高中物理第三章磁场第3讲几种常见的磁场学案新人教版选

1 几种常见的磁场

[目标定位] 1.知道磁感线，并能记住几种常见磁场的磁感线分布特点.2.会用安培定则判断电流周围的磁场方向.3.知道磁通量的概念，并会计算磁通量.4.知道安培分子电流假说，并能解释简单的磁现象．

一、磁感线

1．定义：用来形象描述磁场的假想曲线．

2．特点：

(1)磁感线的疏密程度表示磁场的强弱．

(2)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁感应强度方向．

(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．

深度思考

(1)用磁感线描述磁场时，总有一些区域没有磁感线通过，这些区域是否一定没有磁场存在？

(2)倘若空间某区域的磁场是由两个或两个以上的磁体或电流产生的，用磁感线描述该区域的磁场时，磁感线能否相交？

答案 (1)不是．用磁感线描述磁场时，只是定性地画出一些磁感线用来描述该区域的磁场分布，不可能让所有的区域都有磁感线通过，没有磁感线通过的区域仍然可以有磁场分布．

(2)不能．若多个磁体或电流的磁场在空间某区域叠加，磁感线描述的是叠加后的合磁场的磁感线分布情况，不能认为该区域有多条磁感线相交．

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不正确；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，选项B正确；磁感线是为了形象地描述磁场而假想的一组有方向的闭合曲线，实际上并不存在，选项C不正确；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，D选项错误． 2 答案

B

磁感线与电场线的比较

比较项目 磁感线 静电场的电场线

相同点 方向 线上各点的切线方向就是该点的磁场方向 线上各点的切线方向就是该点的电场方向

疏密 表示磁场强弱 表示电场强弱

特点 在空间不相交、不相切、不中断 除电荷处外，在空间不相交、不相切、不中断

不同点

闭合曲线 始于正电荷或无穷远处，止于负电荷或无穷远处，不闭合的曲线

二、几种常见的磁场

1．直线电流的磁场

安培定则：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.

安培定则 立体图 横截面图 纵截面图

以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱

2.环形电流的磁场

环形电流的磁场可用另一种形式的安培定则表示：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.

安培定则 立体图 横截面图 纵截面图

内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏

3.通电螺线管的磁场

通电螺线管是由许多匝环形电流串联而成的．所以环形电流的安培定则也可以用来判定通电3 螺线管的磁场，这时拇指所指的方向就是螺线管内部磁场的方向.

安培定则 立体图 横截面图 纵截面图

内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极

深度思考

磁体和电流都可以产生磁场，环形电流和通电螺线管的磁场与哪种磁体的磁场相似？

答案 环形电流相当于小磁针，通电螺线管相当于条形磁铁．

例2 如图1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1

解析 如果已知电流的方向，可用右手螺旋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．

例3 如图2所示，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流．a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等．关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是( )

图2

A．O点处的磁感应强度为零 4 B．a、b两点处的磁感应强度大小相等、方向相反

C．c、d两点处的磁感应强度大小相等、方向相同

D．a、c两点处磁感应强度的方向不同

解析 由安培定则可知，两导线在O点产生的磁场方向均竖直向下，合磁感应强度一定不为零，故选项A错误；由安培定则，两导线在a、b两处产生的磁场方向均竖直向下，由于对称性，电流M在a处产生磁场的磁感应强度等于电流N在b处产生磁场的磁感应强度，电流M在b处产生磁场的磁感应强度等于N在a处产生磁场的磁感应强度，所以a、b两处磁感应强度大小相等、方向相同，选项B错误；根据安培定则判断可知，两导线在c、d处产生的磁场分别垂直c、d两点与导线连线方向向下，且产生的磁场的磁感应强度相等，由平行四边形定则可知，c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向均竖直向下，故选项C正确，选项D错误．

答案

C

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.磁感应强度叠加时遵循平行四边形定则.

三、安培分子电流假说

1．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，存在着一种环形电流——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．

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3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3

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．

例4 用安培分子电流假说解释下列现象不正确的是( )

A．未被磁化的铁棒内部分子电流取向杂乱无章，磁场相互抵消对外不显磁性

B．未被磁化的铁棒放到磁场中，各分子电流在磁场作用下取向变得大致相同，铁棒被磁化，5 两端对外显示较强的磁作用，形成磁极

C．磁铁受到高温或猛烈撞击时失去磁性，这是因为激烈的热运动或震动使分子电流取向变得杂乱无章了

D．通电直导线中的电流和环形电流都是分子电流形成的

解析 分子电流假说是安培为解释磁体的磁现象而提出的，易知选项A、B、C都对；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，D错．

答案 D

四、匀强磁场和磁通量

1．匀强磁场

(1)定义：磁感应强度的大小、方向处处相同的磁场．

磁感线：间隔相同的平行直线．

(2)实例：距离很近的两个平行的异名磁极间的磁场，相隔适当距离的两平行放置的通电线圈，其中间区域的磁场都是匀强磁场．

2．磁通量

(1)定义：匀强磁场磁感应强度B与和磁场方向垂直的平面面积S的乘积，叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通．

(2)表达式：Φ＝BS.单位：韦伯，简称韦，符号是Wb，1Wb＝1T·m2.

适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直．

(3)说明：磁通量可用穿过某一平面的磁感线条数表示；若磁感线沿相反方向穿过同一平面，则磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和)．

(4)引申：B＝ΦS，因此磁感应强度B又叫磁通密度．

例5 如图4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＝0.4m2，匀强磁场磁感应强度B＝0.6T，则穿过线圈的磁通量Φ为多少？

图4

解析 方法一：把S投影到与B垂直的方向，则Φ＝B·Scosθ＝0.6×0.4×cos60°Wb＝0.12Wb. 6 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⊥＝Bcosθ，则Φ＝B⊥S＝Bcosθ·S＝0.6×0.4×cos60°Wb＝0.12Wb.

答案

0.12Wb

1磁通量的计算

①公式：Φ＝BS

适用条件：a.匀强磁场；b.磁感线与平面垂直.

②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磁通量的正、负既不表示大小，也不表示方向，它表示磁通量从某个面穿入还是穿出，若规定穿入为正，则穿出为负，反之亦然.

1．(对磁感线的理解)如图5所示的磁场中同一条磁感线(方向未标出)上有a、b两点，这两点处的磁感应强度(

)

图5

A．大小相等，方向不同

B．大小不等，方向相同

C．大小相等，方向相同

D．大小不等，方向不同

答案 B

解析 如题图，a点处磁感线比b点处磁感线密，则a点的磁感应强度大于b点的磁感应强度，而某点的切线方向即为该点的磁感应强度的方向．因此它们的方向相同．故B正确，A、C、D错误．

2．(安培定则的理解和应用)(多选)如图6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6

A．放在a处的小磁针的N极向左 7 B．放在b处的小磁针的N极向右

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

答案 BD

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，则小磁铁在a点时，N极向右，A项错误，D项正确；在b点磁场方向向右，则磁针在b点时，N极向右，B项正确；在c点，磁场方向向右，则磁针在c点时，N极向右，S极向左，C项错误．

3．(磁感应强度的叠加)在磁感应强度为B0、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．如图7所示，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(

)

图7

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

C．c点的磁感应强度的值最小

D．b点的磁感应强度的值最大

答案 C

解析 如图所示，由矢量叠加原理可求出各点的合磁场的磁感应强度，可见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．

4．(对磁通量的理解)如图8所示，一个单匝线圈abcd水平放置，面积为S，有一半面积处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，当线圈以ab边为轴转过30°和60°时，穿过线圈的磁通量分别是多少？