2019高中物理 第二章 电流与磁场 1 电流的磁场学案 教科版选修1-1
高中物理 第二章 电流与磁场 4 电磁感应定律学案 教科版选修1-1-教科版高中选修1-1物理学案
4 电磁感应定律1.知道什么是电磁感应现象．2.掌握产生感应电流的条件．3.知道什么是感应电动势．4.理解法拉第电磁感应定律的内容及数学表达式，学会用该定律分析与解决一些简单的问题．5.知道发电机的基本结构和原理及几种新型发电方式．[学生用书P20]一、电磁感应现象由教材P 26图和相应的实验得出：1．电磁感应现象：只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，就会在回路中产生感应电流，这种由于磁通量发生变化而产生电流的现象，叫做电磁感应现象． 2．感应电流：电磁感应现象中所产生的电流叫感应电流． 3．产生感应电流的条件：只要闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路就有电流产生． 二、法拉第电磁感应定律1．感应电动势：由电磁感应所产生的电动势．单位也是伏特(V)． 2．电磁感应定律(1)内容：回路中所产生的感应电动势E 的大小与穿过回路的磁通量的变化率ΔΦΔt成正比． (2)表达式：E ＝ΔΦΔt． 三、法拉第与电磁感应定律的发现1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，它揭示了电现象和磁现象之间存在某种联系．许多科学家都寄希望于依靠强磁性磁铁或强电流使放在旁边的闭合线圈感应出电流，但都失败了．1831年8月29日，法拉第发现了电磁感应现象．如图所示，在软铁环的一边绕有两个线圈，线圈A 跟电源相连．线圈B 的两端用一根长导线连接起来，当线圈A 通电或切断电源时，可以看到长导线上方的小磁针发生了偏转，说明线圈B 中产生了电流．四、电磁感应的一个重要应用——发电机1．结构：如图所示，交流发电机由磁体(N极与S极)、线圈、转轴、滑环、电刷等组成．2．原理：当轴在外力(水力、风力、蒸汽压力等)推动下顺时针(以俯视角度观察)转动时，安装在轴上的线圈也在磁场中顺时针旋转，使得线圈的右边由内向外运动，其左边由外向内运动．运动线圈切割磁感线，线圈中产生感应电流，使灯泡发光．五、几种新型发电方式除目前广泛采用的电磁感应发电方式外，从物理原理来说，还有其他类型的发电方式，其特点在于直接从某种形式的能量转化为电能．例如：1．太阳能发电．2．磁流体发电．3．新型化学电池发电．4．热电子发射发电等．产生感应电流的条件[学生用书P21]1. 产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化.2．引起磁通量变化的常见情况(1)闭合电路的部分导体做切割磁感线运动.(2)线圈在磁场中转动.(3)磁感应强度发生变化．有一正方形闭合线圈，在足够大的匀强磁场中运动．图中能产生感应电流的是( )[解析] A 图中线圈不切割磁感线，所以A 中线圈没有感应电流产生．B 、C 、D 图中线圈均在切割磁感线，但B 、C 图中闭合线圈的磁通量没有发生变化，故B 、C 中的线圈也没有感应电流产生．[答案] D1.如图所示，线框ABCD 从有界的匀强磁场区域穿过，下列说法中正确的是( )A ．进入匀强磁场区域的过程中，ABCD 中有感应电流B ．在匀强磁场中加速运动时，ABCD 中有感应电流C ．在匀强磁场中匀速运动时，ABCD 中没有感应电流D ．离开匀强磁场区域的过程中，ABCD 中没有感应电流解析：选AC.从磁通量有无“变化”来判断产生感应电流与否，能抓住要点得出正确结论．若从切割磁感线的角度考虑问题，需注意全面比较闭合电路各部分切割的情况．在有界的匀强磁场中，常常需要考虑闭合回路进磁场、出磁场和在磁场中运动的情况，ABCD 在匀强磁场中无论是匀速运动，还是加速运动，穿过ABCD 的磁通量都没有发生变化．对法拉第电磁感应定律的理解[学生用书P21]Φ、ΔΦ、ΔΦΔt的比较 物理量 单位物理意义 磁通量ΦWb表示某时刻或某位置时穿过某一面积的磁感线条数的多少磁通量的 变化量ΔΦ Wb 表示在某一过程中穿过某一面积磁通量变化的多少 磁通量的变化率ΔΦΔt Wb/s 表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢(1)Φ是状态量，是闭合回路在某时刻(某位置)穿过回路的磁感线的条数．(2)ΔΦ是过程量，是表示回路从某一时刻变化到另一时刻的磁通量的增减，即ΔΦ＝Φ2－Φ1.(3)ΔΦΔt表示磁通量的变化快慢，即单位时间内磁通量的变化，又称为磁通量的变化率． (4)Φ、ΔΦ、ΔΦΔt 的大小没有直接关系，这一点可与运动学中v 、Δv 、Δv Δt三者类比．值得指出的是：Φ很大，ΔΦΔt 可能很小；Φ很小，ΔΦΔt 可能很大；Φ＝0，ΔΦΔt可能不为零(如线圈平面转到与磁感线平行时)．当Φ按正弦规律变化时，Φ最大时，ΔΦΔt＝0，反之，当Φ为零时，ΔΦΔt最大． 关于电路中感应电动势的大小，下列说法正确的是( )A ．穿过电路的磁通量越大，感应电动势就越大B ．电路中磁通量的改变量越大，感应电动势就越大C ．电路中磁通量改变越快，感应电动势就越大D ．若电路中某时刻磁通量为零，则该时刻感应电流一定为零[解析] 根据法拉第电磁感应定律，感应电动势正比于磁通量变化率，C 选项中磁通量变化越快，则磁通量的变化率越大，故C 选项正确，A 、B 选项错误；某时刻的磁通量为零，但该时刻磁通量的变化率不一定为零，所以感应电流也就不一定为零，D 选项错误；故选C 选项．[答案] C2.穿过某线圈的磁通量随时间的变化关系如图所示，在线圈内产生感应电动势最大值的时间是( )A ．0 s ～2 sB ．2 s ～4 sC ．4 s ～6 sD ．6 s ～10 s解析：选C.由题图知，4 s ～6 s 内磁通量变化最快，故4 s ～6 s 内感应电动势最大．法拉第电磁感应定律的应用[学生用书P22]利用法拉第电磁感应定律E ＝ΔΦΔt求出的感应电动势是Δt 时间内的平均感应电动势，在计算感应电动势的大小时，一定要注意求解对应时间内磁通量的变化ΔΦ.如图所示，L 是由绝缘导线绕制的单匝线圈，设在0.5 s 内把磁体的一极插入线圈，这段时间内穿过线圈的磁通量由0增加到1.5×10－5Wb ，这时线圈产生的感应电动势有多大？[解析] 磁通量由0增加到1.5×10－5 Wb 共用0.5 s ，所以，ΔΦ＝1.5×10－5 Wb －0＝1.5×10－5 Wb.又因为Δt ＝0.5 s ，根据法拉第电磁感应定律知感应电动势为E ＝ΔΦΔt ＝1.5×10－50.5V ＝3×10－5V. [答案] 3×10－5V3.有一个单匝的线圈，在4 s 内穿过它的磁通量从0均匀增加到0.1 Wb.(1)求线圈中的感应电动势．(2)若线圈的总电阻是10 Ω，通过线圈的电流是多大？解析：(1)根据法拉第电磁感应定律知 E ＝ΔΦΔt ＝0.1－04V ＝0.025 V. (2)I ＝E /R ＝0.002 5 A.答案：(1)0.025 V (2)0.002 5 A[随堂检测][学生用书P23]1．关于感应电动势和感应电流，下列说法中正确的是( )A．只有当电路闭合，且穿过电路的磁通量发生变化时，电路中才有感应电动势B．只有当电路闭合，且穿过电路的磁通量发生变化时，电路中才有感应电流C．不管电路是否闭合，只要有磁通量穿过电路，电路中就有感应电动势D．不管电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电流解析：选B.产生感应电动势的条件是磁通量发生变化，不一定要电路闭合；而产生感应电流的条件一定是要电路闭合而且要磁通量发生变化，所以A、C、D选项错误，B选项正确．2．如图所示，一个矩形线圈与通有相同大小的电流的平行直导线处于同一平面，而且处在两导线的中央，则( )A．两电流同向时，穿过线圈的磁通量为零B．两电流反向时，穿过线圈的磁通量为零C．两电流同向或反向，穿过线圈的磁通量都相等D．因两电流产生的磁场是不均匀的，因此不能判定穿过线圈的磁通量是否为零解析：选A.两电流同向时，在线圈范围内，产生的磁场方向相反，大小对称，穿过线圈的磁通量为零，A选项正确，B、C、D选项不正确．3．如图所示，将条形磁铁从相同的高度分别以速度v和2v插入线圈，电流表指针偏转角度较大的是( )A．以速度v插入B．以速度2v插入C．一样大D．无法确定解析：选B.磁铁从相同的高度插入，速度越大，磁通量的变化越快，产生的感应电动势越大，电流表的偏转角就越大．4．如图所示，在匀强磁场中的矩形金属轨道上，有等长的两根金属棒ab 和cd ，它们以相同的速度匀速运动，则( )A ．