2018-2019學年高中物理 第三章 磁場 3.3 幾種常見的磁場課件 新人教版選修3-1.ppt

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3幾種常見的磁場,【自主預習】1.磁感線(1)定義：在磁場中畫出的一些有方向的曲線，在這些曲線上每一點的切線方向都跟這點的___________的方向一致。,磁感應強度,(2)特點：①磁感線是為研究磁場方便而假想的具有_____的曲線，實際并不存在。②磁感線的疏密程度表示磁場_____，磁場強的地方磁感線_____，磁場弱的地方磁感線_____。③磁感線上每一點的_____方向就是該點的磁場方向。,方向,強弱,密集,稀疏,切線,,④磁感線在空間不能_____，也不能相切和中斷。⑤磁場中的任何一條磁感線都是_____曲線，在磁體外部由__極指向__極，在磁體內部由__極指向__極。,相交,閉合,N,S,S,N,2.幾種電流的磁場特點和方向(1)通電直導線：右手握住導線，讓伸直的拇指所指的方向與_____方向一致，彎曲的四指所指的方向就是___________的方向。(如圖甲),電流,磁感線環(huán)繞,(2)環(huán)形電流：讓右手彎曲的四指與_________方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導線軸線上_______的方向。(如圖乙),環(huán)形電流,磁感線,(3)通電螺線管：右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟_____的方向一致，拇指所指的方向就是螺線管_____磁感線的方向。(如圖丙),電流,內部,,3.分子電流假說勻強磁場磁通量(1)安培分子電流假說：安培認為，在原子、分子等物質微粒的內部，存在著一種_________，即分子電流。分子電流的兩側相當于兩個_____。(如圖),環(huán)形電流,磁極,,(2)勻強磁場①定義：_____、_____處處相同的磁場。②磁感線：間隔相同的_____直線。(3)磁通量①定義：勻強磁場磁感應強度B和與磁場方向_____的平面面積S的乘積，即Φ=___。②單位：_____，符號Wb，1Wb=1_____。,強弱,方向,平行,垂直,BS,韋伯,Tm2,,【預習小測】1.(多選)如圖所示為電流產生磁場的分布圖，正確的分布圖是(),,【解析】選A、D。由安培定則可以判斷出直線電流產生的磁場方向，A正確、B錯誤。C和D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C錯誤、D正確。,,2.如圖所示為通電螺線管縱剖面，則螺線管內部和外部a、b、c三個位置上小磁針靜止時N極指向是()A.均向右B.均向左C.a、b向左，c向右D.a、c向右，b向左,,【解析】選C。本題考查了磁極間的相互作用規(guī)律和右手螺旋定則。由右手螺旋定則可知，螺線管左端是N極，右端為S極；因螺線管內部磁感線是由S極指向N極的，由于小磁針靜止時N極指向為磁場方向，因此小磁針a、b的N極都向左，而小磁針c的N極向右，故C正確。,主題一磁感線【互動探究】在條形磁鐵上面放一塊玻璃板，玻璃板上面均勻撒上一層細鐵屑，輕敲玻璃板，觀察現(xiàn)象。(1)細鐵屑分布有怎樣的規(guī)律性？提示：細鐵屑有規(guī)律地排列起來，磁極處分布密集，其他位置分布稀疏。