高中物理选修3-1第三章磁场-3.几种常见的磁场（课件）

(共51张PPT)
吕 叔 湘 中 学
庞 留 根
几种常见的磁场
几种常见的磁场
一、磁感线
二、几种常见的磁场 1、永久磁铁的磁场
2、电流的磁场与安培定则 （1）直线电流周围的磁场
（2）环形电流的磁场
（3）通电螺线管的磁场
三、安培分子电流假说
四、匀强磁场
五、磁通量 巩固练习1 2 3
A组能力训练题1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11
B组能力训练题1 2 3 4 5 6 7
8 9 10 11 12 13 （2014年海南卷8）
教学目标
1.知道什么叫磁感线。
2.知道几种常见的磁场(条形、蹄形，直线电流、环形电流、通电螺线管)及磁感线分布的情况
3.会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向。
4.知道安培分子电流假说，并能解释有关现象
5.理解匀强磁场的概念,明确两种情形的匀强磁场
6.理解磁通量的概念并能进行有关计算
重点与难点：
1.会用安培定则判定直线电流、环形电流及通电螺线管的磁场方向.
2.正确理解磁通量的概念并能进行有关计算
一、磁感线
1.磁感线的定义
在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致，这样的曲线叫做磁感线。
2.特点：
（1）磁感线是闭合曲线，磁铁外部的磁感线是从北极出来，回到磁铁的南极，内部是从南极到北极。
（2）磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小。
（3）磁感线上每一点的切线方向都表示该点的磁场方向。
（4）每条磁感线都是闭合曲线，任意两条磁感线不相交。
①磁场中并没有磁感线客观存在，而是人们为了研究问题的方便而假想的。
【注意】
电场线是不闭合的，而磁感线则是闭合曲线
②区别电场线和磁感线的不同之处：
二、几种常见的磁场
1、永久磁铁的磁场，
N
S
图1 条形磁铁
N
S
图2 蹄形磁铁
N
S
图6 两异名磁极间的磁场
S
N
图7 辐向磁场
2、电流的磁场与安培定则
（1）直线电流周围的磁场
①直线电流周围的磁感线：是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在跟导线垂直的平面上。
用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。
I
②直线电流的方向和磁感线方向之间的关系可用安培定则（也叫右手螺旋定则）来判定：
（2）环形电流的磁场
①环形电流磁场的磁感线：是一些围绕环形导线的闭合曲线，在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直。
让右手弯曲的四指和和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向.
I
S
N
②环形电流的方向跟中心轴线上的磁感线方向之间的关系也可以用安培定则来判定：
（3）通电螺线管的磁场.
和条形磁铁外部的磁感线相似，一端相当于南极，一端相当于北极；内部的磁感线和螺线管的轴线平行，方向由南极指向北极，并和外部的磁感线连接，形成一些环绕电流的闭合曲线.
用右手握住螺线管，让弯曲四指所指的方向和电流的方向一致，则大拇指所指的方向就是螺线管的北极（螺线管内部磁感线的方向）.
②通电螺线管的电流方向和它的磁感线方向之间的关系,也可用安培定则来判定：
①通电螺线管磁场的磁感线：
磁场的强弱可由电流的大小来控制。
（4）电流磁场（和天然磁铁相比）的特点：
磁场的有无可由通断电来控制；
磁场的极性可以由电流方向变换；
三、安培分子电流假说
1、安培分子电流假说（P87）
安培认为在原子、分子等物质微粒内部，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、安培假说能够解释的一些问题
磁铁和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的．
【说明】“假说”，是用来说明某种现象但未经实践证实的命题。在物理定律和理论的建立过程中，“假说”，常常起着很重要的作用，它是在一定的观察、实验的基础上概括和抽象出来的。安培分子电流的假说就是在奥斯特的实验的启发下，经过思维发展而产生出来的。
3、磁现象的电本质：
四、匀强磁场
如果磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的平行直线。
1、匀强磁场：
相隔一定距离的两个平行线圈（亥姆霍兹线圈）通电时,其中间区域的磁场.（P87图3.3-8）
2、两种情形的匀强磁场：
N
S
图3.3-7
距离很近的两个异名磁极之间除边缘部分以外的磁场图3.3-7，
五、磁通量
磁感应强度B与线圈面积S的乘积，叫穿过这个面的磁通量（是最重要的基本概念）。
1、定义：
2、表达式：Φ=BS
（1）对于磁通量的计算要注意条件,即B是匀强磁场或可视为匀强磁场的磁感应强度，S是线圈面积在与磁场方向垂直的平面上的投影面积。
（2）磁通量是标量，但有正、负之分。
【注意】
韦伯，简称韦，符号Wb 1 Wb = 1 T·m2
3、单位：
4、磁感应强度的另一种定义（磁通密度）：
即B =Φ/S
上式表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量,并且用Wb/m2做单位(磁感应强度的另一种单位)。
所以：
巩固练习1
1.如图所示，放在通电螺线管内部中间处的小磁针，静止时N极指向右.试判定电源的正负极.
a
b
c
d
小磁针N极的指向即为该处的磁场方向，所以在螺线管内部磁感线方向由a→b，根据安培定则可判定电流由c端流出电源，由d端流入电源，故c端为电源的正极，d端为负极.
