鲁科版 (2019)必修 第三册磁场及其描述教学演示课件ppt

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1.了解电流的磁效应。了解磁场是一种特殊物质，体会磁场具有方向。2.知道磁场的基本特性。3.知道磁感线，知道几种常见磁感线的空间分布情况。4.会用安培定则判断通电直导线和通电线圈周围磁场的方向。
知识点一　磁场　磁感应强度
知识点三　电流的磁场　磁的应用及意义
把小磁针放到条形磁铁周围不同的位置，小磁针的指向不同；磁铁吸引铁钉时，发现两极吸引的铁钉多。
(1)如何描述磁场的强弱呢？(2)磁感应强度的方向是如何来确定的？
提示　(1)引入物理量磁感应强度描述磁场的强弱。(2)在磁场中，小磁针静止时N极的指向。
1.磁场(1)定义：磁体或______周围的空间存在的一种特殊物质。(2)基本性质：对放入其中的______产生力的作用。(3)磁极间的相互作用：同名磁极相互______，异名磁极相互______。(4)方向：磁场中某点小磁针______时____极的指向规定为该点磁场的方向。
2.磁感应强度(1)物理意义：描述磁场强弱和方向的物理量。(2)定义：把垂直于磁场方向的一小段通电直导线受到的力F与电流I和直导线的长度l的乘积之比，称为磁感应强度。
(4)单位：在国际单位制中的单位是________，简称特，符号是____。1 T＝1 N/(A·m)。(5)方向：放在该点的小磁针静止时____________，即该点______的方向。(6)叠加原理：磁感应强度是矢量，遵从叠加原理。如果有几个磁场同时存在，它们的磁场就互相叠加，这时某点的磁感应强度就等于各个磁场单独存在时在该点磁感应强度的________。
【思考】 “一个电流元垂直放入磁场中的某点，磁感应强度与电流元受到的磁场力成正比，与电流元成反比。”这种说法是否正确，为什么？提示　这种说法不正确。磁感应强度的大小是由磁场本身决定的，不随电流元大小及电流元所受磁场力大小的变化而变化。
例1 关于磁感应强度，下列说法正确的是(　　)
训练1 关于磁感应强度的方向，下列说法正确的是(　　)A.放置在磁场中某点的小磁针静止时N极所指方向就是该点磁感应强度的方向B.磁场中某点磁感应强度的方向就是小磁针在该点的受力方向C.磁场中某点磁感应强度的方向由放置在该点的小磁针静止时N极所指方向决定D.若把放置在磁场中的小磁针移走，则该点的磁感应强度方向就会发生变化
解析　根据磁感应强度方向的规定，小磁针静止时N极所指方向就是该点磁感应强度的方向，A正确；小磁针在磁场中N极与S极受力方向相反，而某点磁感应强度的方向是小磁针的N极受力方向，B错误；磁场中某点磁感应强度的方向由磁场本身决定，与小磁针无关，C、D错误。
法拉第提出用磁感线来形象地描述磁场。在一张薄纸片上撒上铁屑，纸片下方紧贴条形磁铁，轻轻敲打纸片，后来随意撒上的铁屑就呈规则形状排布(如图所示)。
(1)磁感线的方向有什么特点吗？(2)仔细观察可以发现越靠近磁极铁屑越多，磁感线越密，这说明了什么呢？
提示　(1)磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极。(2)磁感线越密，对应的磁场越强。
1.磁感线(1)定义：在磁场中画出的一些有方向的假想曲线，磁感线上任意一点的__________即该点的磁场方向。(2)特点①磁感线的______表示磁场的强弱。磁场强的地方，磁感线______；磁场弱的地方，磁感线______。②磁感线某点的__________表示该点磁感应强度的方向。
(3)磁感线与电场线对比
(4)几种典型磁场的磁感线分布
2.匀强磁场：在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应强度______和______都相同，则这个区域的磁场称为匀强磁场，磁感线是一组______且等距的直线。
