高中物理选修3-1 第三章第33讲 磁场 磁感应强度 磁感线 磁通量

第33讲磁场磁感应强度磁感线磁通量考情剖析(注：①考纲要求及变化中Ⅰ代表了解和认识，Ⅱ代表理解和应用；②命题难度中的A 代表容易，B代表中等，C代表难)知识整合知识网络基础自测一、磁场1．磁体和电流周围、运动电荷周围存在的一种，叫磁场．2．磁场的方向：规定在磁场中任一点小磁针受力方向，就是该点磁场的方向(或者说自由小磁针静止时，__________的指向即为该处磁场的方向)．3．磁现象的本质：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由__________的运动产生的．4．安培分子电流假说：在原子、分子等物质微粒内部存在着微小的分子环流，它使每个物质微粒都能独立地成为一个微小的磁体，安培假说能解释磁化、失磁等磁现象．(分子电流实际上是由核外电子绕核运动形成的)5．匀强磁场和地磁场(1)若某个区域里磁感应强度大小处处相等，方向相同，那么该区域的磁场叫匀强磁场，匀强磁场中的磁感线是平行等距的直线．如通电螺线管内部的磁场，就是匀强磁场．(2)地球的磁场与条形磁铁的磁场相似，其主要特点有三个：①地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近，磁感线分布如图所示．②地磁场B的水平分量(B x)总是从地球南极指向地球北极，而竖直分量B y，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下．③在赤道平面上，距离地球表面高度相等的各点，磁感应强度相等，且方向水平向北．二、磁感应强度1．磁场的最基本的性质是对放入其中的电流有磁场力的作用，电流垂直于磁场时受磁场力__________，电流与磁场方向平行时，磁场力为__________．2．磁感应强度：定义：磁感应强度是表示的物理量，在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，受到的磁场力F跟电流I和导线长度l的乘积Il的比值，叫做通电导线所在该处的磁感应强度，用B表示，即B＝.(1)磁感应强度是矢量，其方向是小磁针静止时N极的指向，不是磁场中电流所受磁场力方向．(2)磁感应强度B是由磁场自身性质决定的，与磁场中是否存在电流及Il乘积大小无关．(3)在国际单位制中，磁感应强度的单位是T(特)．1 T＝1NA·m(4)物理意义：描述磁场的强弱、和方向．3．磁场的叠加：空间中如果同时存在两个以上的电流或磁体在某点激发的磁场，该点的磁感应强度B是各电流或磁体在该点激发磁场的磁感应强度的__________，且满足________.三、磁感线1．在磁场中画一系列曲线，使曲线上任意点的切线方向都跟该点__________方向一致，这一系列曲线即为磁感线．磁感线的__________表示磁场的强弱．2．在磁体外部磁感线是从__________极到__________极．在磁体内部磁感线又从__________极回到__________极；因此，磁感线是__________、__________的闭合曲线．四、磁通量1．定义：穿过某一面积的磁感线条数．2．公式：Φ＝________.其中S·sinθ为面积S在垂直于B方向的投影面积S⊥，θ为B与S间的夹角．若B⊥S，则θ＝90°，Φ＝BS；若θ＝0，则Φ＝0.3．单位：Wb,1 Wb＝1T·m2.4．标量，但有正负之分．合磁通量Φ＝________.五、通电直导线和通电线圈周围的磁场方向1．直线电流的磁场：右手握住直导线，__________方向与电流的方向一致，__________方向就是直线电流在周围空间激发磁场的磁场方向．2．通电螺旋管的磁场：右手弯曲__________跟电流方向一致，______________所指方向为通电螺线管内部的磁感线方向．3．同名磁极相互_________，异名磁极相互_________，磁体之间、磁体与电流之间、电流(或运动电荷)与电流(或运动电荷)之间的相互作用是通过磁场发生的．重点阐述重点知识概述一、对磁感应强度B＝F/Il的理解磁感应强度由磁场本身决定，就好像电场强度由电场本身决定一样，跟该位置放不放通电导线无关，磁感应强度B的决定式也是其度量式，但用来测量的小段通电直导线必须垂直放入磁场，如果小段通电直导线平行放入磁场，其受安培力为零，但不能说这点磁感应强度为零，这点与试探电荷在电场中不同，而且磁感应强度的方向不是通电导线的受力方向．