(共68张PPT)
第5章
初识电磁场与电磁波
磁场及其描述
(强基课 逐点理清物理观念)
第 1 节
课标要求
1.能列举磁现象在生产生活中的应用。
2.通过实验,认识磁场。
3.了解磁感应强度,会用磁感线描述磁场,体会物理模型在探索自然规律中的作用。
4.了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响,关注与磁相关的现代技术发展。
层级达标 学考 层级 1.通过实验初步认识磁场,了解磁感应强度。
2.了解用磁感线描述磁场的方式方法。
3.会判断通电直导线和通电线圈周围的磁场。
4.能在熟悉的问题情境中应用所学的磁场模型。
选考 层级 1.理解用磁感应强度和磁感线描述磁场的方法。
2.综合应用磁场知识对磁场进行叠加。
3.能将实际问题中的对象和过程转换成所学的磁场模型。
1
逐点清(一) 磁场 磁感应强度
2
逐点清(二) 磁感线
3
逐点清(三) 电流的磁场 磁的应用及意义
4
课时跟踪检测
CONTENTS
目录
逐点清(一) 磁场 磁感应强度
1.磁场:在磁体或电流周围的空间存在的一种_________,磁场能够对_____或______产生力的作用。
2.磁感应强度
(1)定义:垂直于磁场方向的一小段通电直导线受到的力F与电流I和直导线的长度l的乘积之比。
(2)定义式:________。
多维度理解
特殊物质
磁体
电流
B=
(3)单位:在国际单位制中,磁感应强度的单位是_______,简称____,符号为____。1 T=1 N/(A·m)。
(4)磁感应强度是矢量,其方向是放在该点的小磁针静止时____的指向。
(5)磁场的叠加
如果空间有几个磁场_____存在,它们的磁场就互相叠加,这时某点的磁感应强度就等于各个磁场单独存在时在该点磁感应强度的_______。
特斯拉
特
T
N极
同时
矢量和
[微点拨]
对磁感应强度定义式的理解
(1)公式成立条件:通电导线必须垂直于磁场方向放置,不垂直则公式不成立。
(2)决定磁感应强度的因素:仅由磁场本身决定,与导线是否受磁场力以及磁场力的大小无关。
(3)磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场,这时l应很短,Il称为“电流元”,相当于静电场中的“试探电荷”。
1.判断下列说法是否正确。
(1)通电导线在磁场中受到的磁场力为零,则说明该处的磁感应强度为零。 ( )
(2)磁感应强度的大小与电流成反比,与其受到的磁场力成正比。 ( )
(3)磁感应强度的大小等于通电导线受到的磁场力大小F与电流I和导线长度l的乘积的比值。 ( )
全方位练明
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×
2.下列关于磁场的说法中正确的是 ( )
A.磁体周围的磁场看不见、摸不着,所以磁场不是客观存在的
B.将小磁针放在磁体附近,小磁针会发生偏转是因为受到磁场力的作用
C.把磁体放在真空中,磁场就消失了
D.当磁体周围撒上铁屑时才能形成磁场,不撒铁屑磁场就消失
√
解析:理解磁场的物质形态时应与电场类比,磁场看不见、摸不着,但不会因主观意识而存在或消失,磁场与电场一样,都是客观存在的物质形态。磁场是磁体、电流或运动电荷周围存在的一种特殊物质,说它“特殊”,是因为它和我们常见的以分子、原子、离子组成的物质不同,它不是以微粒形式存在,而是以一种“场”的形式存在;说它是“物质”,是因为它和我们常见的实物一样,能对放在其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用,因此我们说磁场和我们常见的桌子、房屋、水和空气一样,是一种客观存在的物质,虽然它看不见、摸不着,但可以通过它的基本性质反映出来,故B正确,A、C、D错误。
3.有一小段通电直导线,长为1 cm,通过的电流为5 A,把它置于磁场中某点,受到的磁场力为0.1 N,则该点的磁感应强度 ( )
A.B=2 T B.B≤2 T
C.B≥2 T D.以上情况都有可能
√
解析:磁感应强度的定义式中的电流是垂直于磁场方向的。如果通电导线是垂直于磁场方向放置的,此时所受磁场力最大,F=0.1 N,则该点的磁感应强度为B== T=2 T;如果通电导线不是垂直于磁场方向放置的,则受到的磁场力小于垂直磁场方向放置时受到的磁场力,通电直导线不垂直磁场放置时受到的磁场力为0.1 N,由定义式可知,磁感应强度B将大于2 T,A、B、D错误,C正确。
逐点清(二) 磁感线
1.磁感线是在磁场中画出的一些有方向的__________。
2.在磁感线上,任意一点的______方向即该点的磁场方向,与磁场中该点小磁针_____受力的方向相同。
3.磁感线的_____表示磁场的强弱。磁感线分布越密的地方,磁感应强度_____;磁感线分布越疏的地方,磁感应强度_____。
多维度理解
假想曲线
切线
N极
疏密
越大
越小
4.磁感线是______曲线。在磁体外部,磁感线是由______出发回到_____;在磁体内部,磁感线从_____到_____。
5.匀强磁场的磁感线是一组___________的直线。
闭合
N极
S极
S极
N极
平行且等距
[微点拨]
1.常见永磁体的磁场
2.磁感线与电场线的比较
项目 磁感线 电场线
不同点 闭合曲线 不闭合,起始于正电荷或无穷远,终止于无穷远或负电荷
相似点 引入目的 为形象描述场而引入的假想曲线,实际并不存在 疏密 表示场的强弱 切线方向 表示场的方向 是否相交 不相交 1.下列关于电场线和磁感线的说法中,正确的是 ( )
A.电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线
B.磁场中两条磁感线一定不相交,但在复杂电场中的电场线是可以相交的
