1、3 几种常见的磁场,知识自学,自我检测,一、磁感线 阅读教材第86页“磁感线”部分,初步认识磁感线。 1.磁感线及其作用 在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一个点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致,这样的曲线叫作磁感线。利用磁感线可以形象地描述磁场。 2.实验模拟 在玻璃板的下面放上磁铁,上面放细铁屑,轻敲玻璃板,可以模拟出磁感线的形状,原因是细铁屑在磁场中被磁化成“小磁针”,轻敲玻璃板,铁屑就会有规则地排列起来,模拟出磁感线的形状。,知识自学,自我检测,二、几种常见的磁场 阅读教材第8687页“几种常见的磁场”部分,知道安培定则的内容,初步了解直导线、环形线圈和螺线管的磁场分布。 1.判
2、断直线电流产生的磁场方向 安培定则: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。这个规律也叫右手螺旋定则。 2.判断环形电流产生的磁场方向 安培定则: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。 3.判断通电螺线管产生的磁场方向 安培定则:让右手弯曲的四指与通电螺线管电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是螺线管内部磁场的方向,或拇指指向螺线管的北极。,知识自学,自我检测,三、安培分子电流假说 阅读教材第87页“安培分子电流假说”部分,理解安培分子电流假说的内容,了解安培分子电流假说可以解释一些磁现
3、象。 1.安培分子电流假说 法国学者安培提出了著名的分子电流假说。他认为在原子、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微小的磁体,它的两侧相当于两个磁极。 2.用安培分子电流假说解释磁化现象 一条铁棒未被磁化时,内部分子电流的取向是杂乱无章的,磁场相互抵消,对外不显磁性,当铁棒受到外界磁场的作用时,各分子电流的取向变得大致相同,铁棒被磁化,两端显示出较强的磁作用,形成磁极。 3.用安培分子电流假说解释磁体受到高温或猛烈撞击时会失去磁性 激烈的热运动或震动使分子电流的取向又变得杂乱无章。,知识自学,自我检测,四、匀强磁场、磁通量 阅读教材第88页“匀强
4、磁场”和“磁通量”部分,知道匀强磁场的磁感线特点,初步理解磁通量的概念,知道计算磁通量的公式和单位。 1.匀强磁场及其磁感线的特点 磁感应强度的大小、方向处处相同的磁场。磁感线是间隔相同的平行直线。 2.磁通量 (1)定义:匀强磁场的磁感应强度B与和磁场方向垂直的平面面积S的乘积,叫作穿过这个面积的磁通量。 (2)公式:=BS。 (3)单位:韦伯,简称韦,符号是Wb,1 Wb=1 Tm2。,知识自学,自我检测,正误判断。 (1)用铁屑可以演示磁体周围磁感线的分布,所以磁感线是客观存在的。 ( ) 解析:磁感线是为了形象地描述磁场而引入的假想线,实际并不存在。 答案: (2)磁感线所指的方向就是
5、磁场的磁感应强度方向。 ( ) 解析:磁感线的切线方向就是该点的磁感应强度方向。 答案: (3)磁体的磁场和电流的磁场本质上是一样的。 ( ) 解析:磁体的磁场和电流的磁场本质上都是由运动的电荷产生的,所以本质是一样的。 答案:,知识自学,自我检测,(4)磁感应强度的单位是T,也可以是 Wb/m2。( ) 解析:因为=BS,故B= ,因此1 T=1 Wb/m2。 答案: (5)根据安培的分子电流假说,在外界磁场作用下,物体内部分子电流取向变得大致相同时,物体就被磁化,两端形成磁极。 ( ) 解析:物体被磁化是因为在外界磁场作用下,物体内部分子电流取向变得大致相同,从而使两端形成磁极。 答案:,
