【2021新版】人教版高中物理选修3-1导学案3.3几种常见的磁场 有解析

第三节
几种常见的磁场
课前预习
【学习目标】
1．知道安培分子电流假说，并能解释有关现象
2．理解匀强磁场的概念，明确两种情形的匀强磁场
3．理解磁通量的概念并能进行有关计算
【自主预习】
1、磁感线：所谓磁感线，是在磁场中画出的一些有方向的
，在这些
上，每一点的磁场方向都在该点的切线方向上．
磁感线的基本特性：
2、安培定则
判定直线电流的方向跟它的磁感线方向之间的关系时，
安培定则表述为：
；
判定环形电流和通电螺线管的电流方向和磁感线方向之间的关系时，
安培定则要统一表述为：
（这里把环形电流看作是一匝的线圈）．
3、磁通量
（1）定义：设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，则B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通．
（2）定义式：
（3）单位：
简称
，符号
．1Wb=1T·m2
课后复习
3.3几种常见的磁场
一、单选题
1．如图所示是通有恒定电流的环形线圈和螺线管的磁感线分布图。若通电螺线管是密绕的，下列说法正确的是（　　）
A．电流越大，内部的磁场越接近匀强磁场
B．螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场
C．螺线管直径越大，内部的磁场越接近匀强磁场
D．磁感线画得越密，内部的磁场越接近匀强磁场
2．电流的磁效应揭示了电与磁的关系。下面四幅图中描述磁场方向与电流方向之间的关系，其中磁感线分布正确的是（　　）
A．
B．
C．
D．
3．下列现象中不属于静电现象的是（　　）
A．梳过头发的塑料梳子能吸起轻纸屑
B．带电小球移至不带电金属球附近，两者相互吸引
C．冬季家里环境干燥，手碰到金属门把手时有被电击的感觉
D．放在通电直导线附近的小磁针会发生偏转
4．如图示，AB是水平面上一个圆的直径，在过AB的竖直平面内有一根通电导线CD，已知CD∥AB。当CD竖直向上平移时，电流磁场穿过圆面积的磁通量将（　　）
A．逐渐增大
B．逐渐减小
C．始终为0
D．不为0但保持不变
5．下列所示各图中，小磁针的指向错误的是（
）
A．
B．
C．
D．
6．如图所示，匝数为N、半径为r1的圆形线圈内有匀强磁场，匀强磁场在半径为r2的圆形区域内，匀强磁场的磁感应强度B垂直于线圈平面。通过该线圈的磁通量为（　　）
A．
B．
C．
D．
7．物理量中的正负号是有不同含义的，下列负号表示物理量大小的是（　　）
A．“”的功
B．“”的速度
C．“”的磁通量
D．“”的电势
8．如图所示，矩形线框从距离直导线很近的位置Ⅰ向右移到位置Ⅱ的过程中，穿过线框的磁通量的变化情况是（　　）
A．一直增加
B．一直减少
C．先减少，后增加
D．先增加，后减少
9．如图所示，通电螺线管周围能自由转动的小磁针a、b、c、d已静止，指向正确的是（　　）
A．小磁针a
B．小磁针b
C．小磁针c
D．小磁针d
10．如图所示，矩形线框平面与匀强磁场方向垂直，穿过的磁通量为，若线框绕某条边转过90°角，则磁通量变为（　　）
A．0
B．
C．
D．
11．19世纪，自然界各种运动之间存在着广泛联系的思想逐渐在科学界形成，最先用实验展示电与磁之间有联系的科学家是（　　）
A．安培
B．奥斯特
C．法拉第
D．麦克斯韦
12．关于物理史实，下列说法正确的是（　　）
A．伽利略指出力不是维持物体运动的原因
B．牛顿最早提出自由落体运动的规律
C．库仑最早提出电荷周围存在电场
D．法拉第最先发现电流的磁效应
13．关于磁通量的概念，下列说法正确的是（　　）
A．磁感应强度越大的地方，穿过线圈的磁通量也越大
B．穿过线圈的磁通量为零时，该处的磁感应强度一定为零
C．磁感应强度越大，线圈面积越大，穿过线圈的磁通量也越大
D．穿过线圈的磁通量的大小可用穿过线圈的磁感线的条数来衡量
14．关于磁通量的描述，下列说法正确的是（　　）
A．置于磁场中的一个平面，当平面垂直磁场方向时，穿过平面的磁通量最大
B．若穿过平面的磁通量最大，则该处的磁感应强度一定最大
C．如果穿过某平面的磁通量为零，则该处的磁感应强度一定为零
D．将一平面置于匀强磁场中的任何位置，穿过该平面的磁通量总是相等的
15．首次发现电流的磁效应，揭示电与磁存在联系的物理学家是（　　）
A．法拉第
B．奥斯特
C．安培
D．洛伦兹
16．如图所示，在垂直于纸面的范围足够大的匀强磁场中，有一个矩形闭合线圈abcd，线圈平面与磁场垂直，O1O2是线圈的对称轴，下列线圈的运动能使线圈中的磁通量发生变化的是（　　）