,(2)如果說有規(guī)律地排列起來的細鐵屑是條形磁鐵磁感線的“模擬”，那么，應該怎樣用磁感線來描述磁場呢？提示：可以類比用電場線描述電場一樣，在磁場中畫一些有方向的曲線，使曲線上每一點的切線方向都跟這點的磁感應強度的方向一致，這樣的曲線叫磁感線。利用磁感線就可以形象地描述磁場。,,【探究總結】1.磁感線的特點：(1)磁感線在磁體的外部都是從N極出來進入S極，在磁體的內部則是由S極指向N極，形成一條閉合曲線。(2)在磁場中，某一點有唯一確定的磁場方向，所以兩條磁感線不能相交或相切。,,(3)磁感線是為了形象地研究磁場而人為假想的曲線，為形象、直觀、方便地研究磁場提供了依據。(4)磁感線越密集表示磁場越強，磁感線越稀疏表示磁場越弱。,,2.磁感線與電場線的比較：(1)從電場、磁場的概念理解兩種場線的相似點：都是切線表示方向，疏密程度表示強弱。(2)從兩種場線的區(qū)別理解兩種場的區(qū)別：電場線有始終，磁感線是閉合曲線。,,【典例示范】(多選)磁場中某區(qū)域的磁感線如圖所示，a、b、c、d、e是磁場中的5個點，其中c、d兩點關于直線對稱，下面說法正確的是(),,A.這5個位置中，e點的磁感應強度最大B.a點沒有磁感線穿過，所以a點磁感應強度一定為零C.c、d兩點關于直線對稱，所以c、d兩點磁感應強度方向相同D.b、e兩點在同一直線上，所以b、e兩點磁感應強度方向相同,,【解題指南】解答本題應把握以下兩點：(1)磁感線疏和密表示磁感應強度弱和強。(2)磁感線某點切線方向表示該點的磁感應強度方向。,,【解析】選A、D。從磁感線分布情況看，e點位置的磁感線分布最密集，磁感應強度最大，A正確；a處磁感線相對其他位置比較稀疏，a處磁感應強度較小，但并不是零，B錯誤；在c、d兩點的切線方向表示c、d點的磁感應強度方向，所以c、d兩點磁感應強度方向并不相同，C錯誤；b、e兩點的切線在同一直線上，所以D正確。,,【探究訓練】1.(2018海口高二檢測)關于磁感線與電場線的描述，下列說法正確的是()A.電場線起始于電荷，磁感線起始于磁極B.靜電場電場線一定不閉合，磁感線一定是閉合的C.磁感線是小磁針在磁場力作用下的運動軌跡D.沿磁感線方向磁場逐漸減弱,,【解析】選B。磁感線是假想的線，沒有起點也沒有終點，是閉合的曲線，磁感線的疏密表示磁場強弱。靜電場中的電場線不是閉合的曲線，始于正電荷(或無窮遠)，止于無窮遠(或負電荷)。,,2.(多選)關于磁場和磁感線的描述，下列說法中正確的是()A.磁極之間相互作用是通過磁場發(fā)生的，磁場和電場一樣，也是客觀存在的特殊物質,,B.磁感線可以形象地描述各點磁場的強弱和方向，它每一點的切線方向都和小磁針放在該點靜止時N極所指的方向一致C.磁感線總是從磁鐵N極出發(fā)，到S極終止D.細鐵屑在磁場中的分布曲線就是磁感線,,【解析】選A、B。磁極之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，磁場和電場都是客觀存在的特殊物質，A正確；磁感線的疏密描述磁場的強弱，各點的切線方向表示該點磁場的方向，B正確；在磁體內部磁感線是從S極到N極，C錯誤；細鐵屑在磁場中的分布曲線形象地描述了磁感線，磁感線實際并不存在，D錯誤。,,【補償訓練】1.下列關于磁場和磁感線的說法中正確的是()A.磁感線總是從磁鐵的N極出發(fā)，到S極終止，所以是不閉合的B.磁感線可以形象地描述磁場的強弱和方向，是真實存在的C.磁場和電場一樣，也是一種物質D.磁感線就是細鐵屑在磁場周圍排列出的曲線,,【解析】選C。