人教版 (新课标)选修33 几种常见的磁场导学案

3　几种常见的磁场

1．磁感线

(1)定义：用来形象描述磁场的强弱及方向的曲线．

(2)特点：

①磁感线的疏密表示磁场的强弱．

②磁感线上某点的切线方向表示该点磁感应强度的方向．

2．安培定则

(1)直线电流的磁场：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，如图3­3­1甲所示．

图3­3­1

(2)环形电流的磁场：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向，如图3­3­1乙所示．

(3)通电螺线管的磁场：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，或拇指指向螺线管的N极，如图3­3­1丙所示．

3．安培分子电流假说

(1)内容：安培认为，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，它的两侧相当于两个磁极．

(2)意义：能够解释磁化以及退磁现象，解释磁现象的电本质．

(3)磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的．

1．通电直导线周围磁场的磁感线是闭合的圆环．(√)

2．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的．(×)

3．磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断．(√)

4．除永久性磁铁外，一切磁场都是由运动电荷产生的．(×)

5．一般的物体不显磁性是因为物体内的分子电流取向杂乱无章．(√)

1．有同学认为磁感线总是从磁体北极指向南极，你认为对吗？

【提示】　不对，在磁体外部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．怎样可以使磁铁的磁性减弱或失去磁性？

【提示】　高温或猛烈的撞击可以使分子电流取向变得杂乱无章，从而失去磁性．

如图3­3­2所示，螺线管内部小磁针静止时N极指向右方．

图3­3­2

探讨1：螺线管内部磁场沿什么方向？螺线管c、d端，哪端为N极？

【提示】　由c指向d.d端为N极．

探讨2：小磁针放在螺线管上方e处，静止时N极指向什么方向？

【提示】　向左．

探讨3：电源的a、b端，哪端为正极？

【提示】　a端．

1．磁感线的特点

(1)为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在．

(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱，密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱．

(3)磁感线的方向：磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极．

(4)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断．

(5)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向．

2．磁感线与电场线的比较

3.常见永磁体的磁场

图3­3­3

4．三种常见的电流的磁场

5.安培假说对有关磁现象的解释

(1)磁化现象：一根软铁棒，在未被磁化时，内部各分子电流的取向杂乱无章，它们的磁场互相抵消，对外不显磁性；当软铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流取向变得大致相同时，两端显示较强的磁性作用，形成磁极，软铁棒就被磁化了，即磁化的实质是分子电流由无序变为有序．

(2)磁体的消磁：磁体受到高温或猛烈撞击状况时，即在激烈的热运动或机械运动影响下，分子电流的取向又会变得杂乱无章，使得磁体磁性消失．

1．如图3­3­4所示，表示蹄形磁铁周围的磁感线，磁场中有a、b两点，下列说法正确的是(　　)

图3­3­4

A．a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba>Bb

B．a、b两处的磁感应强度的大小不等，Ba<Bb

C．蹄形磁铁的磁感线起始于蹄形磁铁的N极，终止于蹄形磁铁的S极

D．a处没有磁感线，所以磁感应强度为零

【解析】　由题图可知b处的磁感线较密，a处的磁感线较疏，所以Ba<Bb，故A错，B对；磁感线是闭合曲线，没有起点和终点，故C错；在没画磁感线的地方，并不表示没有磁场存在，故D错．

【答案】　B

2．为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的．在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是(　　)

【解析】　地磁场是从地球的南极附近出来，进入地球的北极附近，除两极外地表上空的磁场都具有向北的磁场分量，由安培定则，环形电流外部磁场方向向北、可知，B正确．A图地表上空磁场方向向南，A错误．C、D在地表上空产生的磁场方向是东西方向，C，D错误．故选B.

【答案】　B

安培定则记忆口诀

“直对直，弯对弯”．即在应用安培定则时，四指始终弯曲，拇指始终伸直，当是直线电流时，拇指指向电流方向，四指指向磁场方向；当是环形电流时，四指弯曲指向电流方向，拇指指向磁场方向．

1．匀强磁场

(1)定义：强弱、方向处处相同的磁场．

(2)磁感线特点：疏密均匀的平行直线．

2．磁通量

(1)定义：匀强磁场中磁感应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B与研究的平面不垂直时，这个面在垂直于磁场B方向的投影面积S′与B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，1 Wb＝1_T·m2.