6、知识自学,自我检测,(6)磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量。 ( ) 答案: (7)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。( ) 答案: (8)环形电流的磁场相当于小磁针,通电螺线管的磁场相当于条形磁铁。( ) 答案:,探究一,探究二,探究三,探究四,问题探究,名师精讲,典例剖析,对磁感线的进一步认识 图甲表示条形磁铁的磁感线的分布情况,图乙表示通电螺线管的磁感线的分布情况,观察两幅图,请思考:从图中可以看出,通电螺线管的磁感线是闭合的,而条形磁铁的磁感线不闭合,这种判断对吗?,要点提示:不管是磁铁的磁场,还是电流的磁场,磁感线都是闭合的。,当堂检测,探究一,探究二,探
7、究三,探究四,问题探究,名师精讲,典例剖析,(1)磁感线的特点: 磁感线上任一点的切线方向表示该点的磁感应强度的方向,即小磁针N极受力的方向。 磁铁外部的磁感线从N极指向S极,内部从S极指向N极,磁感线是闭合曲线。 磁感线的疏密表示磁场强弱,磁感线密集处磁场强,磁感线稀疏处磁场弱。 磁感线在空间不相交。,当堂检测,探究一,探究二,探究三,探究四,问题探究,名师精讲,典例剖析,电场线有始点和终点,而磁感线是闭合曲线,没有开始点和终点。,当堂检测,探究一,探究二,探究三,探究四,问题探究,名师精讲,典例剖析,【例题1】(多选)关于磁感线的概念和性质,下列说法正确的是( ) A.磁感线上各点的切线方
8、向就是各点的磁场方向 B.铁屑在磁场中的分布曲线就是磁感线 C.磁感线总是从磁体的N极指向S极 D.磁场中任意两条磁感线均不相交 解析:磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同,A对。磁感线是假想曲线,B错。磁感线为闭合曲线,在磁体的内部磁感线则由S极指向N极,C错。两条磁感线不能相交,磁感线也不相切,D对。 答案:AD要正确地理解磁感线,并且可以和电场线作类比:比如都是人为引入的带有方向的曲线,可以通过疏密程度反映场的强弱,不能相交等,也有不同点,比如磁感线是闭合的曲线而电场线不是。,当堂检测,探究一,探究二,探究三,探究四,问题探究,名师精讲,典例剖析,常见磁场的磁感线的分布特点 根
9、据安培假说的物理思想:磁场来源于运动电荷。如果用这种思想解释地球磁场的形成,根据地球上空并无相对地球定向移动的电荷的事实,认为地磁场是由于地球的自转所形成。那么由此推断,地球总体应该是带正电还是带负电? 要点提示:因在地球的内部地磁场从地球北极指向地球的南极,根据右手螺旋定则可判断出地球表现环形电流的方向应从东到西,而地球是从西向东自转,所以只有地球表面带负电荷才能形成上述电流。综上所述,地球总体应该带负电。,当堂检测,探究一,探究二,探究三,探究四,问题探究,名师精讲,典例剖析,1.常见永磁体的磁场(如图所示),当堂检测,探究一,探究二,探究三,探究四,问题探究,名师精讲,典例剖析,当堂检测
10、,探究一,探究二,探究三,探究四,问题探究,名师精讲,典例剖析,当堂检测,探究一,探究二,探究三,探究四,问题探究,名师精讲,典例剖析,【例题2】如图所示,分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向。请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向。,解析:如果已知电流的方向,可用右手螺旋定则判断磁感线的方向。如果已知小磁针静止时N极指向,那么小磁针N极所指方向就是磁感线方向。,当堂检测,探究一,探究二,探究三,探究四,问题探究,名师精讲,典例剖析,答案:用安培定则来判断,分别如下列各图所示。,当堂检测,探究一,探究二,探究三,探究四,问题探究,名师精讲,典例剖析,判断磁
11、场方向的四种方法 1.磁感线上某点的切线方向即为该点的磁场方向。 2.小磁针静止时N极的指向即为该点的磁场方向。 3.根据安培定则判断电流的磁场方向。 4.磁体外部的磁场方向由N极指向S极,磁体内部的磁场方向由S极指向N极。,当堂检测,探究一,探究二,探究三,探究四,问题探究,名师精讲,典例剖析,磁通量 如图所示,一矩形线框从abcd位置移动到abcd位置的过程中(线框平行于纸面移动),中间是一条电流向上的通电导线,请思考:(1)导线的左边磁场的方向向哪?右边呢? (2)在移动过程中,当线框的一半恰好通过导线时,穿过线框的磁感线条数有何特点? 要点提示:(1)导线左边的磁场方向向外,右边的磁场
