课件17张PPT。第5章 初识电磁场与电磁波
第1节 磁场及其描述 一、磁场 磁感应强度
【思考】
为什么磁体之间没有相互接触就会相互作用?为什么通电导线周围的磁针会发生偏转?
提示:磁体或通电导线周围存在着一种特殊的物质——磁场,使磁体之间、磁体与电流之间发生了相互作用。1.磁体的两个磁极靠近时,即使它们还未接触,也能表
现为同名磁极_________,异名磁极_________。
2.磁场:磁体或通电导线_____存在着磁场,磁体与磁体
之间、磁体与铁钉之间的作用力都是通过_____来传递
的。相互排斥相互吸引周围磁场3.磁极:磁体上磁性特别强的区域称为_____,磁体都有
两极,即______极和______极。
4.磁场的方向:磁场中小磁针_____的指向规定为磁场
的方向。磁极北(N)南(S)北极5.磁感应强度
(1)定义:B=FIL的力F与电流I和直导线长度L的_____之
比,称为磁感应强度。
(2)公式:________。
(3)单位:在国际单位制中是_______,简称___,符号是
__。乘积特斯拉特T(4)方向:磁感应强度是矢量,既有_____,又有_____,遵
循叠加原理。磁场中某点的磁感应强度的方向就是该
点的_____的方向,与放在该点的小磁针静止时____所
指的方向一致。大小方向磁场N极二、磁感线
【思考】
磁体内部和磁体外部磁感线的方向是怎样的?
提示:磁体外部磁感线方向从N极指向S极,磁体内部磁感线方向从S极指向N极。1.为了形象地描述磁场,英国物理学家_______提出用
_______来描述磁场。
2.磁感线:与描述电场的方法类似,在磁场中画出一些
有方向的假想曲线,在这些曲线上每一点的切线方向都
跟该点的_____方向相同。磁场有强弱之分,越靠近磁
极的地方磁感线_____,对应的磁场_____。法拉第磁感线磁场越密越强3.大小:穿过垂直于磁感线的单位面积的磁感线条数等
于该处的___________。磁感应强度4.下列关于磁感线说法正确的是_____
①磁感线可以用细铁屑来显示,因而是真实存在的
②磁感线闭合而不相交,不相切,也不中断
③磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一
致
④两个磁场叠加的区域,磁感线可能相交
②③三、电流的磁场
1.直线电流的磁场
安培定则:用_____握住通电直导线,让伸直的_____指的方向与电流的方向一致,则弯曲的四指的方向就是
_________磁感线的环绕方向(如图所示)。右手拇指电流周围2.环形电流的磁场
右手弯曲的四指表示_________的方向,则伸直的拇指
所指的方向是环形导线_________处的磁感线方向(如
图所示)。环形电流中心轴线3.通电螺线管的磁场
用_____握住螺线管,让弯曲四指所指的方向与
_________一致,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
__________(如图所示)。右手电流方向内部北极(N极)四、磁的应用及意义
【思考】
为什么说指南针的发明使航海事业得到了发展?提示:在茫茫大海上航行,人很容易迷失方向,在指南针出现之前,人们只能夜晚依靠北极星,白昼通过太阳确定方向,若天气变化,则无法辨别方向。有了指南针,人们就可以在海上远行,所以说指南针的发明使航海事业得到了发展。1.古代的磁应用——指南针:指南针是我国古代四大发
明之一,任何磁体悬挂起来且使之能自由转动,它具有
指示方向的特征,在古代这种器具称为“_____”。
2.高速磁浮列车、核磁共振都是磁在现代技术中的应
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关键能力·素养形成
一 磁感应强度的性质
1.磁感应强度的物理意义:描述磁场强弱和方向的物理量。
2.磁感应强度的决定因素:仅由磁场本身来决定。
3.磁感应强度的标矢性:
(1)其大小描述磁场的强弱,同一小磁针受力越大表明该处磁感应强度越大,它在数值上等于垂直穿过单位面积的磁感线条数;
(2)其方向就是小磁针静止时N极在该点的受力方向,也就是该点磁场的方向,即磁感线在该点的切线方向。
【思考·讨论】
磁场的方向有哪几种表达方式?(物理观念)
提示:磁场的方向可有以下三种表达方式:
(1)小磁针静止时N极所指的方向,也就是N极受力的方向。
(2)磁场的方向就是磁感应强度B的方向。
(3)磁感线上某点的切线方向即为该点的磁场方向。
考查角度1磁感应强度的方向
典例示范(多选)关于磁感应强度的方向,下列说法中正确的是 ( )