C.电场线是一条不闭合曲线,而磁感线是一条闭合曲线
D.电场线越密的地方,同一试探电荷所受的电场力越大;磁感线分布较密的地方,同一试探电荷所受的磁场力也越大
全方位练明
√
解析:电场线和磁感线是为了描述电场和磁场而假想的曲线,都不是电场或磁场中实际存在的线,A错误;磁场中两条磁感线一定不相交,所有电场中的电场线也是不相交的,B错误;磁感线是一条闭合的、有方向的曲线,而电场线不是闭合的曲线,C正确;电场线越密的地方,电场越强,磁感线越密的地方,磁场也越强,但同一试探电荷所受的磁场力不一定越大,如静止的电荷不受磁场力,D错误。
2.如图所示是磁铁的磁感线及其旁边小磁针静止时所指的方向(小磁针黑色端表示N极),其中正确的是 ( )
解析:磁体外部磁场方向应从N极指向S极,且小磁针静止时N极所指的方向与磁场方向相同,即与磁感线的切线方向相同,A正确,B、C、D错误。
√
3.如图是U形磁体的磁感线。
(1)a点没有磁感线,a点的磁感应强度等于零吗
提示:a点的磁感应强度不等于零。磁体周围存在磁场,磁感线是为了形象地描述磁场而引入的假想曲线,实际并不存在,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。
(2)磁感线是起始于N极,终止于S极吗
提示:不是。磁感线是闭合曲线,没有起点和终点,图中没有画出磁体内部的磁感线。
逐点清(三)
电流的磁场 磁的应用及意义
1.电流的磁场
多维度理解
(1)通电直导线的磁场
安培定则:用_____握住通电直导线,让伸直_____的方向与电流的方向一致,则四指弯曲的方向就是电流周围_______的环绕方向(如图甲所示)。
(2)环形电流的磁场
安培定则:让右手弯曲四指的方向与环形电流的方向一致,则伸直拇指所指的方向就是环形电流_________处的磁感线方向(如图乙所示)。
右手
拇指
磁感线
中心轴线
(3)通电螺线管的磁场
安培定则:用______握住螺线管,让弯曲四指所指的方向与_______
_____一致,则伸直拇指所指的方向就是螺线管______磁感线的方向,也就是说拇指指向通电螺线管的北极(N极)(如图丙所示)。
2.磁的应用及意义
(1)我国发明的_______推动了航海业的发展。
(2)磁在现代交通工具中的典型应用是_____________,磁在医学诊断方面的重要应用是__________成像技术。
右手
电流的
方向
内部
指南针
高速磁浮列车
核磁共振
[微点拨] 三种常见的电流的磁感线分布特点
安培定则 立体图 横截面图 纵截面图
通电直导线
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 环形 电流
内部磁场比外部强,磁感线越向外越稀疏 通电螺线管
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 续
表
1.判断下列说法是否正确。
(1)通电圆环中心磁场与圆环平面垂直。 ( )
(2)放置在通电螺线管中心位置的小磁针稳定时N极指向螺线管的S极。 ( )
(3)通电直导线周围磁场的磁感线是闭合的圆环。 ( )
(4)通电螺线管周围的磁场类似于条形磁体周围的磁场。 ( )
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2.实验室有一无法辨认正负极的学生直流电源。某同学设计了下面判断电源极性的方法:在桌面上放一个小磁针,在磁针东面附近放一螺线管,如图所示,闭合开关后,小磁针指南的一端向东偏转,下述判断正确的是 ( )
A.电源的A端是正极,在电源内部电流由A流向B
B.电源的A端是正极,在电源内部电流由B流向A
C.电源的B端是正极,在电源内部电流由A流向B
D.电源的B端是正极,在电源内部电流由B流向A
解析:由于小磁针指南的一端向东偏转,所以螺线管的西端为N极,由安培定则可知电源的B端为正极,在电源外部电流由B通过螺线管流向A,在电源内部电流由A流向B,故C正确。
√
3.(多选)如图(a)和图(b)所示,带负电的橡胶圆环绕轴OO'以角速度ω匀速旋转,对圆环左侧轴上的小磁针转动情况分析正确的是 ( )
A.图(a)中的小磁针N极沿轴向左 B.图(a)中的小磁针N极沿轴向右
C.图(b)中的小磁针N极沿轴向左 D.图(b)中的小磁针N极沿轴向右
解析:带负电的橡胶圆环转动时,相当于一个环形电流,其电流方向与转动方向相反。由安培定则可知,题图(a)轴线上的磁场方向向左,故题图(a)中的小磁针N极沿轴向左;题图(b)轴线上的磁场方向向右,故题图(b)中的小磁针N极沿轴向右,A、D正确。
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A级——学考达标
1.假设地球的磁场特点类似于条形磁铁的磁场,并且忽略磁偏角的影响。假想有一天我们在南北极间开一条过地心的隧道,并且带着指南针在隧道里探险,下面说法正确的是( )
A.指南针南极总是指向地心
B.指南针南极总是指向地理南极
C.指南针南极总是指向地理北极
D.指南针不能在隧道里指示方向
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解析:假设地球的磁场特点类似于条形磁铁的磁场,并且忽略磁偏角的影响,则地理南极为磁场N极,地理北极为磁场S极。假想有一天我们在南北极间开一条过地心的隧道,并且带着指南针在隧道里探险,由于条形磁铁内部磁场方向由S极指向N极,即从地理北极指向地理南极,所以指南针北极总是指向地理南极,指南针南极总是指向地理北极,故选C。
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2.某同学利用手机中的磁传感器检测地磁场的磁感应强度。在手机上建立直角坐标系,手机显示屏所在平面为xOy面,如图甲所示。某次测量中,测得沿坐标轴方向的磁感应强度分别为21.00 μT、-0.06 μT、-30.56 μT,如图乙所示。该处的磁感应强度大小约为 ( )
