第1課時磁場及其描述考點自清一、磁場、磁感應強度1.磁場

(1)基本特性:磁場對處于其中的磁體、電流和運動電荷有

的作用. (2)方向:小磁針的

所受磁場力的方向.磁場力N極第八章磁場

(3)方向:小磁針靜止時

的指向.3.安培的分子電流假說 安培認為,在原子、分子等物質微粒的內部,存在著一種

——分子電流.分子電流使每個物質微粒都成為微小的磁體,它的兩側相當于

(如圖1所示).N極環形電流兩個磁圖12.磁感應強度

(1)物理意義:描述磁場

. (2)大小:B=(通電導線垂直于磁場). 強弱和方向極二、磁感線及幾種常見的磁場分布1.磁感線:在磁場中畫出一些曲線,使曲線上每一點的

方向都跟這點的磁感應強度的方向一致.2.幾種常見的磁場

(1)條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁場(如圖2所示)切線圖2(2)幾種電流周圍的磁場分布直線電流的磁場通電螺線管的磁場環形電流的磁場特點無磁極、非勻強且距導線越遠處磁場與條形磁鐵的磁場相似,管內為勻強磁場且磁場

,管外為非勻強磁場環形電流的兩側是N極和S極且離圓環中心越遠,磁場越弱最強越弱定培定則立體圖橫截面圖

縱截面圖(3)勻強磁場:在磁場的某些區域內,磁感線為

的平行線,如圖3所示.同向、等密圖3(4)地磁場①地磁場的N極在地球

附近,S極在地球

附近,磁感線分布如圖4所示.②地磁場B的水平分量(Bx)總是從地球

指向

,而豎直分量(By)則南北相反,在南半球垂直地面向上,在北半球垂直地面向下.南極北極圖4南極北極③在赤道平面上,距離地球表面高度相等的各點,磁感應強度

,且方向水平

.相等向北名師點撥(1)應用安培定則判斷直線電流的磁場方向和判斷環形電流的磁場方向時,四指、大拇指指向的意義正好相反.(2)磁場是分布在立體空間的,要熟練掌握常見磁場的磁感線的立體圖和縱、橫截面的畫法.熱點一磁感線和電場線的比較

熱點聚焦磁感線電場線相似點引入目的都是為了形象的描述場而引入的假想曲線,實際不存在疏密意義都能定性描述場的強弱切線方向都是表示該點場的方向是否相交不相交不同點閉合曲線,外部由N→S,內部由S→N

起始于正電荷(或無窮遠),終止于負電荷(或無窮遠)

特別提示雖然磁感線和電場線的疏密都能形象地表示相應場的強弱,但應注意:(1)只有在同一個圖中才能根據磁感線或電場線的疏密判定各處相應場的強弱.(2)沒有畫出磁感線或電場線的地方并不表示那里沒有磁場或電場存在.熱點2對磁感應強度B=

的理解1.磁感應強度由磁場本身決定,就像電場強度由電場本身決定一樣,跟該位置放不放通電導線無關.2.不能根據公式B=就說B與F成正比,與IL成反比.3.磁感應強度B的定義式也是其度量式,但用來測量的小段通電導線必須垂直放入磁場,如果小段通電直導線平行放入磁場,所受安培力為零,但不能說該點的磁感應強度為零.

4.磁感應強度是矢量,其方向是放入其中的小磁針靜止時N極的指向,不是磁場中電流所受磁場力的方向,而是與受到磁場力的方向垂直.5.磁感應強度B與電場強度E的比較 電場強度E是描述電場的力的性質的物理量,磁感應強度B是描述磁場的力的性質的物理量.這兩個物理量比較如下表所示:磁感應強度B

電場強度E

物理意義描述磁場的力的性質的物理量描述電場的力的性質的物理量定義式B=(通電導線與B垂直)

E=方向磁感線切線方向,小磁針N極受力方向電場線切線方向,放入該點正電荷受力方向大小決定因素由磁場決定,與檢驗電流無關由電場決定,與檢驗電荷無關場的疊加合磁感應強度等于各磁場的B的矢量和合場強等于各個電場的場強E的矢量和單位1T=1N/(A·m)1V/m=1N/C

特別提示由上表可以看出,磁感應強度和電場強度有很多相似之處,但更應注意兩者的區別:（1）電場強度的方向和電荷受力方向相同或相反,而磁感應強度的方向和電流受力方向垂直.(2)電荷在電場中一定受電場力,而電流在磁場中不一定受磁場力.

