2021-2022学年人教版选修3-1 第三章 3 几种常见的磁场 学案.docx

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1、3几种常见的磁场目标导航思维脉图1 .在对磁场的研究中逐步建立描述磁场的物理概念。(物理观2 .结合具体实例，分析了解安培分子 电流假说，并能解释磁化和退磁现象。(科学思3 .用铁粉演示磁感线的分布情况,进而培养空间想象力。(科学探4 .通过演示实验，培养科学的探究方 法，以实验为依托，培养实事求是的科学态度。(科学态度与责几种常见的磁场一概念,磁感线,特点.常见磁场的磁感线安培分子电流假说.匀强磁场,磁通最必备知识自主学习一、磁感线如何形象地描述既看不到，也摸不着的磁场？提示：用磁感线来形象地描述磁场。1 .内涵:用来形象描述磁场的假想的曲线。2 .特点：磁感线的疏密表示磁场的强弱。(2)磁

2、感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向。(3)磁感线是闭合的111【线,在磁体外部由N极到S极,在磁体内部由S 极到N极。【典例】如下列图,AB是水平面上一个圆的直径,在过AB的竖直平面内 有一根通电导线CD, CD/7AB,当CD竖直向上平移时，电流磁场穿过圆 面积的磁通量将A.逐渐增大C.始终为0【解析】选Co通电直导线产生稳定的磁场，根据安培定那么判断可 知：在AB的外侧磁感线向下穿过线圈平面，在AB的里侧磁感线向上穿 过线圈平面，根据对称性可知，穿过线框的磁感线的总条数为零，磁通 量为零,CD竖直向上平移时，穿过这个圆面的磁通量始终为零，保持不 变，故A、B、D错误，C正确。1 .如

3、下列图,通电直导线右边有一个矩形线框,线框平面与直导线共面, 假设使线框逐渐远离（平动）通电导线,那么穿过线框的磁通量将 C.保持不变【解析】选B。离导线越远，电流产生的磁场越弱，穿过线框的磁感线 条数越少，磁通量逐渐减小，故只有B正确。2 .如下列图，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,那么以下穿过平面的磁通量的说法中不正确的选项是18 .假设使框架绕00转过60角，磁通量大小为.SC.假设从初始位置转过90角，磁通量大小为BSD.假设从初始位置转过180角,磁通量变化量的大小为2BS【解析】选Co线圈与磁场垂直，穿过线圈的磁通量等于磁感应强度 与线圈面积的乘积，故图

4、示位置的磁通量为二BS,故A正确；使框架1绕OCT转过60角，那么在磁场方向的投影面积为六，那么磁通量为 1-BS,故B正确；线圈从图示转过90的过程中，S垂直磁场方向上的投 影面积逐渐减小，故磁通量逐渐减小，当线圈从图示转过90时，磁通 量为0,故C错误；从初始位置转过1800衡，磁通量变化为(D=BS-(-BS)=2BS,故 D 正确。【加固训练】1 .如下列图,a、b是两个同平面、同心放置的金属圆环，条形磁铁穿过 圆环且与两环平面垂直，那么穿过两圆环的磁通量 以、包的大小关 系为aba中ba二中b【解析】选Ao根据磁感线的分布情况可知，磁铁内部穿过环面的磁 感线方向向下，外部磁感线方向向

5、上。由于磁感线是闭合曲线，磁铁内 部的磁感线条数等于磁铁外部磁感线的总条数，而磁铁外部磁感线分 布在无限大的空间，所以穿过环面的磁铁外部向上的磁感线将磁铁内 部向下的磁感线抵消一局部,a的面积小，抵消较小，那么磁通量较大, 所以0a0bo故A正确。2 .如下列图，在水平匀强磁场中竖直放置一矩形线圈，线圈平面与磁场 垂直，线圈绕其底边转过90至水平位置的过程中，穿过线圈的磁通 量的变化情况是A.变大C.先变大后变小【解析】选B。磁通量二BSl当线圈绕其底边转过90至水平位置 的过程中，磁感应强度B不变，垂直于磁场方向的面积久在逐渐变小， 那么磁通量在逐渐变小。故B正确。知识点三磁场的叠加.原理：