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A.9 μT B.21 μT
C.37 μT D.51 μT
解析:该处磁感应强度大小为B=≈37 μT,故选C。
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3.如图所示,P点的电场或磁场方向向下的是 ( )
A.甲图P点在两个等量同种负电荷的中垂线上
B.乙图P点在两个等量异种电荷的中垂线上
C.丙图P点在两根通以等大同向电流的直导线截面的中垂线上
D.丁图P点在两根通以等大反向电流的直导线截面的中垂线上
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解析:由等量同种负电荷的电场线分布情况可知,题图甲中P点电场方向向上,A错误;由等量异种电荷的电场线分布情况可知,题图乙中P点电场方向水平向左,B错误;由安培定则可知,两根通以等大同向电流的直导线在中垂线上P点产生的合磁场方向水平向左,C错误;由安培定则可知,两根通以等大反向电流的直导线在中垂线上P点产生的合磁场方向向下,D正确。
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4.物理老师用图示装置演示奥斯特实验,水平直导线不通电时,导线下方的磁针恰好与导线平行。当直导线通一恒定直流电时,小磁针的N极指向西北方向,则通电直导线中的电流方向由 ( )
A.北→南 B.南→北
C.东→西 D.西→东
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解析:地磁场的方向是从磁场北极到磁场南极,地磁南北极与地理南北极刚好相反,故在地磁场的影响下,小磁针的N极指向北方;通恒定电流后,小磁针的N极指向西北方向,则恒定电流在小磁针位置产生的磁场方向偏向西方,根据安培定则知,所通的电流自南向北,故B正确,A、C、D错误。
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5.(多选)在物理学中,用物理量之比表示研究对象的某种性质,从而定义新物理量的方法叫比值定义法。在用比值定义磁感应强度B时,下列理解正确的是( )
A.这一比值不描述电流元的性质,也不描述磁场的性质
B.被定义的B跟定义式中的物理量描述的是同一研究对象
C.在定义B的同时,也就确定了B与F以及IL单位间的关系
D.在定义B的同时,也包含了利用相同电流元“比较”受磁场力大小的思维方法
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解析:这一比值不描述电流元的性质,描述磁场的性质,即对垂直放入其中的电流元有力的作用,故A错误;被定义的B描述磁场的强弱及方向,而定义式中的物理量描述电流元受力情况,故B错误;在定义B的同时,也就确定了B与F以及IL单位间的关系,即1 T=1,故C正确;在定义B的同时,也包含了利用相同电流元“比较”受磁场力大小的思维方法,即控制变量法,故D正确。
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6.(多选)如图所示,E、F分别表示蓄电池两极,P、Q分别表示螺线管两端。当闭合开关时,发现小磁针N极偏向螺线管Q端。下列判断正确的是 ( )
A.F为蓄电池正极
B.螺线管P端为S极
C.流过电阻R的电流方向向下
D.螺线管内磁场方向由Q指向P
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解析:闭合开关后,小磁针N极偏向螺线管Q端,说明小磁针所在位置磁场方向向左,即螺线管的P端为N极,Q端为S极,螺旋管内部的磁场方向由Q指向P,由安培定则可知,电流从蓄电池的右端流出、左端流入,因此,F为正极,E为负极,流过电阻R的电流方向向上,故B、C错误,A、D正确。
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7.(多选)法拉第为描述场的性质而提出场线的假设。如图是场线中的一部分,点A、P、Q处于中央同一直线上,P、Q关于中垂线对称,以下判断错误的是 ( )
A.可能是两个同种电荷产生的电场线
B.可能是条形磁铁产生磁场的磁感线
C.无论是电场还是磁场,P、Q处场的强度、方向相同
D.无论是电场还是磁场,A、P处场的方向相反
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解析:由题图可知,场线从左侧的场源发出,终止于右侧的场源,所以不可能是两个同种电荷产生的电场线,可能是条形磁铁产生磁场的磁感线,故A错误,B正确;无论是电场还是磁场,根据对称性可知P、Q处场的强度、方向相同,故C正确;若是电场,则A、P处电场方向相反;若是磁场,则P左侧为N极,Q右侧为S极,在磁铁内部,磁感线由S极出发终止于N极,所以此时A、P处磁场的方向相同,故D错误。
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8.如图,a、b、c、d为正方形的四个顶点,在a、c、d三处有垂直于纸面的无限长通电直导线,a、c两处的电流方向向外、大小均为I1,d处的电流方向向里、大小为I2,使得b处的磁感应强度为0。已知无限长通电直导线周围的磁感应强度的大小与电流的大小成正比(B∝I),与到导线的垂直距离成反比。以下说法正确的是( )
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A.I1=I2
