原理有B0－B1－B2＝eq\f（1,3)B0，B0－B1＋B2＝eq\f(1,2)B0，联立解得B1＝eq\f（7，12）B0，B2＝eq\f(1，12)B0,所以A、C正确。］[一语通关］磁感应强度是矢量，当空间存在几个磁体（或电流）时，每一点的磁场为各个磁体（或电流）在该点产生磁场的磁感应强度的矢量和。磁感应强度叠加时遵循平行四边形定则。［跟进训练]1．如图所示，在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为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点处的磁感应强度为零。如果让P中的电流反向、其他条件不变，则a点处磁感应强度的大小为(）A．0B．eq\f(\r（3）,3）B0C．eq\f（2\r（3），3)B0D．2B0C[两长直导线P和Q在a点处的磁感应强度的大小相等，设为B,方向如图甲所示，此时a点处的磁感应强度为零，则两磁感应强度的合磁感应强度B合的大小等于B0,方向与B0相反，即B0的方向水平向左，此时B＝eq\f（B0，2cos30°）＝eq\f（\r（3),3)B0；让P中的电流反向、其他条件不变，两长直导线P和Q在a点处的磁感应强度的大小仍为B,方向如图乙所示，则两磁感应强度的合磁感应强度大小为B，方向竖直向上，B与B0垂直，其合磁感应强度为Ba＝eq\r（B2＋B\o\al（2,0）)＝eq\f（2\r(3）,3）B0,选项C正确.]学习磁通量应注意的问题1．磁通量的正负磁通量是标量，但有正负之分。磁通量的正负不代表大小，只反映磁通量是怎么穿过某一平面的，若规定向里穿过某一平面的磁通量为正，则向外为负。尤其在计算磁通量变化时更应注意.2．有效面积定义式Φ＝BS中的面积S指的是垂直于匀强磁场方向的面积，如果平面与磁场方向不垂直，应取垂直磁场方向上的投影面积，即为有效面积。3．净磁通量若穿过某一平面的磁感线既有穿出的又有穿入的，则穿过该平面的合磁通量为磁感线的净条数，即净磁通量.4．多匝线圈从磁通量的定义中可以看出，穿过某一面积的磁通量是由穿过该面积的磁感线条数的多少决定的，所以，只要n匝线圈的面积相同，放置情况也相同，则n匝线圈与单匝线圈的磁通量相同,即磁通量的大小与线圈匝数n无关。【例2】(多选）如图所示是等腰直角三棱柱,其中正方形ABCD的边长为L，按图示位置放置在方向竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B,下列说法正确的是(）A．通过ABCD平面的磁通量为BL2B．通过BCFE平面的磁通量为eq\f(\r（2)，2）BL2C．通过ADFE平面的磁通量为零D．通过整个三棱柱的磁通量为零BCD[磁感应强度B和ABCD平面不垂直,根据Φ＝BScosθ知，穿过ABCD平面的磁通量为eq\f(\r(2),2)BL2，故A项错误；磁感应强度B和BCFE平面垂直,故B项正确;磁感应强度B和ADFE平面平行,故通过ADFE平面的磁通量为零，C项正确；磁感线从ABCD平面穿入，进入三棱柱后不终止,从BCFE平面穿出，若穿入磁通量为正,则穿出磁通量为负，故穿过整个三棱柱的磁通量为零，D项正确。］[一语通关]（1）对磁通量的计算式，只适用于匀强磁场,对非匀强磁场不能直接用Φ＝BS计算。(2）由于磁感线是闭合曲线，因此穿过任何一个闭合曲面的磁通量均为零.（3)穿过线圈的磁通量与磁场的强弱和线圈横截面的大小有关,与线圈的匝数无关。[跟进训练］2．如图所示，n匝矩形线圈abcd的面积为S，O1O2经过ab和cd的中点,其左边有磁感应强度大小为B、方向垂直线圈平面向里的匀强磁场，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.(1)求穿过线圈的磁通量;(2）若线圈从图示位置绕O1O2转过37°,求穿过线圈的磁通量的变化量大小；(3）若线圈从图示位置绕O1O2转过180°，求穿过线圈的磁通量的变化量大小。［解析]（1)根据Φ＝BS可知