断开电键S ，ab 中有感应电流B ．闭合电键S ，ab 中有感应电流C ．无论断开还是闭合电键S ，ab 中都有感应电流D ．无论断开还是闭合电键S ，ab 中都没有感应电流解析：选B.两根金属棒ab 和cd 以相同的速度匀速运动，若断开电键S ，两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量无变化，则回路中无感应电流，故A 、C 错误；若闭合电键S ，两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量发生变化，则回路中有感应电流，故B 正确，D 错误．5．一矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直．先保持线框的面积不变，将磁感应强度在1 s 时间内均匀地增大到原来的两倍．接着保持增大后的磁感应强度不变，在1 s 时间内，再将线框的面积均匀地减小到原来的一半．先后两个过程中，线框中感应电动势的比值为( )A.12B ．1C ．2D ．4解析：选B.根据法拉第电磁感应定律E ＝ΔΦΔt ＝Δ（BS ）Δt，设初始时刻磁感应强度为B 0，线圈面积为S 0，则第一种情况下的感应电动势为E 1＝Δ（BS ）Δt ＝（2B 0－B 0）S 01＝B 0S 0；第二种情况下的感应电动势为E 2＝Δ（BS ）Δt ＝2B 0（S 0－S 0/2）1＝B 0S 0，所以两种情况下线圈中的感应电动势相等，比值为1，故选项B 正确．[课时作业][学生用书P76(单独成册)]一、选择题1．处在磁场中的一闭合线圈，若没有产生感应电流，则可以判定( )A ．线圈没有在磁场中运动B ．线圈没有做切割磁感线运动C ．磁场没有发生变化D ．穿过线圈的磁通量没有发生变化解析：选D.要产生电磁感应现象，磁通量必须发生变化，D正确．2．一个闭合电路产生的感应电动势较大，是因为穿过这个闭合电路的( )A．磁感应强度大B．磁通量较大C．磁通量的变化量较大D．磁通量的变化较快解析：选D.由法拉第电磁感应定律，感应电动势与磁通量的变化率(磁通量变化快慢)成正比，与磁通量的变化量、磁通量、磁感应强度无关．3．图中的小线圈与滑动变阻器、电源组成电路，而大线圈则与电流表组成闭合电路，不能使电流表指针偏转的情形是( )A．闭合电键后将小线圈插入大线圈的过程中B．小线圈放在大线圈中，闭合电键后将小线圈拔出来的过程中C．小线圈放在大线圈中不动D．小线圈放在大线圈中不动，电键闭合，移动变阻器的滑片时解析：选C.当小线圈放在大线圈中不动时，穿过大线圈的磁通量未发生变化，故不会产生感应电流，电流表指针不发生偏转，而其它选项均产生感应电流，故答案选C.4．穿过一个单匝闭合线圈的磁通量始终均匀地增加，则( )A．线圈中的感应电动势均匀地增加B．线圈中的感应电动势均匀地减少C．线圈中的感应电动势不变D．线圈中没有感应电动势解析：选C.磁通量均匀地增加，说明磁通量是变化的，线圈中一定有感应电动势，且磁通量在相同的时间内变化相同，即磁通量的变化率为一常数．由法拉第电磁感应定律可知，产生的感应电动势大小不变．5．有一个单匝线圈，在0.2 s内通过它的磁通量从0.02 Wb均匀增加到0.08 Wb，则线圈中的感应电动势为( )A ．0.1 VB ．0.2 VC ．0.3 VD ．0.4 V解析：选C.E ＝ΔΦΔt ＝0.08－0.020.2V ＝0.3 V. 6．如图所示是一种延时开关．S 2闭合，当S 1闭合时，电磁铁F 将衔铁D 吸下，将C 线路接通．当S 1断开时，由于电磁感应作用，D 将延迟一段时间才被释放，则( )A ．由于A 线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D 的作用B ．由于B 线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D 的作用C ．如果断开B 线圈的电键S 2，无延时作用D ．如果断开B 线圈的电键S 2，延时将变长解析：选BC.S 1断开时，A 线圈中电流消失，磁通量减少，B 线圈中产生感应电流，阻碍线圈中磁通量的减少，A 选项错误，B 选项正确；若断开S 2，B 线圈无感应电流，磁通量立即减为零，不会有延时作用，C 选项正确，D 选项错误．7．穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t 变化的图像分别如图中的甲～丁所示．下列关于回路中产生的感应电动势的论述中正确的是( )A ．图甲中回路产生的感应电动势恒定不变B ．图乙中回路产生的感应电动势一直在变大C ．图丙中回路在0～t 1时间内产生的感应电动势小于在t 1～t 2时间内产生的感应电动势D ．图丁中回路产生的感应电动势先变小后变大解析：选D.根据法拉第电磁感应定律：感应电动势等于磁通量的变化率，得到在题图甲中的磁通量不变，所以不会产生感应电动势，选项A 错误．由数学知识得题图乙中的磁通量变化率是恒定的，所以产生的感应电动势是恒定的，选项B 错误．题图丙中回路在0～t 1时间内与t 1～t 2时间内磁通量的变化率都是恒定的，故产生恒定的电动势，但是0～t 1时间内的磁通量的变化率大于t 1～t 2时间内磁通量的变化率，所以前一段时间内产生的感应电动势大于后一段时间内产生的感应电动势，选项C错误．题图丁中的磁通量的变化率是先变小后变大，产生的感应电动势也是先变小后变大．所以本题的正确选项应该为D.8．如图所示，让线圈由位置1通过一个匀强磁场的区域运动到位置2，下列说法中正确的是( )A．线圈进入匀强磁场区域的过程中，线圈中有感应电流，而且进入时的速度越大，感应电流越大B．整个线圈在匀强磁场中匀速运动时，线圈中有感应电流，而且电流是恒定的C．整个线圈在匀强磁场中加速运动时，线圈中有感应电流，而且电流越来越大D．线圈穿出匀强磁场区域的过程中，线圈中有感应电流，而且穿出时的速度越大，感应电流越大解析：选AD.线圈进入和穿出磁场的过程中，线圈内的磁通量发生了变化，运动速度越大，ΔΦ越大，电流越大，故A、D对；而B、C选项中磁通量不变．Δt9．如图所示的闭合铁芯上绕有一组线圈，与滑动变阻器、电池构成闭合电路，a、b、c 为三个闭合金属圆环，假定线圈产生的磁场全部集中在铁芯内，则当滑动变阻器的滑片左、右滑动时，能产生感应电流的金属圆环是( )A．a、b两个环B．b、c两个环C．a、c两个环D．a、b、c三个环解析：选A.当滑片左、右滑动时，通过a、b的磁通量变化，而通过c环的合磁通量始终为零，故a、b两环中产生感应电流，而c环中不产生感应电流．二、非选择题10. 如图所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN 沿框架以速度v向右做匀速运动．t＝0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置使MDEN构成一个边长为l的正方形．为使MN棒中不产生感应电流，从t＝0开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？请推导出这种情况下B与t的关系式．解析：要使MN棒中不产生感应电流，应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化在t＝0时刻，穿过线圈平面的磁通量Φ1＝B0S＝B0l2设t时刻的磁感应强度为B，此时磁通量为Φ2＝Bl(l＋vt)由Φ1＝Φ2得B＝B0ll＋vt.答案：B随t减小，B＝B0ll＋vt。
高中物理第二章磁场2电流的磁场教学案新人版选修1_1课件
通过演示实验引起学生思考，发现要解决的问题是什么，也为接下来的实验做好铺垫明确要探究的问题以及初步试探
给出板书，强调重要性
通过图片让学生直观感知直线电流磁感线的分布
熟悉安培定则的使用方法
通过演示实验感知环形电流磁感线的分布
学会知识类比迁移
通过练习反馈所学知识
复习体验，帮助学生梳理知识，补充遗漏
2．电流的磁场方向
问题：当把小磁针放在电流的磁场中时，小磁针的偏转是否有一定的规律？偏转方向与电流的方向有什么关系？
观察当电流的方向改变时，小磁针N极的偏转方向是否发生变化。这现象说明什么？
结论：电流能在周围空间产生磁场,电流的磁场方向跟电流的方向有关。
【指导学生自学课本】指定阅读课本相关部分
观察图片：直线电流磁感线的形状
安培发现通电螺线管的极性跟电流方向之间的关系可以安培定则来判定。．
大家也来试试，看看能不能找出这种方法！
三、课堂练习
１、在奥斯特实验中,小磁针N极怎样偏转?为什么?
