浙江专用高中物理第三章磁场3_3几种常见的磁场学案新人教版选修3_10102228.doc

第3节几种常见的磁场
[研究学考·明确要求]
[基础梳理]
1．定义
在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度方向一致，这样的曲线称为磁感线。

2．常见永磁体的磁场的磁感线分布(如图1所示)
图1
3．磁感线的特点
(1)磁感线上任意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。

(2)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(填“闭合”或“不闭合”)曲线。

(3)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。

(4)磁感线在空间不相交(填“相交”或“不相交”)。

4．磁感线和电场线的比较
相同点：都是用疏密程度表示场的强弱，切线方向表示场的方向；都不能相交。

不同点：电场线起始于正电荷(或无穷远处)，终止于无穷远处(或负电荷)，不闭合；但磁感线是闭合曲线。

[典例精析]
【例1】关于磁场和磁感线的描述，下列说法中正确的是( )
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
解析条形磁铁内部磁感线的方向是从S极指向N极，A错误；磁感线上每一点切线方向表示磁场方向，磁感线的疏密表示磁场的强弱，小磁针静止时北极受力方向和静止时北极的指向均为磁场方向，所以选项B正确；磁感线是为了形象地描述磁场而假设的一组有方向的闭合曲线，实际上并不存在，所以选项C错误；叠加区域合磁场的方向也具有唯一性，故磁感线不可能相交，所以D选项错误。

答案 B
磁场、电场都是一种客观存在的特殊物质，磁感线、电场线虽是假想的曲线，但可形象地描
述磁场、电场的强弱和方向。

应注意两者的区别与关系。

[即学即练]
1．关于磁感线和电场线，下列说法中正确的是 ( )
A．磁感线是闭合曲线，而电场线不是闭合曲线
B．磁感线和电场线都是一些互相平行的曲线
C．磁感线起始于N极，终止于S极；电场线起始于正电荷，终止于负电荷
D．磁感线和电场线都只能分别表示磁场和电场的方向
解析由磁感线的特点知，A正确；点电荷周围电场线不平行，故B项错误；条形磁铁内部磁感线的方向由S极指向N极，故C错误；电场线和磁场线的疏密均可表示电场及磁场强弱，故D项错误。

答案 A
[基础梳理]
1．电流周围的磁感线方向可根据安培定则判断。

直线电流的磁场：让右手握住导线，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。

特点：以导线上各点为圆心的同心圆，圆所在平面与导线垂直，越向外越稀疏。

(如图2所示)
图2
2．环形电流的磁场：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。

特点：内部比外部强，磁感线越向外越稀疏。

(如图3所示)
图3
3．通电螺线管的磁场：用右手握住螺线管，让弯曲的四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向就是螺线管中心轴线上磁感线的方向。

特点：内部为匀强磁场，且内部比外部强。

内部磁感线方向由S极指向N极，外部由N极指
向S极。

(如图4所示)
图4
[典例精析]
【例2】如图5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。

图5
解析如果已知电流的方向，可用安培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。

答案用安培定则来判断，分别如下列各图所示。

使用安培定则时要注意在直线电流和环形电流中右手拇指各指什么物理量的方向。

要掌握几种通电导体周围的磁场分布情况，熟练掌握安培定则的应用方法。

[即学即练]
2．如图6所示为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是( )
图6
A．①③B．②③
C．①④D．②④
解析由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场方向，①正确、②错误；③和④为环形电流，注意让弯曲的四指指向电流的方向，可判断出④正确、③错误；故正确选项为C。

答案 C
[基础梳理]
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，存在的一种环形电流——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(如图7所示)
图7
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8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。

图8
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。

[典例精析]
【例3】关于分子电流假说，下面说法中正确的是( )
A．分子电流假说最初是由英国学者法拉第提出的
B．分子电流假说揭示了磁体的磁场与电流的磁场具有共同的本质，即磁场都是由电荷的运动形成的
C．“分子电流”是专指分子内部存在的环形电流
D．分子电流假说无法解释加热“去磁”现象
解析分子电流假说是由法国学者安培提出的，它揭示了磁现象的电本质，并且能够解释一些相关磁现象。