例2 (2024·福建厦门外国语校考)关于电场线、磁感线，下列说法中正确的是(　　)A.电场线、磁感线都是法拉第为形象描述场分布情况提出的，而实际不存在的曲线B.电场线、磁感线是首尾相连的闭合曲线C.电场线就是带电粒子的运动轨迹D.两条电场线或两条磁感线都可能相交或相切
解析　法拉第最早用电场线和磁感线来清晰的描述电场和磁场，而实际不存在这样的曲线，故A正确；电场线是不闭合的曲线，磁感线都是闭合的曲线，故B错误；电场线不一定与带电粒子的轨迹重合，只有电场线是直线，带电粒子只受电场力或合力与电场力共线，初速度为零或初速度方向与电场线方向在同一条直线上时电场线才与带电粒子的轨迹重合，故C错误；电场线或磁感线的切线方向就是电场或磁场的方向，如果两条电场线或磁感线在同一点相交，则有两个切线方向，而事实上电场或磁场中的每一点只有一个方向，故任意两条电场线或磁感线都不会相交，故D错误。
训练2 磁场中某区域的磁感线如图所示，下列论述中正确的是(　　)
A.a、b两处的磁感应强度大小Ba＞BbB.a、b两处的磁感应强度大小Ba＜BbC.磁感线的垂线方向就是磁场的方向D.两条磁感线的空隙处不存在磁场
解析　磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线密处磁感应强度大，所以Ba＜Bb，故A错误，B正确；磁感线的切线方向是磁场的方向，故C错误；磁感线的疏密表示磁场的强弱，两条磁感线的空隙处磁感应强度不为零，故D错误。
1.电流的磁场(1)直线电流的磁场安培定则：用右手握住通电直导线，让伸直拇指的方向与______的方向一致，则四指弯曲的方向就是__________磁感线的环绕方向(如图甲所示)。
(2)环形电流的磁场让右手弯曲四指的方向与__________的方向一致，则伸直拇指所指的方向就是环形电流__________处的磁感线的方向(如图乙所示)。
(3)通电螺线管的磁场用右手握住螺线管，让弯曲四指所指的方向与______的方向一致，则伸直拇指所指的方向就是螺线管______磁感线的方向(如图丙所示)。
2.三种常见的电流的磁感线
3.磁的应用及意义(1)指南针与航海业的发展①古人对磁技术的应用中，首屈一指的当数我国发明的________。②________的发明开启了航海技术的革命，推动了航海事业的发展。(2)磁与现代技术①磁悬浮列车有________________式和________________式两种。常导电磁铁吸引式是根据磁铁异极相吸的原理，在导体底部和两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设________和__________，让导轨钢板的吸引力与车辆所受重力平衡，从而使车体悬浮于轨道上运行；超导电磁铁相斥式是根据______________的原理。②核磁共振成像技术是____在医学诊断方面的重要应用。
【思考】 磁感线、电场线都是闭合曲线吗？提示　磁感线是闭合曲线，静电场对应的电场线不闭合。
角度1　安培定则的应用例3 如图所示，直导线AB、螺线管E、U形磁体D三者相距较远，磁场相互不影响，开关闭合后，小磁针N极(黑色一端)指示磁场方向正确的是(　　)
A.a B.b C.c D.d
解析　小磁针N极的指向为磁感线方向，直导线AB部分，电流从上到下，所以从上往下看，直导线产生的磁场方向应为顺时针方向，所以小磁针a的N极应指向右侧，A错误；在通电螺线管E部分，由安培定则可知，在内部磁感线从右到左，故右端为螺线管S极，左端为N极，在外部磁感线从N极到S极，所以小磁针b的N极应向右，小磁针c的N极向左，B错误，C正确；在U形磁体D部分，由安培定则可知，左端为S极，右端为N极，在外部磁场方向从右端指向左端，所以小磁针d的N极应向左，D错误。
