第1課時(shí)磁場(chǎng)及其描述

1、第1課時(shí) 磁場(chǎng)及其描述,考點(diǎn)自清,一、磁場(chǎng)、磁感應(yīng)強(qiáng)度1.磁場(chǎng)(1)基本特性:磁場(chǎng)對(duì)處于其中的磁體、電流和運(yùn)動(dòng)電荷有 的作用.(2)方向:小磁針的 所受磁場(chǎng)力的方向.,磁場(chǎng)力,N極,第八章 磁 場(chǎng),(3)方向:小磁針靜止時(shí) 的指向.3.安培的分子電流假說(shuō)安培認(rèn)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(gè)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(gè)磁,圖1,2.磁感應(yīng)強(qiáng)度(1)物理意義:描述磁場(chǎng) .(2)大小:B= (通電導(dǎo)線(xiàn)垂直于磁場(chǎng)).,強(qiáng)弱和方向,,極,二、磁感線(xiàn)及幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)分布1.磁感線(xiàn):在磁場(chǎng)中畫(huà)出一些曲線(xiàn),使曲線(xiàn)上每一點(diǎn) 的 方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致.2.幾種常見(jiàn)的磁場(chǎng)(1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(chǎng)(如圖2所示),切線(xiàn),圖2,(2)幾種電流周?chē)拇艌?chǎng)分布,

3、越弱,,最強(qiáng),越弱,,(3)勻強(qiáng)磁場(chǎng):在磁場(chǎng)的某些區(qū)域內(nèi),磁感線(xiàn)為 的平行線(xiàn),如圖3所示.,同向、,等密,,圖3,(4)地磁場(chǎng)①地磁場(chǎng)的N極在地球 附近,S極在地球 附近,磁感線(xiàn)分布如圖4所示.②地磁場(chǎng)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(diǎn),磁感應(yīng)強(qiáng)度 ,且方向水平 .,相等,向北,名師點(diǎn)撥(1)應(yīng)用安培定則判斷直線(xiàn)電流的磁場(chǎng)方向和判斷環(huán)形電流的磁場(chǎng)方向時(shí),四指、大拇指指向的意義正好相反.(2)磁場(chǎng)是分布在立體空間的,要熟練掌握常見(jiàn)磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)的立體圖和縱、橫截面的畫(huà)法.,熱點(diǎn)一 磁感線(xiàn)和電場(chǎng)線(xiàn)的比較,熱點(diǎn)聚焦,特別提示雖然磁感線(xiàn)和電場(chǎng)線(xiàn)的疏密都能形象地表示相應(yīng)場(chǎng)的強(qiáng)弱,但應(yīng)注意:(1)只有在同一個(gè)圖中才能根據(jù)磁感線(xiàn)或電場(chǎng)線(xiàn)的疏密判定各處相

5、應(yīng)場(chǎng)的強(qiáng)弱.(2)沒(méi)有畫(huà)出磁感線(xiàn)或電場(chǎng)線(xiàn)的地方并不表示那里沒(méi)有磁場(chǎng)或電場(chǎng)存在.,熱點(diǎn)2 對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度B= 的理解1.磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁場(chǎng)本身決定,就像電場(chǎng)強(qiáng)度由電場(chǎng)本身決定一樣,跟該位置放不放通電導(dǎo)線(xiàn)無(wú)關(guān).2.不能根據(jù)公式B= 就說(shuō)B與F成正比,與IL成反比.3.磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義式也是其度量式,但用來(lái)測(cè)量的小段通電導(dǎo)線(xiàn)必須垂直放入磁場(chǎng),如果小段通電直導(dǎo)線(xiàn)平行放入磁場(chǎng),所受安培力為零,但不能說(shuō)該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零