12、方向向里。 (2)当线框的一半恰好通过导线时,穿过线框向外的磁感线条数与向里的磁感线条数相同。,当堂检测,探究一,探究二,探究三,探究四,问题探究,名师精讲,典例剖析,1.磁通量的计算 (1)公式:=BS。 适用条件:匀强磁场;磁感线与平面垂直。(2)在匀强磁场B中,若磁感线与平面不垂直,公式=BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积。例如图中的S,则有S=Scos ,=BScos 。,当堂检测,探究一,探究二,探究三,探究四,问题探究,名师精讲,典例剖析,2.磁通量的正、负 (1)磁通量是标量,但有正、负,当磁感线从某一面上穿入时,磁通量为正值,则磁感线从此面穿出时即为负值。 (2)
13、若磁感线沿相反方向穿过同一平面,且正向磁通量为1,反向磁通量为2,则穿过该平面的磁通量=1-2。 3.磁通量的变化量=2-1 (1)当B不变,有效面积S变化时,=BS。(B、S相互垂直时) (2)当B变化,S不变时,=BS。(B、S相互垂直时) (3)B和S同时变化,则=2-1。,当堂检测,探究一,探究二,探究三,探究四,问题探究,名师精讲,典例剖析,4.与磁感应强度的联系 (1)磁感应强度B主要描述磁场中某点的磁场情况,与位置对应;而磁通量用来描述磁场中某一个给定面上的磁场情况,它与给定面对应。 (2)由=BS得 ,即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
14、以B又叫作磁通密度。 5.与磁感线条数的关系:磁通量是指穿过线圈面积的磁感线的“净条数”,当有不同方向的磁感线同时穿过同一面积时,磁通量指的是合磁场的磁感线穿过其面积的条数,即此时的磁通量为合磁通量。,当堂检测,探究一,探究二,探究三,探究四,问题探究,名师精讲,典例剖析,【例题3】如图所示,线圈平面与水平方向夹角=60,磁感线竖直向下,线圈平面面积S=0.4 m2,匀强磁场磁感应强度B=0.6 T,则:(1)穿过线圈的磁通量为多少?把线圈以cd为轴顺时针转过120角,则通过线圈磁通量的变化量为多少? (2)若=90,穿过线圈的磁通量为多少?当为多大时,穿过线圈的磁通量最大?,当堂检测,探究一
15、,探究二,探究三,探究四,问题探究,名师精讲,典例剖析,解析:(1)线圈在垂直磁场方向上的投影面积 S=Scos 60=0.4 =0.2 m2 穿过线圈的磁通量1=BS=0.60.2 Wb=0.12 Wb。 线圈以cd为轴顺时针方向转过120角后变为与磁场垂直,但由于此时磁感线从线圈平面穿入的方向与原来相反,故此时通过线圈的磁通量2=-BS=-0.60.4 Wb=-0.24 Wb。 故磁通量的变化量=|2-1|=|-0.24-0.12| Wb=0.36 Wb。 (2)=90时,线圈在垂直磁场方向上的投影面积S=0,据=BS知,此时穿过线圈的磁通量为零。当=0时,线圈平面与磁场垂直,此时S=S穿
16、过线圈的磁通量最大。 答案:(1)0.12 Wb 0.36 Wb (2)0 =0,当堂检测,探究三,探究四,探究一,探究二,问题探究,名师精讲,典例剖析,磁场的叠加问题 问题探究 如图甲所示,A为一根通电的长直导线,则(1)在导线右侧AC区域磁场的方向和大小怎样?(2)如图乙所示,若在虚线C右侧对称地再放一根与A平行的长直导线B,通以同方向等大电流,则AC区域磁场的方向和大小怎样变化?,当堂检测,探究三,探究四,探究一,探究二,问题探究,名师精讲,典例剖析,要点提示(1)根据安培定则可知,AC区域的磁场方向为垂直纸面向里;离导线越远的地方磁场越弱;(2)当再放置导线B时,AC区域的磁场为A、B
