高二物理高效课堂资料学案25 几种常见的磁场.docx
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高二物理高效课堂资料学案25几种常见的磁场
高二物理高效课堂资料
学案25 几种常见的磁场
【课标要求】
1.会用磁感线描述磁场,体会物理模型在探索自然规律中的作用
2.知道磁通量
【学习目标】
1.熟练画出几种常见磁场的磁感线分布.
2.通过安培定则,掌握判断电流周围的磁场方向的方法.
3.掌握安培分子电流假说的内容,并能解释简单的磁现象.
4.通过对磁通量概念的理解,计算磁通量.
【学习过程】
1、磁感线
[课前预习]
1.定义:
用来形象描述磁场的假想曲线.
2.特点:
(1)磁感线的疏密程度表示磁场的强弱.
(2)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁感应强度方向.
(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.
[课堂探究]
1.用磁感线描述磁场时,总有一些区域没有磁感线通过,这些区域是否一定没有磁场存在?
2.倘若空间某区域的磁场是由两个或两个以上的磁体或电流产生的,用磁感线描述该区域的磁场时,磁感线能否相交?
3.磁感线与电场线的比较
比较项目
磁感线
静电场的电场线
相同点
方向
线上各点的切线方向就是该点的磁场方向
线上各点的切线方向就是该点的电场方向
疏密
表示磁场强弱
表示电场强弱
特点
在空间不相交、不相切、不中断
除电荷处外,在空间不相交、不相切、不中断
不同点
闭合曲线
始于正电荷或无穷远处,止于负电荷或无穷远处,不闭合的曲线
[例1]关于磁场和磁感线的描述,下列说法中正确的是( B )
A.磁感线总是从磁铁的N极出发,到S极终止的
B.磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向,它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时北极所指的方向一致
C.磁感线可以用细铁屑来显示,因而是真实存在的
D.两个磁场的叠加区域,磁感线可能相交
二、安培定则、几种常见的磁场
[课前预习]
1.直线电流的磁场
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.
安培定则
立体图
横截面图
纵截面图
以导线上任意点为圆心的多组同心圆,越向外越稀疏,磁场越弱
2.环形电流的磁场
环形电流的磁场可用另一种形式的安培定则表示:
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.
安培定则
立体图
横截面图
纵截面图
内部磁场比环外强,磁感线越向外越稀疏
3.通电螺线管的磁场
通电螺线管是由许多匝环形电流串联而成的.所以环形电流的安培定则也可以用来判定通电螺线管的磁场,这时拇指所指的方向就是螺线管内部磁场的方向.
安培定则
立体图
横截面图
纵截面图
内部为匀强磁场且比外部强,方向由S极指向N极,外部类似条形磁铁,由N极指向S极
[课堂探究]
1.磁体和电流都可以产生磁场,环形电流和通电螺线管的磁场与哪种磁体的磁场相似?
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.
3.磁感应强度的叠加
磁感应强度是矢量,当空间存在几个磁体或电流时,每一点的磁场为各个磁体或电流在该点产生磁场的矢量和.磁感应强度叠加时遵循平行四边形定则.
[例2] 如图所示,两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点,且与纸面垂直,导线中通有大小相等、方向相反的电流.a、O、b在M、N的连线上,O为MN的中点,c、d位于MN的中垂线上,且a、b、c、d到O点的距离均相等.关于以上几点处的磁场,下列说法正确的是( C )
A.O点处的磁感应强度为零
B.a、b两点处的磁感应强度大小相等、方向相反
C.c、d两点处的磁感应强度大小相等、方向相同
D.a、c两点处磁感应强度的方向不同
4.安培分子电流假说
(1)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——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)当铁棒中分子电流的取向大致相同时,铁棒对外显磁性(如图甲所示);当铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章时,铁棒对外不显磁性(如图乙所示),所以磁体在高温或受到猛烈撞击时,将会退磁.
(3)安培分子电流假说揭示了磁现象的电本质:
一切磁现象都是由电荷的运动产生的.
