高二物理磁现象问题归纳教育科学版

高二物理磁现象问题归纳教育科学版

高二物理磁现象问题归纳教育科学版 ‎ ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ 磁现象问题归纳 二. 学习目标：‎ ‎1、掌握电流磁场方向的判断方法。‎ ‎2、重点掌握几种常见的磁感线的分布特点及安培定则的应用。‎ ‎3、掌握磁感应强度的概念及其矢量性特点。‎ ‎4、加深对于磁通量及磁能量变化等概念的理解 考点地位：本节内容是高中磁场理论的基础，涉及了高中阶段各种常见的典型的磁场分布及其特点、磁现象的电本质、地磁场、磁场的叠加等，这些内容的深刻把握，对于处理磁场问题中的综合问题有很好的作用。近几年的高考中，突出地考查磁场的基本概念，如电磁感应强度的概念，磁通量概念等，出题形式主要以选择或填空题的形式出现。‎ 三. 重难点解析：‎ ‎1. 磁场 ‎（1）定义：磁体或电流周围存在一种特殊物质，能够传递磁体与磁体、磁体和电流、电流和电流之间的相互作用，这种特殊的物质叫磁场。‎ ‎（2）磁场的基本性质：对放入其中的磁体和电流产生力的作用。‎ ‎（3）磁场的产生：①磁体能产生磁场；②电流能产生磁场。‎ ‎（4）磁场的方向：‎ 注意：小磁针北极（N极，指北极）受力的方向即小磁针静止时北极所指方向，为磁场中该点的磁场方向。‎ 说明：所有的磁作用都是通过磁场发生的、磁场与电场一样，都是场物质，这种物质并非由基本粒子构成。‎ ‎2. 电流的磁场 电流对小磁针的作用 ‎1820年，丹麦物理学家奥斯特发现，通电后，通电导线下方的与导线平行的小磁针发生偏转。如图所示。‎ 小结：磁体与磁体间、电流与磁体间、电流和电流间的相互作用都是通过磁场来传递的，故电流能产生磁场。‎ ‎3. 磁感线 ‎（1）磁感线是为了形象地描述磁场而人为假设的曲线。其疏密程度反映磁场的强弱，线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同。‎ ‎（2）磁感线的特点：‎ ‎①在磁体外部，磁感线从北极发出，进入南极；在磁体内部由南极回到北极。‎ ‎②磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线越密的地方磁场越强；磁场方向在过该点的磁感线的切线上。‎ ‎③磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断。‎ 例.（06江苏卷）关于磁感线，下列说法中正确的是 （ ）‎ A．磁感线是实际存在于磁场中的线 B．磁感线上任意一点的切线方向，都跟该点的磁场方向一致 C．磁感线是一条条不闭合的曲线 D．磁感线有可能出现相交的情况 答案：B ‎（3）熟记几种常见磁场的磁感线的分布。‎ 如：条形磁铁、通电直导线、圆形电流、通电螺线管等。‎ 说明：磁感线是为了形象地研究磁场而人为假设的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线。实验时利用被磁化的铁屑来显示磁感线的分布情况，只是研究磁感线的一种方法，使得看不见、摸不着的磁场变得具体形象，给研究带来方便；但是，绝不能认为磁感线是由铁屑排列而成的。另外，被磁化的铁屑所显示的磁感线分布仅是一个平面上的磁感线分布情况，而磁铁周围的磁感线应该分布在由长、宽、高组成的三维空间内。‎ ‎4. 右手螺旋定则：‎ ‎（1）定义：用右手握住导线，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。如图所示。‎ ‎（2）右手螺旋定则的拓展 ‎①环形电流的磁场：如图所示。由（甲）图过渡到（乙）图。‎ 四指绕向为电流方向，则拇指方向即为环形电流中心轴线上磁感线的方向。‎ ‎②通电螺线管的磁场，如图所示。‎ ‎（3）通电螺线管：右手握住螺线管，四指绕向为电流方向，拇指所指方向即为螺线管内磁感线的方向。‎ ‎5. 