高中物理第五章磁场与回旋加速器5.1磁与人类文明课件沪科选修3105301217

5.1 磁与人类文明5.2 怎样描述磁场了解地球的磁场．[知识梳理]一、地磁场及磁性材料1．地磁场(1)地磁场的两极：地球周围存在着磁场，它的N极位于地理南极附近，S极位于地理北极附近．(2)磁偏角：用一个能自由转动的小磁针观察地磁场方向时，可以看到它的磁极一般并不指向地理的正南正北方向，水平放置的磁针的指向跟地理子午线之间有一个交角，这个交角叫作磁偏角．2．磁性材料(1)磁化：人们通过人工方法使磁性材料获得磁性的过程．(2)退磁：磁性材料被磁化后，在一定条件下会失去磁性，这个过程叫作退磁或去磁．(3)磁性材料的分类根据磁性材料被磁化后退磁的难易程度分为软磁性材料和硬磁性材料．二、磁场的描述1．磁感线(1)磁感线是在磁场中人为地画出的一些有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向都在该点磁场的方向上．(2)物理学中把磁感线的间距相等、相互平行且指向相同的磁场叫作匀强磁场．2．条形磁体和蹄形磁体的磁感线磁体都有两个磁极，在外部磁感线从北极指向南极，在内部从南极指向北极，它是一系列闭合的曲线．图5­1­1三、磁场的定量描述1．磁通量Φ 磁场中穿过某一面积的磁感线的条数叫作穿过这个面积的磁通量．2．磁感应强度B(1)垂直穿过某单位面积上的磁通量叫作磁感应强度．(2)公式：B ＝ΦS. (3)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 ；磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，国际符号是T,1 T ＝1 Wb 1m 2. (4)矢量：磁感应强度是一个既有大小又有方向的物理量，是矢量，磁场中某点的磁感应强度方向是过该点的磁感线的切线方向，也就是放在该点的小磁针N 极的受力方向．[基础自测]1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”．)(1)磁感线是用细铁屑排列而成的真实的曲线．(×)(2)磁感线能表示磁场的强弱和方向．(√)(3)地理的南北两极与地磁场的南北极并不重合，地磁场的北极在地理北极附近．(×)(4)磁感应强度等于垂直穿过单位面积的磁通量．(√)(5)穿过某一面积的磁通量为零，则磁感应强度一定为零．(×)(6)磁感应强度的方向就是磁感线的方向．(×)【提示】(1)× 磁感线不是真实存在的．(3)× 地磁场北极在地理南极附近．(5)× 穿过某一面积的磁通量为零，磁感应强度不一定为零．(6)× 磁感线某点的切线方向表示该点磁感应强度的方向．2．关于磁感线，下列说法中正确的是( )【导学号：69682243】A ．两条磁感线的空隙处不存在磁场B．磁感线总是从N极到S极C．磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致D．两个磁场叠加的区域，磁感线可能相交C[磁感线是为了形象地描绘磁场而假设的一组有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向都表示该点的磁场方向，曲线疏密表示磁场强弱，所以C正确，A错误；在磁体外部磁感线从N极到S极，内部从S极到N极，磁感线不相交，所以B、D错误．]3．如图5­1­2所示的“司南”是人们公认的最早的磁性定向工具，司南能指南北的原因是( )图5­1­2A．地球周围有电场B．地球周围有磁场C．月球周围有磁场D．太阳周围有磁场B[地球周围存在磁场，磁场方向外部由地理南极指向地理北极，所以司南能指南北，B对．] 4．关于磁通量，下列说法中正确的是( )【导学号：69682244】A．磁通量不仅有大小而且有方向，是矢量B．在匀强磁场中，a线圈面积比b线圈面积大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的大C．磁通量大，磁感应强度不一定大D．把某线圈放在磁场中的M、N两点，若放在M处的磁通量比在N处的大，则M处的磁感应强度一定比N处大C[磁通量是标量，磁通量大小Φ＝BS⊥＝BS cos θ，与B、S、θ均有关系．故C正确．][合作探究·攻重难]1(1)为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在．(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱，密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱．(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．