[例3]用安培分子电流假说解释下列现象不正确的是( D )
A.未被磁化的铁棒内部分子电流取向杂乱无章,磁场相互抵消对外不显磁性
B.未被磁化的铁棒放到磁场中,各分子电流在磁场作用下取向变得大致相同,铁棒被磁化,两端对外显示较强的磁作用,形成磁极
C.磁铁受到高温或猛烈撞击时失去磁性,这是因为激烈的热运动或震动使分子电流取向变得杂乱无章了
D.通电直导线中的电流和环形电流都是分子电流形成的
三、匀强磁场 磁通量
[课前预习]
1.匀强磁场
(1)定义:
磁感应强度的大小、方向处处相同的磁场.
磁感线:
间隔相同的平行直线.
(2)实例:
距离很近的两个平行的异名磁极间的磁场,相隔适当距离的两平行放置的通电线圈,其中间区域的磁场都是匀强磁场.
2.磁通量
(1)定义:
匀强磁场磁感应强度B与和磁场方向垂直的平面面积S的乘积,叫做穿过这个面积的磁通量,简称磁通.
(2)表达式:
Φ=BS.单位:
韦伯,简称韦,符号是Wb,1Wb=1T·m2.
适用条件:
①匀强磁场;②磁感线与平面垂直.
(3)说明:
①磁通量可用穿过某一平面的磁感线条数表示;若磁感线沿相反方向穿过同一平面,则磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和).
②当平面与磁场方向不垂直时,穿过平面的磁通量可用平面在垂直于磁场B的方向的投影面积进行计算,即Φ=BS⊥=________(如图).
(4)引申:
B=
,因此磁感应强度B又叫磁通密度.
[课堂探究]
1.如图所示,一个单匝线圈abcd水平放置,面积为S,有一半面积处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B,当线圈以ab边为轴转过30°和60°时,穿过线圈的磁通量分别是多少?
2.磁通量的计算
(1)公式:
Φ=BS
适用条件:
a.匀强磁场;b.磁感线与平面垂直.
(2)当平面与磁场方向不垂直时,穿过平面的磁通量可用平面在垂直于磁场B的方向的投影面积进行计算,即Φ=BS⊥.
3.磁通量的正、负既不表示大小,也不表示方向,它表示磁通量从某个面穿入还是穿出,若规定穿入为正,则穿出为负,反之亦然.
[例4]如图所示,线圈abcd的平面与水平方向夹角θ=60°,磁感线竖直向下,线圈平面面积S=0.4m2,匀强磁场磁感应强度B=0.6T,则穿过线圈的磁通量Φ为多少?
【课后巩固】
1.电路没接通时两枚小磁针方向如图,试确定电路接通后两枚小磁针的转向及最后的指向.
2.如图所示,圆环上带有大量的负电荷,当圆环沿顺时针方向转动时,a、b、c三枚小磁针都要发生转动,以下说法正确的是( )
A.a、b、c的N极都向纸里转
B.b的N极向纸外转,而a、c的N极向纸里转
C.b、c的N极都向纸里转,而a的N极向纸外转
D.b的N极向纸里转,而a、c的N极向纸外转
总结提升:
小磁针在磁场中受力的判断方法
1.当小磁针处于磁体产生的磁场中,或环形电流、通电螺线管外部时,可根据同名磁极相斥,异名磁极相吸来判断小磁针的受力方向.
2.当小磁针处于直线电流的磁场中或处于环形电流、通电螺线管内部时,应该根据小磁针N极所指方向与通过该点的磁感线的切线方向相同,来判断小磁针的受力方向.
3.如图所示,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,则穿过线框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?
若从初始位置转过180°角,则穿过线框平面的磁通量变化了多少?
