沪教版高中物理选修3-1 5.2怎样描述磁场_学案1

怎样描述磁场
【学习目标】
1．知道了解磁性材料。
2．理解磁感线的概念并熟悉几种典型磁场的磁感线分布规律。
3．理解磁通量和磁感应强度的概念，并会用磁通量和磁感应强度描述磁场。
【学习重难点】
1．理解磁感线的概念并熟悉几种典型磁场的磁感线分布规律。
2．理解磁通量和磁感应强度的概念，并会用磁通量和磁感应强度描述磁场。
【学习过程】
一、知识储备
（一）我们生活在天然磁场——地磁场中
1．地球本身是一个磁体，其周围地磁场的磁南极(S极)在地球的 ，磁北极(N极)在地球的 。地磁场很弱，自由转动的小磁针能显示出地磁场的作用，这也是指南针的原理。
2．磁偏角：地磁的两极跟地理的，地磁轴和 两者的夹角约为11°，因而 的指向跟地理子午线之间有一个交角，这个交角叫做磁偏角。
（二）形形色色的磁性材料
1．通过人工方法使磁性材料获得磁性，这个过程叫做 。磁性材料被磁化后，在一定条件下会失去磁性，这个过程叫做 或 。
2．磁化后容易叫做 材料，不容易退掉磁性的物质叫做 材料。软磁性材料适用于需要 的场合，硬磁性材料适合制造 。
（三）磁场的形象描述
1．磁感线：在磁场中人为地方向的曲线，在这些曲线上，每一点的 方向都与该点磁场方向相间。磁感线越密的地方，表示磁场越 ；磁感线稀疏的地方，表示磁场 。
2．匀强磁场： 磁感线的 相等、相互 且 相同的磁场。
（四）磁场的定量描述
1．磁通量
（1）定义：磁场中穿过平面的 叫穿过这个平面的磁通量，用字母Φ表示。
（2）单位：国际制单位为 ，简称 ，符号是
1 Wb＝1 T·m2．
2．磁感应强度：垂直穿过 叫做磁感应强度。用公式表示为B＝。磁感应强度的方向与该点处 一致。
二、合作探究
（一）地磁场
[问题设计]
指南针是我国古代四大发明之一，它对人类航海事业的发展产生了巨大的影响，但在古代指南针为什么指南曾是一个不解之谜，你知道为什么吗
答案 因为地球是个大磁体，它对指南针有影响。
图1
[要点提炼]
1．地磁场
地球是一个大磁体，其周围存在的磁场叫地磁场。如图1所示，地球磁体的N极(北极)位于地理 附近，地球磁体的S极(南极)位于地理 附近。
2．磁偏角
地磁的两极跟地理的两极并不重合，水平放置的磁针的指向跟地理子午线之间有一个交角，这个交角叫做磁偏角。
[延伸思考] 宇宙中的其他天体是否有磁场？
答案 有些有磁场，有些没有磁场。
（二）磁场的形象描述
[问题设计]
在磁场中放一块玻璃板，地撒一层细铁屑，轻敲玻璃板，铁屑就会有规则地排列起来，模拟出磁感线的形状，由实验得到条形磁铁和蹄形磁铁的磁场的磁感线是如何分布的？磁感线有什么特点？磁感线是磁场中真实存在的吗？
答案 见要点提炼。
[要点提炼]
1．磁感线的特点
（1）磁感线上某点的 表示该点的磁场方向。磁感线的 表示磁场的强弱。
（2）磁感线不相交、不、是闭合曲线；在磁体外部，其方向从 指向 ；在磁体内部，由 指向 。（3）磁感线是为了形象描述磁场而假想的物理模型，在磁场中并不真实存在，不可认为有磁感线的地方有磁场，没有磁感线的地方没有磁场。
2．匀强磁场
磁感线的 、 且指向相同的磁场叫匀强磁场。
距离很近的两个异名磁极的中间区域的磁场为 磁场。
3．磁感线和电场线的比较
相同点：都是疏密程度表示场的强弱，切线方向表示场的方向；都不能相交。
不同点：电场线起于正电荷，终止于负电荷，不闭合；但磁感线是闭合曲线。
（三）磁场的定量描述
[问题设计]
若在磁场中垂直于磁场方向有一个面积为S＝1 m2的平面，在磁场强弱不同的情况下，穿过这个平面的磁感线的条数是否相同？该结论说明了什么问题？
答案 不相同。磁场强时磁感线密，穿过的磁感线的条数多。这说明穿过这个平面的磁感线的条数多少能反映磁场强弱。
[要点提炼]
1．磁通量是指穿过某一平面的磁感线的条数。
一匝线圈和n匝同样大小的线圈，当放置方式相同时，磁通量 。
2．磁通量是标量，但有正负，其穿过某一面积的方向与规定的正方向是相同还是相反。若有两个相反方向的磁场穿过某一面积时，则穿过这一面积的磁通量为合磁场的磁感线穿过这一面积的“净”条数。
图2
3．当线圈平面与磁场垂直时，磁通量Φ＝BS；当线圈平面与垂直于磁场的方向有一夹角θ时，穿过线圈的磁通量为Φ＝BScos_θ。(如图2)
4．磁感应强度穿过某单位面积的磁通量。公式：B＝，其中S为垂直于磁感线的平面的面积。如果平面跟磁场方向不垂直，则S为垂直于磁场方向的 。
（2）磁感应强度的方向为该点处 ，也是小磁针静止时 的指向。
三、典例分析
（一）对地磁场的认识
例1 关于地磁场，下列叙述正确的是( )