２、如图所示，a、b、c三枚小磁针分别放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
第三、充分发挥了学生的主体性，本节课设置了相关学生实验活动，相关的探究结论也是通过学生自主探究来得出。
第四、利用电教媒体突破、解决教学难点，极大地提高了课堂的容量，如果使用传统的教学模式根本无法在一节课内完成本节课的教学任务。
第一、用多媒体展示这些图形,让学生有一个立体的感觉,掌握它们的特点比如在上常见的典型磁场时，我们可以利用一些导线做一些模型或在黑板上画一些图来了解不同磁场的特点。
第二、其中有一些比较难理解的磁场，比如直线电流的磁场是以导线为圆心的同心圆筒，对学生而言这样的立体图形不易理解我们可以用一个平面让学生慢慢理解接受即化立体为平面。
人教版高中选修1-1物理2.2电流的磁场教案(2)
高二物理电流的磁场教案［三维目标］一、知识与技能：1.了解奥斯特实验，知道电流周围存在磁场。
2.掌握安培定则，会判断通电直导线和通电螺线管周围磁场的方向。
二、过程与方法：通过探究性实验的方法培养学生比较、分析、归纳的能力三、情感、态度价值观：培养学生的学习热情和实事求是的科学态度［教学重点］1.知道电流周围存在磁场。
2.会用安培定则判断通电直导线和通电螺线管周围磁场的方向。
［教学难点］会用安培定则判断通电直导线和通电螺线管周围磁场的方向。
［教学方法］探究、讨论、讲授、练习［教具］：多媒体课件、实物投影仪、奥斯特实验器材、通电螺线管、环形导线、铁屑等［课时安排］1课时［教学过程］一、组织教学二、新课引入：回顾：电荷间的相互作用与磁极间的相互作用以及它们对物质的吸引。
电和磁之间除了表面上的一些相似性外，是否还存在着更深刻的联系呢？这节课我们就通过实验来探究这个问题。
三、新课教学：1．电流的磁效应大家谈：有哪些方法能使静止的小磁针发生偏转？演示实验：通电导线周围的小磁针发生偏转问题：通过这个现象可以得出什么结论呢？（电流能在周围空间产生磁场）2．电流的磁场方向问题：当把小磁针放在电流的磁场中时，小磁针的偏转是否有一定的规律？偏转方向与电流的方向有什么关系？演示实验：奥斯特实验（观察当电流的方向改变时，小磁针N极的偏转方向是否发生变化。
这现象说明什么？）结论：电流的磁场方向跟电流的方向有关。
观察图片：直线电流磁感线的形状现象：磁感线是围绕导线的一些同心圆。
靠近导线的磁场较強。
如果用小磁针来判定磁场的方向，可以得到安培定则。
思考：如果把导线做成环形，那么通电时产生的磁场是什么样的呢？演示实验：观察环形电流磁感线的形状视频：环形通电导线中心附近的磁场方向探究：环形通电导线中心附近的磁场方向的判定方法思考：由多个环形导线组成的螺线管，通电时产生的磁场又是怎样的呢？演示实验：研究通电螺线管的磁场结论：通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场相似，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个极，它们的极性可以从实验中小磁针的指向来确定。
2019高中物理 第二章 电流与磁场 4 电磁感应定律学案 教科版选修1-1
4 电磁感应定律[知识梳理]一、电磁感应现象1．电磁感应现象是英国物理学家法拉第在奥斯特发现电流磁效应的启发下，经过十年不懈努力发现的．2．概念(1)电磁感应现象：只要通过闭合回路的磁通量发生变化，就会在回路中产生感应电流，这种由于磁通量发生变化而产生电流的现象称为电磁感应． (2)感应电流：电磁感应现象中所生成的电流叫感应电流． 二、法拉第电磁感应定律 发电机1．感应电动势(1)概念：由电磁感应所产生的电动势叫感应电动势． (2)产生条件：只要穿过回路的磁通量发生改变，在回路中就产生感应电动势．2．法拉第电磁感应定律(1)内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一回路的磁通量的变化率成正比．(2)公式：E ＝ΔΦΔt ，若为n 匝线圈，则产生的电动势为：E ＝n ΔΦΔt. 3．交流发电机(1)结构：产生磁场的磁体、线圈、转轴、滑环、电刷等组成．(2)原理：线圈在磁场中切割磁感应线产生感应电流．(3)常见的发电机形式有：水力、风力、蒸汽压力等．4．新型发电方式其他发电形式有：太阳能发电、磁流体发电等，此外还有新型化学电池发电，热电子发射发电等．[基础自测]1．思考判断(1)奥斯特发现了“电生磁”的现象之后，激发人们去探索“磁生电”的方法．( )(2)法拉第发现了电磁感应现象．( )(3)只要穿过回路的磁通量发生改变，回路中就有感应电动势产生．( )(4)线圈中磁通量的变化量越大，产生的感应电动势一定越大．( )(5)线圈中磁通量变化越快，产生的感应电动势越大．( )【提示】 (1)√ (2)√ (3)√ (4)× (5)√2．关于电磁感应现象，下列说法中正确的是( )A ．只要有磁通量穿过电路，电路中就有感应电流B ．只要闭合电路在做运动，电路中就有感应电流C ．只要穿过闭合电路的磁通量足够大，电路中就有感应电流D ．只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电流D [产生感应电流的条件为：穿过闭合回路的磁通量发生变化，或者闭合回路的一部分电路做切割磁感线运动，D 正确．]3．下列现象涉及电磁感应的是( )B [电子束在显像管中的偏转是运动电荷在磁场中偏转，故A 错误；安全门报警是利用电磁感应原理工作的，故B 正确；灯丝颤抖是因为通电电流受到磁场力的作用，故C 错误；电子束在磁场中偏转是利用了运动电荷在磁场中偏转，故D 错误．故选B.]4．穿过一个单匝闭合线圈的磁通量始终为每秒均匀增加1 Wb ，则( )【导学号：37032051】A ．线圈中感应电动势每秒增加1 VB ．线圈中感应电动势每秒减少1 VC ．线圈中感应电动势始终为1 VD ．线圈中感应电动势始终为一个确定值，但由于线圈有电阻，电动势小于1 VC [磁通量始终保持每秒钟均匀地增加1 Wb ，则E ＝n ΔΦΔt ＝11V ＝1 V ，知线圈中的感应电动势始终为1 V，与线圈的电阻无关．故C正确，ABD错误．故选C.][合作探究·攻重难]1．感应电流产生的条件其条件可以归纳为两个：一是电路本身必须闭合，二是穿过回路本身的磁通量发生变化．这里主要体现在“变化”上，回路中有没有磁通量穿过不是产生感应电流的条件，如果穿过回路的磁通量很大但无变化，那么无论多么大，都不会产生感应电流．2．引起磁通量变化的方法根据磁通量的定义式Φ＝BS，引起磁通量变化的方法有：(1)由于磁场变化而引起闭合回路的磁通量的变化．(2)磁场不变，由于闭合回路的面积S发生变化而引起磁通量的变化．(3)磁场、闭合回路面积都发生变化时，也可引起穿过闭合电路的磁通量的变化．总之，穿过闭合电路的磁感线条数发生变化时磁通量就发生了变化．3．产生感应电流的方法(1)闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动如图241所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中无电流产生．图241(2)磁铁在线圈中运动如图所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但磁铁在线圈中静止不动时，线路中无电流产生．(3)改变螺线管AB中的电流如图242所示，将小螺线管AB插入大螺线管CD中不动，当开关S接通或断开时，电流表中有电流通过；若开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中也有电流通过．图242有一根由金属丝绕制成的闭合环套在条形磁铁上，如图243所示，当闭合环收缩导致它所围的面积减小时：图243(1)穿过它的磁通量是否有变化？如有变化，怎样变？(2)闭合环中是否存在感应电流，为什么？【解析】条形磁铁内部的磁感线方向由S极到N极，外部从N极到S极；条形磁铁外部向下穿过闭合环的磁通量抵消了一部分内部向上穿过的磁通量，当环收缩时被抵消的部分减少，所以穿过闭合环的磁通量增加，由于穿过环的磁通量有变化，所以在环中产生感应电流．【答案】(1)变化；增加(2)有；因为穿过闭合环的磁通量有变化注意有相反方向的磁场产生的磁通量的判断、首先要清楚哪个方向的磁通量大，然后再看它们各自如何变化，进而判断总磁通量变化情况.[针对训练]1．如图244所示，匀强磁场足够大，闭合线圈abcd处在磁场中，且与磁感应强度B 垂直，则下列说法中，正确的是( )图244A．