B.I1=I2
C.仅将a、c两处的电流反向,仍能让b点的磁感应强度为0
D.仅将c、d两处的电流反向,仍能让b点的磁感应强度为0
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解析:a、c、d三处导线在b点产生的磁场如图所示。
通电直导线周围的磁感应强度的大小与电流的大小成正
比,与到导线的垂直距离成反比,则Ba=kI1,Bc=kI1,Bd=I2,
b处的磁感应强度为0,由矢量叠加法则可知kI1=I2,解得I1=I2,故A错误,B正确;仅将a、c两处的电流反向,则反向后a、c处电流在b点产生的合磁场与d处电流在b点产生的磁场方向相同,b点的磁感应强度不为0,故C错误;同理可知,若仅将c、d两处的电流反向,则b点的磁感应强度不为0,故D错误。
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9.(多选)如图,两个相同的条形磁铁正对平行放置在水平面上,虚线与两个磁铁的轴线在同一个平面内互相平行,且虚线到两个磁铁的距离相等。虚线上有O、A、A'三点,O点在两个磁铁的中心连线上,且OA=OA',由此可知 ( )
A.O点的磁感应强度为零
B.O点的磁场方向沿OA方向
C.将一小磁针置于A点,静止时N极沿OA方向
D.将一小磁针置于A'点,静止时N极沿OA'方向
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解析:在磁铁的外部,磁感线从N极指向S极,又由于对称性可知,O点的磁感应强度方向沿OA方向水平向左,A错误,B正确;根据同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引可知,将一小磁针置于A点,静止时N极沿AO方向水平向右;将一小磁针置于A'点,静止时N极沿OA'方向水平向右。C错误,D正确。
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B级——选考进阶
10.冰箱门软磁条的外部磁感线正面图如图所示,以下说法正确的是( )
A.磁感线越密的地方磁场越弱
B.软磁条内部a应为N极
C.磁感线与电场线一样真实存在于空间之中
D.软磁条内部a、b之间的磁感线方向应为a指向b
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解析:根据磁感线的特点可知,磁感线越密的地方磁场越强,A错误;磁感线在磁体外部从N极指向S极,在磁体内部从S极指向N极,由题图可知,软磁条外部磁感线从b指向a,则软磁条内部a为S极,b为N极,磁感线是闭合曲线,在软磁条内部磁感线从a指向b,故B错误,D正确;磁感线和电场线是为了描述磁场和电场而假想的曲线,实际是不存在的,C错误。
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11.某充气泵的结构如图所示,当电磁铁通入电流时,可吸引或排斥上部的小磁体,从而带动弹性金属片对橡皮碗下面的气室施加力的作用,达到充气的目的。电磁铁用的铁芯可分为硬磁性材料和软磁性材料,硬磁性材料在磁场撤去后还会有很强的磁性,而软磁性材料在磁场撤去后就没有明显的磁性了。为了可以不断充气,下列说法正确的是 ( )
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A.小磁体的下端一定为N极
B.小磁体的下端一定为S极
C.充气泵电磁铁的铁芯应该用硬磁性材料
D.充气泵电磁铁的铁芯应该用软磁性材料
解析:小磁体的下端是N极还是S极,都可以实现吸引或者排斥的效果,A、B错误;充气泵电磁铁的铁芯应该用软磁性材料,因为软磁性材料在磁场撤去后就没有明显的磁性,C错误,D正确。
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12.(多选)安装适当的软件后,利用智能手机中的磁传感器可以测量磁感应强度B。如图,在手机上建立直角坐标系,手机显示屏所在平面为xOy面。某同学在某地对地磁场进行了四次测量,每次测量时y轴指向不同方向而z轴正向保持竖直向上。根据表中测量结果可推知 ( )
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测量序号 Bx/μT By/μT Bz/μT
1 0 21 -45
2 0 -20 -46
3 21 0 -45
4 -21 0 -45
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A.测量地点位于南半球
B.当地的地磁场大小约为50 μT
C.第2次测量时y轴正向指向南方
D.第3次测量时y轴正向指向东方
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解析:如图所示,地磁南极大致在地理北极附近,地磁北极大致在地理南极附近。由表中z轴数据可看出z轴的磁场竖直向下,则测量地点应位于北半球,A错误;磁感应强度为矢量,故由表格中第1次测量数据可看出此处的磁感应强度大致为B=,计算得B≈50 μT,B正确;
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由以上分析知测量地点在北半球,而北半球地磁场指向北方斜向下,第2次测量By<0,故y轴指向南方,第3次测量Bx>0,故x轴指向北方而y轴则指向西方,C正确,D错误。
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13.如图,小磁针放置在水平面内的O点,四个距O点相同距离的螺线管A、B、C、D,其中心轴均通过O点,且与坐标轴的夹角均为45°。设小磁针的N极从y轴顺时针转动的角度为θ,在四个螺线管没有通电的情况下θ=0°。若四个螺线管中分别通有I、2I、3I、4I的电流,方向如图所示,则θ为 ( )