(4)引申：B＝，表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量，因此磁感应强度B又叫磁通密度．

1．在匀强磁场中面积越大，磁通量一定越大．(×)

2．磁感应强度等于垂直穿过单位面积的磁通量．(√)

3．磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量．(×)

4．将一平面置于匀强磁场中的任何位置，穿过该平面的磁通量总相等．(×)

若通过某面积的磁通量等于零，则该处一定无磁场，你认为对吗？

【提示】　不对．磁通量除与磁感应强度、面积有关外，还与环面和磁场夹角有关，当环面与磁场平行时，磁通量为零，但仍能存在磁场．

如图3­3­5所示，匀强磁场B0竖直向下，且与平面BCFE垂直，已知平面BCFE的面积为S.

图3­3­5

探讨1：平面BCFE的磁通量是多大？

【提示】　B0S.

探讨2：平面ABCD的磁通量是多大？

【提示】　B0S.

探讨3：平面AEFD的磁通量是多大？

【提示】　0.

1．磁通量的物理意义：表示磁场中穿过某一平面的磁感线条数，且为穿过的磁感线的净条数．

2．磁通量的计算

(1)匀强磁场，磁感线与平面垂直时：Φ＝BS.

(2)匀强磁场，磁感线与平面不垂直时：Φ＝BSsin θ，公式中的θ是平面与磁感线的夹角，Ssin θ是平面在垂直于磁感线方向的投影面积．

3．磁通量的正、负值含义

(1)磁通量是标量，但有正、负．若规定磁感线从某平面穿入时，磁通量为正值，则磁感线从该平面穿出时即为负值．

(2)若某一平面有正反两个方向的磁感线穿过，穿过正向的磁通量为Φ1，反向的磁通量为Φ2，则穿过该平面的磁通量Φ＝Φ1－Φ2.

4．磁通量与磁感应强度的关系

(1)磁感应强度的另一种定义：由Φ＝BS得B＝，此为磁感应强度的另一定义式，表示穿过垂直于磁场方向的单位面积的磁感线条数，所以B又叫作磁通密度．

(2)磁感应强度的另一个单位：由B＝得磁感应强度的另一个单位是，且1 T＝1 ＝1 .

3．如图3­3­6所示，在条形磁铁中部垂直套有A、B两个圆环，设通过线圈A、B的磁通量为ΦA、ΦB，则(　　)

【导学号：34522039】

图3­3­6

A．ΦA＝ΦB

B．ΦA<ΦB

C．ΦA>ΦB

D．无法判断

【解析】　在条形磁铁的周围，磁感线是从N极出发，经外空间磁场由S极进入磁铁内部．在磁铁内部的磁感线从S极指向N极，又因磁感线是闭合的平滑曲线，所以条形磁铁内外磁感线条数一样多，从下向上穿过A、B环的磁感线条数一样多，而从上向下穿过A环的磁感线多于B环，则从下向上穿过A环的净磁感线条数小于B环，所以通过B环的磁通量大于通过A环的磁通量．

【答案】　B

4．如图3­3­7所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则穿过平面的磁通量为多少？若使框架绕OO′轴转过60°角，则穿过线框平面的磁通量为多少？若从初始位置转过90°角，则穿过线框平面的磁通量为多少？

图3­3­7

若从初始位置转过180°角，则穿过线框平面的磁通量变化为多少？

【解析】　在图示位置时，磁感线与线框平面垂直，Φ＝BS.当框架绕OO′轴转过60°时可

以将原图改画成从上面向下看的俯视图，如图

所示．

Φ＝BS⊥＝BS·cos 60°＝BS.

转过90°时，线框由磁感线垂直穿过变为平行，Φ＝0.

线框转过180°时，磁感线仍然垂直穿过线框，只不过穿过方向改变了．

因而Φ1＝BS，Φ2＝－BS，

ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－2BS.

即磁通量变化了2BS.

【答案】　BS　BS　0　2BS

求ΔΦ的三种方法

导致磁通量变化的原因不同，求解磁通量变化量的方法也有差异，常见以下三种情景：

(1)磁感应强度B不变，由于有效面积S发生变化导致磁通量变化，这种情况的ΔΦ利用BΔS求解．

(2)面积S不变，由于磁感应强度B发生变化导致磁通量变化，这种情况的ΔΦ利用ΔBS求解．

(3)磁感应强度B和有效面积S均发生变化，这种情况的ΔΦ＝B2S2－B1S1，不能用ΔB·ΔS求解磁通量变化量．