磁感線在磁鐵的外部是從磁鐵的N極到S極，在磁鐵的內部是從S極指向N極，磁鐵內部的磁感線與外部的磁感線形成閉合曲線，故A錯誤；磁感線可以形象地描述磁場的強弱和方向，但不是真實存在的，B錯誤；磁場和電場一樣，也是一種物質，C正確；細鐵屑在磁場周圍排列出的曲線可以形象地反映磁場的分布，但不是磁感線。,,2.如圖所示的磁場中同一條磁感線(方向未標出)上有a、b兩點，這兩點處的磁感應強度(),,A.大小相等，方向不同B.大小不等，方向相同C.大小相等，方向相同D.大小不等，方向不同【解析】選B。a點處磁感線比b點處磁感線密，則a點的磁感應強度大于b點的磁感應強度，而某點的切線方向即為該點的磁感應強度的方向，因此它們的方向相同，故B正確，A、C、D錯誤。,,【通法悟道】理解磁感線的兩點注意(1)在沒畫磁感線的地方，并不表示沒有磁場存在。(2)若多個磁體或電流的磁場在空間某區(qū)域疊加，磁感線描述的是疊加后的磁場的磁感線分布情況，不能認為該區(qū)域有多條磁感線相交。,,主題二幾種電流的磁場特點和方向【互動探究】探究點1：安培定則直線電流、環(huán)形電流、通電螺線管的電流方向與磁感線的環(huán)繞方向可以根據安培定則來判斷，安培定則有兩個重要的方向：大拇指指向和四指環(huán)繞方向，結合這兩個方向討論：,,(1)對于通電直導線，兩個方向之間的關系是怎樣的？提示：右手握住通電直導線，讓伸直的拇指指向電流方向，四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞方向。(2)對于環(huán)形電流和通電螺線管，兩個方向之間的關系是怎樣的？提示：右手彎曲的四指與環(huán)形電流或通電螺線管電流方向一致，大拇指指向為環(huán)形中心磁感線方向。,,探究點2：安培定則的應用直線電流、環(huán)形電流、通電螺線管磁場既有相似又有不同，通過以下表格，比較它們的異同。,,提示：,越弱,條形磁鐵,越弱,【探究總結】1.三種電流磁場的特點：(1)直線電流：通電導線周圍的磁感線是以導線上各點為圓心的同心圓。離導線越近磁場越強，離導線越遠磁場越弱。(2)環(huán)形電流：環(huán)形電流的磁場類似于條形磁鐵的磁場。由于磁感線均為閉合曲線，所以環(huán)內磁感線條數與環(huán)外相等，故環(huán)內磁場強，環(huán)外磁場弱。,(3)通電螺線管：通電螺線管外部的磁場跟條形磁鐵外部的磁場分布情況相同，兩端分別為N極和S極；管內是勻強磁場，磁場方向由S極指向N極。,2.安培定則中的“因果”關系：(1)在判定直線電流的磁場的方向時，大拇指指“原因”——電流方向，四指指“結果”——磁場繞向。(2)在判定環(huán)形電流磁場方向時，四指指“原因”——電流方向，拇指指“結果”——環(huán)內沿中心軸線的磁感線方向。,,【典例示范】(2018石家莊高二檢測)如圖所示，兩根相互平行的長直導線過紙面上的M、N兩點，且與紙面垂直，導線中通有大小相等、方向相反的電流。a、O、b在M、N的連線上，O為MN的中點，c、d位于MN的中垂線上，且a、b、c、d到O點的距離均相等，關于以上幾點處的磁場，下列說法正確的是(),A.O點處的磁感應強度為零B.a、b兩點處的磁感應強度大小相等、方向相反C.c、d兩點處的磁感應強度大小相等、方向相同D.a、c兩點處磁感應強度的方向不同,,【解題指南】解答本題應把握以下三點：(1)應用安培定則判斷直線電流在各點磁場方向。