物理·选修3－1(人教版)
几种常见的磁场
?基础巩固
1．磁铁在高温下或者受到敲击时会失去磁性，根据安培的分子电流假说，其原因是( )
A．分子电流消失
B．分子电流取向变得大致相同
C．分子电流取向变得杂乱
D．分子电流减弱
答案：C
2．(双选)下列说法正确的是( )
A．磁感线从磁体的N极出发，终止于磁体的S极
B．磁感线可以表示磁场的方向和强弱
C．磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场
D．放入通电螺线管内的小磁针，根据异名磁极相吸的原则，小磁针的N极一定指向通电螺线管的S极
答案：BC
3．(双选)关于磁通量的概念，下列说法正确的是( )
A．磁感应强度越大的地方，穿过线圈的磁通量也越大
B．穿过线圈的磁通量为零时，该处的磁感应强度不一定为零
C．磁感应强度越大，线圈面积越大，穿过线圈的磁通量越大
D．穿过线圈的磁通量大小可用穿过线圈的磁感线的条数来衡量
答案：BD
4．如图所示，一矩形线框，从abcd位置移动到a′b′c′d′位置的过程中，关于穿过线框的磁通量的变化情况，下列叙述正确的是(线框平行于纸面移动)( )
A．一直增加
B．一直减少
C．先增加后减少
D．先增加，再减少直到零，然后再增加，最后减少
解析：bc边移到导线位置之前磁通量垂直纸面向外增加，之后磁通量减小到0，这时导线位于线框中间位置，再向右移时磁通量垂直纸面向里又增加，直到ad边与导线重合，再往右移磁通量最后又变小．
答案：D
5．下列关于磁感线的叙述，正确的是( )
A．磁感线是真实存在的，细铁粉撒在磁铁附近，我们看到的就是磁感线
B．磁感线始于N极，终于S极
C．磁感线和电场线一样，不能相交
D．沿磁感线方向磁场减弱
解析：本题考查磁感线，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表示磁场方向，曲线疏密表示磁场强弱，在磁铁外部磁感线从N极到S极，内部从S极至N极，磁感线不相交，故选C.
答案：C
6．如下图所示，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．
答案：见解析
?能力提升
7．如图所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1 T的匀强磁场中，以导线为中心，R为半径的圆周上有a、b、c、d四个点，已知c点的实际磁感应强度为0，则下列说法中正确的是( )
A．直导线中电流方向垂直纸面向里
B．a点的磁感应强度为 T，方向向右
C．b点的磁感应强度为 T，方向斜向下，与B成45°角
D．d点的磁感应强度为0
解析：由c点磁感应强度为0可得电流产生的B′＝B＝1 T，方向水平向左，再运用安培定则判断电流在a、b、d各点的磁场方向分别为向右、向下、向上，且大小均为1 T，故对于a点，Ba＝2 T；对于b点，Bb＝＝ T，方向斜向下，与B的方向成45°角；对于d点，同理可得Bd＝ T，方向斜向上，与B的方向成45°角．
答案：C
8．关于磁现象的电本质，下列说法中正确的是( )
A．磁与电紧密联系，有磁必有电，有电必有磁
B．不管是磁体的磁场还是电流的磁场都起源于电荷的运动
C．永久性磁铁的磁性不是由运动电荷产生的
D．根据安培假说可知，磁体内分子电流总是存在的，因此，任何磁体都不会失去磁性
解析：磁与电是紧密联系的，但“磁生电”、“电生磁”都有一定的条件，运动的电荷产生磁场，但一个静止的点电荷周围就没有磁场，分子电流假说揭示了磁现象的电本质，磁铁的磁场和电流的磁场一样都是由运动电荷产生的．磁体内部只要当分子电流取向大体一致时，就显示出磁性；当分子电流取向不一致时，就没有磁性．所以本题的正确选项为B.