6、. 4.磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量,其方向是放入其中的小磁針靜止時(shí)N極的指向,不是磁場(chǎng)中電流所受磁場(chǎng)力的方向,而是與受到磁場(chǎng)力的方向垂直.,5.磁感應(yīng)強(qiáng)度B與電場(chǎng)強(qiáng)度E的比較電場(chǎng)強(qiáng)度E是描述電場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量,磁感應(yīng)強(qiáng)度B是描述磁場(chǎng)的力的性質(zhì)的物理量.這兩個(gè)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(qiáng)度和電場(chǎng)強(qiáng)度有很多相似之處,但更應(yīng)注意兩者的區(qū)別:（1）電場(chǎng)強(qiáng)度的方向和電荷受力方向相同或相反,而磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和電流受

7、力方向垂直. (2)電荷在電場(chǎng)中一定受電場(chǎng)力,而電流在磁場(chǎng)中不一定受磁場(chǎng)力.,題型1 安培定則的應(yīng)用【例1】 如圖5所示, 直導(dǎo)線(xiàn)AB、螺線(xiàn)管C、電磁鐵D三者相距較遠(yuǎn),它們的磁場(chǎng)互不影響,當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后,則小磁針的北極N(黑色一端)指示出磁場(chǎng)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(xiàn)AB、螺線(xiàn)管C和電磁鐵D周?chē)拇艌?chǎng)方向,再根

8、據(jù)小磁針靜止時(shí)N極的指向就是磁場(chǎng)的方向確定選項(xiàng).,題型探究,圖5,思路點(diǎn)撥,解析 據(jù)安培定則判斷出(1)AB直導(dǎo)線(xiàn)磁場(chǎng)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(chǎng)向左,所以磁針c的N極指向正確,磁針b的N極指向不對(duì);(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(yùn)用安培定則判定直線(xiàn)電流和環(huán)形電流的磁場(chǎng)時(shí)應(yīng)分清“因”和“果”,在判定直線(xiàn)電流的磁場(chǎng)方向

9、時(shí),大拇指指“原因”——電流方向,四指指“結(jié)果”——磁場(chǎng)繞向;在判定環(huán)形電流磁場(chǎng)方向時(shí),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(xiàn)的磁感線(xiàn)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(guò)程中,在兩云的尖端之間形成了一個(gè)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(shuō)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(xiàn),小磁針在通電直導(dǎo)線(xiàn)的上方,根據(jù)題意可以判斷上方磁場(chǎng)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(fù)電.,圖6,BD,題型2 磁場(chǎng)的疊加問(wèn)題【例2】 三根平行的直導(dǎo)線(xiàn),分別垂直地通過(guò)一個(gè)等腰直角三角形的三個(gè)頂點(diǎn),如圖7所示.現(xiàn)在使每條通電導(dǎo)線(xiàn)在斜邊中點(diǎn)O處所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B.則該處實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小

11、和方向如何?,圖7,思維導(dǎo)圖,安培定則,三個(gè)電流到O點(diǎn)的距離,三個(gè)電流在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)弱與方向,,,,三個(gè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加,O處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向,,解析 根據(jù)安培定則,I1與I3在O點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同,I2在O點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與它們相垂直.由B1、B2、B3大小相等均為B可知,O點(diǎn)處實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)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(chǎng)疊加,在某一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向即該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向只有一個(gè),即合磁場(chǎng)方向,應(yīng)用平行四邊形定則來(lái)求.,變式練習(xí)2 如圖8所示,一根通電直導(dǎo)線(xiàn)垂直放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,在以導(dǎo)線(xiàn)截面的中心為圓心,r為半徑的圓周上有a、b、c、d四個(gè)點(diǎn).已知a點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度為0,則下列敘述正確的是 ( )A.直導(dǎo)線(xiàn)中的電流方向垂直

