高二物理磁場問題歸納 知識精講.doc

高二物理磁場問題歸納 知識精講 一. 本周教學(xué)內(nèi)容：磁場問題歸納二. 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、掌握電流磁場方向的判斷方法。2、重點(diǎn)掌握幾種常見的磁感線的分布特點(diǎn)及安培定則的應(yīng)用。3、掌握磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念及其矢量性特點(diǎn)?？键c(diǎn)地位：本節(jié)內(nèi)容是高中磁場理論的基礎(chǔ)，涉及了高中階段各種常見的典型的磁場分布及其特點(diǎn)、地磁場的分布特點(diǎn)、磁場的疊加等，這些內(nèi)容的深刻把握，對于處理磁場問題中的綜合問題有很好的作用。近幾年的高考中，突出的考查磁場的基本概念，如電磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念，安培定則等，出題形式主要以選擇或填空的形式出現(xiàn)。三. 重難點(diǎn)解析： 1. 磁場（1）定義：磁體或電流周圍存在一種特殊物質(zhì)，能夠傳遞磁體與磁體、磁體和電流、電流和電流之間的相互作用，這種特殊的物質(zhì)叫磁場。（2）磁場的基本性質(zhì)：對放入其中的磁體和電流產(chǎn)生力的作用。（3）磁場的產(chǎn)生：磁體能產(chǎn)生磁場；電流能產(chǎn)生磁場。（4）磁場的方向：注意：小磁針北極（N極，指北極）受力的方向即小磁針靜止時(shí)北極所指方向，為磁場中該點(diǎn)的磁場方向。說明：所有的磁作用都是通過磁場發(fā)生的，磁場與電場一樣，都是場物質(zhì)，這種物質(zhì)并非由基本粒子構(gòu)成。 2. 電流的磁場（1）電流對小磁針的作用1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)，通電后，通電導(dǎo)線下方的與導(dǎo)線平行的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。如圖所示。（2）電流和電流間的相互作用有互相平行而且距離較近的兩條導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線中分別通以方向相同和方向相反的電流時(shí)，觀察發(fā)生的現(xiàn)象是：同向電流相吸，異向電流相斥。小結(jié)：磁體與磁體間、電流與磁體間、電流和電流間的相互作用都是通過磁場來傳遞的，故電流能產(chǎn)生磁場。 3. 磁感線（1）磁感線是為了形象地描述磁場而人為假設(shè)的曲線。其疏密反映磁場的強(qiáng)弱，線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁場方向相同。（2）磁感線的特點(diǎn)：在磁體外部，磁感線從北極發(fā)出，進(jìn)入南極；在磁體內(nèi)部由南極回到北極。磁感線的疏密表示磁場的強(qiáng)弱，磁感線越密的地方磁場越強(qiáng)；磁場方向在過該點(diǎn)的磁感線的切線上。磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷。（3）熟記幾種常見磁場的磁感線的分布。如：條形磁鐵、通電直導(dǎo)線、圓形電流、通電螺線管等。說明：磁感線是為了形象地研究磁場而人為假設(shè)的曲線，并不是客觀存在于磁場中的真實(shí)曲線。實(shí)驗(yàn)時(shí)利用被磁化的鐵屑來顯示磁感線的分布情況，只是研究磁感線的一種方法，使得看不見、摸不著的磁場變得具體形象，給研究帶來方便；但是，絕不能認(rèn)為磁感線是由鐵屑排列而成的。另外，被磁化的鐵屑所顯示的磁感線分布僅是一個(gè)平面上的磁感線分布情況，而磁鐵周圍的磁感線應(yīng)該分布在長、寬、高組成的三維空間內(nèi)。 4. 安培定則（右手螺旋定則）（1）定義：用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。如圖所示。（2）安培定則的拓展環(huán)形電流的磁場：如圖所示。由（甲）圖過渡到（乙）圖。四指繞向?yàn)殡娏鞣较?，則拇指方向即為環(huán)形電流中心軸線上磁感線方向。通電螺線管的磁場，如圖所示。（3）通電螺線管：右手握住螺線管，四指環(huán)繞電流方向，拇指方向即為螺線管內(nèi)磁感線的方向。 5. 