高中物理人教版选修3-1学案 3.3　几种常见的磁场 Word版含解析

3　几种常见的磁场

没有磁性的铁棒在受到外界磁场的作用时，两端对外界显示出较强的磁作用，形成了磁极．这是怎么回事呢？
提示：当没有磁性的铁棒受到外界磁场的作用时，铁棒中各分子电流的取向变得大致相同，使铁棒整体显磁性，这种现象叫作磁化现象．
【例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．
先根据小磁针N极所指的方向判断出磁场的方向，再利用安培定则判断出电流的方向，最终确定出电源的正、负极．
【答案】　c端为正极，d端为负极．
【解析】　小磁针N极的指向即为该处的磁场方向，所以螺线管内部磁感线方向由a→b.根据安培定则可判断出电流由电源的c端流出，d端流入，故c端为正极，d端为负极．
(多选)如图所示是云层之间闪电的模拟图，图中A、B是位于北、南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极转向纸里，S极转向纸外，则关于A、B的带电情况说法中正确的是(　BD　)
A．带同种电荷　　　　　　 B．带异种电荷
C．B带正电 D．A带正电
解析：云层间放电必须发生在异种电荷之间，故B对；在云层间放电时，形成的强电场和高温将空气电离成正离子和负离子，并在强电场的作用下做定向移动，形成电流，相当于通电直导线形成磁场．由题意知，从南往北看，磁场是逆时针的，根据安培定则可以判断电流是从A流向B的，故可知A带正电，B带负电．所以D选项正确．
考点二　　　对磁通量的理解
1．物理意义：穿过某一平面的磁感线条数，且为穿过平面的磁感线的净条数．
2．计算：Φ＝BS
(1)公式运用的条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直．
(2)匀强磁场中，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的投影面积．
3．磁通量是标量，有正、负之分
磁通量的正、负既不表示大小，也不表示方向，它表示磁通量从某一个面穿入还是穿出，若规定穿入为正，则穿出为负，反之亦然．
4．与磁感应强度的关系
(1)磁感应强度B主要描述磁场中某点的磁场情况，与位置对应；而磁通量用来描述磁场中某一个给定面上的磁场情况，它与给定面对应．
(2)由Φ＝BS得B＝Φ/S，即为磁感应强度的另一定义式，表示穿过垂直于磁场方向的单位面积的磁感线条数，所以B又叫做磁通密度．
5．与磁感线条数的关系：磁通量是指穿过线圈面积的磁感线的“净条数”，当有不同方向的磁场同时穿过同一面积时，磁通量指的是合磁场的磁感线穿过其面积的条数，即此时的磁通量为合磁通量．
【例2】　如图所示，线圈平面与水平方向夹角θ＝60°，磁感线竖直向下，线圈平面面积S＝0.4 m2，匀强磁场磁感应强度B＝0.6 T，则穿过线圈的磁通量Φ为多少？把线圈以cd为轴顺时针转过120°角，则穿过线圈的磁通量的变化量为多少？
解答本题时，可按以下思路分析：
【答案】　0.12 Wb　0.36 Wb
【解析】　线圈在垂直磁场方向上的投影面积
S⊥＝Scos60°＝0.4× m2＝0.2 m2，
穿过线圈的磁通量Φ1＝BS⊥＝0.6×0.2 Wb＝0.12 Wb.线圈沿顺时针方向转过120°角后变为与磁场垂直，但由于此时磁感线从线圈平面穿入的方向与原来相反，故此时通过线圈的磁通量Φ2＝－BS＝－0.6×0.4 Wb＝－0.24 Wb.
故磁通量的变化量ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|－0.24－0.12| Wb＝0.36 Wb.
总结提能 (1)只有在匀强磁场中B⊥S时，Φ＝BS才适用，若B与S不垂直，应将S投影，也可以将B分解，即Φ＝BS⊥＝B⊥S.