A.磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向
B.磁场中某点的磁感应强度的方向就是通过该点的磁感线的切线方向
C.磁场中某点磁感应强度的方向就是小磁针在该点静止时北极的指向
D.磁场中某点磁感应强度的方向就是小磁针在该点受磁场力的方向
【解析】选A、B、C。根据磁感应强度的方向特点,可判定选项A、B、C正确。选项D错,应为小磁针N极受力的方向。
考查角度2定义式B=的应用
典例示范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
【解题探究】
(1)磁场中的磁感应强度由磁场本身决定。
(2)磁场中各处的磁感应强度是确定的,与放入该点的检验电流的大小、导线的长度无关。
【解析】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时,由定义式可知,磁感应强度B将大于2 T,故选项C正确。
【规律方法】B=的应用技巧
(1)磁感应强度B=是反映磁场的力的性质的物理量,是采用比值的方法来定义的,该公式是定义式而不是决定式。
(2)磁场中各处的B值是确定的,与放入该点的检验电流的大小、方向等无关。
【素养训练】
1.关于磁感应强度,下列选项中正确的是 ( )
A.磁感应强度是标量,但有正负
B.磁感应强度的大小由磁场本身决定
C.在磁场中的同一位置,磁感应强度可以不同
D.磁感应强度只能用来描述磁场的强弱
【解析】选B。磁感应强度是矢量,所以选项A错。磁感应强度是描述磁场性质的物理量,由磁场本身决定,与其他因素无关,选项B对。在磁场中的同一位置,磁感应强度的大小和方向是确定的;磁感应强度既可以描述磁场的强弱,也可以描述磁场的方向,所以选项C、D错。
2.(多选)把一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中,图中能正确反映各量之间关系的是 ( )
【解析】选B、C。磁感应强度的大小和方向由磁场自身决定,不随F或IL的变化而变化,故B正确,D错误;当导线垂直于磁场放置时,有B=,即F=ILB。所以B不变的情况下F与IL成正比,故A错误,C正确。
【补偿训练】
1.(多选)下列关于磁感应强度的说法中,正确的是 ( )
A.磁感应强度的方向就是小磁针N极的受力方向
B.磁感应强度是标量
C.磁场中某点磁感线的切线方向就是该点磁感应强度的方向
D.磁感应强度的大小、方向与放入磁场的小磁针的偏转程度有关
【解析】选A、C。磁感应强度是矢量,其方向规定为小磁针N极的受力方向,也可用磁感线上某点的切线方向表示。其大小和方向均由磁场本身决定,与是否放入小磁针无关,故选项A、C正确,B、D错误。
2.(多选)下列关于磁感应强度的说法中正确的是 ( )
A.磁感应强度是矢量,是用来表示磁场强弱和方向的物理量
B.小磁针北极在磁场中受力的方向是唯一的,能比较客观地描述磁感应强度的方向
C.磁极在磁场中受磁场力大的地方,该处的磁感应强度一定大
D.磁极在磁场中受磁场力大的地方,该处的磁感应强度不一定大,与放置方向有关
【解析】选A、B、C。关于磁感应强度的概念有以下内容:第一,是矢量,大小等于垂直穿过单位面积的磁感线条数,方向是小磁针北极在磁场中的受力方向;第二,物理意义,反映磁场强弱的物理量,从力的角度描述了磁场的性质,磁场强的地方放入磁极受到的力一定大;第三,单位是特斯拉,本题没有考查磁感应强度的单位。根据完整的物理概念,则A、B、C正确,D错误。
二 磁感线的理解和应用
1.磁感线的特点
(1)磁感线是为了形象地描述磁场而假想出来的有方向的曲线,并不是客观存在于磁场中的真实曲线。
(2)磁感线的疏密反映磁场的强弱,磁感线越密的地方表示磁场越强,磁感线越疏的地方表示磁场越弱。
(3)磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向。
(4)磁感线是闭合曲线,不相交,不相切,也不中断。
(5)磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线,在磁体外部由N极指向S极,在磁体内部由S极指向N极。
2.常见永磁体的磁感线(如图所示)
3.磁感线与电场线的比较
比较项目
磁感线
静电场的电场线
相
同
点
方向
线上各点的切线方向就是该点的磁场方向
线上各点的切线方向就是该点的电场方向
疏密
表示磁场强弱
表示电场强弱
特点
在空间不相交、不相切、不中断
除电荷处外,在空间不相交、不相切、不中断
不同点
闭合曲线
始于正电荷或无穷远处,止于负电荷或无穷远处;不闭合的曲线
【思考·讨论】
磁感线为何不相交?