(5)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向．2．磁感线与电场线的比较图5­1­3关于磁感线的描述，下列说法中正确的是( )A ．磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向，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B ．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的C ．两条磁感线的空隙处一定不存在磁场D ．两个磁场叠加的区域，磁感线就可能相交思路点拨：①磁感线的疏密可以表示磁场的强弱，磁感线的方向可以用来确定磁场的方向． ②磁感线永远不相交．A [磁感线上每一点的切线方向表示该点的磁场方向，即小磁针静止时北极所指的方向，所以A 正确；磁感线是为了形象地描述磁场而假想的一簇有方向的闭合曲线，实际上并不存在，细铁屑可以显示出其形状，但那并不是磁感线，B 错；磁感线的疏密反映磁场的强弱，磁感线是假想的人为画出的曲线，两条磁感线的空隙处也存在磁场，C 错；两个磁场叠加，描述的是叠加后的磁场的磁感线分布情况，磁感线不相交，所以D 不正确．]磁感线的五个特点(1)磁感线是假想的，不是真实存在的线．(2)磁感线上每一点的切线方向即为该点的磁场方向．(3)磁感线是闭合曲线．(4)磁感线的疏密程度表示磁场的强弱．(5)磁感线不能相交或相切．[针对训练]1．(多选)关于磁感线，下列说法正确的是( )A．磁感线可以表示磁场的强弱和方向B．小磁针N极在磁场中的受力方向，即为该点磁感线的切线方向C．沿磁感线方向，磁场减弱D．磁感线是闭合曲线，没有起始点ABD[磁感线的疏密表示磁场强弱，切线表示磁场方向，故A正确．沿磁感线方向，磁场可能增强也可能减弱，故C错．小磁针N极的受力方向是磁感线的切线方向，故B正确．磁感线是闭合曲线，无起始点，故D正确．]2．(多选)下列关于电场线和磁感线的说法正确的是( )【导学号：69682245】A．二者均为假想的线，实际上并不存在B．实验中常用铁屑来模拟磁感线形状，因此磁感线是真实存在的C．任意两条磁感线不相交，电场线也是D．磁感线是闭合曲线，电场线是不闭合的ACD[两种场线均是为形象描绘场而引入的，实际上并不存在，故A对，B错；任意两条磁感线或电场线不能相交，否则空间一点会有两个磁场或电场方向，故C对；磁体外部磁感线由N 极指向S极，内部由S极指向N极，故磁感线是闭合的曲线，而电场线始于正电荷，终于负电荷，故不闭合，D对．]1(1)公式：Φ＝BS.适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直．(2)在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂直，公式Φ＝BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积．2．磁通量的正、负(1)磁通量是标量，但有正、负，当磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时即为负值．(2)若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量为Φ1，反向磁通量为Φ2，则穿过该平面的磁通量Φ＝Φ1－Φ2.3．磁通量的变化量公式：ΔΦ＝Φ2－Φ1.(1)当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS.(2)当B变化，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S.(3)B和S同时变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1.但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS.如图5­1­4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________．若使框架绕OO′转过30°角，则穿过框架平面的磁通量为________；若从初始位置转过90°角，则穿过框架平面的磁通量为________；若从初始位置转过180°角，则穿过框架平面的磁通量的变化是________．图5­1­4思路点拨：①计算磁通量时，首先要确定与磁感线方向垂直的有效面积．②磁通量有正负，若初始位置磁通量为Φ，则线圈平面转过180°时磁通量变为－Φ.【解析】(1)初始位置时，S⊥B，故Φ1＝BS.