2020-2021学年高二上学期物理鲁科版（2019）必修第三册课件：5.1 磁场及其描述105张PPT

(共105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】
　如图所示同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,通电时直导线下面的小磁针会发生偏转。
为什么磁体之间没有相互接触就会有相互作用?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.磁场:
(1)磁体和电流周围的空间_____一种特殊的物质——_____。_____能够对磁体
产生___的作用。
(2)磁场有方向,人们把磁场中某点小磁针_____时_____的指向规定为该点磁场
的方向。
(3)磁场还有_____,在磁场中的不同位置,其强弱不尽相同。
磁极:磁体上磁性_____的区域。
①北极:自由转动的磁体,静止时指___的磁极,又叫N极。
②南极:自由转动的磁体,静止时指___的磁极,又叫S极。
③性质:同名磁极相互_____,异名磁极相互_____。
存在
磁场
磁场
力
静止
北极
强弱
最强
北
南
排斥
吸引
2.磁感应强度:
(1)定义:把垂直于磁场方向的一小段通电直导线受到的力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__。
(4)标矢性:磁感应强度是_____,遵循叠加原理,磁场中某点磁感应强度的方向,
即该点磁场的方向,也就是放在该点小磁针静止时__极的指向。
乘积
特斯拉
特
T
矢量
N
二、磁感线
1.为了形象地描述磁场,英国物理学家_______提出了_______的概念。
2.实验中常用铁屑在磁场中被磁化的性质来显示磁感线的形状。
3.磁感线的特点:
(1)假想曲线:并不真实存在。
(2)闭合曲线:在磁体外部:由__极到__极;
在磁体内部:由__极到__极。
(3)磁感线不相交。
法拉第
磁感线
N
S
S
N
4.磁感线的作用:
(1)反映磁感应强度的方向:磁感线上任意一点的_____方向就是该点的磁场方
向。
(2)反映磁感应强度的大小:
磁感线分布_____的地方,磁感应强度越大;
磁感线分布_____的地方,磁感应强度越小。
切线
越密
越疏
5.匀强磁场:
(1)各点的磁感应强度_____和_____都相同;
(2)磁感线是一组_____且_____的直线。
(3)实例:
①两个相距很近的平行异名磁极间中央部分的磁场;
②通电长螺线管内部的磁场。
大小
方向
平行
等距
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_____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
【情境思考】
　如图所示是古代的司南和现代的指南针。
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用。
司南
【易错辨析】
(1)单独一个带电体可以只带正电荷(或负电荷),同样磁体也可以只有N极或S
极。
(
)
(2)磁极之间的相互作用是通过磁场发生的,磁场和电场一样,也是一种客观存
在的特殊物质。
(
)
(3)磁场的基本性质是对处在磁场中的磁极或电流有力的作用。
(
)
(4)磁感应强度的方向与小磁针静止时N极的指向一定相同。
(
)
(5)磁感应强度的大小与电流成反比,与其受到的磁场力成正比。
(
)
(6)磁感线可以用细铁屑来显示,因而是真实存在的。
(
)
×
√
√
√
×
×
　知识点一　磁场及磁感应强度的性质
1.磁场的性质:
(1)磁体的周围和电流的周围真实存在的特殊物质。
(2)发生相互作用时不需要接触。
(3)磁场对放入其中的磁体或电流有力的作用。
2.磁感应强度的性质:
(1)仅由磁场本身来决定,由比值定义式
来计算。
(2)能够描述磁场的强弱和方向
①其大小描述磁场的强弱,在数值上等于垂直于磁场放置的通有1
A电流的单位长度直导线受到的力。
②其方向就是小磁针静止时N极在该点的受力方向,也就是该点的磁场方向,即磁感线在该点的切线方向。
【问题探究】
　磁场的方向有哪几种表达方式?