线圈在该平面内匀速运动时，有感应电流B．线圈在该平面内做加速直线运动时，有感应电流C．线圈在该平面内以a为圆心做匀速转动时，有感应电流D ．以上三种情况，均无感应电流D [线圈在该平面内匀速运动时，穿过线圈的磁通量不变，则无感应电流产生，选项A 错误；线圈在该平面内做加速直线运动时，穿过线圈的磁通量不变，则无感应电流产生，选项B 错误；线圈在该平面内以a 为圆心做匀速转动时，穿过线圈的磁通量不发生变化，则无感应电流产生，选项C 错误，D 正确；故选D.]1．如何区分磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ、磁通量的变化率Δt路平面垂直时，Φ＝BS .(2)ΔΦ是过程量，是表示闭合回路从某一时刻变化到另一时刻的磁通量的增减，即ΔΦ＝Φ2－Φ1.常见磁通量变化方式有：B 不变，S 变；S 不变，B 变；B 和S 都变，回路在磁场中相对位置改变(如转动等)．总之，只要影响磁通量的因素发生变化，磁通量就会变化．(3)ΔΦΔt表示磁通量的变化快慢，即单位时间内磁通量的变化，又称为磁通量的变化率． (4)Φ、ΔΦ、ΔΦΔt 的大小没有直接关系，这一点可与运动学中v 、Δv 、Δv Δt三者类比．需要指出的是：Φ很大，ΔΦΔt 可能很小；Φ很小，ΔΦΔt 可能很大；Φ＝0，ΔΦΔt可能不为零(如线圈平面转到与磁感线平行时)．当Φ按正弦规律变化时，Φ最大时，ΔΦΔt＝0，反之，当Φ为零时，ΔΦΔt最大． 2．对法拉第电磁感应定律的理解(1)感应电动势的大小决定于穿过电路的磁通量的变化率ΔΦΔt，与Φ的大小、ΔΦ的大小没有必然的联系，与电路的电阻R 也无关，而感应电流的大小与E 和R 有关．(2)公式E ＝n ΔΦΔt适用于回路中磁通量发生变化产生的感应电动势的计算，回路可以闭合，也可以不闭合．感应电动势是整个闭合电路的感应电动势，不是电路中某部分导体的电动势．(3)如图245所示，长为L 的导体棒在匀强磁场中切割磁感线，且导体棒与磁场及切割方向相互垂直，产生感应电动势．图245导体棒的运动引起回路面积的变化，根据Φ＝BS 可知E ＝ΔΦΔt ＝B ΔS Δt ＝B l ·v Δt Δt＝Blv用此式计算导体棒切割磁感线产生的电动势大小，非常方便．一个共有10匝的闭合矩形线圈，总电阻为10 Ω，置于水平面上．若穿过线框的磁通量在0.02 s 内，由垂直纸面向里，从6.4×10－2Wb 均匀减小到零，再反向均匀增加到9.6×10－2 Wb.则在此时间内，线圈内导线中的感应电动势大小为多少？【导学号：37032052】思路点拨：①磁通量与匝数无关，但感应电动势与匝数有关．②磁通量是标量，但要注意正值和负值的意义．【解析】 设垂直纸面向外为正方向，在0.02 s 内，磁通量的变化ΔΦ＝Φ2－(－Φ1)＝Φ2＋Φ1＝9.6×10－2 Wb ＋6.4×10－2 Wb ＝0.16 Wb根据法拉第电磁感应定律： E ＝n ΔΦΔt ＝10×0.160.02V ＝80 V. 【答案】 80 V磁通量的变化ΔΦ≠Φ2－Φ1.在0.02 s 内磁场的方向发生了一次反向.设垂直纸面向外为正方向，则ΔΦ＝Φ2－－Φ1＝Φ2＋Φ1.[针对训练]2．如图246所示，水平放置的平行金属导轨，相距l ＝0.50 m ，左端接一电阻R ＝0.20 Ω，磁感应强度B ＝0.40 T 的匀强磁场方向垂直于导轨平面，导体棒ac 垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计，当ac棒以v＝4.0 m/s的速度水平向右匀速滑动时，求：图246(1)ac棒中感应电动势的大小；(2)回路中感应电流的方向．【解析】(1)ac棒产生的感应电动势E＝Blv＝0.40×0.50×4.0 V＝0.80 V.(2)由右手定则判定电流方向为c→a.【答案】(1)0.80 V (2)方向c→a[当堂达标·固双基]1．下面所示的实验示意图中，用于探究电磁感应现象的是( )D[A图是奥斯特实验，该实验证明了通电导线周围存在着磁场，利用电生磁现象制成了电磁铁，故A错误；B图中闭合开关，导线中有电流通过时，它就会运动起来，即说明通电导线在磁场中受力的作用，即是电动机的制作原理，故B错误；C图中闭合开关，线圈中有电流通过时，它就会运动起来，即说明通电导线在磁场中受力的作用，即是电动机的制作原理，故C错误；D图中磁铁在进入线圈的过程，由于磁通量的变化，产生感应电流；这是用来探究电磁感应现象的，故D正确．]2．如图247所示，下列情况下线圈中不能产生感应电流的是( )【导学号：37032053】图247A．I增加B．线圈向右平动C．线圈向下平动D．线圈以ab边为轴转动C[当I增加时，则穿过线圈的磁通量增大，所以导致线圈中产生感应电流，故A错误；当线圈向右平动时，导致线圈中磁通量变小，则线圈中会出现感应电流，故B错误；当线圈向下平动时，穿过线圈的磁通量仍不变，则线圈中不会出现感应电流，故C正确；线圈以ab边为轴转动时，致线圈中磁通量发生变化，则线圈中会出现感应电流，故D错误；故选C.]3．如图248所示，下列各种情况中，穿过回路的磁通量增大的有( )图248A．图(甲)所示，在匀强磁场中，先把由弹簧状导线组成回路撑开，而后放手，到恢复原状的过程中B．图(乙)所示，裸铜线ab在裸金属导轨上向右匀速运动过程中C．图(丙)所示，条形磁铁拔出线圈的过程中D．图(丁)所示，闭合线框远离与它在同一平面内通电直导线的过程中B[由Φ＝BS得，题图(甲)穿过回路的磁通量随闭合回路面积的减小而减小；题图(乙)穿过回路的磁通量随闭合回路面积的增大而增加；题图(丙)穿过线圈的磁通量随磁极的远离而减小；题图(丁)离通电直导线越远，磁场越弱；穿过线框的磁通量越小，故选项B正确．] 4．如图249所示，环形金属软弹簧套在条形磁铁的中心位置，若沿其半径向外拉弹簧，使其面积增大，则穿过弹簧的磁通量将如何变化？图249【解析】注意弹簧面所在处存在两个方向的磁场，即磁铁的内磁场和外磁场，它们各自产生正负不同的磁通量，总的磁通量等于两者绝对值之差，当拉大弹簧面积时，内磁场的磁通量不变，而外磁场的磁通量却增大(穿过弹簧的外部磁感线条数增多)，故Φ＝|Φ内|－|Φ外|应减小．【答案】磁通量减小。
2019版高中物理第二章磁场第2讲电流的磁场学案新人教版选修1-1
第2讲电流的磁场[目标定位] 1. 了解奥斯特、安培等科学家的实验研究对人们认识电磁现象所起的重要作用.2.会用磁感线描述直线电流、环形电流和通电螺线管周围的磁场.3.会用安培定则判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向.一、电流的磁效应1.1820年，奥斯特发现：把一根导线平行地放在磁针的上方，给导线通电时，磁针发生了偏转，说明电流能产生磁场，这个现象称为电流的磁效应.2.电流磁效应的发现，用实验展示了电与磁的联系，说明电与磁之间存在着相互作用.想一想小磁针只有放在磁体周围才会受到磁力作用而发生偏转吗？是不是可以说，只有磁体周围存在着磁场？答案不是.小磁针放在通电导体周围也发生偏转，电流周围也有磁场.二、电流磁场的方向1.直线电流的磁场安培定则：右手握住导线，让伸直的拇指的方向跟电流的方向一致，那么，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向，如图2－2－1 所示.图2－2－12.通电螺线管的磁场图2－2－2安培定则：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，如图2－2－2所示.3.环形导线可以看做只有一匝的螺线管，如图2－2－3所示.图2－2－3温馨提示先确认何种电流，再利用安培定则确定磁场的方向.记清四指或拇指指向的含义.想一想如图2－2－4所示，将导线放在小磁针的上方，当通如图所示的电流时小磁针的N极向哪儿转动？为什么？图2－2－4答案小磁针的N极向里转动.根据安培定则可判断出导线下方的磁场方向垂直纸面向里，小磁针静止时N极所指的方向就是该点的磁场方向，所以小磁针的N极向里转.一、电流的磁效应1.电流能够产生磁场，这个现象叫做电流的磁效应.2.电流的磁效应是丹麦物理学家奥斯特于1820年发现的.例1如图2－2－5所示，把一条导线平行地放在磁针的上方附近.当导线中通有电流时，磁针会发生偏转.首先发现这个实验现象的物理学家是( )图2－2－5A.伽利略B.牛顿C.奥斯特D.爱因斯坦答案 C针对训练1 在做“奥斯特实验”时，下列操作现象最明显的( )A.沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的延长线上B.沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的正下方C.电流沿南北方向放置在磁针的正上方D.电流沿东西方向放置在磁针的正上方答案 C解析把导线沿南北方向放置在地磁场中处于静止状态的磁针的正上方，通电时磁针发生明显的偏转.二、电流磁场方向与安培定则1.直线电流的磁场(1)安培定则：右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向，如图2－2－6 所示.图2－2－6(2)画法：如图2－2－7所示图2－2－7说明：图中的“×”号表示磁场方向垂直进入纸面；“·”号表示磁场方向垂直离开纸面.(3)特点：是非匀强磁场，距导线越远处磁场越弱.2.环形电流的磁场(1)安培定则：右手握住环形导线，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向，如图2－2－8所示.图2－2－8(2)磁感线的特点两侧分别是N极和S极，离圆环中心越远，磁场越弱，画法如图2－2－9所示.图2－2－93.通电螺线管的磁场(1)安培定则：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，如图2－2－10所示.图2－2－10(2)磁感线特点两端分别是N极和S极，管内是匀强磁场，管外是非匀强磁场，画法如图2－2－11所示.图2－2－11例2小刘同学用铁钉与漆包线绕成电磁铁，当接通电路后，放在其上方的小磁针N极立即转向左侧，如图2－2－12所示.则此时( )图2－2－12A.导线A端接电池正极B.铁钉左端为电磁铁的N极C.铁钉内磁场方向向右D.漆包线内电流由A流向B答案 C解析小磁针静止时N极指向为该处磁场方向，根据通电螺线管磁场分布知，铁钉右端为电磁铁N极，左端为S极，再根据安培定则知C项正确.针对训练2 如图2－2－13所示，一枚小磁针放在半圆形导线环的环心O处，当导线中通以如图所示方向的电流时，小磁针将如何偏转( )图2－2－13A.沿顺时针方向转动B.沿逆时针方向转动C.N极转向纸内，S极转向纸外D.N极转向纸外，S极转向纸内答案 C解析由安培定则知，环形电流内部磁场方向垂直纸面向里，故N极转向纸里，C选项正确.电流的磁效应1.电磁铁的应用相当广泛，它是利用电流周围产生磁场的原理工作的，最先发现电流周围存在磁场的科学家是( )A.库仑B.奥斯特C.麦克斯韦D.亚里士多德答案 B2.在物理学的发展过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步.以下对几位物理学家在电磁学领域内所作科学贡献的叙述中，错误的说法是( )A.富兰克林不仅发现雷电现象的本质，还最早认识了尖端放电的重要性，并由此提出了避雷针的设想B.法拉第提出电荷周围存在“场”，并创造性地用“电力线(即电场线)”形象地描述电场C.英国物理学家焦耳通过一系列实验发现了焦耳定律Q＝I2RtD.奥斯特发现了电流的磁效应，并总结出了左手定则答案 D解析奥斯特发现了电流的磁效应，但左手定则不是奥斯特总结的，选项D错误.电流磁场方向与安培定则3.如图2－2－14所示，a、b为通电螺线管磁场中同一根磁感线上的两点，若用B a、B b分别表示a、b两点磁场的强弱，则( )图2－2－14A.B a＝B bB.B a＜B bC.a、b两点磁场方向不同D.a、b两点磁场方向相同答案 C解析根据磁感线的分布可知B a＞B b，a、b两点磁感线的方向不同，故C对，A、B、D错.4.为了判断一个未知正负极的蓄电池极性，某同学将该蓄电池通过电阻跟螺线管连接起来，发现小磁针的N极立即向螺线管偏转，如图2－2－15所示.用M、N和P、Q分别表示蓄电池和螺线管两极，下列判断正确的是( )图2－2－15A.电源M端为正极B.电源N端为正极C.螺线管P端为S极D.螺线管内部磁感线方向由P指向Q答案 B解析小磁针的N极向螺线管偏转说明小磁针所在位置磁场方向向左，即螺线管P端为N极，Q端为S极，选项C错误；在螺线管的内部磁场方向由S极指向N极，所以螺线管内部磁感线方向由Q指向P，选项D错误；根据安培定则可知，在电源外部电流从N流向M，电源N端为正极，选项A错误，B正确.(时间：60分钟)题组一、电流磁场方向的判断1.如图2－2－16所示，环形导线中通有顺时针方向的电流I，则该环形导线中心处的磁场方向为( )图2－2－16A.水平向右B.水平向左C.垂直于纸面向里D.垂直于纸面向外答案 C解析根据安培定则可知，该环形导线中心处的磁场方向垂直于纸面向里，选项C正确.2.关于通电直导线周围磁场的磁感线分布，下列示意图中正确的是( )答案 A解析根据安培定则判断通电直导线的磁场可知，选项A正确.3.如图2－2－17所示，水平直导线ab通有向右的电流I，置于导线正下方的小磁针S极将( )图2－2－17A.向纸外偏转B.向纸内偏转C.在纸面内顺时针转过90°D.不动答案 A解析据安培定则可以确定，通电直导线在其下方产生垂直纸面向里的磁场，在磁场力的作用下，小磁针N极向里，S极向外偏转，A项正确.4.通电螺线管附近放置四个小磁针，如图2－2－18所示，当小磁针静止时，图中小磁针的指向正确的是(涂黑的一端为N极)( )图2－2－18A.aB.bC.cD.d答案 B解析由安培定则判断出螺线管的左侧相当于条形磁铁的N极，右侧相当于S极.故在a、c、d处磁场方向水平向左，b处磁场方向水平向右，小磁针的N极应沿磁感线方向，只有小磁针b指向正确.选项B正确.5.关于通电螺旋线管磁极的判断，下列示意图中正确的是( )答案 A解析根据右手螺旋定则可以判定A项正确，B、C、D错误.6.下面各图中，电流及其产生的磁场方向均正确的是( )答案 C解析根据右手螺旋定则可判定C项正确.7.如图2－2－19所示，所在通电螺线管内部中间的小磁针，静止时N极指向右端，则电源的c端为________极，螺线管的a端为__________极.图2－2－19答案正S解析由小磁针N极的指向可知通电螺线管中心轴线的磁场方向向右，根据安培定则可知，螺线管的右端为N 极，所以左端(a端)为S极，并且可判断出导线中的电流方向，从而可知电源的c端为正极.题组二、安培定则的综合应用8.如图2－2－20所示，两个同样的导线环同轴平行悬挂，相隔一小段距离，当同时给两导线环通以同向电流时，两导线环将( )图2－2－20A.相吸引B.相排斥C.保持静止D.边吸引边转动答案 A解析把环形电流等效成小磁针，由安培定则知左侧小磁针S极对着右侧小磁针N极，相互吸引，A正确.9.如图2－2－21所示，一束带电粒子沿水平方向飞图2－2－21过小磁针上方.若带电粒子飞过小磁针上方的瞬间，小磁针N极向纸面内偏转，则带电粒子可能是( )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答案AD解析由小磁针N极向纸面内偏转，知离子束下方磁感线垂直纸面向里，由安培定则可知，位于小磁针上方直线电流方向向右.故A、D正确.10.如图2－2－22所示，一个小磁针位于圆心，且与圆在同一竖直平面内，现使一个带负电小球在竖直平面内沿圆周逆时针高速旋转，则( )图2－2－22A.小磁针的N极向纸面里转B.小磁针的N极向纸面外转C.小磁针在纸面内向左摆动D.小磁针在纸面内向右摆动答案 A解析带负电的小球在竖直平面内逆时针旋转，形成顺时针方向的环形电流，根据安培定则，可判断出该环形电流的中心磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针的N极向纸面里转.选项A正确.。
2018-2019学年高中物理 第二章 电流与磁场 2 磁场对通电导线的作用力学案 教科版选修1-1