6、由于磁感应强度是矢量，假设某区域有多个磁场叠加，该区域 中某点的磁感应强度就等于各个磁场在该点的磁感应强度的矢量和， 可根据平行四边形定那么求解。1 .磁场叠加问题的一般解题思路：(1)确定磁场场源,如通电导线。定位空间中需求解磁场的点，利用安培定那么判定各个场源在这 一点上产生的磁场的大小和方向。如下列图为M、N在c点产生的磁场。(3)应用平行四边形定那么进行合成，如图中的合磁场。【典例】如下列图，直角三角形ABC中NA=60 ,AD=DC,置于B、C两点垂直纸面的直导线中通有大小相等、方向向里的恒定电流,D点的磁感应强度大小为Boo假设把置于C点的直导线移至A点，电流大小和方向都不变,那么

7、D点的磁感应强度(，3Bo,方向向下4B。,方向向下。，方向向左。，方向向左【解析】选A。根据安培定那么可知置于B点的直导线在D点产生的磁感应强度方向垂直BD斜向右下，与竖直方向成30 ,大小为B；同理 可得置于C点的直导线在D点产生的磁感应强度方向垂直CD斜向右120上，与竖直方向成30 ,大小为B,根据叠加原理可得B=2Bcos=B;假设把置于C点的直导线移至A点时，在D点产生的磁感应强度方向 垂直CD斜向左下，与竖直方向成30 ,大小为B,根据叠加原理可得D 点的磁感应强度为B =2Bcos30 =v3B=v3Bo,方向向下，故A正确。如下列图,两根互相平行的长直导线过纸面上的M、N两点

8、,且与纸面 垂直，导线中通有大小相等、方向相同的电流。a、0、b在M、N的连 线上,0为MN的中点,c d位于MN的中垂线上,且a、b、c、d到。点 的距离均相等。关于以上几点处的磁场，以下说法正确的选项是(B.a、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相反 C.b、c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大小不等，方向相同【解析】选A。根据右手螺旋定那么，M处导线在0点产生的磁场方向 竖直向下，N处导线在0点产生的磁场方向竖直向上，合成后磁感应强 度等于0。故A正确；M处导线在a处产生的磁场方向垂直于MN向下，N 处导线在a处产生的磁场方向垂直于MN向上，因a距离M处

9、导线较近， 可知a点的合磁场方向向下；M处导线在d点的磁场方向垂直于Md斜 向左下方,N处导线在d点的磁场方向垂直于Nd斜向左上方，那么d 点的合磁场方向水平向左，故B错误；同理可判断b点的合磁场方向向 上,c点的合磁场方向水平向右，故C、D错误。【拓展例题】考查内容:磁感应强度的叠加【典例】在磁感应强度为B。、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。如下列图,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【解析】选C。如下列图。由矢量叠加原理可求出各点的合磁场的磁感应强度，可

10、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。课堂检测素养达标.铁环上绕有绝缘的通电导线，电流方向如下列图，那么铁环中心0处 的磁场方向为C.垂直纸面向里【解析】选A。根据安培定那么得左侧线圈中的磁场的方向下边是S 极，上边是N极，右侧的线圈中的磁场下边是S极，上边是N极，所以铁 环环内的磁场方向从上向下，故A正确，B、C、D错误。1 .如下列图,E、F分别表示蓄电池两极,P、Q分别表示螺线管两端。当 闭合开关时,发现小磁针S极偏向螺线管Q端。以下判断正确的选项 是【解析】选Bo闭合开关后，小磁针S极偏向螺线管Q

11、端，说明螺线管 的左端为S极，右端为N极。用右手握住螺线管，使大拇指指向螺线管 的N极，四指环绕的方向就是电流的方向。由此可知，电流从左端流 入、右端流出，因此，电源的E端为正极,F端为负极，流过电阻R的电 流方向向下，故A、C错误,B正确。螺线管的左端P为S极，右端Q为 N极，所以螺旋管内部的磁感应强度方向由P指向Q,故D错误。2 .如下列图，质量为m的回形针系在细线下端被磁铁吸引而保持静止, 此时细线与竖直方向的夹角为。，那么以下说法中正确的选项是mgCOS0C.现用点燃的火柴对回形针加热,过一会儿发现回形针不被磁铁吸引 T,原因是回形针加热后，分子电流排列无序了D.现用点燃的火柴对回形针