A．地球的地磁两极和地理两极重合
B．我们用指南针确定方向，指南针指南的一极是指南针的北极
C．地磁的北极与地理的南极重合
D．地磁的北极在地理的南极附近
解析 地球是地球的地磁两极与地理两极并不重合，且相对位置在极其缓慢地变化，因此A．C错误；因为地磁北极在地理南极附近，因此，指南针指南的一极应是指南针的南极，其实指南针的南北极就是按其指向来命名的，故B错误，D正确。
答案 D
（二）对磁场及磁感线的认识
例2 下列关于磁场和磁感线的描述，正确的有( )
A．磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种物质
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
解析 磁场具有能量，所以是正确；磁感线的疏密程度可表示磁场的强弱，磁感线的方向可表示磁场的方向，B正确；磁感线是闭合曲线，在磁体外部，从磁铁的北极出发，进入南极；在磁体内部，从南极指向北极，C错误；用细铁屑在磁铁周围排列出的曲线可以模拟磁感线，但并不是磁感线。没有细铁屑的地方同样可以画出磁感线。故D错误。故选A、B．
答案 AB
（三）对磁通量的认识及计算
例3 如图3所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则穿过平面的磁通量为__________。若使框架绕OO′转过60°角，则穿过框架平面的磁通量为________；若从初始位置转过90°角，则穿过框架平面的磁通量为__________；若从初始位置转过180°角，则穿过框架平面的磁通量的变化量是__________。
图3
解析 初始位置Φ1＝BS；°角时Φ2＝BS⊥＝BScos 60°＝BS；框架转过90°角时Φ3＝BS⊥＝BScos 90°＝0；若规定初始位置磁通量为“正”，则框架转过180°角时磁感线从反面穿出，故末态磁通量为“负”，即Φ4＝－BS，所以ΔΦ＝Φ4－Φ1＝(－BS)－BS＝－2BS。
答案 BS BS 0 －2BS
四、课堂小结
五、课堂检测
1．(对地磁场的认识)磁体：①在地面上放置一个小磁针，小磁针的南极指向地磁场的南极；②地磁场的北极在地理南极附近；③赤道附近地磁场的方向和地面平行；④北半球地磁场方向相对地面是斜向上的；⑤地球上任何地方的地磁场方向都是和地面平行的。以上关于地磁场的描述正确的是( )
A．①②④ B．②③④
C．①⑤ D．②③
答案 D
解析 地面上小磁针静止时，的北极，①错；地磁场的南极在地理北极附近，地磁场的北极在地理南极附近，②对；只有在赤道附近地磁场的方向和地面才平行，③对，⑤错；地磁场方向在北半球斜向下方，南半球斜向上方，④错。故正确答案为D．
2．(对磁场及磁感线的认识)关于磁感线和电场线，下列说法正确的是( )
A．磁感线不是闭合曲线，起始于N极，终止于S极
B．电场线起始于负电荷，终止于正电荷
C．电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线
D．空间某处磁感线、电场线分布越密集，表示该处磁感应强度、电场强度越大
答案 D
解析 磁感线是闭合曲线，A错；电场线起始于正电荷，终止于负电荷，B错；电场线和磁感线都不是电场和磁场中实际存在的线，C错；故选D．
3．(对磁通量的认识及计算)下列关于磁通量和磁感应强度的说法正确的是( )
A．磁感应强度的大小与磁通量成正比
B．磁感应强度的大小取决于磁场本身
C．穿过垂直于磁感应强度方向某面积的磁感线条数等于磁感应强度
D．当平面跟磁场方向平行时，穿过这个平面的磁通量必为零
答案 BD
4．(对磁通量的认识及示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面。若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为( )
A．πBR2 B．πBr2
C．nπBR2 D．nπBr2
答案 B
解析 磁通量与线圈匝数无关，且磁感线穿过的面积为πr2，并非πR2，故B项对。
【达标检测】
题组一 对磁现象及地磁场的认识
1．磁性水雷是用一个可以绕来控制起爆电路的，军舰被地磁场磁化后变成了一个浮动的磁体，当军舰接近磁性水雷时，就会引起水雷的爆炸，其依据是( )
A．磁体的吸铁性
B．磁极间的相互作用规律
C．电荷间的相互作用规律
D．磁场对电流的作用原理
答案 B
解析 军舰被地磁场磁化后变成了磁体，当军舰靠近水雷时，对控制引爆电路的小磁针有力的作用，使小磁针转动引爆水雷。B项正确。