提示:磁场中任一点的磁场方向都是确定的,即只有一个方向,这是实验事实(把小磁针放到某点,静止时N极有唯一确定的指向)。若有两条磁感线相交,根据磁感线的定义,在交点处就有两个方向,这与事实不符。
考查角度1磁感线的特点
典例示范关于磁场和磁感线的描述,下列说法中正确的是 ( )
A.磁感线总是从磁铁的N极出发,到S极终止的
B.磁感线可以形象地描述各磁场的强弱和方向,它每一点的切线方向都和小磁针放在该点静止时N极所指的方向一致
C.磁感线可以用细铁屑来显示,因而是真实存在的
D.两个磁场的叠加区域,磁感线可能相交
【解析】选B。磁铁内部磁感线从S极到N极,A不正确;磁感线上每一点切线方向表示磁场方向,磁感线的疏密表示磁场的强弱,小磁针静止时N极受力方向和N极静止时指向均为磁场方向,B正确;磁感线是为了形象地描述磁场而假设的一组有方向的闭合的曲线,实际上并不存在,C不正确;叠加区域合磁场的方向也具有唯一性,故磁感线不可能相交,D不正确。
考查角度2常见磁体的磁感线
典例示范如图所示的是小磁针静止时的指向),由此S极和磁感线(图中虚线表示)的方向。
【审题关键】
序号
信息提取
①
已经知道小磁针的N极
②
磁感线闭合,在小磁针内部由S到N
【解析】题图甲中小磁针的N极向右,说明右边的磁极为S极,则左边的磁极为N极。题图乙中小磁针的N极向右,说明右边的磁极为S极,则左边的磁极为N极。题图丙中小磁针的N极所指的方向为磁体的S极,则左端的磁极为N极。
答案:磁体的N、S极和磁感线方向如图所示
【规律方法】 认识“场线”的技巧
(1)只有在同一个图中才能根据磁感线或电场线的疏密判定各处场的相对强弱。
(2)没有画出磁感线或电场线的地方并不表示那里没有磁场或电场存在。
【素养训练】
1.一小磁针放置在某磁场(未标出方向)中,静止时的指向如图所示。下列分析正确的是 ( )
A.N极指向该点磁场方向 B.S极指向该点磁场方向
C.该磁场是匀强磁场 D.a点的磁场方向水平向右
【解析】选A。小磁针静止时N极所指的方向就是该点的磁场方向,与S极所指的方向相反,故A正确,B错误;由题图可以看出,该磁场的磁感线分布不均匀,说明磁场的强弱不是处处相同,所以该磁场不是匀强磁场,C错误;a点的磁场方向沿磁感线的切线方向:斜向右上方,故D错误。
2.如图所示,关于放在条形磁铁磁场中的软铁棒被磁化后的极性,下列说法正确的是 ( )
A.C棒未被磁化 B.A棒左端为S极
C.B棒左端为N极 D.C棒左端为S极
【解析】选B。软铁棒被磁化后的磁场方向与条形磁铁磁场方向一致,A棒的左端为S极,B棒的左端为S极,C棒的左端为N极,右端为S极,故B正确,A、C、D错误。
【补偿训练】
1.关于磁感线和电场线,下列说法中正确的是 ( )
A.磁感线和电场线都是一些互相平行的直线
B.磁感线和电场线都是闭合曲线
C.磁感线起始于N极,终止于S极;电场线起始于正电荷,终止于负电荷
D.电场线和磁感线都可以用其疏密表示电场强度和磁感应强度的强弱
【解析】选D。非匀强电场和非匀强磁场的电场线及磁感线都是一组曲线或不平行的直线,A错;磁体外部磁感线从N极到S极,内部从S极到N极,形成闭合的曲线,电场线起始于正电荷,终止于负电荷,不是闭合的曲线,B、C错;电场线和磁感线都可以用其疏密表示电场强度和磁感应强度的强弱,D正确。
2.如图所示表示蹄形磁铁周围的磁感线,磁场中有a、b两点,下列说法正确的
是 ( )
A.a、b两处的磁感应强度的大小不等,Ba>Bb
B.a、b两处的磁感应强度的大小不等,BaC.蹄形磁铁的磁感线起始于蹄形磁铁的N极,终止于蹄形磁铁的S极
D.a处没有磁感线,所以磁感应强度为零