2 磁场对通电导线的作用力[知识梳理]一、安培力磁感应强度1．安培力——磁场对通电导线的作用力(1)定义：人们把磁场对通电导线的作用力叫安培力．(2)因素：与电流大小、导线长度有关，即F＝BIL.(导体垂直磁场放置)(3)安培力的方向可用左手定则判定．伸开左手，四指并拢，使拇指与其余四个手指垂直，并处于同一平面内．把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流的方向，则左手拇指所指的方向就是安培力的方向．2．磁场的定量描述——磁感应强度(1)定义：一段通电直导线放在磁场里所受的安培力F＝BIL，其中B与导线中的电流和导线的长度无关，仅与磁场有关，表示磁场的强弱和方向，称为磁感应强度．(2)公式：B＝FIL.(3)单位：特斯拉；符号T.(4)磁感应强度的方向与磁场的方向一致．二、磁通量1．定义：在匀强磁场中，有一个与磁感线方向垂直的平面．我们把磁感应强度B与面积S的乘积叫作穿过这个面的磁通量，简称磁通，用符号Φ表示．2．表达式：Φ＝BS.3．单位：韦伯，简称韦，符号Wb,1 Wb＝1 T·m2.4．磁感应强度也称为磁通密度．[基础自测]1．思考判断(1)当通电直导线垂直于磁感应强度方向时，安培力的方向和磁感应强度方向相同．( )(2)已知磁场方向和电流方向判定安培力的方向用左手，若已知磁场方向和安培力的方向，判定电流的方向用右手．( )(3)只要电流的方向不与磁场平行，电流就会受到安培力．( ) (4)磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量．( )(5)若穿过某平面的磁通量为零，则该处的磁感应强度一定为零．( ) (6)磁通量有大小，有正负、它是矢量．( )【提示】 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)×2．下列各图中，表示磁场方向、电流方向及导线所受安培力方向的相互关系，其中正确的是( )C [A 图，电流的方向向上，让磁场垂直于掌心向里穿过，根据左手定则可得，安培力的方向向左，故A 错误；B 图，电流的方向与磁场的方向平行，电流不受到安培力的作用，故B 错误；C 图，电流的方向向右，让磁场垂直于掌心向里穿过，根据左手定则可得，安培力的方向向上，故C 正确；D 图，电流的方向向里，让磁场垂直于掌心选项穿过，根据左手定则可得，安培力的方向向左，故D 错误；故选：C.]3．如图221所示，长度为L 的通电直导线位于匀强磁场中，导线与磁场方向垂直．当导线中的电流为I 时，导线所受安培力的大小为F .则该匀强磁场的磁感应强度大小为( )【导学号：37032037】图221A ．F ILB ．F IC ．FILD ．FIA [电流与磁场垂直，安培力最大，为F ，电流大小为I ，长度为L ，故磁感应强度大小为：B ＝F IL，故B 、C 、D 错误，A 正确；故选A ．]4．将面积为0.50 m 2的单匝线圈放在磁感应强度为2.0×102T 的匀强磁场中，线圈与磁场垂直，下列说法正确的是( )A ．穿过线圈的磁通量为0B ．穿过线圈的磁通量为100 WbC ．穿过线圈的磁通量为200 WbD．穿过线圈的磁通量为400 WbB[当线圈平面与磁感线垂直时，穿过线圈的磁通量：Φ＝BS＝2.0×102×0.50 Wb＝1.0×102Wb，故B 正确．][合作探究·攻重难]1．安培力大小的计算(1)若B与I(L)垂直时，F＝BIL，此时所受的安培力最大；(2)若B与I(L)平行时，F＝0；(3)在计算安培力时，若放入磁场中的导线是弯曲导线，其安培力求解时应用其长度的有效值，即两端点所连直线的长度．如图222所示：图222(4)当导线方向与磁场方向斜交时，所受到的安培力介于零和最大值之间．2．安培力方向的判断(1)安培力的方向既与磁场方向垂直，又与电流方向垂直，但磁场方向与电流方向不一定垂直，由此可知安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面．(2)当磁场方向、电流方向、安培力方向两两垂直时，只要已知其中任意两个力的方向，就可以判断第三个力的方向．(3)当不能确定磁场方向和电流方向是否垂直时，若已知磁场方向(或电流方向)与安培力的方向，电流方向(或磁场方向)不唯一．将长度为20 cm、通有0.1 A电流的直导线放入一匀强磁场中，电流与磁场的方向如图223所示，已知磁感应强度为1 T．试求出下列各图中导线所受安培力的大小和方向．图223【解析】(1)因为导线与磁感线平行，所以导线受到的安培力为零．(2)由左手定则知，安培力方向垂直于导线水平向右，大小为F＝BIL＝1×0.1×20×10－2 N＝0.02 N.(3)由左手定则知，安培力的方向在纸面内垂直于导线斜向上，大小为F ＝BIL ＝1×0.1×20×10－2N ＝0.02 N.【答案】 (1)0 (2)0.02 N 垂直于导线水平向右 (3)0.02 N 垂直于导线斜向上左手定则应用的两个要点(1)安培力的方向既垂直于电流的方向，又垂直于磁场的方向，应用左手定则时必须使大拇指指向与四指指向和磁场方向均垂直．(2)由于电流方向和磁场方向不一定垂直，磁场方向不一定垂直穿入手掌，可能与四指方向成某一夹角，但四指一定要指向电流方向．[针对训练]1．请根据图中给出的条件，运用左手定则，求出各图中第3个物理量的方向．【解析】 根据各图中已知方向利用左手定则，判知：(a)F 垂直于纸面向里；(b)F 垂直于纸面向里；(c)B 垂直于纸面向外；(d)I 由左向右；(e)F 垂直于I 斜向右下方．【答案】 见解析1．定义B ＝IL是比值定义法，这种定义物理量的方法实质就是一种测量方法，被测量点的磁感应强度与测量方法无关．2．定义a ＝Δv Δt 、E ＝Fq 也是比值定义法，被测量的物理量也与测量方法无关，不是由定义式中的两个物理量决定的．3．通电导线必须垂直于磁场方向放置时，才能用B ＝FIL计算磁感应强度的大小．长10 cm 的通电直导线，通以1 A 的电流，在匀强磁场中受到的磁场力为0.4 N ，则该磁场的磁感应强度为( )【导学号：37032038】A ．等于4 TB ．大于或等于4 TC ．小于或等于4 TD．上述说法都错误思路点拨：①该题没说明通电导线是否与磁场垂直．②B＝FIL的条件是L⊥B.B[长为L＝0.1 m，电流强度为I＝1 A，把它置入某磁场中某点，受到的磁场力为F＝0.4 N，设导线与磁场方向的夹角为α，由F＝BIL sin α得：B＝FIL sin α≥FIL＝4 T，故B正确．][针对训练]2．关于磁感应强度，下列说法正确的是( )A．由B＝FIL可知，B与F成正比，与IL成反比B．通电导线放在磁场中的某点，此点就有磁感应强度，如果将通电导线拿走，此点的磁感应强度就为零C．通电导线受安培力不为零的地方一定存在磁场，通电导线不受安培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，其大小和方向是唯一确定的，与通电导线无关D[磁感应强度B＝FIL是定义式，用来量度某处的磁感应强度，但磁感应强度是由磁场本身的性质决定的，与放入的通电导线无关；当通电导线与磁场方向平行时受磁场力为零，但不能说明B＝0，故A、B、C均错，只有D正确．]1．磁通量指穿过某一面积的磁感线的条数，在匀强磁场中，穿过与磁场方向垂直、面积为S的平面的磁通量Φ＝BS，若磁感线与平面不垂直时，如图224所示，我们采用投影的方法，将平面向垂直于磁场的方向上投影，就可得到磁通量的一般的计算公式Φ＝BS′＝BS·cos θ.图224图中的S′为面积为S的平面α在垂直于磁感线方向上的投影面积．θ为平面α与该平面沿垂直磁场方向的投影面之间的夹角．2．磁通量是标量，只有大小，没有方向，但有正负．其正负仅表示磁感线的贯穿方向，一般来说，如果规定磁感线从线圈的正面穿过时，磁通量为正，那么磁感线从线圈反面穿过时磁通量就为负．如闭合回路的面积为S，垂直于磁感应强度为B的匀强磁场放置，此时的磁通量为Φ＝BS.现在把闭合回路在磁场中翻转180°，此时的磁通量为：Φ＝－BS.磁感线从不同方向穿过同一面积时，磁通量是它们的代数和，即相互抵消后剩余的磁感线条数．匀强磁场中有一个与磁场垂直放置的矩形线圈面积为S，磁场磁感应强度为B，在它绕轴线中心从图225所示位置转过180°的过程中，求该线圈磁通量的变化．图225【解析】起始状态的磁通量Φ1＝BS.末态的磁通量大小Φ2＝BS，但初态是从正面穿入，末态则从反面穿出．若初态Φ1为负，则Φ2为正．所以ΔΦ＝Φ2－(－Φ1)＝BS－(－BS)＝2BS，而不是零．【答案】2BS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，取B、S垂直部分的乘积.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.[针对训练]3．如图226所示，在范围足够大的匀强磁场中有一闭合线圈，线圈平面与磁场方向垂直，线圈在磁场内运动．在下列运动中，线圈的磁通量发生变化的是( )【导学号：37032039】图226A．向上平移B．向右平移C．沿磁场方向平移D．绕ab轴旋转D[根据公式Φ＝BS，B不变，线框沿纸面向上、向右运动，只要不出磁场，有效面积S不变，所以磁通量不变，线框垂直纸面沿磁场方向平移，S也不变，所以磁通量也不变．线框绕ab轴转动时，有效面积S 在减小，磁通量变小，D正确．][当堂达标·固双基]1．关于磁场中的磁感应强度，以下说法正确的是( )A．若一电流元在某一区域不受力，则表明该区域不存在磁场B．