2014年《步步高》高中物理配套Word版文檔(人教選修3-1)第三章 學(xué)案3

學(xué)案3幾種常見的磁場[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道磁感線的概念，知道幾種常見磁場的磁感線分布.2.會用安培定則判斷電流的磁場方向.3.了解安培分子電流假說.4.知道什么是勻強(qiáng)磁場.5.知道磁通量的概念，會用Φ＝BS計(jì)算磁通量．學(xué)習(xí)探究一、磁感線安培定則在磁場中放一塊玻璃板，玻璃板上均勻地撒一層細(xì)鐵屑，輕敲玻璃板，鐵屑就會有規(guī)則地排列起來，模擬出磁感線的形狀．由實(shí)驗(yàn)得到條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場的磁感線是如何分布的？答案[要點(diǎn)提煉]1．磁感線和電場線的比較：相同點(diǎn)：都是疏密程度表示場的強(qiáng)弱，切線方向表示場的方向；都不能相交．不同點(diǎn)：電場線起于正電荷，終止于負(fù)電荷，不閉合；但磁感線是閉合曲線．2．電流周圍的磁感線方向可根據(jù)安培定則判斷．(1)直線電流的磁場：以導(dǎo)線上任意點(diǎn)為圓心的同心圓，越向外越疏．(如圖1所示)圖1(2)環(huán)形電流的磁場：內(nèi)部比外部強(qiáng)，磁感線越向外越疏．(如圖2所示)圖2(3)通電螺線管的磁場：內(nèi)部為勻強(qiáng)磁場，且內(nèi)部比外部強(qiáng)．內(nèi)部磁感線方向由S極指向N極，外部由N極指向S極．(如圖3所示)圖3二、安培分子電流假說磁鐵和電流都能產(chǎn)生磁場，而且通電螺線管外部的磁場與條形磁鐵的磁場十分相似，它們的磁場有什么聯(lián)系？[要點(diǎn)提煉]1．安培分子電流假說安培認(rèn)為，物質(zhì)微粒內(nèi)的分子電流使它們相當(dāng)于一個個的小磁體(如圖4)．圖42．當(dāng)鐵棒中分子電流的取向大致相同時，鐵棒對外顯磁性(如圖5甲)；當(dāng)鐵棒中分子電流的取向變得雜亂無章時，鐵棒對外不顯磁性(如圖乙)．圖53．安培分子電流假說說明一切磁現(xiàn)象都是由電荷的運(yùn)動產(chǎn)生的．三、勻強(qiáng)磁場磁通量取兩塊較大的磁鐵，讓兩個平行的異名磁極相對，在距離很近時用細(xì)鐵屑模擬磁感線的分布，你觀察到的結(jié)果怎樣？[要點(diǎn)提煉]1．勻強(qiáng)磁場的磁感線是一些間隔相同的平行直線．2．磁通量的定義式：Φ＝BS，適用條件：磁場是勻強(qiáng)磁場，且磁場方向與平面垂直．3．當(dāng)平面與磁場方向不垂直時，穿過平面的磁通量可用平面在垂直于磁場B的方向的投影面積進(jìn)行計(jì)算，即Φ＝BS⊥＝BScos_θ(如圖6)．圖6經(jīng)典例題例1關(guān)于磁場和磁感線的描述，正確的說法是()A．磁感線從磁體的N極出發(fā)，終止于S極B．磁感線可以表示磁場的方向和強(qiáng)弱C．沿磁感線方向，磁場逐漸減弱D．因?yàn)楫惷艠O相互吸引，所以放入通電螺線管內(nèi)的小磁針的N極一定指向螺線管的S極例2如圖7所示，圖a、圖b是直線電流的磁場，圖c、圖d是環(huán)形電流的磁場，圖e、圖f是通電螺線管電流的磁場．試在各圖中補(bǔ)畫出電流方向或磁感線的方向．例3關(guān)于磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，下列說法正確的是()A．除永久磁鐵外，一切磁場都是由運(yùn)動電荷或電流產(chǎn)生的B．根據(jù)安培的分子電流假說，在外磁場作用下，物體內(nèi)部分子電流取向變得大致相同時，物體就被磁化了，兩端形成磁極C．一切磁現(xiàn)象都起源于電流或運(yùn)動電荷，一切磁作用都是電流或運(yùn)動電荷之間通過磁場而發(fā)生的相互作用D．磁就是電，電就是磁；有磁必有電，有電必有磁例4如圖8所示，框架面積為S，框架平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場方向垂直，則穿過平面的磁通量為________．若使框架繞OO′轉(zhuǎn)過60°角，則穿過框架平面的磁通量為__________；若從初始位置轉(zhuǎn)過90°角，則穿過框架平面的磁通量為________________；若從初始位置轉(zhuǎn)過180°角，則穿過框架平面的磁通量的變化是__________．圖8課堂檢測1．關(guān)于磁場和磁感線的描述，下列說法中正確的是()A．磁體之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，磁場和電場一樣，也是一種客觀存在的物質(zhì)B．磁感線可以形象地描述磁場的強(qiáng)弱和方向，它每一點(diǎn)的切線方向都和小磁針放在該點(diǎn)靜止時北極所指的方向一致C．磁感線總是從磁鐵的N極出發(fā)，到S極終止的D．磁感線可以用細(xì)鐵屑來顯示，因而是真實(shí)存在的2.如圖9所示，a、b、c三枚小磁針分別在通電螺線管的正上方、管內(nèi)和右側(cè)，當(dāng)這些小磁針靜止時，小磁針N極的指向是()圖9A．a(chǎn)、b、c均向左B．a(chǎn)、b、c均向右C．a(chǎn)向左，b向右，c向右D．a(chǎn)向右，b向左，c向右3．用安培提出的分子電流假說可以解釋的現(xiàn)象是()A．永久磁鐵的磁場B．直線電流的磁場C．環(huán)形電流的磁場D．