第1課時磁場及其描述

1、第1課時 磁場及其描述,考點自清,一、磁場、磁感應(yīng)強度1.磁場(1)基本特性:磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有 的作用.(2)方向:小磁針的 所受磁場力的方向.,磁場力,N極,第八章 磁 場,(3)方向:小磁針靜止時 的指向.3.安培的分子電流假說安培認為,在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部,存在著一種 ——分子電流.分子電流使每個物質(zhì)微粒都成為微小的磁體,它的兩側(cè)相當(dāng)于

2、 (如圖1所示).,N極,環(huán)形電流,,兩個磁,圖1,2.磁感應(yīng)強度(1)物理意義:描述磁場 .(2)大小:B= (通電導(dǎo)線垂直于磁場).,強弱和方向,,極,二、磁感線及幾種常見的磁場分布1.磁感線:在磁場中畫出一些曲線,使曲線上每一點 的 方向都跟這點的磁感應(yīng)強度的方向一致.2.幾種常見的磁場(1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(如圖2所示),切線,圖2,(2)幾種電流周圍的磁場分布,

3、越弱,,最強,越弱,,(3)勻強磁場:在磁場的某些區(qū)域內(nèi),磁感線為 的平行線,如圖3所示.,同向、,等密,,圖3,(4)地磁場①地磁場的N極在地球 附近,S極在地球 附近,磁感線分布如圖4所示.②地磁場B的水平分量(Bx)總是從地球 指向 ,而豎直分量(By)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.,南極,北極,圖4,南極,北極,③在赤道平面上,距離地球表面高度相

4、等的各點,磁感應(yīng)強度 ,且方向水平 .,相等,向北,名師點撥(1)應(yīng)用安培定則判斷直線電流的磁場方向和判斷環(huán)形電流的磁場方向時,四指、大拇指指向的意義正好相反.(2)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.,熱點一 磁感線和電場線的比較,熱點聚焦,特別提示雖然磁感線和電場線的疏密都能形象地表示相應(yīng)場的強弱,但應(yīng)注意:(1)只有在同一個圖中才能根據(jù)磁感線或電場線的疏密判定各處相

5、應(yīng)場的強弱.(2)沒有畫出磁感線或電場線的地方并不表示那里沒有磁場或電場存在.,熱點2 對磁感應(yīng)強度B= 的理解1.磁感應(yīng)強度由磁場本身決定,就像電場強度由電場本身決定一樣,跟該位置放不放通電導(dǎo)線無關(guān).2.不能根據(jù)公式B= 就說B與F成正比,與IL成反比.3.磁感應(yīng)強度B的定義式也是其度量式,但用來測量的小段通電導(dǎo)線必須垂直放入磁場,如果小段通電直導(dǎo)線平行放入磁場,所受安培力為零,但不能說該點的磁感應(yīng)強度為零

6、. 4.磁感應(yīng)強度是矢量,其方向是放入其中的小磁針靜止時N極的指向,不是磁場中電流所受磁場力的方向,而是與受到磁場力的方向垂直.,5.磁感應(yīng)強度B與電場強度E的比較電場強度E是描述電場的力的性質(zhì)的物理量,磁感應(yīng)強度B是描述磁場的力的性質(zhì)的物理量.這兩個物理量比較如下表所示:,特別提示由上表可以看出,磁感應(yīng)強度和電場強度有很多相似之處,但更應(yīng)注意兩者的區(qū)別:（1）電場強度的方向和電荷受力方向相同或相反,而磁感應(yīng)強度的方向和電流受

7、力方向垂直. (2)電荷在電場中一定受電場力,而電流在磁場中不一定受磁場力.,題型1 安培定則的應(yīng)用【例1】 如圖5所示, 直導(dǎo)線AB、螺線管C、電磁鐵D三者相距較遠,它們的磁場互不影響,當(dāng)開關(guān)S閉合后,則小磁針的北極N(黑色一端)指示出磁場方向正確的是 ( )A.a、cB.b、cC.c、dD.a、d 根據(jù)安培定則判斷直導(dǎo)線AB、螺線管C和電磁鐵D周圍的磁場方向,再根

8、據(jù)小磁針靜止時N極的指向就是磁場的方向確定選項.,題型探究,圖5,思路點撥,解析 據(jù)安培定則判斷出(1)AB直導(dǎo)線磁場在小磁針a所在位置垂直紙面向外,所以磁針a的N極指向正確;(2)C左側(cè)為N極,內(nèi)部磁場向左,所以磁針c的N極指向正確,磁針b的N極指向不對;(3)D左為S極,右為N極,所以磁針d的N極指向也不正確.答案 A規(guī)律總結(jié) 在運用安培定則判定直線電流和環(huán)形電流的磁場時應(yīng)分清“因”和“果”,在判定直線電流的磁場方向