二、磁场和电场难点释疑1．磁通量(1)定义式： Φ＝BS ，S 垂直于磁感应强度B 的有效面积，磁通量的单位是Wb.(2)物理意义： 可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数，磁感应强度也叫磁通密度，即B ＝ΦS，理解为垂直穿过单位面积的磁感线条数．2．对磁通量的理解应注意以下四点：(1)Φ＝BS 只适用于B 与S 垂直的情况．若B 与S 的方向间的夹角为θ，则Φ＝BS cos θ. (2)S 不一定是某个线圈的真正面积，而是线圈在磁场范围内的面积． (3)磁通量与线圈的匝数无关．(4)合磁通问题：当计算某个面的磁通量时，先规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的磁通量，磁通量的正、负号并不表示磁通量的方向，它的符号仅表示磁感线的贯穿方向．【典型例题1】 如图所示，a 、b 、c 三个闭合线圈，放在同一平面内，当a 圈中有电流I 通过时，它们的磁通量分别为Φa 、Φb 、Φc ，下列说法中正确的是()A．Φa＜Φb＜ΦcB．Φa＞Φb＞ΦcC．Φa＜Φc＜ΦbD．Φa＞Φc＞Φb温馨提示切记磁通量是矢量，然后分析三个线圈中所含合磁通量的大小．记录空间【变式训练1】矩形线圈abcd有n匝，面积大小为S，放在水平面内，加一个竖直向下的范围较大的匀强磁场，如图所示，磁感应强度为B.(1)若线圈从图示位置绕ab边转过60°，则穿过线圈的磁通量是多少？(2)若线圈绕ab边转过180°，则穿过线圈的磁通量是多少？易错诊所电流的磁场【典型例题2】如图所示为磁场、磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈，当在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时()A．小磁针N极向里转B．小磁针N极向外转C．小磁针在纸面内向左摆动D．小磁针在纸面内向右摆动温馨提示解此题时，注意安培定则的应用．记录空间【变式训练2】如图所示是通电直导线周围磁感线分布情况示意图，各图的中央表示垂直于纸面的通电直导线及其中电流的方向，其他的均为磁感线，其方向由箭头指向表示，这四个图中，正确的是()ABCD随堂演练1．关于磁感应强度B，下列说法中正确的是()A．磁场中某点B的大小，跟放在该点的试探电流元的情况有关B．磁场中某点B的方向，跟放在该点的试探电流元所受磁场力方向一致C．在磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用时，该点B值大小为零D．在磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度越大2．下列说法中正确的是()A．电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场强度为零B．一小段通电导线在某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零C．表征电场中某点电场的强弱，是把一个检验电荷放在该点时受到的电场力与检验电荷本身电荷量的比值D．表征磁场中某点磁场的强弱，是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导体长度和电流乘积的比值3．彼此绝缘、相互垂直的两根通电直导线与闭合线圈共面，下图中穿过线圈的磁通量可能为零的是()ABCD4．在实验精度要求不高的情况下，可利用罗盘来测量电流产生磁场的磁感应强度，具体做法是：在一根南北方向放置的直导线的正下方10 cm处放一个罗盘．导线没有通电时罗盘的指针(小磁针的N极)指向北方；当给导线通入电流时，发现罗盘的指针偏转一定角度，根据偏转角度即可测定电流磁场的磁感应强度．现已测出此地的地磁场水平分量B＝5.0×10－5T，通电后罗盘指针停在北偏东60°的位置，如图所示．由此测出该通电直导线在其正下方10 cm处产生磁场的磁感应强度大小为()第4题图A．5.0×10－5T B．1.0×10－4TC．8.66×10－5T D．7.07×10－5T5．两个小磁针因受到某种磁场的作用后相互平行，如图所示，产生这种效果的磁场不可能是()第5题图A．某条通电直导线产生的磁场B．某通电螺线管产生的磁场，其中一个小磁针在管内，一个小磁针在管外C．某个单匝通电圆环的磁场，一个小磁针在环内，一个小磁针在环外D．