注意：不要错误地认为螺线管b端吸引小磁针的N极，从而判定b端相当于条形磁铁的南极，关键是要分清螺线管内、外部磁感线的分布.
解析：
巩固练习2
2.如图所示，当线圈中通以电流时，小磁针的北极指向读者。试确定电流方向。
答：电流方向为逆时针方向。
巩固练习3
3、关于磁场和磁感线,下列说法正确的是 ( )
A. 磁感线是磁场中实际存在的曲线
B. 指南针指南北是因为地球周围存在磁场
C. 条形磁铁周围的磁感线是从南极出来指向北极的
D. 地磁场的南极在地理的南极附近
指南针指向南北，就是因为它受到了地磁场的作用，所以B对；
B
答：
磁感线是为了方便研究磁场而引入的，它是假想的、不存在的， A错；
磁体外部的磁感线总是从北极指向南极的, C错;
地磁南极在地理北极附近，所以D错。
A组能力训练题1
1.在图中，已知磁场的方向，试画出产生相应磁场的电流方向
N
S
（3）
B
（2）
（4）
B
（1）
B
（5）
B
(4)逆时针；
答：
(1)左进右出；
(2)从上向下；
(3) 下进上出；
(5)从下向上.
A组能力训练题2
2．矩形线圈的面积为S,置于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁感线垂直穿过线圈,当线圈转过180°时,线圈内的磁通量的变化量为 .
2BS
A组能力训练题3
3．一根长直导线中有恒定电流,下列说法中正确的是 （ ）
A．此直线电流周围的磁场不是匀强磁场
B．此磁场的磁感线是一些以导线上各点为圆心的同心圆,磁感线的疏密程度一样
C．直线电流的方向与它的磁感线的方向之间的关系可以用安培定则来判定
D．直线电流周围的磁场是匀强磁场
AC
A组能力训练题4
4．如图为某磁场中的磁感线．则 （ ）
A．a、b两处磁感应强度大小不等，Ba>Bb
B．a、b两处磁感应强度大小不等，BaC．同一小段通电导线放在a处时受力一定比b处时大
D．同一小段通电导线放在a处
时受力可能比b处时小
b
a
AD
A组能力训练题5
7．关于磁场和磁感线的描述，正确的说法是　　　　　　　　　　　　　　　　 （　 　）
A．沿磁感线方向，磁场逐渐减弱
B．磁感线从磁体的N极出发，终止于S极
C．磁场的方向就是通电导体在磁场中某点受磁场作用力的方向
D．在磁场强的地方同一通电导体受的安培力可能比在磁场弱的地方受的安培力小
D
A组能力训练题6
6、如图所示，在条形磁铁外面套一个圆环，当圆环从磁铁的N极向下平移到S极的过程中，穿过圆环的磁通量如何变化（ ）
A、逐渐增加
B、逐渐减少
C、先逐渐增加，后逐渐减少
D、先逐渐减少，后逐渐增大
S
N
C
A组能力训练题7
7．关于磁通量，正确说法是 (　 )
A．磁场中某一面积S与该处磁感应强度B的乘积叫磁通量
B．磁场中穿过某个面积的磁通量的大小，等于穿过该面积的磁感线的总条数
C．穿过任何闭合曲面的磁通量都为零
D．磁通量也是反映磁场强弱和方向的物理量
BC
A组能力训练题8
8．关于匀强磁场,下列说法中正确的是 ( )
A．在某一磁场中,只要有若干处磁感应强度相同,这个区域里的磁场就是匀强磁场
B．只要磁感线是直线,该处的磁场一定是匀强磁场　
C．匀强磁场中的磁感线,必定是相互平行且间距相等的直线
D．距离很近的两个异名磁极之间及通电螺线管内部靠近中间部分的磁场,都可视为匀强磁场
CD
A组能力训练题9
9．对于通有恒定电流的长而直的螺线管,下面说法中正确的是 　 ( 　 )
A．通电螺线管内部的磁场是匀强磁场
B．通电螺线管磁感线的分布都是从N极指向S极
C．放在通电螺线管内部的小磁针静止时,N极指向通电螺线管的N极
D．通电螺线管内部的小磁针静止时,N极指向通电螺线管的S极
AC
A组能力训练题10
a点 B. b点
C. c点 D. d点
a
c
d
B
b
3.如图所示，有一根直导线上通以恒定电流I，方向垂直指向纸内，且和匀强磁场B垂直，则在图中圆周上，磁感应强度数值最大的点是 ( )
A
A组能力训练题11
10．如图所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1T的匀强磁场中，以导线为中心，在竖直平面内半径为R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
（1）直导线中的电流方向如何？
（2）分别求出a点、b点、
