(共42张PPT)
※※ 理解磁感线的概念,能较熟练地画出各种情况下的磁感线分布图.
※※ 掌握安培定则,能较熟练地用安培定则对电流周围的磁场分布作出判断.
※ 了解安培分子电流假说的内容,并能用来解释铁棒被磁化和磁体退磁等现象.
※ 知道什么是匀强磁场;知道匀强磁场的磁感线是分布均匀的平行直线.
※※ 知道磁通量的定义,知道公式Φ=BS的适用条件,会用这一公式进行简单计算.
磁场是一种特殊的物质,不能为人们所看见,英国科学家法拉第在对磁场的描述方面表现出很强的想像力,为了“看见”磁场,法拉第在纸板上均匀洒满细小的铁屑,在其下放置磁铁,然后轻敲纸板,磁化后的铁屑在磁力的作用下就清清楚楚地呈现出“磁感线”来.(如下图所示)
一、磁感线
1.定义:如果磁场中画出一些曲线,使曲线上每一点的 都跟这点的 的方向一致,这样的曲线就叫做磁感线.
2.特点:(1)磁感线是闭合曲线.
(2)磁感线的疏密程度表示 ,磁场强的地方 ,磁场弱的地方 .
切线方向
磁感应强度
磁场强弱
磁感线密
磁感线疏
二、安培定则——用来确定通电导线周围磁场方向
1.通电直导线周围磁场:用右手握住导线,让伸直的大拇指所指的方向跟 的方向一致,那么, 所指的方向就是磁感线的环绕方向.(如图)
电流
弯曲的四指
2.环形电流产生的磁场:
让右手弯曲的四指和 电流的方向一致,那么,伸直的大拇指所指的方向就是 的磁感线的方向.(如图)
环形
环形导线中心轴线上
3.通电螺线管产生的磁场:用右手握住螺线管,让弯曲的四指所指的方向跟 的方向一致,大拇指所指的方向就是 的方向.因通电螺线管产生的磁场类似于条形磁铁,所以大拇指所指的方向也可以说成 .(如图)
电流
螺线管内部磁感线
磁铁北极(N极)
三、安培分子电流假说
1.安培分子电流假说的内容
安培认为,在原子、分子等物质微粒的内部存在着一种 ——分子电流,分子电流使每个物质微粒都成为 ,分子的两侧相当于两个磁极(见右图)
2.安培假说对有关磁现象的解释
①磁化现象
②磁体的退磁
③磁现象的电本质—— 的磁场和 的磁场一样,都是由电荷的 产生的.
环形电流
微小的磁体
磁铁
电流
运动
四、匀强磁场
在磁场的某个区域内,如果各点的磁感应强度大小和方向 ,这个区域内的磁场叫匀强磁场.在匀强磁场中,磁感线是 的直线.
五、磁通量
1.定义:匀强磁场磁感应强度B和与磁场方向 的平面面积S的乘积,即Φ= .
2.单位: ,简称韦,符号 ,1 =1T·m2.
3.引申:B= ,因此磁感应强度B又叫 .
都相同
一组平行且等距
垂直
BS
韦伯
Wb
Wb
磁通密度
答案:①疏密表示磁场强弱,切线方向表示磁场方向 ②安培定则 ③Φ=BS ④B=Φ/S ⑤B为匀强磁场,且B和S垂直
一、对磁感线的认识与理解
1.磁感线是为了形象地研究磁场而人为假设的曲线,并不是客观存在于磁场中的真实曲线.
2.磁感线的疏密表示磁场的强弱.磁感线较密的地方磁场较强,磁感线较疏的地方磁场较弱.
3.磁感线不能相交,也不能相切.
4.没有画磁感线的地方,并不表示那里就没有磁场存在.通过磁场中的任意一点总能而且只能画出一条磁感线.
5.磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线
6.磁感线与电场线的比较
磁感线 电场线
形象化表示磁场的方法 形象化表示电场的方法
线上各点的切线方向即该点的磁场方向 线上各点的切线方向即该点的电场方向
线的疏密反映磁场的强弱 线的疏密反映电场的强弱
磁感线是闭合曲线,但不相交 电场线不闭合,也不相交
特别提醒:
(1)从电场、磁场的概念理解两种场线的相似点:
矢量性——线的切线;强弱——线的疏密;
方向的惟一性——空间任一点场线不相交.