若一电流元探测到磁场力，则该力的方向即为磁场的方向C．磁感应强度是反映磁场本身性质的物理量，与放入其中的电流元无关D．只要知道电流元在磁场中某位置受到的磁场力F的大小，就可以利用公式B＝F/IL求出该位置磁感应强度的大小C[若导线与磁场平行，则即使磁感应强度大，通电导线也不会受磁场力，故A错误；根据左手定则可以知道，通电导线在磁场中的受力方向与该处磁感应强度的方向垂直，故B错误；磁感应强度是反映磁场本身性质的物理量，与放入其中的电流元无关，所以C选项是正确的；物理学上用一小段通电导线“垂直于磁场方向”放在某点时，才能使用利用公式B＝F/IL求出该位置磁感应强度的大小，故D错误．] 2．下列说法中，正确的是( )A．磁通量是描述磁场强弱的物理量B．电场线与磁感线都是不封闭曲线C．在匀强磁场中，a线圈面积比b线圈大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的大D．磁感应强度是描述磁场强弱的物理量D[磁通量Φ＝BS，磁场强的地方．磁感应强度B一定大，但Φ不一定大．面积S大，Φ也不一定大．磁感线是封闭曲线，故A、B、C均不正确．]3．图中分别标明了通电直导线中电流I、匀强磁场的磁感应强度B和电流所受安培力F的方向，其中正确的是( )A[根据左手定则知，A选项正确，B选项电流不受安培力，C选项电流受安培力向下．D选项电流受安培力向外．]4．面积为2.0×10－2m2的矩形线圈放在磁感应强度为5.0×10－4T的匀强磁场中，当线圈平面与磁场方向垂直时，求穿过线圈的磁通量.【导学号：37032040】【解析】由磁通量的定义知：Φ＝BS＝5.0×10－4×2.0×10－2 Wb＝1.0×10－5 Wb.【答案】 1.0×10－5 Wb。
高中物理第二章磁场2电流的磁场教案选修1_1
2 电流的磁场教学环节教师活动学生活动设计意图一、新课引入1、前言：电现象和磁现象之间存在着许多相似性。
例如，自然界中只有正负两种电荷，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
类似地，自然界中只有南北两种磁极，同种磁极相互排斥，异种磁极相互吸引。
电现象和磁现象之间是否具有某种联系？回顾：电荷间的相互作用与磁极间的相互作用以及它们对物质的吸引。
电和磁之间除了表面上的一些相似性外，是否还存在着更深刻的联系呢？这节课我们就通过实验来探究这个问题。
二、进行新课1．电流的磁场有哪些方法能使静止的小磁针发生偏转？演示实验：奥斯特实验问题：观察实验现象得出什么结论？( 通电导线周围的小小磁针发生了偏转。
)2．电流的磁场方向问题：当把小磁针放在电流的磁场中时，小磁针的偏转是否有一学生回忆复习【学生讨论、回答】紧跟老师思维，总结可以有什么方法观察演示实验通过实验得出结论【笔记】学生笔记体会并理解学生通过回忆复习对比区别电、磁之间的关系利用学生的最近发展区域，提出新问题通过演示实验引起学生思考，发现要解决的问题是什么，也为接下来的实验做好铺垫明确要探究的问题以及初步试探给出板书，强调重要性定的规律？偏转方向与电流的方向有什么关系？观察当电流的方向改变时，小磁针N极的偏转方向是否发生变化。
这现象说明什么？结论：电流能在周围空间产生磁场,电流的磁场方向跟电流的方向有关。
【指导学生自学课本】指定阅读课本相关部分观察图片：直线电流磁感线的形状现象：磁感线是围绕导线的一些同心圆。
靠近导线的磁场较強。
如果用小磁针来判定磁场的方向，可以得到安培定则。
安培定则（也叫右手螺旋定则）右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向思考：如果把导线做成环形，【阅读自学】学生自学课本，学生观察图片思考讨论得出结论学生练习安培定则通过图片让学生直观感知直线电流磁感线的分布熟悉安培定则的使用方法那么通电时产生的磁场是什么样的呢？演示实验：观察环形电流磁感线的形状视频：环形通电导线中心附近的磁场方向探究：环形通电导线中心附近的磁场方向的判定方法思考：由多个环形导线组成的螺线管，通电时产生的磁场又是怎样的呢？演示实验：研究通电螺线管的磁场结论：通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场相似，通电螺线管的两端相当于条形磁体的两个极，它们的极性可以从实验中小磁针的指向来确定。
高中物理 第二章 电流与磁场章末整合课件 教科版选修1-1
面向外；电子束由左向右运动，电子束形成的电流方向水平 向左，由左手定则可知，电子束受到的安培力竖直向上，则 电子束向上偏转．
变式训练 1
(单选)如图2所示，两根可自由移动的靠得很近
的平行长直导线，通以相反方向的电流，且 I1 ＞ I2 ，则两导
线所受的安培力F1和F2的大小关系及其运动方向为 ( )
由安培定则可知，I2在I1处产生的磁场垂直纸面向里，由左 手定则可知，I1所受安培力向左，则两导线相互远离，选项 C错误，D正确．
二、安培力作用下的平衡问题 1． 解 决通电导体在磁场中受重力、弹力、摩擦力、安培力
等力的作用下的平衡问题，关键是受力分析．
2．由于安培力F的方向、电流I的方向、磁感应强度B的方向 三者之间涉及三维空间，所以在分析和计算安培力的大 小时，要善于把立体图形改画成平面图形，以便受力分 析．
B．穿过线圈的磁通量变化，线圈中一定产生感应电动势 C．穿过线圈的磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定 越大 D．穿过线圈的磁通量增大时，线圈中产生的感应电动势不
一定增大
答案 BD
解析
根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势的大小除
与线圈匝数有关外，还与磁通量变化快慢有关，与磁通量的 大小无关，有磁感线穿过线圈，线圈中磁通量不一定改变，
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章末整合
一、安培定则与左手定则的应用
1．安培定则用来判断运动电荷、电流的磁场方向．
2．左手定则用来判断通电导线所受的安培力的方向和运动 电荷所受的洛伦兹力的方向． 3 ．当判断通电导线 ( 或运动电荷 ) 周围的导线所受的安培力 ( 或运动电荷所受的洛伦兹力 ) 的方向时，首先要根据安
ΔΦ 2．感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率 ， Δt 而与 Φ 的大小、 ΔΦ 的大小没有必然的联系， 与电路的电阻 R 也无关． ΔΦ (1)当回路有 n 匝线圈时， 感应电动势的表达式应为 E＝n . Δt ΔΦ (2)公式 E＝n 一般用来计算 Δt 时间内的平均感应电动 Δt 势．
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1 电流的磁场
[知识梳理]
一、简单磁现象电流磁效应
1．任何磁体都有两个磁极．悬挂的磁体静止时有指南北的性质．磁体和磁体间存在相互作用，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引．
2．1820年奥斯特发现：把一根导线平行地放在磁针的上方，给导线通电时，磁针发生了偏转，说明电流也能产生磁，这个现象称为电流磁效应．
二、电流的磁场
1．磁体和通电导线周围存在着一种特殊物质叫作磁场．
2．磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流之间的相互作用都是通过磁场发生的．磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流有力的作用．
3．磁感线
描述：磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，磁感线的切线方向表示磁感应强度方向，也就是小磁针N极受力的方向．
[基础自测]
1．思考判断
(1)有的磁体只有一个磁极．( )
(2)奥斯特的发现“打开了黑暗领域的大门”．( )
(3)磁场对处在其中的磁极有力的作用．( )
(4)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断．( )
(5)磁感线总是由N极出发指向S极．( )
【提示】(1)×(2)√(3)√(4)√(5)×
2．一个蹄形磁铁从中间断开后，每一段磁铁的磁极个数是( )
A．一个B．二个C．四个D．没有
B[一个磁铁无论断成几段，每一段还是有两个磁极，选B.]