三种常用的电流磁场的特点及画法比较 ‎（1）直线电流的磁场：无磁极，非匀强，距导线越远处磁场越弱，画法如图所示。‎ ‎（2）通电螺线管的磁场：两端分别是N极和S极，管内是匀强磁场，管外为非匀强磁场，画法如图所示。‎ ‎（3）环形电流的磁场：两侧是N极和S极，离圆环中心越远，磁场越弱，画法如图所示。‎ 注意：磁场是分布在立体空间的，要熟练掌握常见磁场的磁感线的立体图和纵、横截面图的画法，以备解题之需。这是本节内容的重点和难点。在学习磁场的过程中可与电场对照着进行掌握。同时要注意磁感线与电场线之间的区别。‎ 问题1：电流磁场方向的判定问题：‎ 考题1 如图所示为一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图。其工作原理类似打点计时器，当电流从电磁铁的接线柱a流入，吸引小磁铁向下运动时，以下选项中正确的是（ ）。‎ A. 电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为N极 B. 电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为S极 C. 电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为S极 D. 电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为N极 解析：当电流从a端流向电磁铁时，据右手螺旋定则，测出电磁铁的上端为S极，此时能吸引小磁铁向下运动，故说明小磁铁的下端为N极。‎ 答案：D 变式1、‎ 考题2：如图所示为磁场、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以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：由右手螺旋定则可知，螺线管内部的磁感线向里，小磁针N极的受力方向即为该处的磁场方向。‎ 答案：A 变式2：‎ 考题3：如图所示，一束带电粒子沿水平方向沿虚线飞过磁针上方，并与磁针方向平行，能使磁针N极转向读者，那么这束带电粒子可能是（ ）‎ A. 向右飞的正离子 B. 向左飞的负离子 C. 向右飞的负离子 D. 向左飞的正离子 答案：CD ‎6. 磁感应强度：‎ ‎（1）磁场的基本性质：磁场对放入其中的电流有力的作用。‎ ‎（2）磁感应强度定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做磁感应强度。用公式表示为。‎ 与电场强度一样，磁感应强度是描述磁场力性质的物理量，磁感应强度B的单位是特斯拉，符号是T，。‎ 磁感应强度B是矢量，其方向就是该处的磁场方向。‎ ‎（3）磁感应强度的理解：磁感应强度的定义式只有在通电导线和磁场方向垂直时才有意义，磁感应强度由磁场本身决定，不能认为B与F成正比，与IL成反比。‎ 磁感应强度的方向规定为小磁针北极受磁场力的方向，注意不是通电导线在该处受到的磁场力的方向。‎ 问题2、磁感应强度的概念及其矢量性理解：‎ 考题：有关磁感应强度的下列说法中，正确的是（ ）‎ A. 磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量 B. 若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为零 C. 若有一小段长为L，通以电流为I的导体，在磁场中某处受到的磁场力为F，则该处磁感应强度的大小一定是F/IL D. 由定义式B=F/IL可知，电流强度I越大，导线L越长，某点的磁感应强度就越小 答案：A 例：三根平行的长直导线，分别垂直地通过一等腰直角三角形的三个顶点，如图所示，现在使每条通电导线在斜边中点处所产生的磁感应强度大小均为B。则该处实际的磁感应强度的大小和方向如何？