训练3 (多选)如图(a)和图(b)所示带负电的橡胶圆环绕轴OO′以角速度ω匀速旋转，对圆环左侧轴上的小磁针转动情况分析正确的是(　　)
A.图(a)中的小磁针N极沿轴向左B.图(a)中的小磁针N极沿轴向右C.图(b)中的小磁针N极沿轴向左D.图(b)中的小磁针N极沿轴向右
解析　带负电的橡胶圆环转动时，相当于一个环形电流，其电流方向与转动方向相反。图(a)在其轴线上的磁场方向向左，故图(a)中的小磁针N极沿轴向左；图(b)在其轴线上的磁场方向向右，故图(b)中的小磁针N极沿轴向右。A、D正确，B、C错误。
角度2　磁感应强度的叠加例4 (2024·福建福州高三福建省福州延安中学校考)如图，四条相互平行的细长直导线垂直坐标系xOy平面，导线与坐标平面的交点为a、b、c、d四点。已知a、b、c、d为正方形的四个顶点，正方形中心位于坐标原点O；四条导线中的电流大小相等，其中过a点的导线的电流方向垂直坐标平面向里，其余导线电流方向垂直坐标平面向外，若过a点的导线在O点产生的磁感应强度为B，则(　　)
解析　四条导线中的电流大小相等，且到O点的距离相等，故四条通电导线在O点产生的磁感应强度大小相等，均为B。根据安培定则可知四条导线在O点产生的磁感应强度方向，如图所示。由图可知，Bb与Bc相互抵消，Ba与Bd合成，根据平行四边形定则可知，O点的磁感应强度方向由O指向c，其大小为2B，故A、B错误；移走d点的导线，其他三条导线在O点的磁感应强度不变，则O点磁感应强度变为B，故C正确，D错误。
磁场叠加问题的解题思路(1)应用安培定则判断各电流在某点分别产生的磁感应强度的方向(过该点磁感线的切线方向，即与点和导线的连线垂直)。(2)根据平行四边形定则，利用合成法或正交分解法进行合成，求得合磁感应强度。　　
1.(对磁感应强度的理解)下列关于磁感应强度的说法正确的是(　　)
2.(对磁感线的理解)关于磁场和磁感线的描述，下列说法正确的是(　　)A.磁感线总是从磁体的N极出发，到S极终止B.磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，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C.两个磁场的叠加区域，磁感线可能相交D.磁感线可以表示磁场的强弱，沿磁感线方向，磁场逐渐减弱
解析　磁感线是闭合曲线，在磁体外部，磁感线由N极指向S极，在磁体内部，磁感线由S极指向N极，A错误；磁感线的切线方向表示磁场方向，磁感线上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正确；磁场重叠时，磁场会相互叠加，但绝对不会出现同一点处有两个磁场方向，因此磁感线不能相交，C错误；磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线密的地方磁场较强，磁感线疏的地方磁场较弱，D错误。
3.(安培定则的应用)电流的磁效应揭示了电与磁的关系。下面四幅图中描述磁场方向与电流方向之间的关系，其中磁感线分布正确的是(　　)
解析　根据安培定则可知，因电流方向向上，导线右侧磁场方向垂直纸面向里，而左侧则是垂直纸面向外，故A正确；根据安培定则可知，因电流方向从右旋转到左，则螺线管内部磁场方向由左向右，因此左端是S极，右端是N极，故B错误；根据安培定则可知，因环形电流向里，则环形导线内部磁场方向从右向左，故C错误；因电流竖直向下，依据安培定则可知，磁场方向应该是顺时针方向(从上向下看)，故D错误。
题组一　磁场和磁感应强度的理解1.下列关于磁场的说法中，正确的是(　　)A.只有磁铁周围才存在磁场B.磁场是假想的，不是客观存在的C.磁场只有在磁极与磁极、磁极和电流发生作用时才产生D.磁极与磁极、磁极与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用