9、時,大拇指指“原因”——電流方向,四指指“結(jié)果”——磁場繞向;在判定環(huán)形電流磁場方向時,四指指“原因”——電流繞向,大拇指指“結(jié)果”——環(huán)內(nèi)沿中心軸線的磁感線方向.,變式練習(xí)1 如圖6所示是云層之間閃電的模擬圖,圖中A、B是位于南、北方向帶有電荷的兩塊陰雨云,在放電的過程中,在兩云的尖端之間形成了一個放電通道,發(fā)現(xiàn)位于通道正上方的小磁針N極轉(zhuǎn)向紙里,S極轉(zhuǎn)向紙外,則關(guān)于A、B帶電情況的說法中正確的是()A.帶同種

10、電荷B.帶異種電荷C.B帶正電D.A帶正電解析 A、B放電相當(dāng)于通電直導(dǎo)線,小磁針在通電直導(dǎo)線的上方,根據(jù)題意可以判斷上方磁場方向指向紙里,因此可以判斷放電電流由北向南,即A帶正電,B帶負電.,圖6,BD,題型2 磁場的疊加問題【例2】 三根平行的直導(dǎo)線,分別垂直地通過一個等腰直角三角形的三個頂點,如圖7所示.現(xiàn)在使每條通電導(dǎo)線在斜邊中點O處所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小均為B.則該處實際磁感應(yīng)強度的大小

11、和方向如何?,圖7,思維導(dǎo)圖,安培定則,三個電流到O點的距離,三個電流在O點產(chǎn)生的磁場強弱與方向,,,,三個電流產(chǎn)生的磁場疊加,O處磁感應(yīng)強度的大小和方向,,解析 根據(jù)安培定則,I1與I3在O點處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度方向相同,I2在O點處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度方向與它們相垂直.由B1、B2、B3大小相等均為B可知,O點處實際磁感應(yīng)強度的大小B0= = B,方向在三角形面內(nèi)與斜邊夾角θ=arctan 2.如右圖

12、所示.答案 B,方向與三角形斜邊夾角θ=arctan 2,方法提煉 空間中磁場疊加,在某一點的磁場方向即該點的磁感應(yīng)強度的方向只有一個,即合磁場方向,應(yīng)用平行四邊形定則來求.,變式練習(xí)2 如圖8所示,一根通電直導(dǎo)線垂直放在磁感應(yīng)強度為1 T的勻強磁場中,在以導(dǎo)線截面的中心為圓心,r為半徑的圓周上有a、b、c、d四個點.已知a點的實際磁感應(yīng)強度為0,則下列敘述正確的是 ( )A.直導(dǎo)線中的電流方向垂直

13、紙面向里,圖8,B.b點的實際磁感應(yīng)強度為 T,方向斜向右下方,與B 的夾角為45°C.c點的實際磁感應(yīng)強度也為0D.d點的實際磁感應(yīng)強度與b點相同,解析 a點的實際磁感應(yīng)強度為0,是直線電流在a處的磁感應(yīng)強度與勻強磁場在該處的磁感應(yīng)強度的矢量和為0,所以直線電流在a處的磁感應(yīng)強度B=1 T,方向向左,由安培定則可得直導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向里,由于圓周上各點到直導(dǎo)線的距離相同,所以直線電流在圓周上

14、各處的磁感應(yīng)強度大小均為1 T,但方向不同,在b處向上,在c處向右,在d處向下,則b、,c、d三處的實際磁感應(yīng)強度分別為 T,方向斜向右上方與B成45°夾角;2 T,方向向右; T,方向斜向右下方與B成45°夾角,選項A、B正確. 答案 AB,題型3 “類比法”理解磁場的性質(zhì)【例3】 磁鐵有N、S兩極,跟正負電荷有很大的相似 性,人們假定在一根磁棒的兩極上有一種叫做“磁 荷”的東西,N極