12、加热,过一会儿发现回形针不被磁铁吸引 T,原因是回形针加热后,分子电流消失了【解析】选Co对物体进行受力分析如图，由受力分析可知，磁场力与竖直方向 的夹角大于8,且不能水平，而只有磁场力水平时才有F mgtan 0 , 故A错误。而只有磁场力与绳子垂直时，才有F=mgcos 8 ,故B错误。 当用火柴对回形针加热时，回形针内部的分子电流虽然仍然存在，但 变得杂乱无章，每个分子电流产生的磁场相互抵消，从而对外不显磁 性，故C正确，D错误。3 .如下列图，匀强磁场的磁感应强度为B,方向与水平方向的夹角为 30 ,图中实线位置有一面积为S的矩形线圈处于磁场中，并绕着它 的一条边从水平位置转到竖直位置

13、（图中虚线位置）。那么在此过程中 磁通量变化量的大小为3 + 1BS【解析】选Co取线圈在水平位置时穿过线圈的磁通量为正，那么1尸BSsin30 =-BSo线圈处于竖直位置，磁感线从线圈另一面穿过，磁通量2=-BScos30 二-坦BS o故磁通量的变化为二2- 2L二BS,即变化量的大小为| | 与BS,应选C。4 .如下列图,两根平行长直导线相距2/,通有大小相等、方向相同的恒定电流;a、b、c是导线所在平面内的三点,左侧导线与它们的距离分别 为）、/和3/。关于这三点处的磁感应强度，以下说法中正确的选项是B.b、c两处的磁感应强度大小相等a c两处的磁感应强度方向相同【解析】选Ao根据安

14、培定那么判断知：左侧导线在a点产生的磁场 方向向里，在c点产生的磁场方向向外，右侧导线在a点产生的磁场方 向向里，在b点产生的磁场方向向里。根据磁感线的疏密表示磁场的 强弱，可知离直导线越远，磁场越弱，可知a处磁感线比c处密，那么a 处的磁感应强度大小比c处的大。由磁场的叠加可知a、c两处的磁 感应强度方向相反。故A符合题意，B、C不符合题意。由于左右侧导 线在b处产生的磁感应强度方向相反，大小相等，所以b处的磁感应强 度为零，故D不符合题意。(4)磁感线在空间不相交,不相切,也不中断。二、电流的磁场与安培定那么如何判断电流周围磁场的方向？提示：安培定那么(或右手螺旋定那么)。1 .直线电流的

15、磁场：安培定那么：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。磁感线分布。2 .环形电流的磁场：安培定那么：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电流轴线上磁感线的方向。(2)磁感线分布。3 .通电螺线管的磁场：安培定那么：用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流 的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是螺线管中心轴线上磁感线的 方向。磁感线的分布：三、安培分子电流假说为了解释磁现象,安培提出什么观点？提示：安培分子电流假说。1 .安培分子电流假说的内容:安培认为，在原子、分子等物质微粒的内 部,存在着一种环形

16、电流一分子电流。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 .安培分子电流假说对一些磁现象的解释：磁化现象：软铁棒未被磁化时，内局部子电流取向杂乱无章,对外 不显磁性；当铁棒受到外界磁场作用时，各分子电流取向大致相同,两 端对外显示磁性,软铁棒被磁化。(2)磁体的消磁:磁体在高温或猛烈撞击下,分子电流取向又变得杂乱 无章，磁体的磁性消失。3 .磁现象的本质：安培分子电流假说揭示了磁场的起源,都是由原子 内部带电粒子不停地运动产生的。四、匀强磁场与磁通量L匀强磁场：内涵:强弱、方向处处相同的磁场。磁感线特点:一组带箭头的等间距平行直线。2.磁通量：内涵:匀强磁场中磁感应

17、强度B与和磁场方向垂直的平面面积S的 乘积。表达式：二BS,单位:韦伯,简称韦,符号Wb, 1 Wb=l T 从右往左看 &X X纵 截 面 图 C x X1二X UXX、区冈冈SSN2021年6月10日据英国？科学新闻？周刊网站报道，一个国际研究团 队在最新一期?科学?杂志撰文指出，他们首次在两个星系团之间“看 到 了磁场，这一发现说明，宇宙中一些大尺度结构己被磁化。类比电场的研究方法,为了形象地研究磁场,可以引入什么概念？ 提示：磁感线。通电导线周围磁场方向的判断依据是什么？提示：安培定那么（或右手螺旋定那么）。【典例】（2021 厦门高二检测）关于磁感线，以下说法正确的选项是（B.磁感线