(2)从两种场线的区别理解两种场的区别:
电场线——电荷有正负——电场线有始终
磁感线——N、S极不可分离——磁感线闭合.
二、几种特殊场的磁感线分布
特别提醒:
(1)应用安培定则判定电流的磁场时,直线电流是判定导线之外磁场的方向,环形电流和通电螺线管判定的是线圈轴线上磁场的方向.
(2)放置在螺线管内的小磁针受力方向按磁感线方向判断,不能根据螺线管的极性判断.
三、对磁通量的进一步理解
1.定义式:Φ=BS
(1)公式Φ=BS中的B应是匀强磁场的磁感应强度,S是与磁场方向垂直的面积,因此可以理解为Φ=BS⊥.如果平面与磁场方向不垂直,应把面积S投影到与磁场垂直的方向上,求出投影面S⊥,代入到Φ=BS⊥中计算,应避免硬套公式Φ=BSsinθ或Φ=BScosθ.
(2)磁通密度:由Φ=BS得B= ,叫做磁通密度.单位:Wb/m2,关系:1T=1Wb/m2=1N/(A·m).
(3)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,穿出时即为负值.
②若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.
(4)磁通量的变化量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.
③B和S同时变化,则ΔΦ=Φ2-Φ1,但ΔΦ≠ΔB·ΔS.
误区1:不能正确认识形象描述磁场的磁感线与形象描述电场的电场线两者的相同点与不同点.
点拨:明确磁感线和电场线的疏密分别表示磁场和电场的强弱,切线方向分别表示磁场和电场的方向,在这点上两者具有相似之处,但磁感线是闭合的曲线,在磁体外部从N极指向S极,在磁体内部则从S极指向N极,而电场线是不闭合曲线,只从正电荷指向负电荷,或从正电荷指向无穷处(从无穷远指向负电荷),这是两者的不同之处.
误区2:应用安培定则时,分不清“因”“果”关系.
点拨:分清“因”和“果”:在判定直线电流的磁场的方向时,大拇指指“原因”:电流方向,四指指“结果”:磁场绕向.在判定环形电流磁场方向时,四指指“原因”:电流方向,拇指指“结果”:环内沿中心轴线的磁感线方向.
关于磁场和磁感线的描述,下列哪些是正确的
( )
A.磁感线从磁体的N极出发到磁体的S极终止
B.自由转动的小磁针放在通电螺线管内部,其N极指向螺线管的北极
C.磁感线的方向就是磁场方向
D.两条磁感线空隙处不存在磁场
解析:磁感线与电场线不同,它是一条闭合曲线,在磁体的外部由N极到S极,而在磁体的内部则由S极到N极,故选项A是不正确的.
螺线管内部的磁感线和条形磁铁相似,是由S极到N极,即磁场方向也就是从S极指向N极,所以放置其中的小磁体N极必然是指向磁场方向,即螺线管的北极.故选项B正确.
只有磁感线是直线时,磁感线的方向才与磁场方向一致;如果磁感线是曲线,那么某点的磁场方向是用该点的切线方向来表示的,故选项C不正确.
磁感线是为研究问题方便而假想的曲线,磁场中磁感线有无数条,故提出两条磁感线之间是否有空隙,是否存在磁场等类似的问题是毫无意义的,故选项D不正确.
答案:B
点评:要明确磁感线的物理意义.
(2010·潮州高二检测)关于磁感线与电场线的描述,正确的是
( )
A.电场线起止于电荷,磁感线起止于磁极
B.静电场电场线一定不闭合,磁感线一定是闭合的
C.磁感线是自由小磁针在磁场力作用下的运动轨迹
D.电场线和磁感线实际上均存在,只是肉眼看不到
答案:B
如下图,a、b是直线电流的磁场,c、d是环形电流的磁场,e、f是螺线管电流的磁场,试在各图中补画出电流方向或磁感线方向.
解析:根据安培定则,可以确定a中电流方向垂直纸面向里,b中电流的方向从下向上,c中电流方向是逆时针,d中磁感线的方向向下,e中磁感线方向向左,f中磁感线的方向向右.