A.45° B.90°
C.135° D.180°
2
3
4
√
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解析:根据安培定则可判断通电螺线管电流在O点形成的磁场方向,如图所示。通电螺线管在O点形成的磁感应强度的大小与通电电流大小成正比关系,根据矢量运算法则,可知O点的合磁场方向沿y轴负方向,故小磁针的N极指向y轴负方向。小磁针的N极从y轴顺时针转动的角度为θ=180°,D正确,A、B、C错误。
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14.(20分)如图甲、乙所示是实验室里用来测量磁场力的一种仪器——电流天平,某同学在实验室里,用电流天平测算通电螺线管中的磁感应强度,他测得的数据记录如下,求通电螺线管中的磁感应强度B。
已知:CD段导线长度为4×10-2 m,电流天平平衡时钩码重力为4×10-5 N,通过导线的电流为0.5 A。
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答案:2×10-3 T
解析:由题意知,I=0.5 A,G=4×10-5 N,L=4×10-2 m。
电流天平平衡时,导线所受磁场力的大小等于钩码的重力,即F=G,由磁感应强度的定义式B=得:B== T=2×10-3 T,
所以,通电螺线管中的磁感应强度为2×10-3 T。
2
3
4第1节 磁场及其描述(强基课—逐点理清物理观念)
课标要求 层级达标
1.能列举磁现象在生产生活中的应用。2.通过实验,认识磁场。3.了解磁感应强度,会用磁感线描述磁场,体会物理模型在探索自然规律中的作用。4.了解我国古代在磁现象方面的研究成果及其对人类文明的影响,关注与磁相关的现代技术发展。 学考层级 1.通过实验初步认识磁场,了解磁感应强度。2.了解用磁感线描述磁场的方式方法。3.会判断通电直导线和通电线圈周围的磁场。4.能在熟悉的问题情境中应用所学的磁场模型。
选考层级 1.理解用磁感应强度和磁感线描述磁场的方法。2.综合应用磁场知识对磁场进行叠加。3.能将实际问题中的对象和过程转换成所学的磁场模型。
逐点清(一) 磁场 磁感应强度
[多维度理解]
1．磁场：在磁体或电流周围的空间存在的一种__________，磁场能够对______或________产生力的作用。
2．磁感应强度
(1)定义：垂直于磁场方向的一小段通电直导线受到的力F与电流I和直导线的长度l的乘积之比。
(2)定义式：______。
(3)单位：在国际单位制中，磁感应强度的单位是________，简称______，符号为______。1 T＝1 N/(A·m)。
(4)磁感应强度是矢量，其方向是放在该点的小磁针静止时______的指向。
(5)磁场的叠加
如果空间有几个磁场______存在，它们的磁场就互相叠加，这时某点的磁感应强度就等于各个磁场单独存在时在该点磁感应强度的______。
对磁感应强度定义式的理解
(1)公式成立条件：通电导线必须垂直于磁场方向放置，不垂直则公式不成立。
(2)决定磁感应强度的因素：仅由磁场本身决定，与导线是否受磁场力以及磁场力的大小无关。
(3)磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时l应很短，Il称为“电流元”，相当于静电场中的“试探电荷”。
[全方位练明]
1．判断下列说法是否正确。
(1)通电导线在磁场中受到的磁场力为零，则说明该处的磁感应强度为零。( )
(2)磁感应强度的大小与电流成反比，与其受到的磁场力成正比。( )
(3)磁感应强度的大小等于通电导线受到的磁场力大小F与电流I和导线长度l的乘积的比值。( )
2．下列关于磁场的说法中正确的是( )
A．磁体周围的磁场看不见、摸不着，所以磁场不是客观存在的
B．将小磁针放在磁体附近，小磁针会发生偏转是因为受到磁场力的作用
C．把磁体放在真空中，磁场就消失了
D．当磁体周围撒上铁屑时才能形成磁场，不撒铁屑磁场就消失
3．有一小段通电直导线，长为1 cm，通过的电流为5 A，把它置于磁场中某点，受到的磁场力为0.1 N，则该点的磁感应强度( )
A．B＝2 T B．B≤2 T
C．B≥2 T D．以上情况都有可能
逐点清(二) 磁感线
[多维度理解]
1．磁感线是在磁场中画出的一些有方向的____________。
2．在磁感线上，任意一点的______方向即该点的磁场方向，与磁场中该点小磁针______受力的方向相同。
3．磁感线的______表示磁场的强弱。磁感线分布越密的地方，磁感应强度______；磁感线分布越疏的地方，磁感应强度______。
4．磁感线是______曲线。在磁体外部，磁感线是由______出发回到______；在磁体内部，磁感线从______到______。
5．匀强磁场的磁感线是一组___________________________________________的直线。
[微点拨]
1．常见永磁体的磁场
2．磁感线与电场线的比较
项目 磁感线 电场线
不同点 闭合曲线 不闭合,起始于正电荷或无穷远,终止于无穷远或负电荷
相似点 引入目的 为形象描述场而引入的假想曲线,实际并不存在
疏密 表示场的强弱
切线方向 表示场的方向
是否相交 不相交
[全方位练明]
1．下列关于电场线和磁感线的说法中，正确的是( )
A．电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线
B．磁场中两条磁感线一定不相交，但在复杂电场中的电场线是可以相交的
C．电场线是一条不闭合曲线，而磁感线是一条闭合曲线