4.在磁感应强度为B0、方向竖直向上的匀强磁场中,水平放置一根长通电直导线,电流的方向垂直于纸面向里.如图所示,a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点,在这四点中( )
A.b、d两点的磁感应强度相等
B.a、b两点的磁感应强度相等
C.c点的磁感应强度的值最小
D.b点的磁感应强度的值最大
5如图所示,M、N和P是以MN为直径的半圆弧上的三点,O为半圆弧的圆心,∠MOP=60°,在M、N处各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有大小相等的恒定电流,方向如图所示,这时O点的磁感应强度大小为B1.若将N处的长直导线移至P处,则O点的磁感应强度大小变为B2,则B2与B1之比为( )
A.1∶1B.1∶2
C.
∶1D.
∶2
【作业布置】
一、完成课本P90问题与思考:
1~4题
二、课后作业补充
1.下列各图中,已标出电流及电流磁场的方向,其中正确的是( )
2.通电螺线管内有一在磁场力作用下静止的小磁针,磁针指向如图所示,则( )
A.螺线管的P端为N极,a接电源的正极
B.螺线管的P端为N极,a接电源的负极
C.螺线管的P端为S极,a接电源的正极
D.螺线管的P端为S极,a接电源的负极
3.如图所示,边长为L的n匝正方形线框abcd内部有一边长为
的正方形区域的匀强磁场,磁场的磁感应强度为B.下列说法正确的是( )
A.穿过线框abcd的磁通量为BL2
B.穿过线框abcd的磁通量为nBL2
C.穿过线框abcd的磁通量为
D.穿过线框abcd的磁通量为
4.如图所示,两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点,且与纸面垂直,导线中通有大小相等、方向相反的电流,a、O、b在M、N的连线上,O为MN的中点,c、d位于MN的中垂线上,且a、b、c、d到O点的距离均相等.关于以上几点处的磁场,下列说法正确的是( )
A.O点处的磁感应强度为零
B.a、b两点处的磁感应强度大小相等,方向相反
C.c、d两点处的磁感应强度大小相等,方向相同
D.a、c两点处的磁感应强度的方向不同
答案精析
知识探究
一、知识梳理
1.方向 切线方向
(1)①N ②N S S
N 闭合 ③强 弱 ④不相交
(2)疏密 切线 闭合
2.安培定则
(1)电流 磁感线环绕的方向
右手螺旋 垂直 疏
(2)环形电流
环形导线轴线 (3)电流 大拇指 匀强
S极 N极 N极 S极
即学即用
(1)×
(2)√ (3)√ (4)×
二、导学探究 它们的磁场都是由电荷的运动产生的.
知识梳理
(1)安培 分子电流 磁极
(2)大致相同 杂乱无章 (3)电荷的运动
即学即用
(1)√
(2)√ (3)√
三、导学探究
(1)n条
(2)B增大时,通过面积S的磁感线条数增多
知识梳理 1.
(1)大小、方向 平行直线 2.
(1)垂直 乘积 磁通量 磁通
(2)BS Wb 1T·m2 匀强 垂直
(3)①磁感线条数 ②BScosθ
(4)磁通密度
即学即用
(1)×
(2)× (3)√ (4)×
题型探究 例1 见解析
解析 接通电源后,螺线管的磁场为:
内部从左指向右,外部从右指向左,如图所示,故小磁针1逆时针转动至N极水平向左,小磁针2顺时针转动至N极水平向右.
针对训练1 B
例2 BS
BS 0 2BS
解析在图示位置时,磁感线与线框平面垂直,Φ=BS.当线框绕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·cos60°=
BS.
转过90°时,线框由与磁感线垂直变为与磁感线平行,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.
例3 C [如图所示,由矢量叠加原理可求出各点的合磁场的磁感应强度,可见b、d两点的磁感应强度大小相等,但方向不同,A项错误;a点的磁感应强度最大,c点的磁感应强度最小,B、D项错误,C项正确.]
针对训练2 B [依题意,导线在M、N处时,每根导线在O点产生的磁感应强度为
,方向竖直向下,则当N处的导线移至P点时,O点合磁感应强度大小为:
B2=2×
×cos60°=
,则B2与B1之比为1∶2.]
达标检测 1.D 2.B 3.C 4.C
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