答案 B
小磁针被铁棒吸引说明铁棒有了磁性，铁棒有磁性说明铁棒内部分子电流变得大致取向一致。

安培的分子电流假说不仅解决了磁现象的电本质问题，同时在生活生产中也很有指导作用，让我们知道了如何充磁、如何退磁。

[即学即练]
3．用安培提出的分子电流假说可以解释的现象是( )
A．非永久磁铁的磁场B．直线电流的磁场
C．环形电流的磁场D．软铁棒被磁化的现象
解析安培分子电流假说是安培为解释磁体的磁现象而提出来的，而通电导线周围的磁场是由其内部自由电荷定向移动产生的宏观电流而产生的。

分子电流和宏观电流虽然都是运动电荷引起的，但产生的原因是不同的，故选项D正确。

答案 D
[基础梳理]
1．匀强磁场
(1)定义：强弱、方向处处相同的磁场是匀强磁场。

(2)磁感线的特点：间隔相同的平行直线。

(3)产生：距离很近的两个异名磁极之间除边缘部分以外可认为是匀强磁场；相隔一定距离的两个平行放置的线圈通电时，其中间区域的磁场也是匀强磁场。

如图9所示。

图9
2．磁通量：在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，把B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量。

定义式：Φ＝BS，
适用条件：匀强磁场，且磁场方向与平面垂直。

单位：在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号是Wb。

图10
3．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，则Φ＝BS⊥＝BS cos θ(如图10)
4．磁通密度：从Φ＝BS 可以得出B ＝ΦS ，表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量。

因此磁感应强度又叫做磁通密度，用Wb/m 2做单位：1 T ＝1 Wb m 2＝1 N A·m。

[典 例 精 析]
【例4】 下列关于磁通量的说法，正确的是( )
A ．在匀强磁场中，穿过某一个面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积
B ．磁通量是矢量，其正负表示方向
C ．磁通量是形象描述穿过某一个面的磁感线条数的物理量
D ．磁通量越大，磁通量的变化就越快
解析 只有B 与S 垂直时穿过某一个面的磁通量才等于磁感应强度与该面面积的乘积，选项A 错误；磁通量是标量，选项B 错误；磁通量的物理意义为表示穿过线圈的磁感线条数，选项C 正确；显然选项D 错误。

答案 C
【例5】 将面积为0.5 m 2的单匝线圈放在磁感应强度为2.0×10－2 T 的匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，那么穿过这个线圈的磁通量为( )
A ．2.0 Wb
B ．0.5×10－2 Wb
C ．0.5×10－1 Wb
D ．1.0×10－2 Wb
解析 根据磁通量Φ＝BS ，可知穿过线圈的磁通量Φ＝2.0×10－2 T×0.5 m 2＝1.0×10－2 Wb ，
选项D 对。

答案 D
(1)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 ⊥。

(2)在分析穿过某个面的磁通量时，要注意通过这个面的磁场是否有两个不同的方向。

当有两个不同方向的磁感线同时穿过时，磁通量的计算应为“净”值。

[即 学 即 练]
4．如图11所示，在条形磁铁外套有A 、B 两个大小不同的圆环，穿过A 环的磁通量ΦA 与穿过B 环的磁通量ΦB 相比较则( )
图11
A ．ΦA >Φ
B B ．ΦA <ΦB
C．ΦA＝ΦB D．不能确定
解析本题考查磁通量概念，Φ＝Φ内－Φ外。

分别画出穿过A、B环
的磁感线的分布如图所示，磁铁内的磁感线条数与其外部磁感线条数
相等。

通过A、B环的磁感线条数应该这样粗略计算，用磁铁内的磁感
线总条数减去磁铁外每个环中的磁感线条数(因为磁铁内、外磁感线的
方向相反)。

很明显，磁铁外部的磁感线通过B环的条数比A环的多，故B环中剩下的磁感线比A环中剩下的磁感线条数少，所以ΦA>ΦB。

故A正确，B、C、D错误。

答案 A
1．下图表示磁场的磁感线，依图分析磁场中a点的磁感应强度比b点的磁感应强度小的是( )
解析磁感线的疏密可表示磁感应强度的大小。

答案 B
2．如下图所示，当开关S闭合后，小磁针处在通电电流的磁场中的位置正确的是( )
解析依据安培定则，判断出电流的磁场方向；再根据小磁针静止时N极的指向为磁场的方向，判知D正确。