軟鐵棒被磁化的現(xiàn)象4.如圖10所示，半徑為R的圓形線圈共有n匝，其中心位置處半徑為r的虛線范圍內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直線圈平面．若磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則穿過線圈的磁通量為()圖10A．πBR2B．πBr2C．nπBR2D．nπBr2限時練題組一對磁感線的認(rèn)識及方向判斷1．下列關(guān)于電場線和磁感線的說法中，正確的是()A．電場線和磁感線都是電場或磁場中實(shí)際存在的線B．磁場中兩條磁感線一定不相交，但在復(fù)雜電場中的電場線是可以相交的C．電場線是一條不閉合曲線，而磁感線是一條閉合曲線D．電場線越密的地方，同一試探電荷所受的電場力越大；磁感線分布較密的地方，同一試探電荷所受的磁場力也越大答案C2．如圖1所示為電流產(chǎn)生磁場的分布圖，正確的分布圖是()圖1A．①③B．②③C．①④D．②④答案C解析由安培定則可以判斷出直線電流產(chǎn)生的磁場方向，①正確，②錯誤．③和④為環(huán)形電流，注意讓彎曲的四指指向電流的方向，可判斷出③錯誤，④正確．故正確選項(xiàng)為C.3.當(dāng)接通電源后，小磁針A按如圖2所示方向運(yùn)動，則()圖2A．小磁針B的N極向紙外轉(zhuǎn)B．小磁針B的N極向紙里轉(zhuǎn)C．小磁針B不轉(zhuǎn)動D．因電流未標(biāo)出，所以無法判斷小磁針B如何轉(zhuǎn)動答案A解析由小磁針A的N極運(yùn)動方向知，螺線管的左側(cè)為S極，右側(cè)為N極，由右手螺旋定則判斷小磁針B處的磁場方向向外，小磁針N極受力方向與該處磁場方向一致．故A正確．4.南極考察經(jīng)常就南極特殊的地理位置進(jìn)行科學(xué)測量．“雪龍?zhí)枴笨疾礻?duì)員一次實(shí)驗(yàn)如下：在地球南極附近用彈簧測力計(jì)豎直懸掛一未通電螺線管，如圖3所示．下列說法正確的是()圖3A．若將a端接電源正極，b端接電源負(fù)極，則彈簧測力計(jì)示數(shù)將減小B．若將a端接電源正極，b端接電源負(fù)極，則彈簧測力計(jì)示數(shù)將增大C．若將b端接電源正極，a端接電源負(fù)極，則彈簧測力計(jì)示數(shù)將增大D．不論螺線管通電情況如何，彈簧測力計(jì)示數(shù)均不變答案AC解析在地球南極附近即為地磁N極，螺線管相當(dāng)于一條形磁鐵，根據(jù)右手螺旋定則判斷出“條形磁鐵”的極性．再根據(jù)同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引，判斷知A、C正確．題組二對安培分子電流假說的認(rèn)識5．關(guān)于安培分子電流假說的說法正確的是()A．安培觀察到物質(zhì)內(nèi)部有分子電流存在就提出了假說B．為了解釋磁鐵產(chǎn)生磁場的原因，安培提出了假說C．事實(shí)上物質(zhì)內(nèi)部并不存在類似的分子電流D．根據(jù)后來科學(xué)家研究，原子內(nèi)電子繞核旋轉(zhuǎn)形成環(huán)形電流與安培分子電流假說相符答案BD6．磁鐵在高溫下或者受到敲擊時會失去磁性，根據(jù)安培的分子電流假說，其原因是()A．分子電流消失B．分子電流的取向變得大致相同C．分子電流的取向變得雜亂D．分子電流的強(qiáng)度減弱答案C解析由于高溫或猛烈的敲擊，會使原來取向一致的分子電流變得雜亂，從而失去磁性，故C選項(xiàng)正確．7．為了解釋地球的磁性，19世紀(jì)安培假設(shè)：地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的．在下列四個圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是()答案B解析地磁場是從地球的南極附近出來，進(jìn)入地球的北極附近，除兩極外地表上空的磁場都具有向北的磁場分量，由安培定則，環(huán)形電流外部磁場方向向北，可知，B正確．A圖地表上空磁場方向向南，A錯誤．C、D在地表上空產(chǎn)生的磁場方向是東西方向，C、D錯誤．故選B.題組三磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量的疊加8.在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0、方向向上的勻強(qiáng)磁場中，水平放置一根長通電直導(dǎo)線，電流的方向垂直于紙面向里．如圖4所示，a、b、c、d是以直導(dǎo)線為圓心的同一圓周上的四點(diǎn)，在這四點(diǎn)中()圖4A．b、d兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等B．a(chǎn)、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等C．c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值最小D．b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值最大答案C解析如圖所示，由矢量疊加原理可求出各點(diǎn)的合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可見b、d兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，但方向不同，A項(xiàng)錯誤．