高中物理 第5章 磁场与回旋加速器 1 磁与人类文明 怎样描述磁场导学案 沪科版选修

高中物理第5章磁场与回旋加速器 1 磁与人类文明怎样描述磁场导学案沪科版选修1、知道地磁场的特点，了解磁性材料、2、理解磁感线的概念并熟悉几种典型磁场的磁感线分布规律、3、理解磁通量和磁感应强度的概念，并会用磁通量和磁感应强度描述磁场、一、地磁场与磁性材料[问题设计]指南针是我国古代四大发明之一，它对人类航海事业的发展产生了巨大的影响，但在古代指南针为什么指南曾是一个不解之谜，你知道为什么吗？答案因为地球是个大磁体，它对指南针有影响、[要点提炼]1、地磁场地球是一个大磁体，周围的磁场叫地磁场、如图1所示，地球磁体的N极(北极)位于地理南极附近，地球磁体的S 极(南极)位于地理北极附近、图12、磁偏角地磁的两极跟地理的两极并不重合，水平放置的磁针的指向跟地理子午线之间有一个交角，这个交角叫做磁偏角、3、磁性材料(1)磁化：通过人工的方法使磁性材料获得磁性的过程、退磁(去磁)：被磁化后的磁性材料在一定条件下失去磁性的过程、(2)软磁性材料：磁化后容易退掉磁性的物质、硬磁性材料：磁化后不容易退掉磁性的物质、[延伸思考] 宇宙中的其他天体是否有磁场？答案有些有磁场，有些没有磁场、二、磁场的形象描述[问题设计]在磁场中放一块玻璃板，玻璃板上均匀地撒一层细铁屑，轻敲玻璃板，铁屑就会有规则地排列起来，模拟出磁感线的形状，由实验得到条形磁铁和蹄形磁铁的磁场的磁感线是如何分布的？答案如图所示[要点提炼]1、磁感线：在磁场中画出的一些有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁感应强度的方向一致、(1)磁感线的特点：①磁感线上任一点的切线方向表示该点的磁感应强度的方向，即小磁针N极受力的方向、②磁铁外部的磁感线从N极指向S 极，内部从S极指向N极，磁感线是闭合曲线、③磁感线的疏密表示磁场强弱，磁感线密集处磁场强，磁感线稀疏处磁场弱、④磁感线在空间不相交、2、匀强磁场磁感线的间距相等、相互平行且指向相同的磁场叫匀强磁场、距离很近的两个异名磁极的中间区域的磁场为匀强磁场、3、磁感线和电场线的比较相同点：都是疏密程度表示场的强弱，切线方向表示场的方向；都不能相交、不同点：电场线起于正电荷，终止于负电荷，不闭合；但磁感线是闭合曲线、三、磁场的定量描述[问题设计]若在磁场中垂直于磁场方向有一个面积为S＝1 m2的平面，在磁场强弱不同的情况下，穿过这个平面的磁感线的条数是否相同？该结论说明了什么问题？答案不相同、磁场强时磁感线密，穿过的磁感线的条数多、这说明穿过这个平面的磁感线的条数多少能反映磁场的强弱、[要点提炼]1、磁通量(1)定义：磁场中穿过平面的磁感线的条数叫穿过这个平面的磁通量，用字母Φ表示、(2)单位：国际制单位为韦伯，简称韦，符号是Wb、1 Wb＝1 Tm2、一匝线圈和n匝同样大小的线圈，当放置方式相同时，磁通量相同、(3)磁通量是标量，但有正负，其正负表示磁感线穿过某一面积的方向与规定的正方向是相同还是相反、若有两个相反方向的磁场穿过某一面积时，则穿过这一面积的磁通量为穿过这一面积的磁感线的“净”条数、2、磁感应强度(1)定义：垂直穿过某单位面积上的磁通量、其中S为垂直于磁场方向的平面的面积，若平面与磁场方向不垂直，则S为垂直于磁场方向的投影面积、(2)表达式：B＝(3)方向：磁感应强度是矢量，方向为该点处磁感线的切线方向，也是小磁针静止时N极的指向、3、磁通量的计算公式：当线圈平面与磁场垂直时，磁通量Φ＝BS；当线圈平面与垂直于磁场的平面有一夹角θ时，穿过线圈的磁通量为Φ＝BScos θ、(如图2)图2一、对地磁场的认识例1 关于地磁场，下列叙述正确的是()A、地球的地磁两极和地理两极重合B、我们用指南针确定方向，指南针指南的一极是指南针的北极C、地磁的北极与地理的南极重合D、地磁的北极在地理的南极附近解析地球是一个大磁体，地球的地磁两极与地理两极并不重合，且相对位置在极其缓慢地变化，因此A、C错误；因为地磁北极在地理南极附近，因此，指南针指南的一极应是指南针的南极，其实指南针的南北极就是按其指向来命名的，故B错误，D正确、答案 D二、对磁场及磁感线的认识例2 下列关于磁场和磁感线的描述，正确的有()A、磁极之间的相互作用是通过磁场发生的，磁场和电场一样，也是一种物质B、磁感线可以形象地表现磁场的强弱与方向C、磁感线总是从磁铁的北极出发，到南极终止D、磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列出的曲线，没有细铁屑的地方就没有磁感线解析磁场具有能量，所以是一种物质，A正确；磁感线的疏密程度可表示磁场的强弱，磁感线的方向可表示磁场的方向，B正确；磁感线是闭合曲线，在磁体外部，从磁铁的北极出发，进入南极；在磁体内部，从南极指向北极，C错误；用细铁屑在磁铁周围排列出的曲线可以模拟磁感线，但并不是磁感线、没有细铁屑的地方同样可以画出磁感线、故D错误、故选A、B、答案AB三、对磁通量的认识及计算例3 