D．电场线越密的地方，同一试探电荷所受的电场力越大；磁感线分布较密的地方，同一试探电荷所受的磁场力也越大
2．如图所示是磁铁的磁感线及其旁边小磁针静止时所指的方向(小磁针黑色端表示N极)，其中正确的是( )
3．如图是U形磁体的磁感线。
(1)a点没有磁感线，a点的磁感应强度等于零吗？
(2)磁感线是起始于N极，终止于S极吗？
逐点清(三) 电流的磁场 磁的应用及意义
[多维度理解]
1．电流的磁场
(1)通电直导线的磁场
安培定则：用________握住通电直导线，让伸直________的方向与电流的方向一致，则四指弯曲的方向就是电流周围________的环绕方向(如图甲所示)。
(2)环形电流的磁场
安培定则：让右手弯曲四指的方向与环形电流的方向一致，则伸直拇指所指的方向就是环形电流________处的磁感线方向(如图乙所示)。
(3)通电螺线管的磁场
安培定则：用______握住螺线管，让弯曲四指所指的方向与____________一致，则伸直拇指所指的方向就是螺线管________磁感线的方向，也就是说拇指指向通电螺线管的北极(N极)(如图丙所示)。
2．磁的应用及意义
(1)我国发明的________推动了航海业的发展。
(2)磁在现代交通工具中的典型应用是________________，磁在医学诊断方面的重要应用是____________成像技术。
[微点拨] 三种常见的电流的磁感线分布特点
安培定则 立体图 横截面图 纵截面图
通电直导线
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
环形电流
内部磁场比外部强，磁感线越向外越稀疏
通电螺线管
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
[全方位练明]
1．判断下列说法是否正确。
(1)通电圆环中心磁场与圆环平面垂直。( )
(2)放置在通电螺线管中心位置的小磁针稳定时N极指向螺线管的S极。( )
(3)通电直导线周围磁场的磁感线是闭合的圆环。( )
(4)通电螺线管周围的磁场类似于条形磁体周围的磁场。( )
2.实验室有一无法辨认正负极的学生直流电源。某同学设计了下面判断电源极性的方法：在桌面上放一个小磁针，在磁针东面附近放一螺线管，如图所示，闭合开关后，小磁针指南的一端向东偏转，下述判断正确的是( )
A．电源的A端是正极，在电源内部电流由A流向B
B．电源的A端是正极，在电源内部电流由B流向A
C．电源的B端是正极，在电源内部电流由A流向B
D．电源的B端是正极，在电源内部电流由B流向A
3．(多选)如图(a)和图(b)所示，带负电的橡胶圆环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转，对圆环左侧轴上的小磁针转动情况分析正确的是( )
A．图(a)中的小磁针N极沿轴向左
B．图(a)中的小磁针N极沿轴向右
C．图(b)中的小磁针N极沿轴向左
D．图(b)中的小磁针N极沿轴向右
第1节 磁场及其描述
逐点清(一)
[多维度理解]
1．特殊物质 磁体 电流 2.(2)B＝ (3)特斯拉 特 T
(4)N极 (5)同时 矢量和
[全方位练明]
1．(1)× (2)× (3)×
2．选B 理解磁场的物质形态时应与电场类比，磁场看不见、摸不着，但不会因主观意识而存在或消失，磁场与电场一样，都是客观存在的物质形态。磁场是磁体、电流或运动电荷周围存在的一种特殊物质，说它“特殊”，是因为它和我们常见的以分子、原子、离子组成的物质不同，它不是以微粒形式存在，而是以一种“场”的形式存在；说它是“物质”，是因为它和我们常见的实物一样，能对放在其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用，因此我们说磁场和我们常见的桌子、房屋、水和空气一样，是一种客观存在的物质，虽然它看不见、摸不着，但可以通过它的基本性质反映出来，故B正确，A、C、D错误。
3．选C 磁感应强度的定义式中的电流是垂直于磁场方向的。如果通电导线是垂直于磁场方向放置的，此时所受磁场力最大，F＝0.1 N，则该点的磁感应强度为B＝＝ T＝2 T；如果通电导线不是垂直于磁场方向放置的，则受到的磁场力小于垂直磁场方向放置时受到的磁场力，通电直导线不垂直磁场放置时受到的磁场力为0.1 N，由定义式可知，磁感应强度B将大于2 T，A、B、D错误，C正确。
逐点清(二)
[多维度理解]
1．假想曲线 2.切线 N极 3.疏密 越大 越小
4．闭合 N极 S极 S极 N极 5.平行且等距
[全方位练明]
1．选C 电场线和磁感线是为了描述电场和磁场而假想的曲线，都不是电场或磁场中实际存在的线，A错误；磁场中两条磁感线一定不相交，所有电场中的电场线也是不相交的，B错误；磁感线是一条闭合的、有方向的曲线，而电场线不是闭合的曲线，C正确；电场线越密的地方，电场越强，磁感线越密的地方，磁场也越强，但同一试探电荷所受的磁场力不一定越大，如静止的电荷不受磁场力，D错误。
2．选A 磁体外部磁场方向应从N极指向S极，且小磁针静止时N极所指的方向与磁场方向相同，即与磁感线的切线方向相同，A正确，B、C、D错误。
3．提示：(1)a点的磁感应强度不等于零。磁体周围存在磁场，磁感线是为了形象地描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在，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。
(2)不是。磁感线是闭合曲线，没有起点和终点，图中没有画出磁体内部的磁感线。
逐点清(三)
[多维度理解]
1．(1)右手 拇指 磁感线 (2)中心轴线 (3)右手 电流的方向 内部 2.(1)指南针 (2)高速磁浮列车 核磁共振