点评:使用安培定则时要注意对于直线电流和环形电流右手拇指和四指各指向什么方向.同时要搞清楚所给图示是平面图还是投影图.
(2010·福建师大附中高二检测)如图所示,水平直导线ab通有向右的电流I,置于导线正下方的小磁针S极将( )
A.向纸外偏转
B.向纸内偏转
C.在纸面内顺时针转过90°
D.不动
答案:A
解析:据安培定则可以确定,通电直导线在其下方产生垂直纸面向里的磁场,在磁场力的作用下,小磁针N极向里,S极向外偏转,A项正确.
如图所示线圈平面与水平方向成θ角,磁感线竖直向下,设磁感应强度为B,线圈面积为S,则穿过线圈的磁通量Φ=________.
解析:线圈平面abcd与磁感应强度B方向不垂直,不能直接用Φ=BS计算,处理时可以用不同的方法.
方法一:把S投影到与B垂直的方向,即水平方向,如图中a′b′cd,S⊥=Scosθ,故Φ=BS⊥=BScosθ.
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⊥,显然B∥不穿过线圈,且B⊥=Bcosθ,故Φ=B⊥S=BScosθ.
答案:BScosθ
点评:在应用Φ=BS计算磁通量时,要特别注意B⊥S的条件,根据实际条件选择不同的方法.
(2009·辽宁五校高二检测)条形磁铁竖直放置,闭合圆环水平放置,条形磁铁中心线穿过圆环中心,如图所示,若圆环为弹性环,其形状由Ⅰ扩大到Ⅱ,那么圆环内磁通量的变化情况是
( )
A.磁通量增大
B.磁通量减小
C.磁通量不变
D.条件不足,无法确定
答案:B
解析:磁通量是磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积Sn的乘积Φ=BSn,亦表示穿过磁场中某面S的磁感线的总条数,但并不表示磁场的强弱和方向;如图所示情况,取分别与条形磁铁轴线垂直的两个面积S2>S1,其中每个面积上磁感线的总条数均等于在磁铁横截面S0上穿过的磁感线条数与在磁铁外部(S-S0)面上反向穿过的磁感线条数的代数和.由条形磁铁磁场的磁感线分布形状和面积(S2-S0)>(S1-S0)显然可知,此情况下Φ2<Φ1.因此B项正确.
你见过只有一个磁极的磁铁吗?能否将一条形磁铁折断得到单个磁极(如下图)?为什么?
解析:磁铁有磁性是因为内部分子电流取向一致使一端表现为N极,一端为S极,当折断后,磁铁内部的分子电流仍然是原来的取向,因此折断后的部分,保留端极性不变,折断端极性与保留端相反.
点评:磁铁上磁性特别强的区域称为磁极,N极与S极相互依存而不可分离;迄今为止,我们还没有找到独立存在的磁单极.对一些物理现象的认识,不能只局限于表面,应明确其本质,由原理找结论.
(2010·潮州高二检测)在隧道工程以及矿山爆破作业中,部分未发爆的炸药残留在爆破孔内,很容易发生人身伤亡事故.为此,科学家制造了一种专门的磁性炸药,在磁性炸药制造过程中掺入了10%的磁性材料——钡铁氧体,然后放入磁化机磁化.磁性炸药一旦爆炸,即可安全消磁,而遇到不发爆的情况可用磁性探测器测出未发爆的炸药.已知掺入的钡铁氧体的消磁温度约为400℃,炸药的爆炸温度约2240~3100℃,一般炸药引爆温度最高为140℃左右.以上材料表明
( )
A.磁性材料在低温下容易被磁化
B.磁性材料在高温下容易被磁化
C.磁性材料在低温下容易被消磁
D.磁性材料在高温下容易被消磁
答案:AD
解析:由安培分子电流假说可知,低温情况下,分子运动不剧烈,在外磁场的作用下,分子环形电流的磁极趋向基本一致,因而易被磁化,而高温时,分子剧烈运动,导致趋向基本一致的分子环形电流的磁极趋向重新变得杂乱无章,进而达到消磁目的.