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

14、各處的磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)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(xiàng)A、B正確. 答案 AB,題型3 “類(lèi)比法”理解磁場(chǎng)的性質(zhì)【例3】 磁鐵有N、S兩極,跟正負(fù)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(fù) 磁荷,同號(hào)磁荷相斥,異號(hào)磁荷相吸.當(dāng)磁極本身的 幾何線(xiàn)度遠(yuǎn)比它們之間的距離小得多時(shí),將其上的 磁荷叫做點(diǎn)磁荷.磁的庫(kù)侖定律是:兩個(gè)點(diǎn)磁荷之間 的相互作用力F沿著它們之間的連線(xiàn),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(gè)點(diǎn)磁荷的磁極強(qiáng)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(diǎn),兩點(diǎn)相距為L(zhǎng),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(cè)出磁極強(qiáng)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(xiàn),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(chēng)磁極 強(qiáng)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(dòng).調(diào)節(jié)斜面的角度為θ時(shí),兩磁鐵間的距離為d,活動(dòng)磁鐵剛好靜止不動(dòng).由此可知磁極強(qiáng)度qm為多大?,解析 如右圖所示,活動(dòng)磁棒受重力、支持力兩對(duì)同性

17、磁荷的排斥力F1= ①兩對(duì)異性磁荷的吸引力F2= ②活動(dòng)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(lèi)比法是物理學(xué)中常用的一種研究問(wèn)題的方法,如萬(wàn)有引力與庫(kù)侖力類(lèi)比,本題將磁極間相互作用類(lèi)比于電荷間相互作用,將磁極間的作用定量計(jì)算,命題視角新穎,對(duì)學(xué)生類(lèi)比推理、遷移應(yīng)用能力要求較高.,【評(píng)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(qiáng)度為B,在圓環(huán)下方距圓心a為L(zhǎng)的地方水平放置一根電流為I2的無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)MN時(shí),圓環(huán)圓心a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)榱?設(shè)圓環(huán)平面與

19、長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)在同一豎直平面內(nèi)如圖10所示,求:,圖10,(1)根據(jù)對(duì)稱(chēng)性,直導(dǎo)線(xiàn)電流I2在導(dǎo)線(xiàn)正下方L處的b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小是多少?方向如何?(2)如果把圓環(huán)平移到b點(diǎn),使圓環(huán)的圓心與b點(diǎn)重合,則圓環(huán)電流與直線(xiàn)電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的合磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向外,加上直導(dǎo)線(xiàn)后,a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零,說(shuō)明直導(dǎo)線(xiàn)I2在a處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙

20、面向里.(4分)又因?yàn)閍、b兩點(diǎn)到直導(dǎo)線(xiàn)的距離相等,因此,直導(dǎo)線(xiàn)I2在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn)后,圓環(huán)在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向外;和直導(dǎo)線(xiàn)I2在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度合成后,可得:b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(shuō)法正確的是

21、()A.一切電荷的周?chē)即嬖诖艌?chǎng)B.磁鐵吸引鐵棒,說(shuō)明磁鐵周?chē)拇艌?chǎng)對(duì)鐵棒有力的作用,由于鐵棒周?chē)鷽](méi)有磁場(chǎng),因而對(duì)磁鐵無(wú)磁力作用C.鐵棒內(nèi)分子電流取向變得大致相同時(shí),對(duì)外就顯出磁性D.沿磁感線(xiàn)的方向,磁場(chǎng)逐漸減弱,解析 只有運(yùn)動(dòng)電荷周?chē)庞写艌?chǎng),故A錯(cuò)誤;磁鐵 吸引鐵棒,鐵棒被磁化,其周?chē)灿写艌?chǎng),對(duì)磁鐵有 磁力的作用,故B錯(cuò)誤;根據(jù)分子電流假說(shuō),當(dāng)物體 內(nèi)分子電流取向大致相同時(shí),對(duì)外就顯出磁性,故C 正確;

22、磁感線(xiàn)的疏密程度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,故D錯(cuò)誤. 答案 C,B.電流元IL在磁場(chǎng)中受力為F,則磁感應(yīng)強(qiáng)度可能大于或等于C.磁場(chǎng)中電流元受力大的地方,磁感應(yīng)強(qiáng)度一定大D.磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,與電流元在此點(diǎn)的受力方向相同,2.關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念,以下說(shuō)法中不正確的有 () A.電流元IL在磁場(chǎng)中受力為F,則磁感應(yīng)強(qiáng)度B一定 等于,