如图3所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则穿过平面的磁通量为、若使框架绕OO′转过60角，则穿过框架平面的磁通量为；若从初始位置转过90角，则穿过框架平面的磁通量为；若从初始位置转过180角，则穿过框架平面的磁通量的变化量是、图3解析初始位置Φ1＝BS；框架转过60角时Φ2＝BS⊥＝BScos60＝BS；框架转过90角时Φ3＝BS⊥＝BScos90＝0；若规定初始位置磁通量为“正”，则框架转过180角时磁感线从反面穿出，故末态磁通量为“负”，即Φ4＝－BS，所以ΔΦ＝Φ4－Φ1＝(－BS)－BS＝－2BS、答案BS BS 0 －2BS磁与人类文明怎样描述磁场—1、(对地磁场的认识)地球是一个大磁体：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、①②④B、②③④C、①⑤D、②③答案D解析地面上小磁针静止时，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，在南半球斜向上方，④错、故正确答案为D、2、(对磁场及磁感线的认识)关于磁感线和电场线，下列说法正确的是()A、磁感线不是闭合曲线，起始于N极，终止于S极B、电场线起始于负电荷，终止于正电荷C、电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线D、空间某处磁感线、电场线分布越密集，表示该处磁感应强度、电场强度越大答案D解析磁感线是闭合曲线，A错；电场线起始于正电荷，终止于负电荷，B错；电场线和磁感线都不是电场和磁场中实际存在的线，C错、故选D、3、(对磁通量的认识及计算)下列关于磁通量和磁感应强度的说法正确的是()A、磁感应强度的大小与磁通量成正比B、磁感应强度的大小取决于磁场本身C、穿过垂直于磁感应强度方向某面积的磁感线条数等于磁感应强度D、当平面跟磁场方向平行时，穿过这个平面的磁通量必为零答案BD4、(对磁通量的认识及计算)如图4所示，半径为R的圆形线圈共有n匝，其中心位置处半径为r的虚线范围内有匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面、若磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为()图4A、πBR2B、πBr2C、nπBR2D、nπBr2答案B解析磁通量与线圈匝数无关，且磁感线穿过的面积为πr2，并非πR2，故B项对、题组一对磁现象及地磁场的认识1、磁性水雷是用一个可以绕轴转动的小磁针来控制起爆电路的，军舰被地磁场磁化后变成了一个浮动的磁体，当军舰接近磁性水雷时，就会引起水雷的爆炸，其依据是()A、磁体的吸铁性B、磁极间的相互作用规律C、电荷间的相互作用规律D、磁场对电流的作用原理答案B解析军舰被地磁场磁化后变成了磁体，当军舰靠近水雷时，对控制引爆电路的小磁针有力的作用，使小磁针转动引爆水雷、B项正确、2、以下关于地磁场的说法中正确的是(A、地磁场是地球的盾牌，起着保护地球上生命的作用B、地磁场的N极在地理位置的南极附近，但不与南极重合C、地磁场的方向会随时间的流逝而缓慢变化D、在行星中，只有地球有磁场答案ABC解析宇宙中射向地球的高能粒子流如果不受阻碍地射到地球上，会杀死地球上的生命体，正是由于地磁场的保护，使得大量的粒子被偏转，人类和其他生命才得以延续，故A项正确、地磁场的N极在地理南极附近，但不与南极重合，有磁偏角，B项正确、地磁场的N、S极的位置会缓慢移动，故C项正确、在行星中，并不是只有地球有磁场，故D项错误、3、关于地球的磁场，下列说法正确的是( )A、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B、地磁场的南极在地理北极附近C、地球上任何地方的地磁场方向都是和地面平行的D、地球磁偏角的数值在地球上不同地点是不同的答案BD解析小磁针S极指南是因为地磁的N极在地理的南极附近，A错误、地磁场的两极和地理两极是相反的，B正确、依据地磁场的空间分布，只有赤道上的磁场方向和地面平行，C错误、地球的磁偏角在地球上的不同地点是不同的，地球两磁极的位置也是变化的，D正确、故选D、题组二对磁感线的认识4、关于磁感线的描述，下列说法中正确的是()A、磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向，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B、磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的C、两条磁感线的空隙处一定不存在磁场D、两个磁场叠加的区域，磁感线就一定相交答案A解析磁感线上每一点的切线方向表示磁场方向，即小磁针静止时北极所指的方向，所以A正确；磁感线是为了形象地描述磁场而假想的一组有方向的闭合曲线，实际上并不存在，细铁屑可以显示出其形状，但那并不是磁感线，B错；磁感线的疏密程度反映了磁场的强弱，磁感线是假想的人为画出的曲线，两条磁感线的空隙处也存在磁场，C错；磁感线不相交，D错、5、关于磁感线和电场线，下列说法中正确的是()A、磁感线是闭合曲线，而电场线不是闭合曲线B、磁感线和电场线都是一些互相平行的曲线