題型1安培定則的應用【例1】

如圖5所示,直導線AB、 螺線管C、電磁鐵D三者相距較遠,

它們的磁場互不影響,當開關S閉合 后,則小磁針的北極N(黑色一端)指 示出磁場方向正確的是() A.a、c B.b、c C.c、d D.a、d

根據安培定則判斷直導線AB、螺線管C和電磁鐵D周圍的磁場方向,再根據小磁針靜止時N極的指向就是磁場的方向確定選項.題型探究圖5思路點撥解析

據安培定則判斷出(1)AB直導線磁場在小磁針a所在位置垂直紙面向外,所以磁針a的N極指向正確;(2)C左側為N極,內部磁場向左,所以磁針c的N極指向正確,磁針b的N極指向不對;(3)D左為S極,右為N極,所以磁針d的N極指向也不正確.答案

A規律總結

在運用安培定則判定直線電流和環形電流的磁場時應分清“因”和“果”,在判定直線電流的磁場方向時,大拇指指“原因”——電流方向,四指指“結果”——磁場繞向;在判定環形電流磁場方向時,四指指“原因”——電流繞向,大拇指指“結果”——環內沿中心軸線的磁感線方向.變式練習1

如圖6所示是云層之間閃電的模擬圖,圖中A、B是位于南、北方向帶有電荷的兩塊陰雨云,在放電的過程中,在兩云的尖端之間形成了一個放電通道,發現位于通道正上方的小磁針N極轉向紙里,S極轉向紙外,則關于A、B帶電情況的說法中正確的是

( )A.帶同種電荷 B.帶異種電荷C.B帶正電 D.A帶正電解析

A、B放電相當于通電直導線,小磁針在通電直導線的上方,根據題意可以判斷上方磁場方向指向紙里,因此可以判斷放電電流由北向南,即A帶正電,B帶負電.

圖6BD題型2磁場的疊加問題【例2】

三根平行的直導線,分 別垂直地通過一個等腰直角 三角形的三個頂點,如圖7所示.

現在使每條通電導線在斜邊中 點O處所產生的磁感應強度大小 均為B.則該處實際磁感應強度的大小和方向如何?圖7思維導圖安培定則三個電流到O點的距離三個電流在O點產生的磁場強弱與方向三個電流產生的磁場疊加O處磁感應強度的大小和方向解析

根據安培定則,I1與I3在O點處產生的磁感應強度方向相同,I2在O點處產生的磁感應強度方向與它們相垂直.由B1、B2、B3大小相等均為B可知,O點處實際磁感應強度的大小B0==B,方向在三角形面內與斜邊夾角θ=arctan2.如右圖所示.答案

B,方向與三角形斜邊夾角θ=arctan2方法提煉

空間中磁場疊加,在某一點的磁場方向即該點的磁感應強度的方向只有一個,即合磁場方向,應用平行四邊形定則來求.

自我批閱(14分)半徑為r,電流為I1的通電圓環圓心a處的磁感應強度為B,在圓環下方距圓心a為L的地方水平放置一根電流為I2的無限長直導線MN時,圓環圓心a處的磁感應強度變為零,設圓環平面與長直導線在同一豎直平面內如圖10所示,求:圖10(1)根據對稱性,直導線電流I2在導線正下方L處的b點產生的磁感應強度大小是多少?方向如何?(2)如果把圓環平移到b點,使圓環的圓心與b點重合,則圓環電流與直線電流在b點產生的合磁場的磁感應強度大小是多少?方向如何?解析