A．向左或向右平动
B．向上或向下平动
C．绕O1O2转动
D．平行于纸面向里运动
17．以下物理量都是矢量的是（　　）
A．电流强度I、磁感应强度B、电场强度E
B．电压U、电势能EP、焦耳热Q
C．磁感应强度B、电场强度E、库仑力F
D．电动势E、电功率P、磁通量
18．如图，直导线中通有向左的电流后，其正下方的小磁针N极将（　　）
A．向上
B．向下
C．垂直纸面向内
D．垂直纸面向外
19．用安培定则判断通电直导线周围的磁场方向时，弯曲四指所指的方向与（　　）
A．电流方向相同
B．电流方向相反
C．磁感线环绕方向相同
D．磁感线环绕方向相反
20．如图所示，匀强磁场中有一闭合圆形线圈，线圈平面在处时与磁场方向成45°角，在处时与磁场方向垂直，在处时与磁场方向平行。则穿过线圈的磁通量（　　）
A．在处最大
B．在处最大
C．在处最大
D．在、、三处一样大
二、多选题
21．通电螺线管内有一在磁场力作用下面处于静止的小磁针，磁针指向如图所示，则（　　）
A．螺线管的P端为N极，a接电源的正极
B．螺线管的P端为N极，a接电源的负极
C．螺线管内的磁场方向由P端向Q端
D．螺线管内的磁场方向由Q端向P端
22．如图所示为通电螺线管的纵剖面图，“”和“⊙”分别表示导线中的电流垂直纸面流进和流出，图中四个小磁针（涂黑的一端为N极）静止时指向正确的是（　　）
A．a
B．b
C．c
D．d
23．如图所示，矩形闭合线圈abcd竖直放置，OO′是它的对称轴，通电直导线AB与OO′平行。若要在线圈中产生感应电流，可行的做法是（　　）
A．AB中电流I逐渐增大
B．AB中电流I先增大后减小
C．以AB为轴，线圈绕AB顺时针转90°（俯视）
D．线圈绕OO′轴逆时针转动90°（俯视）
三、填空题
24．面积S=0.5m2的闭合金属圆线圈处于磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中，当磁场与环面垂直时，穿过环面的磁通量是______；当金属圆环转过90o，环面与磁场平行时，穿过环面的磁通量是______。如图所示，有a、b、c、d四个小磁针，分别放置在通电螺线管的附近和内部。当小磁针静止时，小磁针指向如图所示，其中指向表示正确的是______小磁针（选填“a”、“b”、“c”或“d”）。
参考答案
1．B
【详解】
根据螺线管内部的磁感线分布可知，在螺线管的内部，越接近于中心位置，磁感线分布越均匀，越接近两端，磁感线越不均匀，可知螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场。
故选B。
2．A
【详解】
A．根据安培定则可知，因电流方向向上，导线右侧磁场方向垂直向里，而左侧则是垂直向外，故A正确；
B．同理，根据安培定则，右手弯曲的四指与电流环绕方向一致，则大拇指向左，即螺线管内部磁场方向应该为由右向左，故B错误；
C．同理，根据安培定则，右手弯曲的四指与电流环绕方向一致，则大拇指向左，则环形导线内部磁场方向从右向左，故C错误；
D．因电流竖直向下，依据安培定则可知，磁场方向应该是俯视顺时针方向，故D错误。
故选A。
3．D
【详解】
A．梳过头发的塑料梳子吸起纸屑是由于摩擦起电，与静电现象有关，故A错误；
B．带电小球移至不带电金属球附近，两者相互吸引，是由于发生感应起电，与静电现象有关，故B错误；
C．手碰到金属把手时有被电击的感觉，是由于人体因摩擦带电，与静电现象有关，故C错误；
D．当导线中有电流通过时，磁针会发生偏转，是由于电流产生磁场引起的，与静电现象无关，故D正确。
故选D。
4．C
【详解】
根据安培定则判断可知，在AB外侧半圆中磁感线向下穿过圆面，在AB内侧磁感线向上穿过圆面，根据对称性可知，穿过整个圆面的磁感线总条数为零，磁通量为零，当CD竖直向上平移时，穿过圆面积的磁通量始终为零，保持不变。
故选C。
5．C
【详解】
A．由安培定则可知，螺线管右侧为S极，左侧为N极，则处在螺线管内部小磁针的N极应向左，故A正确；
B．由地磁场从地球的南极指向北极，结合小磁针静止时N极指向为磁场的方向，因此赤道处小磁针N极指向地球的北极，故B正确；
C．根据安培定则判断直导线周围磁场，则小磁针处的磁场方向竖直向下，应该是N极向下，故C错误；
D．U形磁铁，小磁针处的磁场向N极指向S极，则小磁针N极向右，故D正确；
故选C。
6．B
【详解】
由于匀强磁场的磁感应强度B垂直于线圈平面，所以，通过该线圈平面的磁通量为
公式中的面积为磁场穿过的有效面积，即
ACD错误，B正确。
故选B。
7．D
【详解】
A．功的正负表示力的效果，A错误；