答案：B
9．如下图所示，电流从A点分两路通过环形电路汇合于B点，已知两种电流大小相等，则在环形电路的中心处的磁场为( )
A．垂直环形电路所在平面，且指向“纸内”
B．垂直环形电路所在平面，且指向“纸外”
C．在环形电路所在平面，且指向A点
D．没有磁场
解析：根据安培定则可以判断：上半圆环中电流产生的磁场在环中心处磁感应强度方向垂直纸面向里，下半圆环中电流产生的磁场在环中心处产生的磁感应强度方向垂直纸面向外，由对称性特征可知垂直纸面向里和向外的磁场叠加后相抵消，因此在环形电路的中心处没有磁场．
答案：D
10．铁环上绕有绝缘的通电导线，电流方向如图所示，则铁环中心O处的磁场方向( )
A．向下
B．向上
C．垂直于纸面向里
D．垂直于纸面向外
解析：铁环左侧上端为N极，右侧上端也为N极，在环中心叠加后，在中心O磁场方向向下．
答案：A
11．如下图所示，表示一个通电螺线管的纵截面，ABCDE为此纵截面内5个位置上的小磁针在该螺线管通电前的指向，当螺线管通入如下图所示的电流时，5个小磁针怎样转动？
解析：判断小磁针的偏转方向的主要依据是磁感线的方向．因小磁针最终静止下来时N极的指向就是该点的磁感线的切线方向．根据安培定则，画出螺线管通电后的磁感线，结合小磁针在磁场中静止时所指的方向进行判定．注意螺线管内部小磁针不同，不能简单地利用磁极间的作用规律判定．
答案：A、C两处小磁针N极向右转；B、D、E处小磁针N极向左转，最后如上图所示．
12．如图所示为一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图．其工作原理类似打点计时器，当电流从电磁铁的接线柱 a流入，吸引小磁铁向下运动时，以下选项中正确的是( )
A．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为N极
B．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为S极
C．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为S极
D．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为N极
解析：根据右手螺旋定则可知，电磁铁的上端为S极，由于小磁铁和电磁铁相吸，所以小磁铁的下端为N极．选项D正确．
答案：D
课件53张PPT。第三章 磁场 第3节 几种常见的磁场 栏目链接生 命 与 磁
1963年，美国两位科学家第一次测出心脏有规律的磁场的变化.1970年，一位教授用磁强计描绘出心磁图．由于电流有磁效应，当生命物质发生离子的迁移或电荷的转移时，形成生物电流的同时，相伴产生了生物磁场．此外，由于环境污染，人吸入体内的磁性粉尘进入肺部、肠胃时被外磁场磁化后也可以形成磁场．
栏目链接 我国科研工作者曾经观察过一些不同职业人员的肺和腹部磁场图谱，检测到某些人群受铁质污染的情况．如，中年人喝的水可以将水管中的铁质颗粒带入肠胃；小孩吃罐装食物可能附带吃入铁质颗粒；电焊工的肺磁图表明他们吸入了空气中的电焊形成的铁质粉尘．
栏目链接 大量的试验表明，检测磁图还可以探测心脏、肝脏等各种病变．
另外，外加的磁场也能影响生物体细胞内外离子的活动度、细胞膜电势、酶的活性，改善细胞新陈代谢；生物磁场也会对人体的神经、肌肉、心脏、脑等生物电流产生影响，并可干扰或抑制病变过程，调节生理平衡，促进功能的恢复．值得注意的是，生物体长期处于过弱或过强的磁场中，也会产生不利的影响
栏目链接 栏目链接1．磁感线：在磁场中可以利用磁感线来形象地描述各点的磁场方向．所谓磁感线，是在磁场中画出的一些________的曲线，在这些曲线上，每一点的________都在该点的磁场方向上．
2．安培定则(也叫右手螺旋定则)．
判定直线电流的方向跟它的磁感线方向之间的关系可表述为：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟____________一致，弯曲的四指所指的方向就是___________________________．
栏目链接有方向切线方向电流的方向磁感线的环绕方向判定环形电流和通电螺线管的电流方向跟它的磁感线方向之间的关系时可表述为：让右手弯曲的四指所指的方向跟__________________一致，大拇指所指的方向就是环形电流中轴线上的磁感线的方向或螺线管__________________．
栏目链接电流的方向内部磁感线的方向3．安培分子电流假说：通电螺线管外部的磁场与________的磁场十分相似，法国学者________由此受到启发，提出了著名的分子电流假说．他认为，在_____________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微小的________，它的两侧相当于两个________．
栏目链接条形磁铁安培原子、分子环形电流磁体磁极 4．____________与____________的乘积，叫做穿过这个面积的磁通量，简称______________，磁通量的公式为Φ＝BS，适用条件为__________________________，单位为_____________，简称韦，符号_______________，