答案 D
3．如图12所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面。

若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为( )
图12
A．πBR2B．πBr2
C．nπBR2D．nπBr2
解析磁通量与线圈匝数无关，且磁感线穿过的面积为πr2，而并非πR2，故B项正确。

答案 B
4．为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的。

在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是( )
解析地磁场是从地球的南极附近出来，进入地球的北极附近，除两极外地表上空的磁场都具有向北的磁场分量，由安培定则，环形电流外部磁场方向向北，B正确；A图地表上空磁场方向向南，A错误；C、D在地表上空产生的磁场方向是东西方向，C、D错误。

答案 B
1．关于磁场和磁感线的描述，下列说法正确的是( )
A．磁场是一种物质
B．指南针的工作原理与地磁场无关
C．磁感线可以形象地表现磁场的强弱，但不能反映方向
D．磁感线总是始于磁铁N极、终止于S极
解析磁场是一种看不见、摸不着的物质，A正确；指南针的N极受到地磁场的作用指向地磁S极，B错误；磁感线上各点的切线方向为磁场方向，磁感线密的地方磁场强、疏的地方磁场弱，C错误；磁感线在磁铁外部从N极到S极、内部从S极到N极，D错误。

答案 A
2．关于匀强磁场，下列说法正确的是( )
A．某一磁场中，只要有若干处磁感应强度相同，则这个区域里的磁场就是匀强磁场
B．只要磁感线是直线，该处的磁场一定是匀强磁场
C．匀强磁场中的磁感线，必定是相互平行且间距相等的直线
D．距离很近的两个同名磁极之间及通电螺线管内部靠近中间部分的磁场，都可视为匀强磁
场
解析匀强磁场中的磁感应强度处处相同，其磁感线的间距相等且相互平行，故选项C正确。

答案 C
3．(2018·嘉兴教学质量检测)当螺线管导线中通有如图1所示的电流时，其右端附近的小磁针保持静止状态，图中a、b是螺线管上相邻的两匝线圈，c、d是小磁针的两端，则( )
图1
A．线圈a、b相互吸引，c端为小磁针的N极
B．线圈a、b相互吸引，c端为小磁针的S极
C．线圈a、b相互排斥，c端为小磁针的N极
D．线圈a、b相互排斥，c端为小磁针的S极
解析根据电流同向相吸，异向相斥知，线圈a、b相互吸引，C、D错误；由安培定则知，螺线管右端为N极，根据同名磁极相斥，异名磁极相吸知，c端为小磁针的S极，故A错误，B正确。

答案 B
4．如图2所示，螺线管中通有电流，如果在图中的a、b、c三个位置上各放一个小磁针，其中a在螺线管内部，则( )
图2
A．放在a处的小磁针的N极向左
B．放在b处的小磁针的N极向左
C．放在c处的小磁针的S极向右
D．放在a处的小磁针的N极向右
解析由安培定则，通电螺线管的磁场如图所示，右端为N极，左端为
S极，在a点磁场方向向右，则小磁针在a点时，N极向右，A项错误，
D项正确；在b点磁场方向向右，则小磁针在b点时，N极向右，B项错
误；在c点，磁场方向向右，则小磁针在c点时，N极向右，S极向左，
C项错误。

答案 D
5．如图3所示，两根非常靠近且互相垂直的长直导线，当通以如图所示方向的电流时，电流所产生的磁场在导线所在平面内的哪个区域内方向是一致且向里的
( )
图3
A ．区域Ⅰ
B ．区域Ⅱ
C ．区域Ⅲ
D ．区域Ⅳ
解析 由安培定则可知，I 1电流在其上方产生的磁场方向垂直纸面向里，I 2电流在其右方产生的磁场方向向里，故只有在区域Ⅰ，两个电流产生的磁场才都向里，选项A 正确。

答案 A
6．如图4所示，正方形线圈abcd 位于纸面内，边长为L ，匝数为N ，过ab 中点和cd 中点的连线OO ′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度为B ，则穿过线圈的磁通量为( )
图4
A.BL 22
B.NBL 22 C ．BL 2
D ．NBL 2 解析 Φ＝BS ＝
BL 22
答案 A 7．如图5所示，左侧水平台面上固定着条形磁铁，右侧固定着螺线管。