相距很近的异名磁极间的磁场6．大圆环a中通以稳恒电流，小圆环b与大圆环同平面放置，且一半面积在大圆环内，如图所示，则小圆环内的磁通量__________(填“向里”、“零”或“向外”)．第6题图第33讲 磁场 磁感应强度磁感线 磁通量知识整合 基础自测一、1.特殊物质 2.N 极 N 极 3.电荷二、1.最大 零 2.磁场强弱 F/Il 3.矢量和 平行四边形定则 三、1.磁场 疏密程度 2.N S S N 不相交 不中断 四、2.B·S·sin θ 4.Φ1－Φ2五、1.伸直大拇指 弯曲的四指 2.四指方向 伸直大拇指 3.排斥 吸引 重点阐述【典型例题1】 如图所示，a 、b 、c 三个闭合线圈，放在同一平面内，当a 圈中有电流I 通过时，它们的磁通量分别为Φa 、Φb 、Φc ，下列说法中正确的是( )A ．Φa ＜Φb ＜ΦcB ．Φa ＞Φb ＞ΦcC ．Φa ＜Φc ＜ΦbD ．Φa ＞Φc ＞Φb【答案】 B 【解析】 由于磁感线是闭合曲线，故a 线圈的环形电流产生的磁场在a 内部垂直纸面向里，a 线圈外部垂直纸面向外，而穿过线圈的磁通量是合磁通量，故b 有“抵消”，c “抵消”最多，故a 线圈磁通量最大，B 正确．变式训练1 (1)BS2 (2)－BS【解析】 由磁通量计算公式 (1)Φ1＝BS 1＝BScos θ＝BScos60°＝BS2(2)Φ2＝BS 2＝BScos θ＝BScos180°＝－BS【典型例题2】 如图所示为磁场、磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈，当在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时( )A ．小磁针N 极向里转B ．小磁针N 极向外转C ．小磁针在纸面内向左摆动D ．小磁针在纸面内向右摆动【答案】 A 【解析】 由右手安培定则可知，螺线管内部的磁感线向里，小磁针N 极的受力方向即为该处的磁场方向．变式训练2 C 【解析】 四个图中磁感线的方向都符合右手螺旋定则，但磁感线分布密度不同．通电直导线周围磁场的磁感应强度跟导线中的电流I 成正比，跟到通电直导线的垂直距离r 成反比：B ＝k I r .可见，磁感线的分布，从通电直导线开始，由近而远，逐渐由密变疏．据此推理，可知只有C 图是正确的．随堂演练1.D 【解析】 磁感应强度是磁场本身属性，在磁场中某处为一恒量，其大小可由B ＝FIL 计算，但与试探电流元的F 、I 、L 的情况无关；B 的方向规定为小磁针N 极受磁场力的方向，与放在该处电流元受力方向并不一致；当试探电流元的方向与磁场方向平行时，虽磁感应强度不为零，但电流元受磁场力却为零；根据磁感应强度大小即磁通密度B ＝ΦS 可知，在磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度越大．由以上分析可知，正确选项为D.2.AC 【解析】 由电荷所受电场力公式F ＝qE 知，如果电荷不受电场力作用，则电场强度一定为零，故A 正确；通电导线做切割磁感线运动时，才受磁场力，所以说通电导线不受磁场力，该处磁感应强度为零，不正确；由F ＝qE ，知C 正确；同样通电导线不切割磁感线，其不受磁场力，故D 不正确．3.AB 【解析】 由安培定则可以判断，A 中I 1在线圈位置产生的磁场方向垂直纸面向里，I 2在线圈位置产生的磁场方向向外，穿过线圈的磁通量可能为零，同理可以判断B 中，I 1在线圈位置产生的磁场方向垂直纸面向外，I 2在线圈位置产生的磁场方向垂直纸面向里，穿过线圈的磁通量可能为零，AB 正确；C 中I 1，I 2在线圈位置产生的磁场方向都垂直纸面向里，D 中I 1，I 2在线圈位置产生的磁场方向都垂直纸面向外，CD 中穿过线圈的磁通量不可能为零．4.C 【解析】 磁场是矢量，其合成遵循平行四边形定则，根据题意水平指向北方的地磁场与水平指向东方的感应磁场的合磁场方向指向北偏东60°的方向，据此可求出，磁感应强度大小为B′＝Btan60°＝53×10－5T ＝8.66×10－5T ，选项C 正确．本题答案为C.5.D 【解析】 通电直导线交叉穿过两小磁针时，可以产生如图效果，故A 可行．通电螺线管内外磁场方向相反，故B 可行．通电圆环内外磁场方向相反．故C 可行，故本题只有选D.6.向外 【解析】 a 环产生的磁场在a 内部垂直纸面向外，a 环外部磁场向里，而大圆环内一半面积的磁感线密，向外磁通量较大，故小圆环合磁通量向外．。