(2)把握直線電流磁場分布特點及對稱性。(3)應用平行四邊形定則，求磁感應強度矢量和。,【解析】選C。由安培定則分別畫出兩直導線在a、b、c、d、O點的磁場方向，如圖所示。由平行四邊形定則可得：O點的磁感應強度不為零，選項A錯誤；a、b兩點處的磁感應強度大小相等，方向相同，選項B錯誤；c、d兩點處的磁感應強度大小相等，方向均豎直向下，選項C正確；a、c兩點處磁感應強度的方向都豎直向下，方向相同，選項D錯誤。,【探究訓練】如圖所示，分別給出了導線中的電流方向或磁場中某處小磁針靜止時N極的指向或磁感線方向。請畫出對應的磁感線或電流方向。,【解題指南】解答本題應把握以下兩點：(1)小磁針在磁場中靜止時，N極所指的方向就是該處磁場的方向，這是普遍適用的。(2)“同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引”只適用于兩個磁體互為外部時磁極間的相互作用。,【解析】如果已知電流的方向，可用安培定則判斷磁感線的方向。如果已知小磁針靜止時N極指向，那么小磁針N極所指方向就是磁場方向。答案：用安培定則來判斷，分別如圖所示。,【補償訓練】(多選)如圖所示，一束帶電粒子沿水平方向虛線飛過磁針上方，并與磁針方向平行，能使磁針N極轉向讀者，那么這束帶電粒子可能是()A.向右飛行的正離子B.向左飛行的負離子C.向右飛行的負離子D.向左飛行的正離子,【解析】選C、D。帶電粒子沿水平方向虛線飛過磁針上方，并與磁針方向平行，能使磁針N極轉向讀者，則知電流的磁場在磁針所在處是垂直于紙面指向讀者的。依據安培定則可得，電流的方向水平向左。因此，如果這束帶電粒子是正離子，則向左飛行；如果是負離子，則向右飛行。故正確答案為C、D。,【通法悟道】小磁針在磁場中受力的判斷方法(1)當小磁針處于磁體產生的磁場中，或處于環(huán)形電流、通電螺線管外部時，可根據同名磁極相斥，異名磁極相吸來判斷小磁針的受力方向。(2)當小磁針處于直線電流的磁場中，或處于環(huán)形電流、通電螺線管內部時，應該根據小磁針N極所指方向與通過該點的磁感線的切線方向相同，來判斷小磁針的受力方向。,主題三分子電流假說勻強磁場磁通量【互動探究】探究點1：分子電流假說安培認為構成磁體的分子內部存在一種環(huán)形電流——分子電流。由于分子電流的存在，每個磁分子成為小磁體，兩側相當于兩個磁極。,,(1)安培提出的分子電流假說的基本內容是什么？提示：安培認為，在原子、分子等物質微粒內部存在著一種環(huán)形電流，使得每個微粒都成為微小的磁體，它的兩側相當于兩個磁極。,(2)分子電流假說怎樣解釋磁化和退磁？提示：鐵棒在未被磁化時，內部分子電流的取向是雜亂無章的，它們的磁場互相抵消，對外不顯磁性。當鐵棒受到外界的磁場作用時，各分子電流的取向變得大致相同，鐵棒被磁化，兩端對外界顯示出較強的磁作用，形成磁極。當磁體受到高溫烘烤或猛烈撞擊時，分子電流的取向變得雜亂無章而失去磁性。,探究點2：勻強磁場(1)怎樣才能獲得勻強磁場？提示：如圖所示，距離很近的兩個平行的異名磁極之間、相隔適當距離的兩個平行放置的線圈通電時的磁場可以看作勻強磁場。,,(2)勻強磁場磁感線有怎樣的特點？提示：勻強磁場的磁感線是一些間隔相同的平行直線。,,探究點3：磁通量磁通量是既與磁感應強度B和面積S有關，又與B和S所成角度有關的一個物理量，思考并回答下面的問題：,,(1)磁通量的概念是怎樣的？提示：在磁感應強度為B的勻強磁場中，有一個與磁場垂直的平面，面積為S，把B與S的乘積叫作穿過這個面積的磁通量，用Φ表示，即Ф=BS。