【解析】选B。磁感线的疏密表示磁场的强弱,由此可判断A错,B对;磁感线是闭合的曲线,在磁铁外部是从N极到S极,内部是从S极到N极,故C错;磁感线是为研究问题方便而假想的线,实际并不存在,a处磁感应强度不为0,故D错。
三 安培定则及其应用
1.磁体周围的磁感线形状
条形磁铁
蹄形磁铁
同名
磁极间
异名
磁极间
分布图
分布
规律
关于条形磁铁对称
关于磁铁的中轴线对称
关于两磁极的连线及连线的中垂线对称
关于两磁极连线及连线的中垂线对称
2.三种常见的电流的磁感线形状
安培定则
立 体 图
横截面图
纵截面图
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
内部磁场比环外强,磁感线越向外越稀疏
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
【思考·讨论】
在用安培定则判断通电直导线和通电螺线管的磁感线方向时,大拇指和四指的指向所代表的含义相同吗? (物理观念)
提示:不相同。在判定通电直导线磁感线的方向时,大拇指指向电流的方向,四指指向磁感线的方向。在判定通电螺线管磁感线的方向时,四指指向电流的环绕方向,大拇指指向螺线管内部磁感线的方向。
【典例示范】
如图所示,分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针静止时N极的指向或磁感线方向。请画出对应的磁感线(标上方向)或电流方向。
【解析】如果已知电流的方向,可用右手螺旋定则判断磁感线的方向。如果已知小磁针静止时N极指向,那么小磁针N极所指方向就是磁感线方向。
答案:
【规律方法】小磁针在磁场中受力的判断方法
(1)当小磁针处于磁体产生的磁场中时,可根据同名磁极相斥、异名磁极相吸来判断小磁针的受力方向。
(2)当小磁针处于直线电流的磁场中时,应根据小磁针N极所指方向与通过该点的磁感线的切线方向相同,来判断小磁针的受力方向。
【素养训练】
1.(多选)如图所示,一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过小磁针上方时,小磁针的S极向纸面内偏转,则这束带电粒子可能是 ( )
A.向右飞行的正离子束 B.向左飞行的正离子束
C.向右飞行的负离子束 D.向左飞行的负离子束
【解析】选B、C。小磁针N极的指向即小磁针所在处的磁场方向,题中小磁针的S极向纸内偏转,说明离子束下方的磁场方向是由纸内指向纸外,由安培定则可判定离子束形成的电流方向由右向左。故若为正离子,则应是自右向左运动;若为负离子,则应是自左向右运动,则B、C正确,A、D错误。
2.如图所示,甲、乙是直线电流的磁场,丙、丁是环形电流的磁场,戊、己是通电螺线管的磁场,试在各图中补画出电流方向或磁感线方向。
【解析】根据右手螺旋定则可以判断各图中的电流方向或磁感线方向如图所示:
答案:见解析
【补偿训练】
1.如图所示,带负电的橡胶环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转,在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是 ( )
A.N极竖直向上 B.N极竖直向下
C.N极沿轴线向左 D.N极沿轴线向右
【解析】选C。带负电的橡胶环转动时,相当于一环形电流,其电流方向与环转动方向相反。在其轴线上的磁场方向向左,所以小磁针N极沿轴线向左。
2.(多选)下列四图为电流产生磁场的分布图,正确的分布图是( )
【解析】选A、D。由安培定则可以判断出直线电流产生的磁场方向,A正确、B错误。C和D为环形电流,注意让弯曲的四指指向电流的方向,可判断出D正确、C错误。
【拓展例题】考查内容:安培定则的应用
【典例】(多选)在三维直角坐标系中,电子从O点沿y轴正方向运动,如图所示,则下列说法正确的是 ( )