15、上的叫做正磁荷,S極上的叫做負 磁荷,同號磁荷相斥,異號磁荷相吸.當(dāng)磁極本身的 幾何線度遠比它們之間的距離小得多時,將其上的 磁荷叫做點磁荷.磁的庫侖定律是:兩個點磁荷之間 的相互作用力F沿著它們之間的連線,與它們之間的,(比例系數(shù)k=10-7 Wb/(A·m)).同一根磁鐵上的兩個點磁荷的磁極強度可視為相等,磁荷的位置可等效地放在圖9(a)中的c、d兩點,兩點相距為L,用上述兩根相同的質(zhì)量為M的圓柱形永

16、久磁鐵可以測出磁極強度qm,如圖(b),將一根磁棒固定在光滑的斜面上,另一,的相互作用力F沿著它們之間的連線,與它們之間的 距離r的平方成反比,與它們磁荷的數(shù)量(或稱磁極 強度)qm1、qm2成正比,用公式表示為:F= .,圖9,根與之平行放置的磁棒可以自由上下移動.調(diào)節(jié)斜面的角度為θ時,兩磁鐵間的距離為d,活動磁鐵剛好靜止不動.由此可知磁極強度qm為多大?,解析 如右圖所示,活動磁棒受重力、支持力兩對同性

17、磁荷的排斥力F1= ①兩對異性磁荷的吸引力F2= ②活動磁棒受力平衡,在沿斜面方向上有:mgsinθ+2F2cosα=2F1 ③其中cosα=,解得qm= ④答案 本題共16分.其中①

18、②式各4分,③式5分,④式3分.【名師導(dǎo)析】類比法是物理學(xué)中常用的一種研究問題的方法,如萬有引力與庫侖力類比,本題將磁極間相互作用類比于電荷間相互作用,將磁極間的作用定量計算,命題視角新穎,對學(xué)生類比推理、遷移應(yīng)用能力要求較高.,【評分標(biāo)準(zhǔn)】,自我批閱(14分)半徑為r,電流為I1的通電圓環(huán)圓心a處的磁感應(yīng)強度為B,在圓環(huán)下方距圓心a為L的地方水平放置一根電流為I2的無限長直導(dǎo)線MN時,圓環(huán)圓心a處的磁感應(yīng)強度變?yōu)榱?設(shè)圓環(huán)平面與

19、長直導(dǎo)線在同一豎直平面內(nèi)如圖10所示,求:,圖10,(1)根據(jù)對稱性,直導(dǎo)線電流I2在導(dǎo)線正下方L處的b點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小是多少?方向如何?(2)如果把圓環(huán)平移到b點,使圓環(huán)的圓心與b點重合,則圓環(huán)電流與直線電流在b點產(chǎn)生的合磁場的磁感應(yīng)強度大小是多少?方向如何?解析 (1)圓環(huán)電流在圓心a處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B,方向垂直紙面向外,加上直導(dǎo)線后,a處的磁感應(yīng)強度為零,說明直導(dǎo)線I2在a處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B,方向垂直紙

20、面向里.(4分)又因為a、b兩點到直導(dǎo)線的距離相等,因此,直導(dǎo)線I2在b點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為B,方向垂直紙面向外.(4分),(2)當(dāng)把圓環(huán)平移到b點后,圓環(huán)在b點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度為B,方向垂直紙面向外;和直導(dǎo)線I2在b點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度合成后,可得:b點的磁感應(yīng)強度大小為2B,方向垂直紙面向外.(6分)答案 (1)B 垂直紙面向外 (2)2B 垂直紙面向外,素能提升,1.下列說法正確的是

21、()A.一切電荷的周圍都存在磁場B.磁鐵吸引鐵棒,說明磁鐵周圍的磁場對鐵棒有力的作用,由于鐵棒周圍沒有磁場,因而對磁鐵無磁力作用C.鐵棒內(nèi)分子電流取向變得大致相同時,對外就顯出磁性D.沿磁感線的方向,磁場逐漸減弱,解析 只有運動電荷周圍才有磁場,故A錯誤;磁鐵 吸引鐵棒,鐵棒被磁化,其周圍也有磁場,對磁鐵有 磁力的作用,故B錯誤;根據(jù)分子電流假說,當(dāng)物體 內(nèi)分子電流取向大致相同時,對外就顯出磁性,故C 正確;

22、磁感線的疏密程度表示磁場的強弱,故D錯誤. 答案 C,B.電流元IL在磁場中受力為F,則磁感應(yīng)強度可能大于或等于C.磁場中電流元受力大的地方,磁感應(yīng)強度一定大D.磁場中某點磁感應(yīng)強度的方向,與電流元在此點的受力方向相同,2.關(guān)于磁感應(yīng)強度的概念,以下說法中不正確的有 () A.電流元IL在磁場中受力為F,則磁感應(yīng)強度B一定 等于,