三種常用的電流磁場的特點(diǎn)及畫法比較（1）直線電流的磁場：無磁極，非勻強(qiáng)，距導(dǎo)線越遠(yuǎn)處磁場越弱，畫法如圖所示。（2）通電螺線管的磁場：兩端分別是N極和S極，管內(nèi)是勻強(qiáng)磁場，管外為非勻強(qiáng)磁場，畫法如圖所示。（3）環(huán)形電流的磁場：兩側(cè)是N極和S極，離圓環(huán)中心越遠(yuǎn)，磁場越弱，畫法如圖所示。注意：磁場是分布在立體空間的，要熟練掌握常見磁場的磁感線的立體圖和縱、橫截面的畫法，以備解題時(shí)需要。這是本節(jié)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在學(xué)習(xí)磁場的過程中可與電場對比著進(jìn)行掌握。同時(shí)要注意磁感線與電場線之間的區(qū)別。 6. 關(guān)于地磁場地球本身就是一個(gè)大磁體，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）地磁場的N極在地球南極附近，S極在地球北極附近，磁感線分布如圖所示。地磁S極地磁N極（2）地磁場B的水平分量（）總是從地球南極指向北極，而豎直分量（）則南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下。（3）在赤道平面上，距離地球表面相等的各點(diǎn)，磁場強(qiáng)弱程度一致，且方向水平向北。（4）地球上的人類和某些生物常利用地磁來確定方向?！镜湫屠}】問題1：電流磁場方向的判定問題： 1. （2002年上海）如圖所示為一種利用電磁原理制作的充氣泵的結(jié)構(gòu)示意圖。其工作原理類似打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，當(dāng)電流從電磁鐵的接線柱a流入，吸引小磁鐵向下運(yùn)動時(shí)，以下選項(xiàng)中正確的是（ ）。A. 電磁鐵的上端為N極，小磁鐵的下端為N極B. 電磁鐵的上端為S極，小磁鐵的下端為S極C. 電磁鐵的上端為N極，小磁鐵的下端為S極D. 電磁鐵的上端為S極，小磁鐵的下端為N極解析：當(dāng)電流從a端流向電磁鐵時(shí)，據(jù)右手螺旋定則，測出電磁鐵的上端為S極，此時(shí)能吸引小磁鐵向下運(yùn)動，故說明小磁鐵的下端為N極。答案：D變式1、考題2：如圖所示為磁場、磁場作用力演示儀中的赫姆霍茲線圈，當(dāng)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D. 小磁針在紙面內(nèi)向右擺動解析：由右手安培定則可知，螺線管內(nèi)部的磁感線向里，小磁針N極的受力方向即為該處的磁場方向。答案：A變式2：考題3：如圖所示，一束帶電粒子沿水平方向沿虛線飛過磁針上方，并與磁針方向平行，能使磁針N極轉(zhuǎn)向讀者，那么這束帶電粒子可能是（ ）A. 向右飛的正離子B. 向左飛的負(fù)離子C. 向右飛的負(fù)離子D. 向左飛的正離子答案：CD問題2、典型磁場分布及安培定則的應(yīng)用問題：考題4：在蹄形鐵心上繞有線圈，如圖所示，根據(jù)小磁針的指向，畫出線圈的繞線方向?？碱}5：圖所示是通電直導(dǎo)線周圍磁感線分布情況示意圖，各圖的中央表示垂直于紙面的通電直導(dǎo)線及其中電流的方向，其他的均為磁感線，其方向由箭頭指向表示，這四個(gè)圖中，正確的是（ ）答案：C考題6：圖所示（甲）、（乙）是兩種結(jié)構(gòu)不同的環(huán)狀螺線管的示意圖，其中（乙）由兩個(gè)匝數(shù)相同、互相對稱的、半圓環(huán)形螺線管串聯(lián)而成，給它們按圖示方向通以電流，試畫出磁感線的分布情況示意圖。解析：畫電流產(chǎn)生的磁場的磁感線分布圖應(yīng)注意掌握三條原則：電流的磁場方向，由右手螺旋定則（安培定則）決定；磁感線是閉合曲線；磁感應(yīng)強(qiáng)度大的地方，磁感線密，磁感應(yīng)強(qiáng)度小的地方，磁感線疏?？碱}7：某同學(xué)做奧斯特實(shí)驗(yàn)時(shí)，把小磁針放在水平的通電直導(dǎo)線的下方，當(dāng)通電后發(fā)現(xiàn)小磁針不動。稍微用手撥動一下小磁針，小磁針轉(zhuǎn)動了180后靜止不動。由此可知通電直導(dǎo)線的電流方向是（ ）。A. 自東向西B. 自南向北C. 自西向東D. 