d点的磁感应强度。
b
a
d
c
B
（1）直导线中的电流方向向外
答：
Ba=2T，方向水平向右；
方向与水平方向成45°角斜向右下方；
方向与水平方向成45°角斜向右上方；
b
a
d
c
B
b点：
d点：
（2）a点：
B组能力训练题1
1．某同学做奥斯特实验时,把小磁针放在水平的通电直导线的下方,当通电后发现小磁针不动,稍微用手拨动一下小磁针,小磁针转动180°后静止不动,由此可知,通电直导线的电流方向是 ( )
A．自东向西 　　
B．自南向北　 　
C．自西向东
D．自北向南
A
B组能力训练题2
2．如图所示.在同一平面内有四根彼此绝缘的通电直导线,四根导线中电流I1=I3＞I2＞I4要使O点处磁场增强,则应切断哪一根导线中的电流 （ 　 ）
A．切断I1 B．切断I2
C．切断I3 D．切断I4
I4
I1
I3
I2
O
D
B组能力训练题3
3．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处的磁场方向为 ( )
A．向下
B．向上
C．垂直纸面向里
D．垂直纸面向外
O
A
B组能力训练题4
4．如图所示,两个圆环A、B同心放置,且半径RA>RB.一条磁铁置于两环的圆心处,且与圆环平面垂直.则A、B两环中磁通ΦA、 ΦB之间的关系是（ 　）
A. ΦA> ΦB B. ΦA= ΦB
C. ΦA<ΦB D. 无法确定
S
N
B
A
C
解见下页
磁通量可形象地理解为穿过某一面积里的磁感线的条数，而沿相反方向穿过同一面积的磁通量一正、一负，要有抵消。
本题中，条形磁铁内部的所有磁感线，由下往上穿过A、B两个线圈，而在条形磁体的外部，磁感线将由上向下穿过A、B线圈，不难发现，由于A线圈的面积大，那么向下穿过A线圈磁感线多，也即磁通量抵消掉多，这样穿过A线圈的磁通量反而小，选项C正确。
S
N
B
A
解：
B组能力训练题5
A
B
C
A. 0 B. B0 C. D. 2B0
5.两根长直通电导线互相平行，电流方向相同,它们的截面处于等边△ABC的A和B处，如图所示。两通电导线在C处产生磁场的磁感应
强度大小都是B0，则C处磁场的总磁
感应强度大小是 ( )
导线A在C处产生的磁场Ba，方向由安培定则可判断，即垂直AC向右，同理导线B在C处产生的磁场Bb方向垂直BC向右，
解：
A
B
C
Ba
Bb
B合
C
由矢量合成法则，
则由平行四边形定则,过C点的合磁场B合方向平行于AB，如右图示。
B组能力训练题6
6．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，然后再减少
a
d
c
b
a'
b'
d'
c'
解见下页
D
由安培定则可知直导线左边磁场向外，右边磁场向里且靠近导线的磁场强，故线圈达到导线之前磁通量增加，
解：
bc边越过导线到跨过一半的过程中线圈磁通量减少直到为零。
之后线圈磁通量增加，全部越过导线后穿过线圈的磁通量减少，
可得出结论，整个过程中穿过线圈的磁通量先增加，再减少直到零，然后再增加，然后再减少，故D正确。
a
d
c
b
a'
b'
d'
c'
B组能力训练题7
7.若三根平行长直导线中通有大小相等、方向相同的电流，且分别垂直地通过一等边△ABC的三个顶点（如图所示），每根通电导线在三角形的中心O处产生的磁感应强度
的大小都是B0，问O处的总磁感
应强度大小是多大？
由矢量的合成法则，O处的总磁感应强度大小为零。
答：
A
B
C
O
B组能力训练题8
8、一个单匝线圈abcd，如图所示放置在一个限制在一定范围内分布的匀强磁场中，已知磁感应强度为B，现使线圈绕ab轴向纸面外转动，求
（1）若由图示位置开始转过30°，则磁通量是多少？
（2）若由图示位置开始转过
60°时，磁通量是多少？
（3）若由图示位置开始转过
90°,磁通量是多少
（1）BL2
a
b
c
d
2L
L
L
2L
答：
（3）零
（2）BL2
B组能力训练题9 (2011年理综全国卷15)
15．如图，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2，且I1>I2；a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点，且a、b、c与两导线共面；b点在两导线之间，b、d的连线与导线所在平面垂直。磁感应强度可能为零的点是