闭合开关S 后，下列判断正确的是( )
图5
A ．螺线管内的磁场方向向右，磁铁受到的斥力向左
B ．螺线管内的磁场方向向右，磁铁受到的斥力向右
C ．螺线管内的磁场方向向左，磁铁受到的斥力向左
D ．螺线管内的磁场方向向左，磁铁受到的斥力向右
解析 由安培定则可知，螺线管的N 极在左端，螺线管内的磁场方向向左，磁铁受到的斥力
向左，选项C正确。

答案 C
8．下列关于磁通量的说法中正确的是( )
A．磁通量是反映磁场强弱和方向的物理量
B．某一面积上的磁通量表示穿过此面积的磁感线总条数
C．在磁场中所围的面积越大，该面上的磁通量越大
D．穿过任何封闭曲面的磁通量一定不为零
解析磁通量Φ是磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，即Φ＝BS，亦表示穿过磁场中某面积的磁感线条数，Φ的大小由B、S共同决定，所以面积大，Φ不一定大，C 错误；由于磁感线是闭合曲线，所以只要有磁感线穿入封闭曲面，如一个球面，则该磁感线必然从该曲面穿出，D错误。

答案 B
9．为了判断一个未知正负极的蓄电池极性，某同学将该蓄电池通过电阻跟螺线管连接起来，发现小磁针的N极立即向螺线管偏转，如图6所示。

用M、N和P、Q分别表示蓄电池和螺线管的两极，下列判断正确的是( )
图6
A．电源M端为正极
B．电源N端为正极
C．螺线管P端为S极
D．螺线管内部磁感应强度方向由P指向Q
解析小磁针的N极向螺线管偏转说明小磁针所在位置磁场方向向左，即螺线管P端为N 极，Q端为S极，选项C错误；在螺线管的内部磁场方向由S极指向N极，所以螺线管内部磁感应强度方向由Q指向P，选项D错误；根据安培定则可知，在电源外部电流从N流向M，电源N端为正极。

选项A错误。

B正确。

答案 B
10．如图7所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.8 T，矩形线圈abcd的面积S＝0.5 m2，B 与S垂直，线圈一半在磁场中，则当线圈从图示位置绕ad边绕过60°时，线圈中的磁通量为________，在此过程中磁通量的改变量为________；当线圈再绕ad边转过30°时，线圈中的磁通量为________，在此过程中磁通量的改变量为________。

图7
解析 图示位置的磁通量Φ1＝B S 2
＝0.2 Wb 。

当线圈从图示位置绕ad 边转过60°时，线圈垂直磁场方的面积S ⊥＝S cos 60°＝12
S ，线圈恰好都进入磁场区域，所以Φ2＝BS ⊥＝0.2 Wb ，因此ΔΦ1＝Φ2－Φ1＝0。

当线圈再绕ad 边转过30°时，线圈与磁场方向平行，Φ3＝0，此过程中磁通量的改变量为ΔΦ2＝|Φ3－Φ2|＝0.2 Wb 。

答案 0.2 Wb 0 0 0.2 Wb
11.如图8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 ＝0.4 m 2，匀强磁场磁感应强度B ＝0.6 T ，则穿过线圈的磁通量Φ为多少？
图8
解析 方法一 把S 投影到与B 垂直的方向，则Φ＝B ·S cos θ＝0.6×0.4×cos 60° Wb ＝0.12 Wb 。

方法二 把B 分解为平行于线圈平面的分量B ∥和垂直于线圈平面的分量B ⊥，B ∥不穿过线圈，且B ⊥＝B cos θ，则Φ＝B ⊥S ＝B cos θ·S ＝0.6×0.4×cos 60° Wb＝
0.12 Wb 。

答案 0.12 Wb
12．如图9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为多少？
图9
解析 当B ⊥S 时，Φ1＝BS 。