(1)圓環電流在圓心a處產生的磁感應強度大小為B,方向垂直紙面向外,加上直導線后,a處的磁感應強度為零,說明直導線I2在a處產生的磁感應強度大小為B,方向垂直紙面向里.(4分)又因為a、b兩點到直導線的距離相等,因此,直導線I2在b點產生的磁感應強度大小為B,方向垂直紙面向外.(4分)

(2)當把圓環平移到b點后,圓環在b點產生的磁感應強度為B,方向垂直紙面向外;和直導線I2在b點產生的磁感應強度合成后,可得:b點的磁感應強度大小為2B,方向垂直紙面向外.(6分)答案

(1)B垂直紙面向外(2)2B垂直紙面向外素能提升1.下列說法正確的是 ( )A.一切電荷的周圍都存在磁場B.磁鐵吸引鐵棒,說明磁鐵周圍的磁場對鐵棒有力的作用,由于鐵棒周圍沒有磁場,因而對磁鐵無磁力作用C.鐵棒內分子電流取向變得大致相同時,對外就顯出磁性D.沿磁感線的方向,磁場逐漸減弱

解析

只有運動電荷周圍才有磁場,故A錯誤;磁鐵吸引鐵棒,鐵棒被磁化,其周圍也有磁場,對磁鐵有磁力的作用,故B錯誤;根據分子電流假說,當物體內分子電流取向大致相同時,對外就顯出磁性,故C

正確;磁感線的疏密程度表示磁場的強弱,故D錯誤.

答案

CB.電流元IL在磁場中受力為F,則磁感應強度可能大 于或等于C.磁場中電流元受力大的地方,磁感應強度一定大D.磁場中某點磁感應強度的方向,與電流元在此點的 受力方向相同2.關于磁感應強度的概念,以下說法中不正確的有

( )A.電流元IL在磁場中受力為F,則磁感應強度B一定等于解析

判斷磁感應強度的大小,需要在電流元受力最大的前提下進行,選項A、B中的力F可能小于或等于最大受力,因此,磁感應強度B可能大于或等于

;電流元在磁場中受力與其放置方位有關,因此電流元受力大的地方,磁感應強度不一定大;磁場的方向規定為小磁針N極受力方向,與電流元受力方向不相同.

答案

ACD4.如圖11所示,若一束電子沿y軸正 方向移動,則在z軸上某點A的磁場 方向應該() A.沿x軸的正向

B.沿x軸的負向

C.沿z軸的正向

D.沿z軸的負向

解析

電子沿y軸正方向移動,相當于電流方向沿y軸負方向移動,根據安培定則可判斷在z軸上A點的磁場方向應該沿x軸的負方向.故選項B正確.

圖11B5.取兩個完全相同的長導線,用其中一根繞成如圖12(a)所示的螺線管,當該螺線管中通以電流強度為I的電流時,測得螺線管內中部的磁感應強度大小為B；若將另一根長導線對折后繞成如圖(b)所示的螺線管,并通以電流強度也為I的電流時,則在螺線管內中部的磁感應強度大小為() A.0 B.0.5B C.B D.2B

圖12

解析

圖(b)中螺線管上的長導線可等效為兩個通過等大反向電流的通電螺線管,兩螺線管電流方向相反,由安培定則可知在螺線管中部產生的磁感應強度也是大小相等方向相反的,所以螺線管中部磁感應強度為零.

答案

A6.三根完全相同的長直導線互相平 行,通以大小和方向都相同的電 流.它們的截面處于一個正方形

abcd的三個頂點a、b、c處,如圖

13所示.已知每根通電長直導線 在其周圍產生的磁感應強度與距 該導線的距離成反比,通電導線b在d處產生的磁場其磁感應強度大小為B,則三根通電導線產生的磁場在d處的總磁感應強度大小為 () A.2B B.3B C.2.1B D.3.8B圖13

解析

a、b、c三根導線在d處形成的磁感應強度為Ba、Bb和Bc,設正方形邊長為