（ ）
A．a点 B．b点
C．c点 D．d点
a
b
c
d
I1
I2
C
解见下页
根据安培定则可知I1和I2电流分别在a处产生的磁场方向为垂直ac连线向上和向下，
解析：
由于I1＞I2，且I1电流与a点的距离比I2电流与a点距离要小，故B1a＞B2a，
则a处磁感应强度不可能为零，A错；
两电流在b处产生的场强方向均垂直ac连线向下,故B错；
I1和I2电流分别在c处产生的磁场方向为垂直ac连线向下和向上，且I1电流与c点的距离比I2电流与c点距离要大，故B1c与B2c有可能等大反向，C对；
两电流在d处产生的场的方向一定成某一夹角，且夹角一定不为180°，D错。
a
b
c
d
I1
I2
B组能力训练题10
磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度，其值为 ，式中B是磁感应强度，μ是磁导率，在空气中μ为一已知常数．为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感强度B，一学生用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离Δl ，并测出拉力F，如图所示,因为F所做的功等于间隙中磁场的能量，
所以由此可得磁感强度B与
F、A之间的关系为B = ．
P
F
Δl
N
间隙中磁场的能量为
拉力F所做的功为W=F Δl
根据题意W=E
P
F
Δl
N
解：
B组能力训练题11
欧姆在探索通过导体的电流和电压、电阻关系时因无电源和电流表，他利用金属在冷水和热水中产生电动势代替电源，用小磁针的偏转检测电流，具体做法是：在地磁场作用下处于水平静止的小磁针上方，平行于小磁针水平放置一直导线，当该导线中通有电流时，小磁针会发生偏转；当通过该导线电流为I 时,小磁针偏转了30°, 问当他发现小磁针偏转了60°, 通过该直导线的电流为（已知直导线在某点产生的磁场与通过直导线的电流成正比）（ ）
A．2I B．
C．3I D．
C
解见下页
解：
设地磁场强度为B地，当通过该导线电流为I时,小磁针偏转了30°,如图甲示。
30°
B1
B地
图甲
B合1
当发现小磁针偏转了60°,如图乙示
60°
B地
B2
图乙
B合2
通过该直导线的电流为
B组能力训练题12.
为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的。在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是(　　)
B
西
东
A
I
西
东
B
I
西
东
C
I
西
东
D
I
解见下页
解析：
地磁的北极在地理南极的附近，故在用安培定则判定环形电流的方向时右手的拇指必需指向南方；
而根据安培定则：拇指与四指垂直，而四指弯曲的方向就是电流流动的方向，
故四指的方向应该向西．故B正确．
西
东
A
I
西
东
B
I
西
东
C
I
西
东
D
I
B组能力训练题13. （2014年物理海南卷8）
如图，两根平行长直导线相距2L，通有大小相等、方向相同的恒定电流，a、b、c是导线所在平面内的三点，左侧导线与它们的
距离分别为 l/2、 l和3l 。关于
这三点处的磁感应强度，下列
判断正确的是 （ ）
A．a处的磁感应强度大小比c处的大
B．b、c两处的磁感应强度大小相等
C．a、c两处的磁感应强度方向相同
D．b处的磁感应强度为零
解见下页
AD
a
b
c
【解析】
由右手定则可以判断，a、c两处的磁场是两电流在a、c处产生的磁场叠加，
但a距离两导线比c近，故a处的磁感应强度大小比c处的大，选项A正确；
b、c与右侧电流距离相同，故右侧电流对此两处的磁场等大反向，
但因为左侧电流在该两处产生的磁场大小不同，B错；
由右手定则可以知，a处的磁场方向垂直纸面向里，c处的磁场方向垂直纸面向外，C错；
b与两条导线的距离相等，故两磁场叠加为零，D正确。
谢谢
21世纪教育网（www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站
有大把高质量资料？一线教师？一线教研员？
欢迎加入21世纪教育网教师合作团队！！月薪过万不是梦！！
详情请看：
https://www.21cnjy.com/help/help_extract.php