‎ 解析：根据安培定则，和在O点处产生的磁感应强度方向相同，在O点处产生的磁感应强度方向与它们垂直，由大小均为B可知，O点处实际的磁感应强度的大小，方向在三角形所在的平面内与斜边夹角。‎ 变式：‎ 针对训练：在纸面上有一个等边三角形ABC，其顶点处都有通相同电流的三根长直导线垂直于纸面放置，电流方向如图所示，每根通电导线在三角形的中心产生的磁感应强度大小为，则中心O处的磁感应强度大小为__________。‎ 答案：零。‎ ‎7. 磁通量 ‎（1）概念：穿过某一面积的磁感线条数叫做穿过这一面积的磁通量。磁通量简称磁通，用符号表示。‎ 说明：磁通量是对某一特定的“面”而言的，是“面”的特征量（不是磁场的特征量），没有特定的面，就无磁通量。‎ ‎（2）磁通量的计算 ‎①公式：。‎ 此公式的适用条件是：a. 匀强磁场；b. 磁感线与平面垂直。如图所示。‎ ‎②在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂直，公式中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积。‎ 如图所示，在水平方向的匀强磁场中，平面abcd与垂直于磁感线方向的平面的夹角为，则穿过面积abcd的磁通量应为。‎ 即为面积S在垂直于磁感线方向的投影，我们称之为“有效面积”。‎ 若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁感线条数为，反向磁感线条数为，则磁通量等于穿过平面的磁感线的净条数（磁通量的代数和），即。‎ ‎③磁通量的变化量，其数值等于初末态穿过某个平面的磁通量的差值。‎ ‎（3）磁通量的“正、负”号 磁通量是通过闭合线圈的磁感线的条数，它是标量，但是磁通量也有“‎ 正、负”，磁通量的正、负号并不表示磁通量的方向，它的符号仅表示磁感线的贯穿方向，一般来说，如果磁感线从线圈的正面穿过线圈，线圈的磁通量就为“+”；而磁感线从线圈的反面穿过线圈，线圈的磁通量就为“－”，反之亦然。‎ 问题3、磁通量及磁通量的变化的求解：‎ 例1. 如图，有一个100匝的线圈，其横截面是边长为L=‎0.20m的正方形，放在磁感应强度为B=0.50T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直。若将这个线圈横截面的形状由正方形改变成圆形（横截面的周长不变），在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？‎ 解析：线圈横截面是正方形时的面积。‎ 穿过线圈的磁通量。‎ 截面形状为圆形时，其半径。‎ 截面积大小。‎ 穿过线圈的磁通量：。‎ 所以，磁通量的变化量。‎ 点评：磁通量的计算有几点要注意：‎ ‎（1）S是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积 如图所示，若闭合电路abcd和ABCD所在平面均与匀强磁场B垂直，面积分别为和，且，但磁场区域恰好只有ABCD那么大，穿过和的磁通量是相同的，因此，中的S应是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积。‎ ‎（2）磁通量与线圈的匝数无关，也就是磁通量的大小不受线圈匝数的影响。同理，磁通量的变化量也不受线圈匝数的影响，所以，直接用公式求、时，不必去考虑线圈匝数n。‎ 例2. 面积为S的矩形线框abcd，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框面成角（见图），当线框以ab为轴顺时针转90°时，穿过abcd面的磁通量的变化量____。‎ 解析：磁通量由磁感应强度（矢量）与垂直于线框面方向上的分量决定。‎ 开始时B与线框面成角，磁通量为；线框面按题意方向转动时，磁通量减少，当转动90°时，磁通量变为“负”值。可见，磁通量的变化量为 ‎。‎ ‎【模拟试题】（答题时间：25分钟）‎ ‎1. 