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、磁感线和电场线都只能分别表示磁场和电场的方向答案A解析A选项是两种场线的基本特点，A对、只有匀强磁场和匀强电场才满足B选项，B不对、磁感线既然是闭合的就无起点和终点，C不对、它们的疏密程度均反映场的强弱程度，D不对、应选A、题组三对磁通量、磁感应强度的认识6、下列关于磁感应强度方向的说法中，错误的是()A、磁感线上某点的切线方向就是该点磁感应强度的方向B、某处磁感应强度的方向就是该处小磁针静止时北极所指的方向C、磁感应强度是个标量，没有方向D、某处磁感应强度的方向就是某处磁场的方向答案C解析磁感线是为了形象地描述磁场而人为假设的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同， A正确、如果在磁场中某点放入小磁针，小磁针静止时N极所指的方向就是该点磁感线的切线方向，也就是该点的磁感应强度的方向，B正确、磁感应强度是矢量，有大小也有方向，C错误、磁感应强度是表示磁场大小和方向的物理量，所以某处磁感应强度的方向就是某处磁场的方向，D正确、7、关于磁通量，下列说法中正确的是( )A、磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量B、磁通量越大，磁感应强度越大C、穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零D、磁通量就是磁感应强度答案 C8、关于磁通量，下列叙述正确的是()A、在匀强磁场中，穿过一个平面的磁通量等于磁感应强度与该平面面积的乘积B、在匀强磁场中，a线圈的面积比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答案D解析在匀强磁场中，穿过一个平面的磁通量等于磁感应强度与该平面在垂直于磁场方向的投影面积的乘积，线圈的面积大，投影面积不一定大，磁通量不一定大，故A、B错；磁感应强度的大小取决于磁场本身，与线圈在此处的磁通量的大小无关，C错；同一线圈放在磁感应强度大处，磁通量可能是零，D对、9、如图1所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁体N极附近下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ下落到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和位置Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在这个过程中，线圈中的磁通量( )图1A、是增加的B、是减少的C、先增加，后减少D、先减少，后增加答案 D10、如图2所示的磁场中竖直放置两个面积相同的闭合线圈S1(左)、S2(右)，由图可知穿过线圈S1、S2的磁通量大小关系正确的是()图2A、穿过线圈S1的磁通量比较大B、穿过线圈S2的磁通量比较大C、穿过线圈S1、S2的磁通量一样大D、不能比较答案A解析线圈S1处的磁感线密集，磁感应强度大；线圈S2处的磁感线稀疏，磁感应强度小，由Φ＝BS可知，穿过线圈S1的磁通量比较大，选项A正确、11、如图3所示是等腰直角三棱柱，其平面ABCD为正方形，边长为L，它们按图示方式放置于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B0，则下列说法中正确的是()图3A、穿过ABCD平面的磁通量大小为B0L2B、穿过BCFE平面的磁通量大小为B0L2C、穿过ADFE平面的磁通量大小为零D、穿过整个三棱柱的磁通量为零答案BCD解析根据Φ＝BS⊥，因此通过ABCD平面的磁通量Φ＝B0L2cos45＝B0L2，A错误；平面BCFE⊥B0，而BC＝L，CF＝Lcos45＝L，所以平面BCFE 的面积S＝BCCF＝L2，因而Φ＝B0S＝B0L2，B正确；平面ADFE在B0的垂直方向上的投影面积为零，所以穿过的磁通量为零，C正确；若规定从外表面穿入三棱柱的磁通量为正，那么由三棱柱内表面穿出时的磁通量就为负，而穿入三棱柱的磁感线总与穿出的磁感线相等，因此穿过整个三棱柱的磁通量为零，D正确、故选B、C、D、12、如图4所示，一个单匝线圈abcd水平放置，面积为S，有一半面积处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，当线圈以ab边为轴转过30和60时，穿过线圈的磁通量分别是多少？图4答案解析当线圈分别转过30和60时，线圈平面在垂直于磁场方向的有效面积相同，都有S⊥＝，所以磁通量相同，都等于、13、边长为10 cm的正方形线圈，固定在匀强磁场中，磁场方向与线圈平面夹角θ＝30，如图5所示，磁感应强度随时间的变化规律为：B＝2＋3t(T)，则在第1 s内穿过线圈的磁通量变化量ΔΦ为多大？图5答案1、510－2 Wb解析t＝0时，B0＝2 Tt＝1 s时，B1＝(2＋31)T＝5 T由Φ＝BS⊥得：ΔΦ＝ΔBSsin30＝(B1－B0)L2sin30＝(5－2)0、12Wb＝1、510－2 Wb、。