a(chǎn)點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度最小，B、D項(xiàng)錯誤，C項(xiàng)正確．9．如圖5所示，兩根相互平行的長直導(dǎo)線過紙面上的M、N兩點(diǎn)，且與紙面垂直，導(dǎo)線中通有大小相等、方向相反的電流．a(chǎn)、O、b在M、N的連線上，O為MN的中點(diǎn)，c、d位于MN的中垂線上，且a、b、c、d到O點(diǎn)的距離均相等．關(guān)于以上幾點(diǎn)處的磁場，下列說法正確的是()圖5A．O點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零B．a(chǎn)、b兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反C．c、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同D．a(chǎn)、c兩點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不同答案C解析根據(jù)安培定則判斷磁場方向，再結(jié)合矢量的合成知識求解．根據(jù)安培定則判斷：兩直線電流在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向均垂直于MN向下，O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，故A選項(xiàng)錯誤；a、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，故B選項(xiàng)錯誤；根據(jù)對稱性，c、d兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，故C選項(xiàng)正確；a、c兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同，故D選項(xiàng)錯誤．10．在紙面上有一個等邊三角形ABC，在B、C頂點(diǎn)處是通有相同電流的兩根長直導(dǎo)線，導(dǎo)線垂直于紙面放置，電流方向如圖6所示，每根通電導(dǎo)線在三角形的A點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，則三角形A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為______________，方向?yàn)開_____________．若C點(diǎn)處的電流方向反向，則A點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為________________，方向?yàn)開_______________．圖6答案B水平向右B豎直向下解析如圖所示，由安培定則知B處導(dǎo)線在A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平偏下30°，C處導(dǎo)線在A點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平偏上30°，由平行四邊形定則可以求得合磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平向右，大小為B1＝2Bcos30°＝B.當(dāng)C處的電流方向反向時，如圖所示．由平行四邊形定則可知合磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的方向豎直向下，大小等于B.題組四對磁通量的認(rèn)識及計(jì)算11.如圖7所示是等腰直角三棱柱，其平面ABCD為正方形，邊長為L，它們按圖示方式放置于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，則下列說法中正確的是()圖7A．穿過ABCD平面的磁通量大小為B0L2B．穿過BCFE平面的磁通量大小為B0L2C．穿過ADFE平面的磁通量大小為零D．穿過整個三棱柱的磁通量為零答案BCD解析根據(jù)Φ＝BS⊥，因此通過ABCD平面的磁通量Φ＝B0L2cos45°＝B0L2，A錯誤；平面BCFE⊥B0，而BC＝L，CF＝Lcos45°＝L，所以平面BCFE的面積S＝BC·CF＝L2，因而Φ＝B0S＝B0L2，B正確；平面ADFE在B0的垂直方向上的投影面積為零，所以穿過的磁通量為零，C正確；若規(guī)定從外表面穿入三棱柱的磁通量為正，那么由三棱柱內(nèi)表面穿出時的磁通量就為負(fù)，而穿入三棱柱的磁感線總與穿出的磁感線相等，因此穿過整個三棱柱的磁通量為零，D正確．故選B、C、D.12.如圖8所示，有一個垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.8T，磁場有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為1.0cm.在紙面內(nèi)先后放上圓線圈，圓心均在O處，A線圈半徑為1.0cm,10匝；B線圈半徑為2.0cm，1匝；若磁場方向不變，在B減為0.4T的過程中，A和B線圈中磁通量各改變了多少？圖8答案1.256×10－4Wb1.256×10－