如图所示，橡胶圆盘上带有大量负电荷，当圆盘在水平面上沿逆时针方向转动时，悬挂在圆盘边缘上方的小磁针可能转动的方向是 A. N极偏向圆心 B. S极偏向圆心 C. 无论小磁针在何位置，圆盘转动对小磁针无影响 D. A、B两种情况都有可能 ‎2. 对以下电磁现象判断正确的是 A. 指南针在大电流输电线路附近时，指示方向不正确 B. 两条平行的输电导线有靠近的趋势 C. 东西走向的输电导线总是受到向下的磁场力 D. 柔软的螺线管通电后长度缩短 ‎3. 关于地磁场下列说法中正确的是 A. 地理位置的南、北极即为地磁场的南北极 B. 地磁场的磁感线是不闭合曲线 C. 在赤道上的磁针的N极在静止时指向地理南极 D. 在赤道上的磁针的N极在静止时指向地理北极 ‎4. 如图为某磁场的一条磁感线，其上有A、B两点，则 A. A点的磁感应强度一定大 B. B点的磁感应强度一定大 C. 因为磁感线是直线，A、B两点的磁感应强度一样大 D. 条件不足，无法判断 ‎5. 如图所示，在同一平面内有四根彼此绝缘的通电直导线，四根导线中电流，要使O点处磁场增强，则应切断哪一根导线中的电流 A. 切断 B. 切断 C. 切断 D. 切断 ‎6. 对于通有稳恒电流的长而直的螺线管，下面说法中正确的是 A. 通电螺线管内部的磁场是匀强磁场 B. 通电螺线管磁感线的分布都是从N极指向S极 C. 放在通电螺线管内部的小磁针静止时，N极指向通电螺线管的N极 D. 通电螺线管内部的小磁针静止时，N极指向螺线管的S极 ‎7. 在地球赤道上空有一小磁针处于水平静止状态，突然发现小磁针N极向东偏转，由此可知 A. 一定是小磁针正东方向有一条形磁铁的N极靠近小磁针 B. 一定是小磁针正东方向有一长形磁铁的S极靠近小磁针 C. 可能是小磁针正上方有电子流自南向北通过 D. 可能是小磁针正上方有电子流自北向南水平通过 ‎8. 如图所示，三条长直导线都通以垂直于纸面向外的电流，且，则距三导线等距的A点的磁场方向为 A. 向上 B. 向右 C. 向左 D. 向下 试题答案 ‎1. A 提示：负电荷的运动方向与其形成的电流方向相反，在盘上方的磁场方向应指向圆心。‎ ‎2. A、D提示：大的输电流的导线在其附近产生较强的磁场，会对磁针产生显著的作用，故指南针指示方向不正确，A选项正确。两条平行的输电导线中若电流方向相反，两导线受到相互排斥的磁场力，相互远离，通电螺线管相邻导线电流方向相同，各圈导线之间相互吸引，螺线管缩短，故B选项不正确，D选项正确，东西走向的输电导线与地磁场方向垂直，要受到磁场力的作用，但因电流的方向不同而使输电导线受到的磁场力也不相同，方向可能向上，也可能向下，故C选项不正确。‎ ‎3. D 提示：据地磁场特点知，地理北极即为地磁场南极，即S极，在地球表面磁感线由地理南极指向地理北极，故A、B、C都不对，D是正确。‎ ‎4. D 提示：因磁感应强度的大小是由磁感应线的疏密度决定的。‎ ‎5. D 提示：由安培定则可知，的磁场在O处与其他磁场方向相反。‎ ‎6. A、C 提示：磁感线是闭合曲线，外部从N极到S极，内部从S极指向N极。‎ ‎7. C 提示：在赤道上空地磁场方向为水平向北，在地磁场的作用下，小磁针只稳定地水平指北，而指北的这一端为小磁针的N极，当小磁针的N极突然向东偏转，说明小磁针所在空间内突然有一指向东边的磁场对小磁针产生磁力的作用。这一磁场既可是磁体产生的，也可是电流产生的。在小磁针正东方向，条形磁铁N极所产生的磁场是经小磁针指向西方，故A选项一定不成立，而条形磁铁S极产生的磁场是经小磁针自西指向东，故B选项可能成立，但不是惟一原因，故B选项不对。当小磁针正上方有电子流通过时，电子流产生的磁场是在垂直于电子流的平面内，以电子流为圆心的同心圆。而小磁针的磁场方向将因电子流水平通过而成水平方向，若电子流水平自南向北，则经过小磁针的磁场方向为水平向东；若电子流水平自北向南，则其经小磁针的磁场方向为水平向西，由此可知C选项正确。‎ ‎8. B 提示：与的磁场在A处合成为0，故只有的磁场。 ‎