B．速度的正负表示方向，B错误；
C．磁通量的正负表示磁感线进出面的不同，C错误；
D．电势的正负表示大小，D正确。
故选D。
8．C
【详解】
根据安培定则，通电直导线的右侧磁场的方向向里，左侧的磁场方向向外，矩形线框从距离直导线很近的位置Ⅰ向右移到位置Ⅱ的过程中，穿过线框的磁通量先减少，后增加，C正确。
故选C。
9．C
【详解】
由右手螺旋定则判断出通电螺线管的左端为N极，右端为S极，由同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引知，只有小磁针c的指向正确。
故选C。
10．A
【详解】
转过90°角后，线框与磁场平行，所以磁通量为零。
故选A。
11．B
【详解】
奥斯特发现电流的磁效应，最先用实验展示电与磁之间有联系，B正确。
故选B。
12．A
【详解】
AB．伽利略将斜面实验的结论合理外推，间接证明了自由落体运动是匀变速直线运动，说明力不是维持物体运动的原因，故A正确B错误；
C．法拉第最早引入了电场的概念，并直观地用电场线描绘电场。故C错误；
D．奥斯特最先发现了电流的磁效应现象，故D错误。
故选A。
13．D
【详解】
A．磁感应强度越大的地方，穿过线圈的磁通量不一定越大，若线圈与磁感线平行，磁通量等于零，A错误；
B．穿过线圈的磁通量为零时，该处的磁感应强度不一定为零，可能线圈与磁感线平行，B错误；
C．磁感应强度越大，线圈面积越大，穿过线圈的磁通量不一定越大，还与线圈与磁感线的角度有关，C错误；
D．穿过线圈的磁通量的大小可用穿过线圈的磁感线的条数来衡量，D正确。
故选D。
14．A
【详解】
A.
置于磁场中的一个平面，当平面垂直磁场方向时，穿过平面的磁通量最大，A正确；
B.
若穿过平面的磁通量最大，则该处的磁感应强度不一定最大，磁通量的一般计算公式为Φ=BSsinθ，还与夹角有关，B错误；
C.
如果穿过某平面的磁通量为零，则该处的磁感应强度不一定为零，因为当平面与磁感线平行时磁通量最小等于零，C错误；
D.
将一平面置于匀强磁场中的任何位置，穿过该平面的磁通量不一定相等，当平面与磁感线垂直时磁通量最大，当平面与磁感线平行时磁通量最小等于零，D错误；
故选A。
15．B
【详解】
首次发现电流的磁效应，揭示电与磁存在联系的物理学家是奥斯特，B正确。
故选B。
16．C
【详解】
无论线圈在纸面内沿哪个方向平动，或者在垂直纸面方向运动，线圈中的磁通量都不会变化。当线圈沿O1O2转动时，线圈中的磁通量会发生变化，故ABD错误，C正确。
故选C。
17．C
【详解】
A．电流强度I是标量，故A错误；
B．电压U、电势能EP、焦耳热Q都是标量，故B错误；
C．磁感应强度B、电场强度E、库仑力F都是矢量，故C正确；
D．电动势E、电功率P、磁通量都是标量，故D错误。
故选C。
18．D
【详解】
由直线电流的安培定则可知，直线电流在小磁针位置的磁场方向是垂直纸面向外，所以小磁针N极将垂直纸面向外，ABC错误，D正确。
故选D。
19．C
【详解】
用安培定则判断通电直导线周围的磁场方向时，弯曲四指所指的方向与磁感线环绕方向相同。
故选C。
20．C
【详解】
根据磁通量的定义
可知三处磁感应强度大小相等，而在b处的有效面积最大，故b处的磁通量最大。
故选C。
21．BD
【详解】
CD．根据小磁针N极的指向，可知通电螺线管内部磁场，水平向左，由Q端向P端，故C错误；D正确；
AB．根据上一选项分析可知，螺旋管的P端为N极，根据右手螺旋定则可知，螺旋管内部磁场水平向左，a接电源的负极。故A错误；B正确；
故选BD。
22．AD
【详解】
由题图，根据安培定则可知螺线管左端为N极，右端为S极，根据通电螺线管周围磁感线分布情况作出部分磁感线如图所示，由此可知四个小磁针静止时指向正确的是a、d，故AD正确。
故选AD。
23．ABD
【详解】
AB．只要AB中电流发生变化，无论是大小变，还是方向变，还是大小和方向同时变，都可以使线圈内的磁通量发生变化，从而产生感应电流，A、B正确；
C．以AB为轴，线圈绕AB顺时针转90°的过程中，磁感应强度的大小和线圈的有效面积都没变，磁通量不变，不能产生感应电流，C错误；
D．以OO′为轴逆时针转90°的过程中，线圈的有效面积发生了变化，磁通量变化，能产生感应电流，D正确。
故选ABD。
24．0.2Wb
0
b
【详解】
[1]当磁场与环面垂直时，穿过环面的磁通量
[2]环面与磁场平行时，穿过环面的磁通量是0；
[3]由右手螺旋定则可知通电螺线管右端为N极，在通电螺线管外部磁场方向从N极指向S极，而内部磁场方向从S极指向N极，小磁针N极指向为磁场方向，由此可判断小磁针指向正确的b。