当转60°时，Φ2＝BS cos 60°＝12
BS 。

当转90°时，B ∥S ，所以Φ3＝0。

当转180°时，B ⊥S ，所以Φ4＝-BS 。

ΔΦ＝|Φ4－Φ1|＝2BS
答案 BS 12
BS 0 2BS 13．轻质细线吊着一边长为L ＝0.8 m 、匝数n ＝10的正方形线圈abcd ，边长为L 2
的正方形磁场区域对称分布在线圈下边的两侧，如图10甲所示，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小随时间变化如图乙所示，求t ＝0、t ＝4 s 时穿过线圈abcd 的磁通量和在0～4 s 内穿过线圈abcd 磁通量的变化量ΔΦ。

图10
解析 由题图乙可知t ＝0时，B 1＝1 T
所以Φ1＝B 1S ＝B 1×L 2×L 4＝1×0.4×0.2 Wb＝0.08 Wb 。

t ＝4 s 时，B 2＝3 T
所以Φ2＝B 2S ＝B 2×L 2×L 4
＝3×0.4×0.2 Wb＝0.24 Wb ΔΦ＝Φ2－Φ1＝0.24 Wb －0.08 Wb ＝0.16 Wb
答案 0.08 Wb 0.24 Wb 0.16 Wb 精美句子
1、善思则能“从无字句处读书”。

读沙漠，读出了它坦荡豪放的胸怀；读太阳，读出了它普照万物的无私；读春雨，读出了它润物无声的柔情。

读大海，读出了它气势磅礴的豪情。

读石灰，读出了它粉身碎骨不变色的清白。

2、幸福幸福是“临行密密缝，意恐迟迟归”的牵挂； 幸福是“春种一粒粟，秋收千颗子”的收获. 幸福是“采菊东篱下，悠然见南山”的闲适；幸福是“奇闻共欣赏，疑义相与析”的愉悦。

幸福是“随风潜入夜，润物细无声”的奉献；幸福是“夜来风雨声，花落知多少”的恬淡。

幸福是“零落成泥碾作尘，只有香如故”的圣洁。

幸福是“壮志饥餐胡虏肉，笑谈渴饮匈奴血”的豪壮。

幸福是“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”的胸怀。

幸福是“人生自古谁无死，留取丹心照汗青”的气节。

3、大自然的语言丰富多彩：从秋叶的飘零中，我们读出了季节的变换；从归雁的行列中，我读出了集体的力量；从冰雪的消融中，我们读出了春天的脚步；从穿石的滴水中，我们读出了坚持的可贵；从蜂蜜的浓香中，我们读出了勤劳的甜美。

4、成功与失败种子，如果害怕埋没，那它永远不能发芽。

鲜花，如果害怕凋谢，那它永远不能开放。

矿石，如果害怕焚烧（熔炉），那它永远不能成钢（炼成金子）。

蜡烛，如果害怕熄灭（燃烧），那它永远不能发光。

航船，如果害怕风浪，那它永远不能到达彼岸。

5、墙角的花，当你孤芳自赏时，天地便小了。

井底的蛙，当你自我欢唱时，视野便窄了。

笼中的鸟，当你安于供养时，自由便没了。

山中的石！当你背靠群峰时，意志就坚了。

水中的萍！当你随波逐流后，根基就没了。

空中的鸟！当你展翅蓝天中，宇宙就大了。

空中的雁！当你离开队伍时，危险就大了。

地下的煤！你燃烧自己后，贡献就大了
6、朋友是什么？
朋友是快乐日子里的一把吉它，尽情地为你弹奏生活的愉悦；朋友是忧伤日子里的一股春风，轻轻地为你拂去心中的愁云。

朋友是成功道路上的一位良师，热情的将你引向阳光的地带；朋友是失败苦闷中的一盏明灯，默默地为你驱赶心灵的阴霾。

7、一粒种子，可以无声无息地在泥土里腐烂掉，也可以长成参天的大树。

一块铀块，可以平庸无奇地在石头里沉睡下去，也可以产生惊天动地的力量。

一个人，可以碌碌无为地在世上厮混日子，也可以让生命发出耀眼的光芒。

8、青春是一首歌，她拨动着我们年轻的心弦；青春是一团火，她点燃了我们沸腾的热血；青春是一面旗帜，她召唤着我们勇敢前行；青春是一本教科书，她启迪着我们的智慧和心灵。