2．以下关于地磁场的说法中正确的是( )
A．地磁场是地球的盾牌，起着保护地球上生命的作用
B．地磁场的N极在地理位置的南极附近，但不与南极重合
C．地磁场的方向会随时间的流逝而缓慢变化
D．在行星中，只有地球有磁场
答案 ABC
解析 宇宙中射向流如果不受阻碍地射到地球上，会杀死地球上的生命体，正是由于地磁场的保护，使得大量的粒子被偏转，人类和其他生命才得以延续，故A项正确。地磁场的N极在地理南极附近，但不与南极重合，有磁偏角，B项正确。地磁场的N、S极的位置会缓慢移动，故C项正确。在行星中，并不是只有地球有磁场，故D项错误。
3．下列说法中与实际情况相符的是( )
A．地球的磁偏角是一个定值
B．地磁场的北极在地理位置的北极附近
C．除了地球外，到目前为止其他星球上还没有发现磁现象
D．郑和出海远航比哥伦布的远洋探险先使用指南针
答案 D
解析 磁偏角随地理位置；地磁场的北极在地理南极附近，B错误；其他星球上也有磁场存在，C错误；我国是最早利用指南针航海的国家，D正确。
题组二 对磁场及磁感线的认识
4．关于磁感线的描述，下列说法中正确的是( )
A．磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向，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
B．磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的
C．两条磁感线的空隙处一定不存在磁场
D．两个磁场叠加的区域，磁感线就一定相交
答案 A
解析 磁感线上每一点的切线方向，即小磁针静止时北极所指的方向，所以A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，细铁屑可以显示出其形状，但那并不是磁感线，B错；磁感线的疏密反映磁场的强弱，磁感线是假想的人为画出的曲线，两条磁感线的空隙处也存在磁场，C错；磁感线不相交，D错。
5．下列关于磁场的说法中，正确的是( )
A．磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质
B．磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的
C．磁体与磁体之间是直接发生作用的
D．磁场只有在磁体与磁体、磁体与电流发生作用时才产生
答案 A
解析 磁场是一种客观存在的物质，磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流间相互作用时都是通过磁场而发生，故B、C、D错误，A正确。
6．关于磁通量，下列说法中正确的是( )
A．磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量
B．磁通量越大，磁感应强度越大
C．穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零
D．磁通量就是磁感应强度
答案 C
7．关于磁通量，下列叙述正确的是( )
A．在匀强磁场中，穿过一个平面的磁通量等于磁感应强度与该平面面积的乘积
B．在匀强磁场中，a线圈的面积比b线圈大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的磁通量大
C．把一个线圈放在M、N两处，若放在M处时穿过线圈的磁通量比放在N处时大，则M处的磁感应强度一定比N处大
D．同一线圈放在磁感应强度大处，穿过线圈的磁通量不一定大
答案 D
解析 在匀强磁场平面的磁通量等于磁感应强度与该平面在垂直于磁场方向的投影面积的乘积，线圈的面积大，投影面积不一定大，磁通量不一定大，故A、B错；磁感应强度的大小取决于磁场本身，与线圈在此处的磁通量的大小无关，C错；同一线圈放在磁感应强度大处，磁通量可能是零，D对。
8．如图所示，一水平放置abcd在细长磁体N极附近下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ下落到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和位置Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在这个过程中，线圈中的磁通量( )
A．是增加的 B．是减少的
C．先增加，后减少 D．先减少，后增加
答案 D