A.利用安培定则判定电子运动产生的磁场方向时,大拇指应沿电子的运动方向
B.利用安培定则判定电子运动产生的磁场方向时,大拇指应沿电子运动的反方向
C.由电子运动产生的磁场在图示a处沿+x方向
D.由电子运动产生的磁场在图示a处沿-x方向
【正确解答】选B、D。由安培定则知,伸直的拇指所指的方向与电流的方向一致,与电子运动的方向相反,A错误,B正确;弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向,在a点的切线方向沿-x方向,所以C错误,D正确。
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课堂检测·素养达标
1.在国际单位制中,磁感应强度的单位是 ( )
A.安培 B.库仑 C.特斯拉 D.韦伯
【解析】选C。安培是电流的单位,故A错误;库仑是电量的单位,故B错误;特斯拉是磁感应强度的单位,故C正确;韦伯是磁通量的单位,故D错误。
2.(多选)如图所示是几种常见磁场的磁感线分布示意图,下列说法正确的
是 ( )
A.(a)图中a端是磁铁的S极,b端是磁铁的N极
B.(a)图中a端是磁铁的N极,b端是磁铁的S极
C.(b)图是两异名磁极的磁感线分布示意图,c端是N极,d端是S极
D.(b)图是两异名磁极的磁感线分布示意图,c端是S极,d端是N极
【解析】选A、D。题图(a)是条形磁铁外部磁感线分布示意图,外部磁场的磁感线是从磁铁的N极出来,进入磁铁的S极,故A正确,B错误。题图(b)是两异名磁极间的磁感线分布示意图,磁感线仍然是从N极出来,进入磁铁的S极,故C错误,D正确。
【补偿训练】
关于磁感线的说法,正确的是 ( )x
A.磁感线总是从磁体的N极出发指向S极
B.磁感线可以表示磁场的强弱和方向
C.电流在磁场中的受力方向即为该点的磁场方向,即为该点磁感线的切线方向
D.沿磁感线方向磁场增强
【解析】选B。磁感线是闭合曲线,在磁体外部是从N极到S极,内部是由S极到N极,A项错误;用磁感线可形象描述磁场的强弱和方向,即疏密表示强弱,各点的切线方向表示该点的磁场方向,磁场中各点的磁场方向即为处在该点的小磁针N极的受力方向,不是电流的受力方向,B项正确,C项错误;磁感线的疏密表示磁场强弱,与磁感线的方向无关,D项错误。
3.19世纪20年代,以塞贝克为代表的科学家已认识到,温度差会引起电流,安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差,从而提出如下假说:地磁场是由绕地球的环形电流引起的。则该假说中的电流方向是( )
A.由西向东垂直于磁子午线
B.由东向西垂直于磁子午线
C.由南向北沿磁子午线方向
D.由赤道向两极沿磁子午线方向
【解析】选B。想象赤道为环形电流。地球内部磁场方向由地理北极指向地理南极,由安培定则可判定电流方向,如图所示,则从上往下看,由安培定则可知电流方向为顺时针方向,即自东向西,则B正确,A、C、D错误。
【补偿训练】
如图所示为磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈,当在线圈中心处挂上一个小磁针,且与线圈在同一平面内,则当赫姆霍兹线圈中通过如图所示方向的电流
时( )
A.小磁针N极向里转
B.小磁针N极向外转
C.小磁针在纸面内向左摆动
D.小磁针在纸面内向右摆动
【解析】选A。由安培定则可判断小磁针所在处电流的磁场向里,而小磁针N极的受力方向与磁场方向相同,故小磁针N极向里转,S极向外转,则A正确,B、C、D错误。
4.某处地磁场的磁感应强度是4.0×10-5 T。一根长为500 m的导线,电流为10 A,该导线受到的最大磁场力是多大?
