人教版高中物理选修3-1第3节几种常见的磁场.docx

高中物理学习材料（鼎尚**整理制作）第3节几种常见的磁场1.磁感线是假想的线，磁感线可以定性地描述磁场的强弱和方向。

2．电流的磁场方向可由右手螺旋定则(或安培定则)判定。

3．磁体的磁性可由安培分子电流假说来解释。

4．磁通量的大小为：Φ＝BS，磁感应强度也可叫做磁通密度。

磁感线[自学教材]1．概念如果在磁场中画出一些曲线，使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度方向一致，这样的曲线就叫做磁感线。

利用磁感线可以形象地描述磁场。

如图3－3－1所示是一根磁感线。

2．实验模拟图3－3－1用细铁屑可模拟磁感线的形状，如图3－3－2所示是条形磁铁磁感线模拟图。

可发现在两极附近，磁场较强，磁感线较密。

图3－3－2[重点诠释]1．磁感线的特点(1)为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。

(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱。

(3)磁感线的方向：磁体外部从N 极指向S 极，磁体内部从S 极指向N 极，磁感线是闭合的。

(4)磁感线不相交，不相切，也不中断。

2．磁感线与电场线的比较 两种线比较内容磁感线 电场线 相似点 引入目的形象描述场而引入的假想线，实际不存在疏密场的强弱 切线方向场的方向 相交不能相交(电场中无电荷空间不相交) 不同点闭合曲线 起始于正电荷，终止于负电荷[特别提醒](1)从电场、磁场的概念理解两种场线的相似点：矢量性——线的切线；强弱——线的疏密；方向的唯一性——空间任一点场线不相交。

(2)从两种场线的区别理解两种场的区别：电场线——电荷有正负——电场线有始终；磁感线——N 、S 极不可分离——磁感线闭合。

1．关于磁场和磁感线的描述，下列哪些是正确的( )A ．磁感线从磁体的N 极出发到磁体的S 极终止B ．自由转动的小磁针放在通电螺线管内部，其N 极指向螺线管的北极C ．磁感线的方向就是磁场方向D ．两条磁感线的空隙处不存在磁场解析：磁感线是一条闭合曲线，在磁体的外部由N 极到S 极，而在磁体的内部则由S 极到N 极，故选项A 是不正确的。

螺线管内部的磁感线和条形磁铁相似，是由S 极到N 极的，即磁场方向也是从S 极指向N 极，所以放置其中的小磁针N 极必然是指向磁场方向，即螺线管的北极，故选项B 正确。

只有磁感线是直线时，磁感线的方向才与磁场方向一致；如果磁感线是曲线，那么，某点的磁场方向是用该点的切线方向来表示的，所以选项C不正确。

磁感线是为研究问题方便而假想的曲线。

磁场中磁感线有无数条，故提出两条磁感线之间是否有空隙，是否存在磁场等类似问题是毫无意义的，故选项D不正确。

答案：B几种常见的磁场、安培分子电流假说[自学教材]1．安培定则(1)直线电流的磁场：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，如图3－3－3甲所示。

图3－3－3(2)环形电流的磁场：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，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3－3－3乙所示。

(3)通电螺线管的磁场：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，或拇指指向螺线管的N极，如图3－3－3丙所示。

2．安培分子电流假说(1)分子电流：在原子、分子等物质微粒的内部，存在的一种环形电流。

(2)安培认为，物质微粒内的分子电流使它们相当于一个个小磁体。

磁体的磁场和电流的磁场本质是一样的，都是由电荷的运动产生的。

[重点诠释]1．常见永磁体的磁场图3－3－42．三种常用的电流的磁场安培定则立体图横截面图纵截面图直线电流以导线上任意点为圆心垂直于导线的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱续表安培定则立体图横截面图纵截面图环形电流内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏通电螺线管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[特别提醒](1)磁场是分布在立体空间的。

(2)在画磁感线时，应注意磁感线的疏密。

(3)利用安培定则不仅可以判断磁场的方向，还可以根据磁场的方向判断电流的方向。

3．安培定则的应用安培定则(右手螺旋定则)应用时注意的几点：①分清“因”和“果”：在判定直线电流的磁场的方向时，大拇指指“原因”——电流方向，四指指“结果”——磁场绕向；在判定环形电流磁场方向时，四指指“原因”——电流绕向，大拇指指“结果”——环内沿中心轴线的磁感线方向，即指N极。

②优先采用整体法：一个任意形状的闭合电流(如三角形、矩形)的磁场，从整体效果上可等效为环形电流的磁场。

2．如图3－3－5a、b是直线电流的磁场，c、d是环形电流的磁场，e、f是螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线的方向。

图3－3－5解析：根据安培定则，可以确定a 中电流方向垂直纸面向里，b 中电流的方向自下而上，c 中电流方向是逆时针，d 中磁感线的方向向下，e 中磁感线方向向左，f 中磁感线的方向向右。