(2)框架转过30°时，Φ2＝BS cos 30°＝32 BS.(3)框架转过90°时，S∥B，故Φ3＝BS cos 90°＝0.(4)从初始位置转过180°的过程中，规定初始位置时穿过方向为正，则Φ1＝BS，Φ2＝－BS，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－2BS.【答案】BS32BS0 －2BS有关磁通量的四点提醒(1)平面S与磁场方向不垂直时，要把面积S投影到与磁场垂直的方向上，即求出有效面积．(2)可以把磁通量理解为穿过面积S的磁感线的净条数．相反方向穿过面积S的磁感线可以互相抵消．(3)当磁感应强度和回路面积同时发生变化时，ΔΦ＝Φt－Φ0，而不能用ΔΦ＝ΔB·ΔS 计算．(4)磁通量有正负，但其正负不表示大小，也不表示方向，仅是为了计算方便而引入的．[针对训练]3．如图5­1­5所示，边长为L 的n 匝正方形线框abcd 内部有一边长为L 2的正方形区域的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B .下列有关的说法正确的是( )【导学号：69682246】图5­1­5A ．穿过线框abcd 的磁通量为BL 2B ．穿过线框abcd 的磁通量为nBL 2C ．穿过线框abcd 的磁通量为BL 24 D ．穿过线框abcd 的磁通量为nBL 24 C [磁通量Φ＝BS ，与线圈匝数无关，式中的S 为在磁场中且与磁场垂直的面积，所以Φ＝B ·L 24，C 正确．] 4.如图5­1­6所示，在条形磁铁中部垂直套有A 、B 两个圆环，设通过线圈A 、B 的磁通量分别为ΦA 、ΦB ，则( )图5­1­6A ．ΦA ＝ΦBB ．ΦA <ΦBC ．ΦA >ΦBD ．无法判断B [在条形磁铁的周围，磁感线是从N 极出发，经外空间磁场由S 极进入磁铁内部．在磁铁内部的磁感线从S 极指向N 极，又因磁感线是闭合的平滑曲线，所以条形磁铁内外磁感线条数一样多，从下向上穿过A 、B 环的磁感线条数一样多，而从上向下穿过A 环的磁感线多于B 环，则从下向上穿过A 环的净磁感线条数小于B 环，所以通过B 环的磁通量大于通过A 环的磁通量．][当 堂 达 标·固 双 基]1．指南针是我国古代四大发明之一，东汉学者王充在《论衡》一书中描述的“司南”是人们公认的最早的磁性定向工具．关于指南针能指示南北方向是由于( )A ．指南针的两个磁极相互吸引B．指南针的两个磁极相互排斥C．指南针能吸引铁、钴、镍等物质D．地磁场对指南针的作用D[用指南针指示方向，是由于地球本身是一个大磁体，地球的磁场对磁体产生力的作用，地球的南极是地磁的N极，地球的北极是地磁的S极，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引，故指南针指示南北方向，因此选项D正确，A、B、C错误．]2．一根钢条靠近磁针的磁极，磁针被吸引过来，则( )【导学号：69682247】A．钢条一定具有磁性B．钢条一定没有磁性C．钢条可能有磁性，也可能没有磁性D．条件不足，无法判断C[小磁针被吸引过来，可能是钢条与小磁针的一端是异名磁极相互吸引，也可能是不带磁性的钢条与磁体相互吸引，所以钢条可能有磁性，也可能没有磁性．故C正确．] 3．地球是一个大磁体，它的磁场分布情况与一个条形磁铁的磁场分布情况相似，下列说法正确的是( )A．地磁场的方向是沿地球上经线方向的B．地磁场的方向是与地面平行的C．地磁场的方向是从北向南方向的D．在地磁南极上空，地磁场的方向是竖直向下的D[地理南北极与地磁南北极不重合，所以地磁场方向与经线有夹角，A错；地磁场方向不与地面平行，B错；地磁场的方向从南指向北，C错；在地磁南北极附近，磁场方向是与地面垂直的，地磁南极上空，地磁场的方向竖直向下，D对．]4．下列关于磁场和磁感线的描述中正确的是( )【导学号：69682248】A．磁感线可以形象地描述各点磁场的方向B．磁感线是磁场中客观存在的线C．磁感线总是由磁铁的N极指向S极D．实验中观察到的铁屑的分布就是磁感线A[磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，但它不是客观存在的线，可用细铁屑模拟．在磁铁外部磁感线方向由N极到S极，但内部是由S极到N极．故只有A正确．] 5．(多选)面积为2.5×10－2m2的矩形线圈放在磁感应强度为4.0×10－2T的匀强磁场中，则穿过线圈的磁通量可能是( )A．10×10－2 Wb B．1.0×10－3 WbC．1.0×10－4 Wb D．0BCD[线圈与磁场垂直时，通过它的磁通量最大，且Φm＝BS＝1.0×10－3 Wb.线圈与磁场平行时，通过它的磁通量为0.故通过线圈的磁通量范围是0≤Φ≤1.0×10－3 Wb.所以A错，B、C、D对．]。