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。
【典例示范】
【典例1】(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。
【典例2】在匀强磁场中某处P垂直于磁场方向放一个长度l=20
cm、通电电流
I=0.5
A的直导线,测得它受到的最大磁场力F=1.0
N,其方向竖直向上。现将该
通电导线从磁场中撤走,则P处的磁感应强度为
(　　)
A.零　　　　B.1
T
C.0.1
T
D.10
T
【解析】选D。此时导体与磁场方向垂直,由B=
解得B=10
T,磁感应强度与导
线无关,故选D。
【素养训练】
1.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.磁极与磁极间是直接发生作用的
D.磁场只有磁体才能产生
【解析】选A。磁场虽然看不见,摸不着,但却是实际存在的,与电场一样都是客观存在的特殊物质,不是人为规定的,故A正确,B错误;磁极与磁极的相互作用力是靠磁场来完成的,故C错误;电流和磁体周围都存在磁场,故D错误。
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
,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。
【加固训练】
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
=
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。
知识点二　磁感线的理解和应用
1.磁感线与电场线对比:
比较项目
磁感线
静电场的电场线
相同点
意义
形象地描述磁场方向和相对强弱而假想的线
形象地描述电场方向和相对强弱而假想的线
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,在磁体外部由N极到S极,内部由S极到N极
始于正电荷或无穷远处,止于无穷远处或负电荷,不闭合的曲线
2.常见永磁体的磁场(如图所示)
【问题探究】
　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。
【典例示范】
【典例】如图所示为磁铁旁边静止的小磁针所处的位置,试判断各图中磁铁的南、北极。
【解析】在磁铁内部磁感线由S极到N极,在磁铁外部,磁感线由N极到S极,根据小磁针静止时N极指向,即可确定各磁铁的南、北极。
答案:(a)右端为S极,左端为N极　(b)左端为N极,右端为S极　(c)左端为N极,右端为S极　(d)左端为S极,右端为N极　(e)两端同为S极
【素养训练】
1.(多选)关于磁感线,下列说法中正确的是
(　　)
A.磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致
B.磁感线是磁场中客观存在的、肉眼看不见的曲线
C.两条磁感线的空隙处不存在磁场,不同磁场形成的磁感线可以相交
D.匀强磁场的磁感线是等间距的平行直线
【解析】选A、D。磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向,A正确;磁感线是为了形象描述磁场而假想的曲线,可以用实验来模拟,但实际并不存在,B错误;磁感线的疏密反映磁场的强弱,但不表示空隙处不存在磁场,磁场是充满某个区域的;不同磁场源产生的磁场在某一区域叠加,磁感线描绘的是叠加后的合磁场,某处的磁感应强度是唯一的,磁感线不相交,C错误;匀强磁场的强弱和方向处处相同,其磁感线是等间距的平行直线,D正确。
2.(多选)如图是两种常见磁场的磁感线分布示意图,下列说法正确的是
(　　)
A.图甲中a端是磁铁的S极,b端是磁铁的N极
B.图甲中a端是磁铁的N极,b端是磁铁的S极
C.图乙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.图乙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。图甲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;图乙是两异名磁极磁感线分布示意图,磁感线仍然是从磁铁的N极出来,进入磁铁的S极,故C错误,D正确。
【加固训练】
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程度表示电场强度和磁感应强度的大小
【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或无穷远处,终止于无穷远处或负电荷,不是闭合的曲线,B、C错;电场线和磁感线都可以用其疏密程度表示电场强度和磁感应强度的大小,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相等,Ba>Bb
B.a、b两处的磁感应强度的大小不相等,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。磁感线的疏密程度表示磁场的强弱,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。
知识点三　电流的磁场
三种常见的电流的磁感线形状:
【问题探究】
　表格中的“×”“·”“
”“
”符号分别代表什么?