【解析】导线处在地磁场中,根据磁感应强度的定义可知,只有导线中电流方向与磁场方向垂直时,所受的磁场力最大。由公式B=可得F=BIL,
所以Fm=4.0×10-5×10×500 N=0.2 N。
答案:0.2 N
情境:如图所示,磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线,它的电流是2.5 A,假设磁场中导线长1 cm,它受到的磁场力为5.0×10-2 N。
问题:
(1)这个位置的磁感应强度。
(2)当把通电导线中的电流增大到5 A时,这一位置的磁感应强度。
(3)如果通电导线在磁场中某处不受磁场力,是否能肯定在这里没有磁场?
【解析】(1)由磁感应强度的定义式得B== T=2 T。
(2)磁感应强度B是由磁场自身决定的,和导线的长度L、电流I的大小无关,所以该位置的磁感应强度还是2 T。
(3)如果通电导线在磁场中某处不受磁场力,则有两种可能:①该处没有磁场;②该处有磁场,但通电导线与磁场方向平行。
答案:(1)2 T (2)(3)见解析
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课时素养评价 十七
磁场及其描述
(25分钟·60分)
一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)
1.关于磁感应强度B、电流I、导线长度L和电流所受磁场力F的关系,下面的说法中正确的是 ( )
A.在B=0的地方,F一定等于零
B.在F=0的地方,B一定等于零
C.若B=1 T,I=1 A,L=1 m,则F一定等于1 N
D.若L=1 m,I=1 A,F=1 N,则B一定等于1 T
【解析】选A。应用公式B=或F=ILB时要注意导线必须垂直于磁场方向放置,故B、C、D选项错。
2.当接通电源后,小磁针A按如图所示方向运动,则 ( )
A.小磁针B的N极向纸外转
B.小磁针B的N极向纸里转
C.小磁针B不转动
D.因电流未标出,所以无法判断小磁针B如何转动
【解析】选A。由小磁针A的N极运动方向知,螺线管的左侧为S极,右侧为N极,由右手螺旋定则判断小磁针B处的磁场方向向外,小磁针N极受力方向与该处磁场方向一致,则A正确,B、C、D错误。
3.先后在磁场中A、B两点引入长度相等的短直导线,导线与磁场方向垂直。如图所示,图中a,b两图线分别表示在磁场中A、B两点导线所受的力F与通过导线的电流I的关系。下列说法中正确的是 ( )
A.A、B两点磁感应强度相等
B.A点的磁感应强度大于B点的磁感应强度
C.A点的磁感应强度小于B点的磁感应强度
D.无法比较磁感应强度的大小
【解析】选B。导线受到的磁场力F=IBL=BL·I,对于题图给出的F-I图线,直线的斜率k=BL,由图可知ka>kb,又因A、B两处导线的长度L相同,故A点的磁感应强度大于B点的磁感应强度,则B正确,A、C、D错误。
4.关于磁感应强度,下列说法正确的是 ( )
A.由B=可知,B与F成正比,与IL成反比
B.通电导线放在磁场中某点,该点就有磁感应强度,如果将通电导线拿走,该点的磁感应强度就变为零
C.通电导线所受磁场力不为零的地方一定存在磁场,通电导线不受磁场力的地方一定不存在磁场(即B=0)
D.磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定
【解析】选D。由磁感应强度的定义式B=可知,B是属于比值定义的,与F、IL均没有关系,故A错误;通电导线放在磁场中的某点,就有可能受到安培力,如果将通电导线拿走,该点的磁感应强度仍存在,故B错误;同一条通电导线放在磁场中某处所受的磁场力不一定相同,受到放置的角度限制,若导线平行磁场方向放置在磁场中,即使此处的磁感应强度不为零,通电导线在该处所受安培力也一定为零,故C错误;磁场中某一点的磁感应强度由磁场本身决定,其大小和方向是唯一确定的,与通电导线没有关系,故D正确。
5.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 ( )
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
【解析】选B。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,可知小磁针转动方向,则B正确,A、C、D错误。
6.如图所示,a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧,当这些小磁针静止时,小磁针N极的指向是 ( )
A.a、b、c均向左
B.a、b、c均向右
C.a向左,b向右,c向右
D.a向右,b向左,c向右
【解析】选C。小磁针静止时N极的指向与该点处磁感线方向相同,如果a、b、c三处磁感线方向确定,那么三枚磁针静止时N极的指向也就确定。所以,只要画出通电螺线管的磁感线如图所示,即可知a磁针的N极在左边,b磁针的N极在右边,c磁针的N极在右边。
二、计算题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)
7.(10分)垂直磁场方向放入匀强磁场的通电导线长L=1 cm,电流强度I=10 A,若它所受的磁场力F=0.05 N,求:
(1)该磁场的磁感应强度B是多少?