23、解析 判斷磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,需要在電流元受力最大的前提下進(jìn)行,選項(xiàng)A、B中的力F可能小于或等于最大受力,因此,磁感應(yīng)強(qiáng)度B可能大于或等于 ;電流元在磁場(chǎng)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(qiáng)度不一定大;磁場(chǎng)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(guò)導(dǎo)體的電流、電壓、電阻的關(guān)系時(shí)因無(wú)電源和電流表,他利用金屬在冷水和熱水中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)代替電源,用小

24、磁針的偏轉(zhuǎn)檢測(cè)電流,具體做法是:在地磁場(chǎng)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(xiàn),當(dāng)該導(dǎo)線(xiàn)中通有電流時(shí),小磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn);當(dāng)通過(guò)該導(dǎo)線(xiàn)電流為I時(shí),小磁針偏轉(zhuǎn)了30°,問(wèn)當(dāng)他發(fā)現(xiàn)小磁針偏轉(zhuǎn)了60°,通過(guò)該直導(dǎo)線(xiàn)的電流為(直導(dǎo)線(xiàn)在某點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)與通過(guò)直導(dǎo)線(xiàn)的電流成正比) ( ) A.2I B.3I

25、 C.I D.無(wú)法確定 解析 設(shè)地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B地,電流磁場(chǎng)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(dòng),則在z軸上某點(diǎn)A的磁場(chǎng)方向應(yīng)該 ( )A.沿x軸的正向B.沿x軸的負(fù)向C.沿z軸的正向D.沿z軸的負(fù)向解析 電子沿y軸正

26、方向移動(dòng),相當(dāng)于電流方向沿y軸負(fù)方向移動(dòng),根據(jù)安培定則可判斷在z軸上A點(diǎn)的磁場(chǎng)方向應(yīng)該沿x軸的負(fù)方向.故選項(xiàng)B正確.,圖11,B,5.取兩個(gè)完全相同的長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn),用其中一根繞成如圖12(a)所示的螺線(xiàn)管,當(dāng)該螺線(xiàn)管中通以電流強(qiáng)度為I的電流時(shí),測(cè)得螺線(xiàn)管內(nèi)中部的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B；若將另一根長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)對(duì)折后繞成如圖(b)所示的螺線(xiàn)管,并通以電流強(qiáng)度也為I的電流時(shí),則在螺線(xiàn)管內(nèi)中部的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 ( )A.0B.

27、0.5BC.B D.2B,圖12,解析 圖(b)中螺線(xiàn)管上的長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)可等效為兩個(gè)通 過(guò)等大反向電流的通電螺線(xiàn)管,兩螺線(xiàn)管電流方向 相反,由安培定則可知在螺線(xiàn)管中部產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng) 度也是大小相等方向相反的,所以螺線(xiàn)管中部磁感應(yīng) 強(qiáng)度為零. 答案 A,6.三根完全相同的長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)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(gè)正方形abcd的三個(gè)頂點(diǎn)a、b、c處,如圖13所示.已知每根通

28、電長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)在其周?chē)a(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度與距該導(dǎo)線(xiàn)的距離成反比,通電導(dǎo)線(xiàn)b在d處產(chǎn)生的磁場(chǎng)其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,則三根通電導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)在d處的總磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 ( )A.2BB.3BC.2.1BD.3.8B,圖13,解析 a、b、c三根導(dǎo)線(xiàn)在d處形成的磁感應(yīng)強(qiáng)度為Ba、Bb和Bc,設(shè)正方形邊長(zhǎng)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(qiáng)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(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)1和2,通有大小相等、 方向相反的電流,a、b兩點(diǎn)與兩導(dǎo)線(xiàn) 共面,a點(diǎn)在兩導(dǎo)線(xiàn)的中間與兩導(dǎo)線(xiàn)的 距離均為r,b點(diǎn)在導(dǎo)線(xiàn)2右側(cè),與導(dǎo)線(xiàn)2 的距離也為r.現(xiàn)測(cè)得a點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的 大小為B, 則去掉導(dǎo)線(xiàn)1后,b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小 為 , 方向