自北向南答案：A問題3、磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念及其矢量性理解：考題1：有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度的下列說法中，正確的是（ ）A. 磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來表示磁場強(qiáng)弱的物理量B. 若有一小段通電導(dǎo)體在某點(diǎn)不受磁場力的作用，則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零C. 若有一小段長為L，通以電流為I的導(dǎo)體，在磁場中某處受到的磁場力為F，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小一定是F/ILD. 由定義式B=F/IL可知，電流強(qiáng)度I越大，導(dǎo)線L越長，某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度就越小答案：A例2. 三根平行長直導(dǎo)線，分別垂直地通過一等腰直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，如圖所示，現(xiàn)在使每條通電導(dǎo)線在斜邊中點(diǎn)處所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B。則該處實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向如何？解析：根據(jù)安培定則，和在O點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同，在O點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與它們垂直，由大小均為B可知，O點(diǎn)處實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，方向在三角形所在的平面內(nèi)與斜邊夾角。變式：針對訓(xùn)練3：在紙面上有一個(gè)等邊三角形ABC，其頂點(diǎn)處都有通相同電流的三根長直導(dǎo)線垂直于紙面放置，電流方向如圖所示，每根通電導(dǎo)線在三角形的中心產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，則中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為_。答案：零?！灸M試題】 1. 如圖所示，橡膠圓盤上帶有大量負(fù)電荷，當(dāng)圓盤在水平面上沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動時(shí)，懸掛在圓盤邊緣上方的小磁針可能轉(zhuǎn)動的方向是（ ）A. N極偏向圓心B. S極偏向圓心C. 無論小磁針在何位置，圓盤轉(zhuǎn)動對小磁針無影響D. A、B兩種情況都有可能 2. 對以下電磁現(xiàn)象判斷正確的是（ ）A. 指南針在大電流輸電線路附近時(shí)，指示方向不正確B. 兩條平行的輸電導(dǎo)線有靠近的趨勢C. 東西走向的輸電導(dǎo)線總是受到向下的磁場力D. 柔軟的螺線管通電后長度縮短 3. 關(guān)于地磁場下列說法中正確的是（ ）A. 地理位置的南、北極即為地磁場的南北極B. 地磁場的磁感線是不閉合曲線C. 在赤道上的磁針的N極在靜止時(shí)指向地理南極D. 在赤道上的磁針的N極在靜止時(shí)指向地理北極 4. 如圖所示為某磁場的一條磁感線，其上有A、B兩點(diǎn)，則（ ）A. A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定大B. B點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定大C. 因?yàn)榇鸥芯€是直線，A、B兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度一樣大D. 條件不足，無法判斷 5. 如圖所示，在同一平面內(nèi)有四根彼此絕緣的通電直導(dǎo)線，四根導(dǎo)線中電流，要使O點(diǎn)處磁場增強(qiáng)，則應(yīng)切斷哪一根導(dǎo)線中的電流（ ）A. 切斷B. 切斷C. 切斷D. 切斷 6. 對于通有穩(wěn)恒電流的長而直的螺線管，下面說法中正確的是（ ）A. 通電螺線管內(nèi)部的磁場是勻強(qiáng)磁場B. 通電螺線管磁感線的分布都是從N極指向S極C. 