提示:“×”表示磁场方向垂直于纸面向里;
“·”表示磁场方向垂直于纸面向外;
“
”表示电流方向垂直于纸面向里;
“
”表示电流方向垂直于纸面向外。
“×”可想象成从箭尾向箭头看到的情景,“·”可想象成迎着箭头看到的情
景。
【典例示范】
【典例】实验室有一旧的学生直流电源,输出端的符号模糊不清,无法辨认正负极。某同学设计了下面判断电源极性的方法:在桌面上放一个小磁针①,在磁针东面附近放一螺线管②,如图所示,闭合开关后,小磁针指南的一端向东偏转③,下述判断正确的是
(　　)
A.电源的A端是正极,在电源内部电流由A流向B
B.电源的A端是正极,在电源内部电流由B流向A
C.电源的B端是正极,在电源内部电流由A流向B
D.电源的B端是正极,在电源内部电流由B流向A
【审题关键】
【解析】选C。由于小磁针指南的一端向东偏转,所以螺线管的西端为N极,由安培定则可知电源的B端为正极,在电源外部电流由B通过螺线管流向A,在电源内部电流由A流向B,故C正确。
序号
信息提取
①
静止时N极指北
②
螺线管产生的磁感线方向为东西方向
③
小磁针的N极向西偏转
【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(a)和图(b)所示带负电的橡胶圆环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转,对圆环左侧轴上的小磁针转动情况分析正确的是
(　　)
A.图(a)中的小磁针N极沿轴向左
B.图(a)中的小磁针N极沿轴向右
C.图(b)中的小磁针N极沿轴向左
D.图(b)中的小磁针N极沿轴向右
【解析】选A、D。带负电的橡胶圆环转动时,相当于一个环形电流,其电流方向与转动方向相反。图(a)在其轴线上的磁场方向向左,故图(a)中的小磁针N极沿轴向左;图(b)在其轴线上的磁场方向向右,故图(b)中的小磁针N极沿轴向右。A、D正确。
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
　【加固训练】
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.(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。
知识点四　磁场的叠加
1.磁场的叠加原理:磁感应强度是矢量,在进行运算时遵循平行四边形定则。
2.主要步骤:
(1)确定磁场场源,如通电导线。
(2)定位空间中需求解磁场的点,利用安培定则判定各个场源在这一点上产生的磁场的大小和方向。
(3)应用平行四边形定则进行合成。
【典例示范】
【典例】(多选)如图所示,两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点,且与纸面垂直,导线中通有大小相等、方向相反的电流①,a、O、b在M、N的连线上,O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上②,且a、b、c、d到O点的距离均相
等③,关于以上几点处的磁场,下列说法正确的是
(　　)
A.O点处的磁感应强度为零
B.a、b两点处的磁感应强度大小相等,方向相反
C.c、d两点处的磁感应强度大小相等,方向相同
D.a、c两点处磁感应强度的方向相同
【审题关键】
序号
信息提取
①
与M、N距离相等的点,磁场大小一样
②
O、c、d三点分别到M和N的距离相等
③
M在a与N在b,M在b与N在a处的磁场大小分别相等
【解析】选C、D。按照思考讨论的步骤,根据安培定则判断磁场方向,再结合矢量的合成知识求解。根据安培定则判断:两直线电流在O点产生的磁场方向均垂直于MN向下,O点的磁感应强度不为零,故A选项错误;a、b两点的磁感应强度大小相等,方向相同,故B选项错误;根据对称性,c、d两点处的磁感应强度大小相等,方向相同,故C选项正确;a、c两点的磁感应强度方向相同,故D正确。
【规律方法】磁场叠加的主要步骤
(1)先画出每处电流在每个点的磁场方向;
(2)依据点到电流之间的距离判断该点磁场强度的大小;
(3)依据平行四边形定则判断每个点处磁感应强度实际的大小及方向。
【素养训练】
1.(多选)若将【典例】中N处的电流反向,则选项中正确的是
(　　)
A.O点处的磁感应强度为零
B.a、b两点处的磁感应强度大小相等,方向相反
C.c、d两点处的磁感应强度大小相等,方向相同