[全方位练明]
1．(1)√ (2)× (3)√ (4)√
2．选C 由于小磁针指南的一端向东偏转，所以螺线管的西端为N极，由安培定则可知电源的B端为正极，在电源外部电流由B通过螺线管流向A，在电源内部电流由A流向B，故C正确。
3．选AD 带负电的橡胶圆环转动时，相当于一个环形电流，其电流方向与转动方向相反。由安培定则可知，题图(a)轴线上的磁场方向向左，故题图(a)中的小磁针N极沿轴向左；题图(b)轴线上的磁场方向向右，故题图(b)中的小磁针N极沿轴向右，A、D正确。
1 / 6课时跟踪检测(二十) 磁场及其描述
(选择题1～9小题，每小题4分；10～13小题，每小题6分。本检测卷满分80分)
A级——学考达标
1．假设地球的磁场特点类似于条形磁铁的磁场，并且忽略磁偏角的影响。假想有一天我们在南北极间开一条过地心的隧道，并且带着指南针在隧道里探险，下面说法正确的是( )
A．指南针南极总是指向地心
B．指南针南极总是指向地理南极
C．指南针南极总是指向地理北极
D．指南针不能在隧道里指示方向
2．某同学利用手机中的磁传感器检测地磁场的磁感应强度。在手机上建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy面，如图甲所示。某次测量中，测得沿坐标轴方向的磁感应强度分别为21.00 μT、－0.06 μT、－30.56 μT，如图乙所示。该处的磁感应强度大小约为( )
A．9 μT B．21 μT
C．37 μT D．51 μT
3．如图所示，P点的电场或磁场方向向下的是( )
A．甲图P点在两个等量同种负电荷的中垂线上
B．乙图P点在两个等量异种电荷的中垂线上
C．丙图P点在两根通以等大同向电流的直导线截面的中垂线上
D．丁图P点在两根通以等大反向电流的直导线截面的中垂线上
4.物理老师用图示装置演示奥斯特实验，水平直导线不通电时，导线下方的磁针恰好与导线平行。当直导线通一恒定直流电时，小磁针的N极指向西北方向，则通电直导线中的电流方向由( )
A．北→南 B．南→北
C．东→西 D．西→东
5．(多选)在物理学中，用物理量之比表示研究对象的某种性质，从而定义新物理量的方法叫比值定义法。在用比值定义磁感应强度B时，下列理解正确的是( )
A．这一比值不描述电流元的性质，也不描述磁场的性质
B．被定义的B跟定义式中的物理量描述的是同一研究对象
C．在定义B的同时，也就确定了B与F以及IL单位间的关系
D．在定义B的同时，也包含了利用相同电流元“比较”受磁场力大小的思维方法
6．(多选)如图所示，E、F分别表示蓄电池两极，P、Q分别表示螺线管两端。当闭合开关时，发现小磁针N极偏向螺线管Q端。下列判断正确的是( )
A．F为蓄电池正极
B．螺线管P端为S极
C．流过电阻R的电流方向向下
D．螺线管内磁场方向由Q指向P
7．(多选)法拉第为描述场的性质而提出场线的假设。如图是场线中的一部分，点A、P、Q处于中央同一直线上，P、Q关于中垂线对称，以下判断错误的是( )
A．可能是两个同种电荷产生的电场线
B．可能是条形磁铁产生磁场的磁感线
C．无论是电场还是磁场，P、Q处场的强度、方向相同
D．无论是电场还是磁场，A、P处场的方向相反
8．如图，a、b、c、d为正方形的四个顶点，在a、c、d三处有垂直于纸面的无限长通电直导线，a、c两处的电流方向向外、大小均为I1，d处的电流方向向里、大小为I2，使得b处的磁感应强度为0。已知无限长通电直导线周围的磁感应强度的大小与电流的大小成正比(B∝I)，与到导线的垂直距离成反比。以下说法正确的是( )
A.I1＝I2
B．I1＝I2
C．仅将a、c两处的电流反向，仍能让b点的磁感应强度为0
D．仅将c、d两处的电流反向，仍能让b点的磁感应强度为0
9．(多选)如图，两个相同的条形磁铁正对平行放置在水平面上，虚线与两个磁铁的轴线在同一个平面内互相平行，且虚线到两个磁铁的距离相等。虚线上有O、A、A′三点，O点在两个磁铁的中心连线上，且OA＝OA′，由此可知( )
A．O点的磁感应强度为零
B．O点的磁场方向沿OA方向
C．将一小磁针置于A点，静止时N极沿OA方向
D．将一小磁针置于A′点，静止时N极沿OA′方向
B级——选考进阶
10．冰箱门软磁条的外部磁感线正面图如图所示，以下说法正确的是( )
A．磁感线越密的地方磁场越弱
B．软磁条内部a应为N极
C．磁感线与电场线一样真实存在于空间之中
D．软磁条内部a、b之间的磁感线方向应为a指向b
11．某充气泵的结构如图所示，当电磁铁通入电流时，可吸引或排斥上部的小磁体，从而带动弹性金属片对橡皮碗下面的气室施加力的作用，达到充气的目的。电磁铁用的铁芯可分为硬磁性材料和软磁性材料，硬磁性材料在磁场撤去后还会有很强的磁性，而软磁性材料在磁场撤去后就没有明显的磁性了。为了可以不断充气，下列说法正确的是( )
A．小磁体的下端一定为N极
B．小磁体的下端一定为S极
C．充气泵电磁铁的铁芯应该用硬磁性材料
D．充气泵电磁铁的铁芯应该用软磁性材料
12．(多选)安装适当的软件后，利用智能手机中的磁传感器可以测量磁感应强度B。如图，在手机上建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy面。某同学在某地对地磁场进行了四次测量，每次测量时y轴指向不同方向而z轴正向保持竖直向上。根据表中测量结果可推知( )
测量序号 Bx/μT By/μT Bz/μT
1 0 21 －45
2 0 －20 －46
3 21 0 －45
4 －21 0 －45
A．测量地点位于南半球
B．当地的地磁场大小约为50 μT
C．第2次测量时y轴正向指向南方
D．第3次测量时y轴正向指向东方
13.如图，小磁针放置在水平面内的O点，四个距O点相同距离的螺线管A、B、C、D，其中心轴均通过O点，且与坐标轴的夹角均为45°。设小磁针的N极从y轴顺时针转动的角度为θ，在四个螺线管没有通电的情况下θ＝0°。若四个螺线管中分别通有I、2I、3I、4I的电流，方向如图所示，则θ为( )