(2)若导线中电流强度变为5 A,磁感应强度B是多少?
【解析】(1)根据F=BIL,得B==0.5 T。
(2)磁场的磁感应强度由磁场本身决定,不随通电导线电流的变化而变化,故B=0.5 T。
答案:(1)0.5 T (2)0.5 T
8.(14分)如图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所示,请你算出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,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。
【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=2.0×10-3 T
所以,通电螺线管中的磁感应强度为2.0×10-3 T。
答案:2.0×10-3 T
(15分钟·40分)
9.(6分)(多选)如图所示为磁场中的两条磁感线,A、B、C为磁场中的三个点,其中A、C在同一条直线磁感线上,下列关于三点所在处的磁感应强度BA、BB、BC的说法正确的是( )
A.BA一定大于BB
B.BA可能与BB大小相等
C.BA与BC同向
D.BA与BB无法比较大小关系
【解析】选A、C。由图可知A处磁感线比B、C处磁感线密集,所以BA最大,故A正确,B、D错误,A、C在同一条直线磁感线上,所以BA与BC同向,C正确。
10.(6分)(多选)如图所示,一带负电的金属环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转,在环左侧A处和环上方B处分别放一个小磁针,平衡后小磁针北极的指向
是 ( )
A.A处指向左 B.A处指向右
C.B处指向左 D.B处指向右
【解析】选A、D。带负电的金属环旋转时,形成了与转动方向相反的环形电流,此环形电流在A处产生的磁场方向向左,在B处产生的磁场方向向右,故选项A、D正确。
11.(6分)(多选)如图所示是云层之间闪电的模拟图,图中B、A是位于南、北方向带有电荷的两块阴雨云,在放电的过程中,在两云的尖端之间形成了一个放电通道,发现位于通道正上方的小磁针N极转向纸面里,S极转向纸面外,则关于A、B带电情况的说法中正确的是( )
A.带同种电荷 B.带异种电荷
C.B带正电 D.A带正电
【解析】选B、D。A、B放电相当于通电直导线,小磁针在通电直导线的上方,根据题意可以判断上方磁场方向垂直纸面向里,由安培定则可以判断放电电流由北向南,即A带正电,B带负电,则B、D正确,A、C错误。
【补偿训练】
(多选)如图所示,小磁针的指向正确的是 ( )
【解题指南】解答此类问题应注意以下两点:
(1)明确通电螺线管和通电直导线产生磁场方向的判定方法。
(2)用磁感线的特点来解决此类问题。
【解析】选A、B、D。小磁针静止时N极的指向为该处磁场方向,由安培定则可知A中螺线管内的磁场方向向左,A正确;B中赤道处的磁场方向由南向北,B正确;C中小磁针所在处的磁场方向向下,C错误;D中U形磁体间的磁场向右,D正确。
12.(22分)在强弱均匀的磁场(各点的磁感应强度大小、方向均相同的磁场)中长为2 cm的通电导线垂直磁场方向放置,当通过导线的电流为2 A时,它受到的磁场力大小为4×10-3 N,问:
(1)该处的磁感应强度B是多大?
(2)若电流不变,导线长度减小到1 cm,则它受到的磁场力和该处的磁感应强度各是多少?
(3)若导线长度不变,电流增大为5 A,则它受到的磁场力和该处的磁感应强度各是多少?
【解析】(1)根据磁感应强度的定义可得
B== T=0.1 T。
(2)磁场的磁感应强度由磁场本身决定,不因导线长度的改变而改变,因此
B=0.1 T。
当导线长度减小到1 cm,电流不变时
它受到的磁场力
F′=BIL′=0.1×2×1×10-2 N=2×10-3 N。
(3)磁场的磁感应强度也不因电流的改变而改变,因此B=0.1 T。
则它受到的磁场力
F″=BI′L=0.1×5×2×10-2 N=0.01 N。
答案:(1)0.1 T (2)2×10-3 N 0.1 T
(3)0.01 N 0.1 T
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