D.a、c两点处磁感应强度的方向相同
【解析】选A、B。两直线电流在O点产生的磁场方向相反、大小相等,O点的磁感应强度为零,故A选项正确;a、b两点的磁感应强度大小相等,方向相反,故B选项正确;根据对称性,c、d两点处的磁感应强度大小相等,方向相反,故C选项错误;a、c两点的磁感应强度方向垂直,故D错误。
2.三根通电长直导线P、Q、R互相平行、垂直于纸面放置。三根导线中电流方向均垂直于纸面向里,且每两根导线间的距离均相等。则P、Q中点O处的磁感应强度方向为
(　　)
A.方向水平向左
B.方向水平向右
C.方向竖直向上
D.方向竖直向下
【解析】选A。用右手螺旋定则判断通电直导线在O点上所产生的磁场方向,如图所示。直导线P在O点产生磁场与直导线Q在O点产生磁场方向相反,大小相等,则合磁场为零;而直导线R在O点产生磁场,方向从Q指向P,即为水平向左。故选A。
　　【加固训练】
　　1.在磁感应强度为B0、方向竖直向上的匀强磁场中,水平放置一根长通电直导线,电流的方向垂直于纸面向里。如图所示,a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点,在这四点中
(　　)
A.b、d两点的磁感应强度相等
B.a、b两点的磁感应强度相等
C.c点的磁感应强度的值最小
D.b点的磁感应强度的值最大
【解析】选C。如图所示,由矢量叠加原理可求出各点的合磁场的磁感应强度,可见b、d两点的磁感应强度大小相等,但方向不同,A项错误;由图知,a、b两点的磁感应强度不相等,a点的磁感应强度最大,c点的磁感应强度最小,B、D项错误,C项正确。
2.图中a、b、c为三根与纸面垂直的固定长直导线,其截面位于等边三角形的三个顶点上,bc沿水平方向,导线中均通有大小相等的电流,方向如图所示。O点为三角形的中心(O到三个顶点的距离相等),则
(　　)
A.O点的磁感应强度为零
B.O点的磁场方向垂直Oc向下
C.导线a受到的安培力方向竖直向上
D.导线b受到的安培力方向沿bc连线方向指向c
【解析】选B。根据右手螺旋定则,a电流在O点产生的磁场平行于bc向左,b电流在O点产生的磁场平行ac指向右下方,电流c在O点产生的磁场平行ab指向左下方;由于三导线电流大小相等,到O点的距离相同,根据平行四边形定则,O点合磁场的方向垂直Oc向下,故A错误,B正确;根据左手定则,结合矢量合成法则,导线a受到的安培力方向水平向左,导线b受到的安培力方向平行于ac斜向左上方,故C、D错误。
【拓展例题】考查内容:磁与现代科技
　　【典例】磁悬浮列车是由无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统组成的新型交通工具,是高新技术的产物。
(1)磁悬浮列车的结构如图甲所示,轨道线圈下端是N极,要使列车悬浮起来,车身线圈的上端是　　　　(选填“N”或“S”)极。?
(2)图乙是另一种磁悬浮列车的设计原理图,A是磁性稳定的电磁铁,安装在铁轨上,B是安装在车身上(紧靠铁轨上方)的电阻非常小的螺线管。B中电流方向如图乙所示,通电螺线管的上端是　　　　(选填“N”或“S”)极,螺线管B与电磁铁A之间相互　　　　(选填“排斥”或“吸引”),从而使列车悬浮在铁轨上方。?
【解析】(1)根据磁极间相互作用规律可知车身线圈的上端是S极。
(2)根据安培定则可判断通电螺线管的上端是N极,要使列车悬浮在铁轨上方,螺线管B与电磁铁A之间要相互排斥。
答案:(1)S　(2)N　排斥
【生活情境】
　如图所示是医生用来取出病人吞下的金属物品的仪器。当仪器顶部接触金属物品时,医生将手控环内推,再拉出整条塑料管。
探究:
(1)如果小孩不慎吞下的是易拉罐拉环或一个回形针,哪种物体可以用这种仪器取出来?
(2)如果把活动永磁铁换成电磁铁,你认为是不是更实用呢?
【解析】(1)由于磁铁只能吸引铁磁性物质,易拉罐拉环是铝合金材料的,不是铁磁性物质,所以不能取出;而回形针是由铁磁性物质制成的,可以用此仪器取出。
(2)电磁铁的磁性强弱可以随电流的变化而变化,如果是误吞了比较重的铁磁性物体,可通过调节电流的大小使磁性增强,把它取出来,故使用电磁铁会更实用一些。
答案:见解析
【生产情境】
　软磁材料易于磁化,也易于退磁,广泛用于电工设备和电子设备中。软磁材料可分为金属软磁、铁氧体软磁、非晶软磁、纳米晶软磁四大类。我国是全球规模最大的铁氧体软磁生产国。
探究:
(1)请用安培分子电流假说解释软磁物质磁化现象。
(2)将软磁物质退磁的方法有哪些?