放在通電螺線管內(nèi)部的小磁針靜止時(shí)，N極指向通電螺線管的N極D. 通電螺線管內(nèi)部的小磁針靜止時(shí)，N極指向螺線管的S極 7. 在地球赤道上空有一小磁針處于水平靜止?fàn)顟B(tài)，突然發(fā)現(xiàn)小磁針N極向東偏轉(zhuǎn)，由此可知（ ）A. 一定是小磁針正東方向有一條形磁鐵的N極靠近小磁針B. 一定是小磁針正東方向有一長形磁鐵的S極靠近小磁針C. 可能是小磁針正上方有電子流自南向北通過D. 可能是小磁針正上方有電子流自北向南水平通過 8. 如圖所示，三條長直導(dǎo)線都通以垂直于紙面向外的電流，且，則距三導(dǎo)線等距的A點(diǎn)的磁場方向?yàn)椋?）A. 向上B. 向右C. 向左D. 向下 9. 鐵環(huán)上繞有絕緣的通電導(dǎo)線，電流方向如圖所示，則鐵環(huán)中心O處的磁場方向?yàn)椋?）A. 向下B. 向上C. 垂直紙面向里D. 垂直紙面向外 10. 如圖所示，a、b是直線電流的磁場，c、d是環(huán)形電流的磁場，e、f是螺線管電流的磁場，試在各圖中補(bǔ)畫出電流方向或磁感線方向。參考答案 1. A 提示：負(fù)電荷的運(yùn)動方向與其形成的電流方向相反，在盤上方的磁場方向應(yīng)指向圓心。 2. A、D提示：大的輸電流的導(dǎo)線在其附近產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場，會對磁針產(chǎn)生顯著的作用，故指南針指示方向不正確，A選項(xiàng)正確。兩條平行的輸電導(dǎo)線中若電流方向相反，兩導(dǎo)線受到相互排斥的磁場力，相互遠(yuǎn)離，通電螺線管相鄰導(dǎo)線電流方向相同，各圈導(dǎo)線之間相互吸引，螺線管縮短，故B選項(xiàng)不正確，D選項(xiàng)正確，東西走向的輸電導(dǎo)線與地磁場方向垂直，要受到磁場力的作用，但因電流的方向不同而使輸電導(dǎo)線受到的磁場力也不相同，方向可能向上，也可能向下，故C選項(xiàng)不正確。 3. D提示：據(jù)地磁場特點(diǎn)知，地理北極即為地磁場南極，即S極，在地球表面磁感線由地理南極指向地理北極，故A、B、C都不對，D是正確的。 4. D提示：因磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小是由磁感應(yīng)線的疏密度決定的。 5. D提示：由安培定則可知，的磁場在O處與其他磁場方向相反。 6. A、C提示：磁感線是閉合曲線，外部從N極到S極，內(nèi)部從S極指向N極。 7. C提示：在赤道上空地磁場方向?yàn)樗较虮保诘卮艌龅淖饔孟?，小磁針只穩(wěn)定地水平指北，而指北的這一端為小磁針的N極。當(dāng)小磁針的N極突然向東偏轉(zhuǎn)，說明小磁針?biāo)诳臻g內(nèi)突然有一指向東邊的磁場對小磁針產(chǎn)生磁力的作用。這一磁場既可是磁體產(chǎn)生的，也可是電流產(chǎn)生的。在小磁針正東方向，條形磁鐵N極所產(chǎn)生的磁場是經(jīng)小磁針指向西方，故A選項(xiàng)一定不成立。而條形磁鐵S極產(chǎn)生的磁場是經(jīng)小磁針自西指向東，故B選項(xiàng)可能成立，但不是惟一原因，故B選項(xiàng)不對。當(dāng)小磁針正上方有電子流通過時(shí)，電子流產(chǎn)生的磁場是在垂直于電子流的平面內(nèi)，以電子流為圓心的同心圓。而小磁針的磁場方向?qū)⒁螂娮恿魉酵ㄟ^而成水平方向，若電子流水平自南向北，則經(jīng)過小磁針的磁場方向?yàn)樗较驏|；若電子流水平自北向南，則其經(jīng)小磁針的磁場方向?yàn)樗较蛭?。由此可知C選項(xiàng)正確。 8. B提示：的磁場在A處合成為0，故只有的磁場。 9. A提示：鐵環(huán)上端為N極，下端為S極，故磁場方向?yàn)橄蛳隆?10. 解：根據(jù)安培定則有a圖中的電流方向?yàn)椤啊?，b圖中電流方向向上；c圖中電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針，d圖中磁感線方向向下；e圖中磁感線方向向左，f圖中磁感線方向向右?！緞?lì)志故事】真理需要堅(jiān)持 一天，在課堂上，哲學(xué)家蘇格拉底拿出一個(gè)蘋果，站在講臺前說：“請大家聞聞空氣中的味道！” 一位學(xué)生舉手回答：“我聞到了，是蘋果的香味！”蘇格拉底走下講臺，舉著蘋果慢慢地從每一個(gè)學(xué)生的面前走過，并叮囑道：“大家再仔細(xì)聞一聞，