答案：见解析 匀强磁场、磁通量[自学教材]1．匀强磁场(1)定义：强弱、方向处处相同的磁场。

(2)特点：磁感线是间隔相同的平行直线。

(3)来源：距离很近的两个异名磁极之间的磁场，除边缘部分外，可以认为是匀强磁场。

通电螺线管内部磁场也可以认为是匀强磁场。

2．磁通量(1)定义：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 ，我们把B 与S 的乘积叫做穿过这一面积的磁通量。

(2)单位：韦伯，简称韦，符号为Wb,1 Wb ＝1 T·m 2。

3．磁通密度由Φ＝BS 得B ＝ΦS，磁感应强度等于穿过单位面积的磁通量，所以也叫磁通密度。

[重点诠释]1．磁通量的计算(1)公式：Φ＝BS 。

适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直。

(2)在匀强磁场B 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上的投影面积。

∵S ⊥＝S cos θ∴Φ＝BS cos θ式中S cos θ即为面积S 在垂直于磁感线方向上的投影，我们称为“有效面积”(如图3－3－6所示)。

图3－3－62．磁通量的正、负(1)磁通量是标量，但有正、负，当磁感线从某一面上穿入时，磁通量为正值，则磁感线从此面穿出时即为负值。

(2)若同时有磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁通量大小为Φ1，反向磁通量大小为Φ2，则穿过该平面的磁通量Φ＝Φ1－Φ2。

3．磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1(1)当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS。

(2)当B变化，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S。

(3)B和S同时变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1。

但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS。

[特别提醒](1)穿过某一面积的磁通量是由穿过该面的磁感线条数的多少决定，与匝数无关。

Φ2－Φ1＝2BS，而不是ΔΦ＝0。

(2)当平面转过180°时，磁通量的变化量ΔΦ＝||3．关于磁通量，下列叙述正确的是()A．在匀强磁场中，穿过一个面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积B．在匀强磁场中，a线圈的面积比b线圈的大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b 线圈的磁通量大C．把一个线圈放在M、N两处，若放在M处时穿过线圈的磁通量比放在N处时大，则M处的磁感应强度一定比N处大D．同一线圈放在磁感应强度大处，穿过线圈的磁通量不一定大解析：A选项只有当磁场与线圈垂直时才成立；B选项还要比较线圈与磁场的夹角大小；C选项中因不明确线圈与磁场的夹角大小，所以不能确定，D对。

答案：D对安培定则的理解及应用[例1] 如图3－3－7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。

[思路点拨] 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。

图3－3－7[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。

[答案] c 端为正极，d 端为负极。

1．在例题中螺线管的外部放两个小磁针，如图3－3－8所示，试确定小磁针的指向。

图3－3－8解析：接通电路后，螺线管的磁场为：内部从左指向右，外部从右指向左，如图所示，故小磁针1逆时针转动，小磁针2基本不动，小磁针1和2的指向如图所示。

答案：见解析磁通量的计算[例2] 如图3－3－9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 m 2，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？[思路点拨] 解答本题时，可按以下思路分析： 图3－3－9[解析] 线圈在垂直磁场方向上的投影面积 S ⊥＝S cos60°＝0.4×12m 2＝0.2 m 2，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 。

[答案] 0.12Wb 0.36 Wb 借题发挥(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。

磁场的叠加问题[例3](2011·全国卷)如图3－3－10，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I 1和I 2，且I 1＞I 2; a 、b 、c 、d 为导线某一横截面所在平面内的四点，且a 、b 、c 与两导线共面；b 点在两导线之间，b 、d 的连线与导线所在平面垂直。

磁感应强度可能为零的点是( ) 图3－3－10A ．a 点B ．b 点C ．c 点D ．d 点 [审题指导] 解答本题时应把握以下三点：(1)直线电流的磁感线为以直线电流为圆心的同心圆。

(2)电流周围各点的磁感应强度的大小与电流大小和离电流的远近有关。

(3)各点的磁感应强度应为I 1、I 2分别产生的B 的叠加。

[解析] 磁感应强度为矢量，两导线在d 处产生的磁感应强度成一定角度，则d 处磁感应强度一定不为零；根据右手安培定则可知，两导线在b 处产生的磁感应强度方向相同，则b 处磁感应强度的矢量和一定不为零；两导线在a 处产生的磁感应强度方向相反，由于I 1＞I 2，可知I 1在a 处产生的磁感应强度大于I 2在a 处产生的磁感应强度，故a 处磁感应强度的矢量和一定不为零；同理，两导线在c 处产生的磁感应强度方向相反，由于I 1＞I 2且I 1距离c 处较远，可知I 1在c 处产生的磁感应强度的大小可能等于I 2在c 处产生的磁感应强度的大小，故c 处磁感应强度的矢量和可能为零，选项C 正确。