1 Wb＝____________.
栏目链接磁感应强度某一面积磁通磁感应强度与面积垂直韦伯Wb1 T?m2 栏目链接 栏目链接一、磁感线
1．定义．
在磁场中画一些有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同，这样的曲线称为磁感线．
栏目链接2．特点．
(1)磁感线在磁体的外部都是从北极(N极)发出进入南极(S极)，在磁体的内部则是由南极指向北极形成一条闭合曲线．
(2)磁感线密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱．
(3)磁感线的切线方向为该点的磁场方向．
(4)磁感线是为了形象地研究磁场而假想的曲线，实际磁场中不存在这样的曲线．
(5)任何两条磁感线在空间中不相交或相切．
栏目链接例1 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．两条磁感线的空隙处不存在磁场 栏目链接解析：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极的，即磁场方向也是从S极指向N极，所以放置其中的小磁针N极必然是指向磁场方向，即螺线管的北极．故选项B正确．
栏目链接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，所以选项C错误．
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错误．
答案：B
栏目链接变 式
迁 移1．关于磁场和磁感线的描述，正确的说法有( )
A．磁极之间只有发生相互作用时才有磁场存在
B．磁感线可以形象地表现磁场的强弱与方向
C．磁感线总是从磁铁的北极出发，到南极终止
D．磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列出的曲线，没有细铁屑的地方就没有磁感线
栏目链接变 式
迁 移解析：磁极周围的磁场是始终存在的，与发生不发生相互作用没有关系．磁感线是用来形象地描述磁场的工具，能形象地表现磁场的强弱和方向，但磁感线是假想出来的，并不是真实存在的．磁感线的方向在磁体外部是从北极到南极，但在磁体内部是从南极到北极的．
答案：B
栏目链接二、几种常见的磁场1. 条形磁铁的磁感线和蹄形磁铁的磁感线
栏目链接2．电流的磁场和安培定则
(1)直线电流的磁场：用右手握住导线，让伸直的大拇指跟电流的方向一致，那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向，如下图所示．
栏目链接 栏目链接 栏目链接(2)环形电流(或通电螺线管)的磁场：用右手握住导线，让右手弯曲的四指跟电流的环绕方向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴上的磁感线方向(或通电螺线管的N极)，如下图所示．
栏目链接 栏目链接3．匀强磁场
(1)定义：磁感应强度的大小处处相等，方向处处相同的磁场称为匀强磁场．
特点：匀强磁场中的磁感线是疏密相同、方向相同的平行直线；距离很近的两个异名磁极之间的磁场和通电螺线管内部的磁场(边缘部分除外)，都可以认为是匀强磁场． 栏目链接 栏目链接 栏目链接变 式
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迁 移三、安培分子电流假说
1．安培的分子电流假说：安培认为原子、分子等物质微粒的内部存在一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为一个微小的磁体，分子的两侧相当于两个磁极．安培的假说能够解释铁棒的磁化与高温去磁等磁现象．
栏目链接2．分子电流实际上是由原子内电子运动形成的．所以，一切磁现象都是起源于运动电荷．
注意：①安培提出分子电流假说时，人们还不知道物质的微观结构，电子绕原子核高速旋转，所以称为假说，但现在我们知道分子电流假说是真理．②分子电流假说揭示了电和磁的本质联系．
栏目链接3．磁现象的本质．
安培的分子电流假说揭示了磁性的起源，它使我们认识到磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的．