17、导线电流单独存在时产生的磁场的矢量和,遵循矢量合成的平行四边形定则。根据安培定则可知,B导线在AC区域产生的磁场方向为垂直纸面向外,在同一点,A导线的磁场强,因此,AC区域的磁场方向仍为垂直纸面向里,大小比放导线B前小了,离导线A越远,磁场越弱。,当堂检测,探究三,探究四,探究一,探究二,问题探究,名师精讲,典例剖析,磁场的叠加规律 1.磁场是一种特殊的物质,几种磁场可以共同占有同一空间。 2.当空间内有几种磁场时,空间中某点的磁感应强度等于每种磁场单独存在时在该点产生的磁感应强度的矢量和。,当堂检测,探究三,探究四,探究一,探究二,问题探究,名师精讲,典例剖析,【例题4】 如图所示,两根相互
18、平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2,且I1I2;a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点,且a、b、c与两导线共面;b点在两导线之间,b、d的连线与导线所在平面垂直。磁感应强度可能为零的点是( )A.a点 B.b点 C.c点 D.d点,当堂检测,探究三,探究四,探究一,探究二,问题探究,名师精讲,典例剖析,解析:两电流在该点的合磁感应强度为0,说明两电流在该点的磁感应强度满足等大反向关系。根据安培定则可知,在两电流的同侧磁感应强度方向相反,则为a或c,又I1I2,故该点距I1远距I2近,应为c点,选项C正确;I1(或I2)在d点产生的磁感应强度B1(或B2)的方向与d和导线的
19、连线垂直,如图所示,合磁感应强度不为0,选项D错误。 答案:C,当堂检测,探究三,探究四,探究一,探究二,问题探究,名师精讲,典例剖析,磁场叠加问题的解决思路 1.应用安培定则判断各电流在某点分别产生的磁感应强度的方向(过该点磁感线的切线方向,即与点和导线的连线垂直)。 2.根据平行四边形定则,利用合成法或正交分解法进行合成,求得合磁感应强度。,当堂检测,探究三,探究四,探究一,探究二,当堂检测,1,2,3,1. 如图所示,某磁场的一条磁感线。其上有A、B两点,则( ) A.A点的磁感应强度一定大 B.B点的磁感应强度一定大 C.因为磁感线是直线,A、B两点的磁感应强度一样大 D.条件不足,无
20、法判断 解析:由磁场中一根磁感线无法判断磁场强弱。 答案:D,4,探究三,探究四,探究一,探究二,当堂检测,1,2,3,2. (多选)一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的下方,并与小磁针指向平行,如图所示。此时小磁针的S极向纸内偏转,则这束带电粒子可能是( ) A.向右飞行的正粒子束 B.向左飞行的正粒子束 C.向右飞行的负粒子束 D.向左飞行的负粒子束 解析:小磁针S极向纸内转,说明电流产生的磁场在小磁针处垂直纸面向外,由安培定则可得,电流方向向右。可以形成方向向右的电流的是向右飞行的正粒子束或向左飞行的负粒子束。 答案:AD,4,探究三,探究四,探究一,探究二,当堂检测,1,2,3,4,3.
21、在同一平面内有四根彼此绝缘的通电直导线1、2、3、4,如图所示,四根导线中的电流大小关系为I1I2I3=I4,要使O点(四根导线围成的正方形的中心)的磁场增强,则应切断( ) A.导线1的电源 B.导线2的电源 C.导线3的电源 D.导线4的电源 解析:根据安培定则可以确定通电导线周围磁场的分布,导线1在O点产生的磁场的方向垂直于纸面向里,导线2在O点产生的磁场的方向垂直于纸面向里,导线3在O点产生的磁场的方向垂直于纸面向里,导线4在O点产生的磁场的方向垂直于纸面向外。由于I1I2I3=I4,所以合磁场的方向垂直于纸面向里,根据磁场的叠加可知,要使O点的磁场增强,应切断导线4的电源,D正确。 答案:D,探究三,探究四,探究一,探究二,当堂检测,1,2,3,4.(磁通量的计算)(选做题)如图所示,面积是0.5 m2的矩形导线圈处于磁感应强度为20 T的匀强磁场中,线圈平面与磁场垂直,如图中位置,则穿过该线圈的磁通量是多少?若线圈平面与磁场方向夹角为60,如图中位置,则穿过该线圈的磁通量又是多少?解析:已知S=0.5 m2,B=20 T (1)因为线圈平面与磁场垂直,所以=BS=200.5 Wb=10 Wb。 (2)因为线圈平面与磁场方向夹角为60,所以=BSsin 60=200.5 Wb8.66 Wb。 答案:10 Wb 8.66 Wb,4,