A．45° B．90°
C．135° D．180°
14. (20分)如图甲、乙所示是实验室里用来测量磁场力的一种仪器——电流天平，某同学在实验室里，用电流天平测算通电螺线管中的磁感应强度，他测得的数据记录如下，求通电螺线管中的磁感应强度B。
已知：CD段导线长度为4×10－2 m，电流天平平衡时钩码重力为4×10－5 N，通过导线的电流为0.5 A。
课时跟踪检测(二十)
1．选C 假设地球的磁场特点类似于条形磁铁的磁场，并且忽略磁偏角的影响，则地理南极为磁场N极，地理北极为磁场S极。假想有一天我们在南北极间开一条过地心的隧道，并且带着指南针在隧道里探险，由于条形磁铁内部磁场方向由S极指向N极，即从地理北极指向地理南极，所以指南针北极总是指向地理南极，指南针南极总是指向地理北极，故选C。
2．选C 该处磁感应强度大小为B＝≈37 μT，故选C。
3．选D 由等量同种负电荷的电场线分布情况可知，题图甲中P点电场方向向上，A错误；由等量异种电荷的电场线分布情况可知，题图乙中P点电场方向水平向左，B错误；由安培定则可知，两根通以等大同向电流的直导线在中垂线上P点产生的合磁场方向水平向左，C错误；由安培定则可知，两根通以等大反向电流的直导线在中垂线上P点产生的合磁场方向向下，D正确。
4．选B 地磁场的方向是从磁场北极到磁场南极，地磁南北极与地理南北极刚好相反，故在地磁场的影响下，小磁针的N极指向北方；通恒定电流后，小磁针的N极指向西北方向，则恒定电流在小磁针位置产生的磁场方向偏向西方，根据安培定则知，所通的电流自南向北，故B正确，A、C、D错误。
5．选CD 这一比值不描述电流元的性质，描述磁场的性质，即对垂直放入其中的电流元有力的作用，故A错误；被定义的B描述磁场的强弱及方向，而定义式中的物理量描述电流元受力情况，故B错误；在定义B的同时，也就确定了B与F以及IL单位间的关系，即1 T＝1，故C正确；在定义B的同时，也包含了利用相同电流元“比较”受磁场力大小的思维方法，即控制变量法，故D正确。
6．选AD 闭合开关后，小磁针N极偏向螺线管Q端，说明小磁针所在位置磁场方向向左，即螺线管的P端为N极，Q端为S极，螺旋管内部的磁场方向由Q指向P，由安培定则可知，电流从蓄电池的右端流出、左端流入，因此，F为正极，E为负极，流过电阻R的电流方向向上，故B、C错误，A、D正确。
7．选AD 由题图可知，场线从左侧的场源发出，终止于右侧的场源，所以不可能是两个同种电荷产生的电场线，可能是条形磁铁产生磁场的磁感线，故A错误，B正确；无论是电场还是磁场，根据对称性可知P、Q处场的强度、方向相同，故C正确；若是电场，则A、P处电场方向相反；若是磁场，则P左侧为N极，Q右侧为S极，在磁铁内部，磁感线由S极出发终止于N极，所以此时A、P处磁场的方向相同，故D错误。
8．选B a、c、d三处导线在b点产生的磁场如图所示。通电直导线周围的磁感应强度的大小与电流的大小成正比，与到导线的垂直距离成反比，则Ba＝kI1，Bc＝kI1，Bd＝I2，b处的磁感应强度为0，由矢量叠加法则可知kI1＝I2，解得I1＝I2，故A错误，B正确；仅将a、c两处的电流反向，则反向后a、c处电流在b点产生的合磁场与d处电流在b点产生的磁场方向相同，b点的磁感应强度不为0，故C错误；同理可知，若仅将c、d两处的电流反向，则b点的磁感应强度不为0，故D错误。
9．选BD 在磁铁的外部，磁感线从N极指向S极，又由于对称性可知，O点的磁感应强度方向沿OA方向水平向左，A错误，B正确；根据同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引可知，将一小磁针置于A点，静止时N极沿AO方向水平向右；将一小磁针置于A′点，静止时N极沿OA′方向水平向右。C错误，D正确。
10．选D 根据磁感线的特点可知，磁感线越密的地方磁场越强，A错误；磁感线在磁体外部从N极指向S极，在磁体内部从S极指向N极，由题图可知，软磁条外部磁感线从b指向a，则软磁条内部a为S极，b为N极，磁感线是闭合曲线，在软磁条内部磁感线从a指向b，故B错误，D正确；磁感线和电场线是为了描述磁场和电场而假想的曲线，实际是不存在的，C错误。
11．选D 小磁体的下端是N极还是S极，都可以实现吸引或者排斥的效果，A、B错误；充气泵电磁铁的铁芯应该用软磁性材料，因为软磁性材料在磁场撤去后就没有明显的磁性，C错误，D正确。
12．选BC 如图所示，地磁南极大致在地理北极附近，地磁北极大致在地理南极附近。由表中z轴数据可看出z轴的磁场竖直向下，则测量地点应位于北半球，A错误；磁感应强度为矢量，故由表格中第1次测量数据可看出此处的磁感应强度大致为B＝，计算得B≈50 μT，B正确；由以上分析知测量地点在北半球，而北半球地磁场指向北方斜向下，第2次测量By<0，故y轴指向南方，第3次测量Bx>0，故x轴指向北方而y轴则指向西方，C正确，D错误。
13．选D 根据安培定则可判断通电螺线管电流在O点形成的磁场方向，如图所示。通电螺线管在O点形成的磁感应强度的大小与通电电流大小成正比关系，根据矢量运算法则，可知O点的合磁场方向沿y轴负方向，故小磁针的N极指向y轴负方向。小磁针的N极从y轴顺时针转动的角度为θ＝180°，D正确，A、B、C错误。
14．解析：由题意知，I＝0.5 A，G＝4×10－5 N，L＝4×10－2 m。
电流天平平衡时，导线所受磁场力的大小等于钩码的重力，即F＝G，由磁感应强度的定义式B＝得：B＝＝ T＝2×10－3 T，所以，通电螺线管中的磁感应强度为2×10－3 T。
答案：2×10－3 T
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