栏目链接例3 一根软铁棒被磁化是因为( )
A．软铁棒中产生了分子电流
B．软铁棒中分子电流取向杂乱无章
C．软铁棒中分子电流消失
D．软铁棒中分子电流取向变得大致相同 栏目链接解析：软铁棒中分子电流是一直存在的，并不因为外界的影响而产生或消失，故A、C错．根据磁化过程实质知D正确．
答案：D
栏目链接变 式
迁 移3．如图所示，圆环上带有大量的负电荷，当圆环沿顺时针方向转动时，a、b、c三枚小磁针都要发生转动，以下说法正确的是( )
栏目链接 栏目链接变 式
迁 移A．a、b、c的N极都向纸里转
B．b的N极向纸外转，而a、c的N极向纸里转
C．b、c的N极都向纸里转，而a的N极向纸外转
D．b的N极向纸里转，而a、c的N极向纸外转
变 式
迁 移解析：带负电圆环顺时针转动，形成逆时针方向等效电流，根据安培定则，判断出环内、外磁场方向，可知小磁针转动的方向．
答案：B
栏目链接四、磁通量
研究电磁现象时，往往讨论某一面积的磁感线数目的变化，这需引入新物理量——磁通量．
1．磁通量的定义．
设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，把B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通，用字母Φ表示．因为用磁感线形象地描述磁场，故也可用穿过某一面积的磁感线条数来表示磁通量．
栏目链接2．磁通量的计算．
(1)公式：Φ＝BS.此式的适应条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直．
栏目链接(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．
如右图所示，在水平方向的匀强磁场中，平面abcd与垂直于磁感线方向的平面的夹角为θ，则穿过面积abcd的磁通量应为Φ＝B·Scos θ.
Scos θ即为面积S的垂直于磁感线方向的投影，我们称之为“有效面积”．
栏目链接若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁感线条数为Φ1，反向磁感线条数为Φ2，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)，即Φ＝Φ1－Φ2.
(3)磁通量的变化ΔΦ＝Φ2－Φ1，其数值等于初末状态穿过某个平面磁通量的差值．
(4)磁通量是标量，它没有方向，但有正负，磁通量的正负仅表示磁感线的贯穿方向．
栏目链接3．磁通量的单位．
在国际单位中，磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号是Wb.1 Wb＝1 T·m2.
磁通量是通过闭合线圈的磁感线的条数，它是标量．但是磁通量也有“正、负”，磁通量的正、负号并不表示磁通量的方向，它的符号仅表示磁感线的贯穿方向．一般来说，如果磁感线从线圈的正向穿过线圈，线圈的磁通量就为“＋”；如果磁感线从线圈的反面穿过线圈，线圈的磁通量就为“－”．
栏目链接 栏目链接 栏目链接例4 将面积为0.5 m2的单匝线圈放在磁感应强度为2.0×102 T的匀强磁场中，线圈平面垂直于磁场方向，如图所示 ，那么穿过这个线圈的磁通量为( )
栏目链接A．1.0×102 Wb
B．1.0 Wb
C．5×103 Wb
D．5×102 Wb
解析：因为线圈匝数为单匝，且线圈平面垂直于磁场方向，由磁通量公式得：Φ＝BS＝2.0×102×0.5 Wb＝1.0×102 Wb，故A对，B、C、D错．
答案：A
栏目链接变 式
迁 移4．如图所示，在条形磁铁外套有A、B两个大小不同的圆环，穿过A环的磁通量ΦA与穿过B环的磁通量ΦB相比较( )
栏目链接 栏目链接变 式
迁 移 栏目链接变 式
迁 移A．ΦA>ΦB B．ΦA<ΦB
C．ΦA＝ΦB D．不能确定
变 式
迁 移解析：分别画出穿过A、B环的磁感线的分布如图所示，磁铁内的磁感线条数与其外部磁感线条数相等．通过A、B环的磁感线条数应该这样粗略计算，用磁铁内的磁感线总条数减去磁铁外每个环中的磁感线条数(因为磁铁内、外磁感线的方向相反)．很明显，磁铁外部的磁感线通过B环的条数比A环的多，故B环中剩下的磁感线比A环剩下的磁感线条数少，故ΦA>ΦB，故A对，B、C、D都错．
栏目链接 栏目链接变 式
迁 移
答案：A