23、解析 判斷磁感應(yīng)強度的大小,需要在電流元受力最大的前提下進行,選項A、B中的力F可能小于或等于最大受力,因此,磁感應(yīng)強度B可能大于或等于 ;電流元在磁場中受力與其放置方位有關(guān),因此電流元受力大的地方,磁感應(yīng)強度不一定大;磁場的方向規(guī)定為小磁針N極受力方向,與電流元受力方向不相同. 答案 ACD,3.歐姆在探索通過導(dǎo)體的電流、電壓、電阻的關(guān)系時因無電源和電流表,他利用金屬在冷水和熱水中產(chǎn)生電動勢代替電源,用小

24、磁針的偏轉(zhuǎn)檢測電流,具體做法是:在地磁場作用下處于水平靜止的小磁針上方,平行于小磁針?biāo)椒胖靡恢睂?dǎo)線,當(dāng)該導(dǎo)線中通有電流時,小磁針會發(fā)生偏轉(zhuǎn);當(dāng)通過該導(dǎo)線電流為I時,小磁針偏轉(zhuǎn)了30°,問當(dāng)他發(fā)現(xiàn)小磁針偏轉(zhuǎn)了60°,通過該直導(dǎo)線的電流為(直導(dǎo)線在某點產(chǎn)生的磁場與通過直導(dǎo)線的電流成正比) ( ) A.2I B.3I

25、 C.I D.無法確定 解析 設(shè)地磁場磁感應(yīng)強度為B地,電流磁場B=kI, kI=B地tan30°, kI ′= B地tan 60°,kI′= 3I, B正確.,B,4.如圖11所示, 若一束電子沿y軸正方向移動,則在z軸上某點A的磁場方向應(yīng)該 ( )A.沿x軸的正向B.沿x軸的負向C.沿z軸的正向D.沿z軸的負向解析 電子沿y軸正

26、方向移動,相當(dāng)于電流方向沿y軸負方向移動,根據(jù)安培定則可判斷在z軸上A點的磁場方向應(yīng)該沿x軸的負方向.故選項B正確.,圖11,B,5.取兩個完全相同的長導(dǎo)線,用其中一根繞成如圖12(a)所示的螺線管,當(dāng)該螺線管中通以電流強度為I的電流時,測得螺線管內(nèi)中部的磁感應(yīng)強度大小為B；若將另一根長導(dǎo)線對折后繞成如圖(b)所示的螺線管,并通以電流強度也為I的電流時,則在螺線管內(nèi)中部的磁感應(yīng)強度大小為 ( )A.0B.

27、0.5BC.B D.2B,圖12,解析 圖(b)中螺線管上的長導(dǎo)線可等效為兩個通 過等大反向電流的通電螺線管,兩螺線管電流方向 相反,由安培定則可知在螺線管中部產(chǎn)生的磁感應(yīng)強 度也是大小相等方向相反的,所以螺線管中部磁感應(yīng) 強度為零. 答案 A,6.三根完全相同的長直導(dǎo)線互相平行,通以大小和方向都相同的電流.它們的截面處于一個正方形abcd的三個頂點a、b、c處,如圖13所示.已知每根通

28、電長直導(dǎo)線在其周圍產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度與距該導(dǎo)線的距離成反比,通電導(dǎo)線b在d處產(chǎn)生的磁場其磁感應(yīng)強度大小為B,則三根通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場在d處的總磁感應(yīng)強度大小為 ( )A.2BB.3BC.2.1BD.3.8B,圖13,解析 a、b、c三根導(dǎo)線在d處形成的磁感應(yīng)強度為Ba、Bb和Bc,設(shè)正方形邊長為a,則Bb=B= = ,Ba=Bc= ,Ba與Bc的矢量和為Bac= ,方

29、向與Bb相同,如右圖所示,總磁感應(yīng)強度大小為B總=Bb+Bac==3B. 答案 B,7.如圖14所示, 同一平面內(nèi)有兩根互相 平行的長直導(dǎo)線1和2,通有大小相等、 方向相反的電流,a、b兩點與兩導(dǎo)線 共面,a點在兩導(dǎo)線的中間與兩導(dǎo)線的 距離均為r,b點在導(dǎo)線2右側(cè),與導(dǎo)線2 的距離也為r.現(xiàn)測得a點磁感應(yīng)強度的 大小為B, 則去掉導(dǎo)線1后,b點的磁感應(yīng)強度大小 為 , 方向