,(2)如圖，當磁場方向與平面成θ角時，磁通量的表達式是怎樣的？當磁場與平面平行時，磁通量是多少？,提示：當磁場與平面成θ角時，磁通量Ф=BSsinθ，當磁場與平面平行時，磁通量Φ=0。,【探究總結】1.磁通量的正、負：(1)磁通量是標量，但有正、負，當磁感線從某一面上穿入時，磁通量為正值，則磁感線從此面穿出時即為負值。(2)若磁感線沿相反方向穿過同一平面，且正向磁通量為Φ1，反向磁通量為Φ2，則穿過該平面的磁通量Φ=Φ1-Φ2。,,2.磁通量的計算：(1)公式：Φ=BS。適用條件：①勻強磁場。②磁感線與平面垂直。,(2)在勻強磁場B中，若磁感線與平面不垂直，公式Φ=BS中的S應為平面在垂直于磁感線方向上的投影面積。如果磁場B不與我們研究的對象垂直，例如圖中的S，則有S⊥=ScosθΦ=BScosθ,式中Scosθ即為面積S在垂直于磁感線方向上的投影，我們稱為“有效面積”。,,【典例示范】(2018德州高二檢測)如圖所示，在條形磁鐵外套有A、B兩個大小不同的圓環(huán)，穿過A環(huán)的磁通量ΦA與穿過B環(huán)的磁通量ΦB相比較，則()A.ΦA>ΦBB.ΦAΦB。故A正確，B、C、D都錯誤。,,【探究訓練】(2018湘譚高二檢測)如圖甲所示，一個面積為S的矩形導線框abcd，水平放置在勻強磁場中，磁場的磁感應強度為B，方向與ad邊垂直并與線框平面成45角，O、O′分別是ab邊和cd邊的中點。現(xiàn)將線框右半邊ObcO′繞OO′逆時針旋轉90到圖乙所示位置，在這一過程中，通過線框的磁通量的變化量為多少？,【解析】規(guī)定從下向上穿時，磁通量為正，則題圖甲所示的狀態(tài)，磁通量為Φ1=BScos45=BS，題圖乙狀態(tài)時，左半邊線框adO′O的磁通量為Φ3=Bcos45=BS，右半邊線框旋轉后，磁通量穿過的面改變了，已從“反面”穿出，磁通量為：Φ4=-Bcos45=-BS，,,旋轉后穿過整個線框的磁通量為Φ2=Φ3+Φ4=0，旋轉過程中磁通量的變化量為ΔΦ=|Φ2-Φ1|=答案：BS,【補償訓練】1.如圖所示，矩形線圈abcd放置在水平面內，磁場方向與水平方向成α角，已知sinα=，回路面積為S，勻強磁場的磁感應強度為B，則通過線圈的磁通量為(),,【解析】選B。由磁通量的計算式Φ=BS⊥=BSsinθ(θ為B與S的夾角)，得Φ=BS，故B正確。,,2.科學研究表明，地球自西向東的自轉速度正在變慢。假如地球的磁場是由地球表面帶電引起的，則可以斷定()A.地球表面帶正電，由于地球自轉變慢，地磁場將變弱B.地球表面帶正電，由于地球自轉變慢，地磁場將變強C.地球表面帶負電，由于地球自轉變慢，地磁場將變弱D.地球表面帶負電，由于地球自轉變慢，地磁場將變強,,【解析】選C。地球的磁場類似于通電螺線管的磁場。我們已經知道，地理的南極是地磁N極，地理北極是地磁S極。依據安培定則，可以看出要有自東向西的電流才符合，那么必然是由于地球表面帶負電自西向東旋轉引起的。由于地球自轉變慢，相當于電流減弱，地磁場將變弱。,,3.如圖所示，一個單匝線圈abcd水平放置，面積為S，有一半面積處在豎直向下的勻強磁場中，磁感應強度為B，當線圈以ab邊為軸轉過30和60時，穿過線圈的磁通量分別是多少？,,【解析】當線圈分別轉過30和60時，線圈平面在垂直于磁場方向的有效面積分別為，而線框水平時只有一半面積在磁場中，所以磁通量相同，都等于。答案：,【課堂小結】,