3．关于磁感线，下列说法中正确的是( )
A．两条磁感线的空隙处一定不存在磁场
B．磁感线总是从N极到S极，是不闭合的曲线
C．磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致
D．两个磁场叠加的区域，磁感线就可能相交
C[磁感线是为描述磁场而假想的，其疏密程度反映磁场的强弱，其空隙处并不是不存在磁场，故A错误；据磁感线的特点可知，在磁体外部，磁感线从N极到S极，在磁体的内部，磁感线从S极到N极，并且每一点的切线方向就是该点的磁场方向，故B错误，C正确；两个磁感应强度的矢量和表示这一点的磁场方向，且方向是唯一的，故磁感线不可能相交，D错误．故选C.]
4．如图211所示，水平直导线ab通有向右的电流I，置于导线正下方的小磁针S极将( )
【导学号：37032031】
图211
A．向纸外偏转
B．向纸内偏转
C．在纸面内顺时针转过90°
D．不动
A[当通入如图所示的电流时，根据右手螺旋定则可得小磁针的位置的磁场方向是垂直纸面向里，由于小磁针静止时N极的指向为磁场的方向，所以小磁针的N极将垂直于纸面向里转动，S极向指外偏转，故A正确．]
[合作探究·攻重难]
1
磁场与电场一样，都是物质．磁场是磁体周围存在的一种特殊物质，说它“特殊”是因为它和我们常见的以分子、原子、离子组成的物质不同，它不是以微粒组成的物质的形式存在，而是以一种“场”的形式存在；说它是“物质”是因为它和我们常见的实物一样，能对
放入其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用．因此我们说磁场是和我们常见的桌子、房屋、水和空气一样，是一种客观存在的物质．
2．磁场力的特点
磁体间的相互作用是通过磁场来产生的．磁场力是非接触力．磁场是一种实际存在的物质，也具有能量．
关于磁场，下列说法中不正确的是( )
A．磁场和电场一样，是同一种物质
B．磁场的最基本的特性是对放在磁场里的磁极或电流有磁场力的作用
C．磁体与通电导体之间的相互作用是通过磁场进行的
D．电流和电流之间的相互作用是通过磁场进行的
A[电荷周围存在电场，运动电荷产生磁场，磁场的基本性质是对放在磁场里的磁体或电流有磁场力的作用，磁体间、磁体与通电导体间、电流与电流间的相互作用都是通过磁场进行的．故B、C、D正确．]
[针对训练]
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．磁极与磁极之间是直接发生作用的
D．磁场只有在磁极与磁极发生作用时才产生
A[磁极与磁极间的相互作用是通过磁场发生的，故C错误；磁场具有能量，对磁极有力的作用，是一种客观存在的物质，A正确，B错误；磁场在磁极周围始终存在，D错误．]
1
用右手握住通电直导线，使伸直拇指的方向与电流的方向一致，则四指弯曲的方向就是电流周围磁感线的环绕方向．如图212所示．
图212
特点：无磁极，非匀强，且距导线越远处磁场越弱；直线电流磁场的磁感线的立体图、横截面图、纵截面图如图213所示．
图213
2．环形电流的磁场
四指绕向为电流方向，则伸直的拇指方向即为环形电流中心轴线上磁感线的方向(如图214所示)
图214
特点：环形电流的两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱；环形电流磁场的磁感线的立体图、横截面图、纵截面图如图215所示．
图215
3.通电螺线管的磁场
图216
用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，则拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，如图216所示．
特点：与条形磁铁的磁场相似，两端分别是N极和S极，管内为匀强磁场，且磁场最强，管外为非匀强磁场；通电螺线管磁场的磁感线的立体图、横截面图、纵截面图如图217所示．
图217
4．电流的磁场的判断方法
通电直导线、线圈或螺线管其周围的磁场方向的判断法则——安培定则，安培对它进行了总结并形象描述为右手螺旋定则，右手握住导线或螺线管伸直拇指，如果拇指沿电流方向，则四指弯曲的方向为磁感线环绕方向．若四指弯曲的方向为电流环绕方向则拇指所指方向就是螺线管内部磁感线的方向，这一规律一般又称为安培定则．
图中能正确表示通电导线附近磁感线分布的是( )
B[对图A，电流竖直向上，则根据安培定则可知，左侧磁场向外，右侧磁场向里，故A错误；
对图B，电流向上，则根据安培定则可知，从上向下看磁感线为逆时针方向，故B正确；对图C，电流向外，则根据安培定则可知，磁场应为逆时针方向，故C错误；对图D，电流向右，则根据安培定则可知，上方磁感线应向外，下方磁感线向里，故D错误．]
应用安培定则时，要注意直线电流和环形电流的区别，同时要看清所给图示是立体图、横截面图还是纵截面图.
[针对训练]
2．一环形线圈和两个小磁针如图218所示位置，开始两个小磁针与环形线圈在同一个平面内，当线圈中通以如图所示的电流之后，两个小磁针将( )
【导学号：37032032】
图218
A．内部的小磁针的N极向外转，外部的小磁针的N极向外转
B．内部的小磁针的N极向里转，外部的小磁针的N极向外转
C．内部的小磁针的N极向外转，外部的小磁针的N极向里转
D．内部的小磁针的N极向里转，外部的小磁针的N极向里转
B[由安培定则判断可知环形电流内部磁场的方向垂直纸面向里，外部垂直纸面向外，故B项正确．]
[当堂达标·固双基]
1．关于磁场下列说法正确的是( )
A．电流周围存在磁场
B．在磁场中无磁感线区域不存在磁场
C．任何物体周围都存在磁场
D．磁体的内部没有磁场
A[由奥斯特实验可知A正确；磁场分布于磁体和电流周围的整个空间，所以B错误；只有磁体和电流的周围才存在磁场，因此C错误；磁体的外部、内部同样存在磁场，所以D 错误．故选A．]
2．(多选)关于磁极间相互作用，下列说法正确的是( )
A．同名磁极相吸引
B．同名磁极相排斥
C．异名磁极相排斥
D．异名磁极相吸引
BD[磁体之间的相互作用力遵循：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引．]
3．在做“奥斯特实验”时，下列操作中现象最明显的是( )
A．沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的延长线上
B．沿电流方向放置磁针，使磁针在导线的正下方
C．电流沿南北方向放置在磁针的正上方
D．电流沿东西方向放置在磁针的正上方
C[能否发生转动跟导线给磁针的力的方向相关，只有方向合适才能效果明显．把导线沿南北方向放置在处于静止状态的磁针的正上方，通电时磁针发生明显的偏转．如果电流沿东西方向放置，就不会看到小磁针的偏转．]
4．在图219中，分别给出了导线中的电流方向或磁场中某处小磁针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．
图219
【解析】根据安培定则，可以确定：
【答案】见解析图。