18、从磁体的N极出发,终止于磁体的S极C.磁铁能产生磁场，电流不能产生磁场【解析】选Ao磁感线可以表示磁场的方向和强弱，磁感线上任意一 点的切线方向表示磁场的方向，疏密表示强弱，故A正确；磁感线在磁 体外部从N极到S极，内部从S极到N极，是闭合的曲线，故B错误； 电流和磁铁都能产生磁场，故C错误；因为同一点的磁场方向是确定 的，同一磁场的两条磁感线不可能相交，故D错误。1 .各选项图中给出磁铁及通电导线周围局部磁感线分布情况,正确的选项是（【解析】选Bo条形磁铁在磁体外部磁感线是从N极出发回到S极，磁体内部磁感线是从S极出发回到N极，故A错误。马蹄形磁铁的磁 感线是从N极出发回到S极，故B正确。根

19、据右手定那么可知螺线管 左侧为S极，右侧为N极，在螺线管内部的磁感线从左侧指向右侧，故 C错误。根据右手定那么可知通电直导线产生的磁场从上往下看应该 是逆时针，故D错误。2 .某同学做奥斯特实验时，把小磁针放在水平的通电直导线的下方， 通电后发现小磁针不动,稍微用手拨动一下小磁针，小磁针转动180 后静止不动，由此可知,通电直导线产生的磁场方向是(A.自东向西C.自西向东【解析】选Do由于地球磁场的作用，小磁针静止时N极指向地球的 北极，如果通电导线是南北方向放置的，那么不管电流方向指向南还 是指向北，小磁针静止时将偏离南北方向而指向东西方向，即磁针转 动的角度接近90 ；如果通电导线是东西方

20、向放置，通以由东向西的 电流，通电导线在其下方产生的磁场方向向南，与地球磁场的方向相 反，那么小磁针用手轻轻拨动一下，北极静止时N极由指向北方变为 指向南边；如果通以由西向东的电流，通电导线在其下方产生的磁场 方向向北，与地球磁场的方向相同，那么小磁针指向不变，故A、B、C 错误，D正确。【加固训练】1.四根等长且相互平行的通电长直导线a、b、c、d的位置如下列图,abed 为一个正方形,通过每根导线的电流均为I,方向如下列图。以下分析正确的选项是C.导线c、d受到的安培力方向相同D.导线a、b连线中点处的磁感应强度为零【解析】选B。由安培定那么知：b、d在a处产生的磁场方向与ac垂 直指向左

21、下方,c在a处产生的磁场方向与ac垂直指向右上方，根据 左手定那么知导线a受到的安培力方向由c指向a,故A错误；由安培 定那么知：a、c在b处产生的磁场方向与bd垂直指向右下方,d在b 处产生的磁场方向与bd垂直指向左上方，根据左手定那么知导线b受 到的安培力方向由d指向b,故B正确；由上面的分析知：导线c受到 的安培力方向a指向c,导线d受到的安培力方向由b指向d,方向不 相同，故C错误；导线a、b在连线中点处的磁感应强度大小相等、方 向相反，而导线c、d在a、b连线中点处的磁感应强度大小相等、方 向不相反，所以导线a、b连线中点处的磁感应强度不为零，故D错误。 2.如下列图，圆环上带有大量

22、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，以下说法正确的选项是a、b、c的N极都向纸里转A. b的N极向纸外转,而a、c的N极向纸里转b、c的N极都向纸里转,而a的N极向纸外转B. b的N极向纸里转,而a、c的N极向纸外转【解析】选B。由于圆环带负电荷，故当圆环沿顺时针方向转动时，等 效电流的方向为逆时针，由安培定那么可判断环内磁场方向垂直纸面 向外，环外磁场方向垂直纸面向内，磁场中某点的磁场方向即是放在 该点的小磁针静止时N极的指向，所以b的N极向纸外转，a、c的N 极向纸里转。知识点二磁通量L磁通量的计算：公式:二BS。适用条件。匀强磁场；磁感线与平面垂直。当

23、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，即中二BS 2.磁通量可用穿过某一平面的磁感线条数表示;假设磁感线沿相反方 向穿过同一平面，那么磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数（磁通 量的代数和）。3.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。情境：随着信息技术的开展，我们已经可以用磁传感器把磁感应强度 变成电信号,通过计算机对磁场进行研究。讨论：（1）磁感应强度是矢量，探头测出的是磁感应强度哪个方向的分量？ 提示：传感器探头测出的是磁感应强度沿其轴线的分量。（2）如何测出某点磁感应强度的合场强？提示：在同一位置不断改变探头的取向，寻找磁感应强度取最大值的 方向，此时所测出的磁感应强度就是该点的合场强。