【解析】(1)当软磁物质受到外界磁场的作用时,各分子电流的取向变得大致相同,软磁物质被磁化,两端对外界显示出较强的磁作用,形成磁极。
(2)使软磁物质处于高温环境或者经历剧烈振动,分子电流的取向再次变得杂乱,失去磁性。
答案:见解析
1.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
课堂检测·素养达标
【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,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。
【加固训练】
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。
2.磁性是物质的一种普遍属性,大到宇宙星体,小到电子、质子等微观粒子,几乎都会有磁性,地球就是一个巨大的磁体。在一些生物体内也会含有微量磁性物质,鸽子就是利用这种体内外磁性的相互作用来辨别方向的。若在鸽子身上绑一块永久磁铁,且其产生的磁场比附近的地磁场强得多,则在长距离飞行中
(　　)
A.鸽子仍能如平时一样辨别方向
B.鸽子会比平时更容易辨别方向
C.鸽子会迷失方向
D.不能确定鸽子是否会迷失方向
【解析】选C。在鸽子身上绑上比地磁场强的永久磁铁,会干扰鸽子利用地磁场辨别方向的本领,造成迷失方向。
3.(教材二次开发·P133【节练习】T2变式)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.沿地球自转方向垂直于磁子午线
B.逆着地球自转方向垂直于磁子午线
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,即逆着地球自转方向,则B正确,A、C、D错误。
　【加固训练】
　　地球是一个大磁体,有下列说法:
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
【解析】选D。地面上小磁针静止时,小磁针的南极应指向地磁场的北极,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。
4.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。求
(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
=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
课时素养评价
十七　磁场及其描述
【合格性考试】
(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北极所指的方向一致
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错误;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,小磁针静止时北极受力方向和北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错误;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错误。
2.在磁场中的同一位置放置一条直导线,导线的方向与磁场方向垂直,则下列描述导线受到的安培力F的大小与通过导线的电流I的关系图像正确的是
(　　)
【解析】选A。根据题意,导线方向与磁场方向垂直,则导线受到的安培力的大小与通过导线的电流大小之间的关系满足F=BIL,故A正确B、C、D错误。
【加固训练】
　　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。
3.如图所示,假设将一个小磁针放在地球的北极点上,那么小磁针的N极将
(　　)
A.指北　　B.指南　　C.竖直向上　　D.竖直向下
【解析】选D。地磁场的分布规律与条形磁铁类似,在地理北极附近,地磁场竖
直向下,此处小磁针的N极应竖直向下,D对。
【加固训练】
　　(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。
4.如图所示是“超导磁悬浮”现象,悬浮在空中的是一块重力为G的永久磁铁,下方是超导体,则下列说法正确的是
(　　)
A.悬浮磁体受到的悬浮力大于重力G
B.悬浮磁体受到的悬浮力等于重力G
C.悬浮磁体对超导体的力小于重力G
D.超导体对桌面的压力等于重力G
【解析】选B。悬浮磁体处于静止状态,故受到的悬浮力等于重力G,A错误,B正确;根据牛顿第三定律,悬浮磁体对超导体的力等于重力G,故C错误;超导体对桌面的压力等于超导体和悬浮磁体的重力之和,应大于G,故D错误。