(2)磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1，在具体的计算中，一定要注意Φ1及Φ2的正、负问题．
关于磁通量，正确的说法有(　C　)
A．磁通量不仅有大小而且有方向，是矢量
B．在匀强磁场中，a线圈面积比b线圈面积大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的大
C．磁通量大，磁感应强度不一定大
D．把某线圈放在磁场中的M、N两点，若放在M处的磁通量比在N处的大，则M处的磁感应强度一定比N处大
解析：磁通量是标量，大小与B、S及放置角度均有关，只有C项说法正确．
1．下列关于电场线和磁感线的说法中，正确的是(　C　)
A．电场线与磁感线都是电场或磁场中实际存在的线
B．磁场中两条磁感线一定不相交，但在复杂电场中的电场线是可以相交的
C．电场线是一条不闭合曲线，而磁感线是一条闭合曲线
D．电场线越密的地方，同一试探电荷所受的电场力越大；磁感线分布越密的地方，同一通电导线所受的磁场力也越大
解析：电场线与磁感线分别是为了形象描述电场、磁场而引入的假想线，实际不存在，A错．两种场线的切线方向均表示相应的场方向，两种场线都不会相交，B错．电场线起始于正电荷或无穷远，终止于无穷远或负电荷，而磁感线在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，组成闭合曲线，C对．电场线越密，表示该处电场越强，同一试探电荷在此处受电场力越大；磁感线越密，表示该处磁场越强，但通电导线受到的磁场力大小还与通电导线方向和导线中的电流方向和大小有关，故电流受到的磁场力不一定大，D错．
2．根据电磁理论，半径为R、电流强度为I的环形电流中心处的磁感应强度大小B＝k，其中k为已知常量．现有一半径为r，匝数为N的线圈，线圈未通电流时，加水平且平行于线圈平面、大小为Bc的匀强磁场，小磁针指向在线圈平面内(不考虑地磁场)，如图所示，给线圈通上待测电流后，小磁针水平偏转了α角，则(　B　)
A．待测电流在圆心O处产生的磁感应强度B0＝Bcsinα
B．待测电流Ix的大小Ix＝
C．仅改变电流方向，小磁针转向不会变化
D．仅改变电流大小可以使小磁针垂直于线圈平面
解析：所加磁场磁感应强度与待测电流在圆心O处产生的磁感应强度B0的关系如图所示，有：B0＝Bctanα，A错误；由题意可知：B0＝k，解得：Ix＝，B正确；仅改变电流方向，电流产生的磁场的磁感应强度方向改变，小磁针转向发生变化，C错误；仅改变电流大小，电流产生的磁场的磁感应强度方向不变、大小改变，合场强不能与线圈平面垂直，小磁针也不能垂直于线圈平面，D错误．
3．(多选)当导线中分别通以图示方向的电流时，小磁针静止时N极垂直纸面向里的是(　AB　)
解析：对于A、B，已知通电直导线中电流的方向，根据右手螺旋定则，可知小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针静止时N极垂直纸面向里，A、B正确；环形导线的电流方向如题图所示，根据右手螺旋定则，可知小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向外，所以小磁针静止时N极垂直纸面向外，C错误；根据右手螺旋定则，结合电流的方向，可知通电螺线管内部的磁场方向由右向左，则小磁针静止时N极指向左，D错误．
4．如图是铁棒甲与铁棒乙内部各分子电流取向的示意图，甲棒内部各分子电流取向是杂乱无章的，乙棒内部各分子电流取向大致相同，则下列说法中正确的是(　C　)
A．两棒均显磁性
B．两棒均不显磁性
C．甲棒不显磁性，乙棒显磁性
D．甲棒显磁性，乙棒不显磁性
解析：甲棒中分子电流杂乱无章，分子电流的磁场相互抵消，对外不显磁性；乙棒中分子电流取向大致一致，分子电流的磁场相互叠加，对外显示出较强的磁性，C正确．
5．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＝BScosθ.
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1：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2：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.