【加固训练】
　　如果你看过中央电视台体育频道的象棋讲座,就会发现棋子都是由磁性材料制成的。棋子不会掉下来是因为
(　　)
A.质量小,重力可以忽略不计
B.受到棋盘对它向上的静摩擦力
C.棋盘对它的吸引力与重力平衡
D.它一方面受到棋盘的吸引力,另一方面还受到空气的浮力
【解析】选B。磁性棋子受到棋盘的吸引力而对棋盘产生压力,棋盘对棋子有弹力,重力使棋子有向下滑动的趋势,因此棋子受到棋盘对它向上的静摩擦力,此力和重力平衡,使棋子不会掉下来(由于空气浮力远小于重力,故可以忽略不计),选项B正确。
5.如图所示为一通电螺线管,a、b、c分别是通电螺线管内、外的三点,则三点
中磁感线最密处为
(　　)
A.a处　　B.b处　　C.c处　　D.无法判断
【解析】选A。通电螺线管的磁场类似于条形磁铁,内部最强,两端稍弱,外部
的中间部分最弱,选项A正确。
【加固训练】
　　如图所示,弹簧测力计下挂一铁球,将弹簧测力计缓慢向上移动时,弹簧测力计的示数
(　　)
A.不变
B.逐渐减小
C.先减小再增大
D.先增大再减小
【解析】选B。弹簧测力计向上移动时,铁球受到的磁场力逐渐减小,因此弹簧测力计的示数减小。选项B正确。
6.如图所示,两根非常靠近且互相垂直并互相绝缘的长直导线,当通以如图所示方向的电流时,电流所产生的磁场在导线所在平面内的哪个区域内方向是一致且向里的
(　　)
A.区域Ⅰ　　　　　　
B.区域Ⅱ
C.区域Ⅲ
D.区域Ⅳ
【解析】选A。由安培定则可知,I1电流在其上方产生的磁场方向垂直纸面向里,I2电流在其右方产生的磁场方向向里,故只有在区域Ⅰ,两个电流产生的磁场才都向里,选项A正确,B、C、D错误。
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)我国某地的地磁场的磁感应强度的水平分量是3.0×10-5
T,竖直分量
是4.0×10-5
T,问:该地磁感应强度的大小是多少?方向如何?
【解析】根据题意可知,依据合成法则,则有:B=5×10-5
T,与水平方向夹角的
正切值为:tanθ=
;方向与水平方向成53°角向下。
答案:5.0×10-5
T　与水平方向成53°角向下
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
【选择性考试】
(15分钟·40分)
9.(6分)如图所示为某种用来束缚原子的磁场的磁感线分布情况,以O点为坐标原点,沿z轴正方向磁感应强度B大小的变化最有可能为
(　　)
【解析】选C。磁感线的疏密程度表示B的大小,沿z轴正方向B先减小后增大,故最有可能的为图C。
10.(6分)(多选)家用照明电路中的两根导线是相互平行的,当用电器正常工作时,两根导线中有如图所示的大小、方向周期性变化的电流,关于两根导线之间的作用力,下列说法正确的是
(　　)
A.两根导线之间始终没有作用力
B.火线中电流产生的磁场会对零线产生力的作用,
但火线不会受到力的作用
C.两根导线之间有时有作用力,有时没有
D.零线对火线有作用力时,火线对零线也一定有作用力
【解析】选C、D。零线与火线中的电流始终等大反向,当火线中有电流时,零线中也有电流,此时火线中电流产生的磁场会对零线产生力的作用,反过来零线中电流产生的磁场也会对火线产生力的作用;在某些时刻,火线和零线中的电流均为零,则此时两根导线之间没有力的作用。故选项C、D正确。
11.(6分)(多选)如图,纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2,L1中的电
流方向向左,L2中的电流方向向上;L1的正上方有a、b两点,它们相对于L2对称。
整个系统处于匀强外磁场中,外磁场的磁感应强度大小为B0,方向垂直于纸面向
外。已知a、b两点的磁感应强度大小分别为
B0和
B0,方向也垂直于纸面
向外,则
(　　)
A.流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为
B0
B.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为
B0
C.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为
B0
D.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为
B0
【解析】选A、C。由对称性可知,流经L1的电流在a、b两点产生的磁感应强度
大小相等,设为B1,流经L2的电流在a、b两点产生的磁感应强度大小相等但方向
相反,设其大小为B2,由磁场叠加原理有B0-B1-B2=
,B0-B1+B2=
,联立解得
B1=
,B2=
,所以A、C正确,B、D错误。
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