解析　磁铁周围存在磁场，通电电流周围也存在磁场，故A错误；磁场是客观存在的物质，磁感线是假想的，故B错误；磁场随时存在于磁体与通电电流周围，故C错误；磁极与磁极、磁极与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用，故D正确。
2.先后在磁场中A、B两点引入长度相等的短直导线，导线与磁场方向垂直。如图所示，图中a、b两图线分别表示在磁场中A、B两点导线所受的力F与通过导线的电流I的关系。下列说法中正确的是(　　)
A.A、B两点磁感应强度相等B.A点的磁感应强度大于B点的磁感应强度C.A点的磁感应强度小于B点的磁感应强度D.无法比较两点处磁感应强度的大小
3.在匀强磁场中某处P垂直于磁场方向放一个长度l＝20 cm、通电电流I＝0.5 A的直导线，测得它受到的最大磁场力F＝1.0 N，其方向竖直向上。现将该通电导线从磁场中撤走，则P处的磁感应强度为(　　)A.零 B.1 T C.0.1 T D.10 T
4.磁场中某区域的磁感线如图所示，a、b、c三点的磁感应强度分别为Ba、Bb、Bc，则(　　)
A.Ba＝BbB.Bc＝0C.BcBc>Ba，故A错误，C正确；c点处没有磁感线，但不代表c点磁感应强度为0，故B错误；磁感线的切线方向表示磁场方向，a、b两点磁场方向不相同，故D错误。
题组二　磁感线与安培定则的理解应用
5.(多选)如图所示，小磁针的指向正确的是(　　 )
解析　根据安培定则可知通电螺线管内磁场方向从右向左，小磁针N极指向为磁场方向，A正确；地磁场磁感线从地理南极指向地理北极，因此小磁针N极指向地理北极，B正确；根据安培定则可知通电直导线磁场方向为顺时针方向，小磁针所处位置磁场方向垂直导线向下，因此N极指向下，C错误；U形磁铁磁场方向从N极指向S极，小磁针N极指向与磁场方向相同，D正确。
6.为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流引起的。在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是(　　)
解析　地磁场的N极在地理南极附近，地磁场的S极在地理北极附近。地球自转形成的环形电流在垂直于地轴的平面内，此电流形成的地磁N极在地理南极附近，因此用右手握住环形电流时，拇指应指向地理南极附近。因此，选项B正确。
7.磁铁的磁性变弱，需要充磁。充磁的方式有两种，图甲是将条形磁铁穿在通电螺线管中，图乙是将条形磁铁夹在电磁铁之间，a、b和c、d接直流电源，下列关于接线说法正确的是(充磁时应使外加磁场与磁铁的磁场方向相同)(　　)
A.a接电源正极，b接电源负极，c接电源正极，d接电源负极B.a接电源正极，b接电源负极，c接电源负极，d接电源正极 C.a接电源负极，b接电源正极，c接电源正极，d接电源负极D.a接电源负极，b接电源正极，c接电源负极，d接电源正极
解析　甲图中，因磁铁在螺线管的内部，应使螺线管内磁感线方向从右向左(左端是N极，右端是S极)，由安培定则可判定，a接电源正极，b接电源负极；乙图中，同理可知，右端是螺线管N极，左端是S极，由安培定则可判定c接电源负极，d接电源正极，B选项正确。
题组三　磁感应强度的叠加8.如图所示，a、b、c是三根平行长直导线的截面，它们的电流大小都相同，a、c中电流方向垂直纸面向里，b中电流方向垂直纸面向外，aO＝bO＝cO，若直导线a在O 点产生的磁感应强度大小为B0，则此时O点的磁感应强度大小应为(　　)
解析　由题意，结合安培定则，M导线在O处的磁感应强度大小为2B，方向垂直MO向右， P、Q导线在三角形中心O处的合磁场方向垂直MO向右，由于夹角为120°，合磁场大小为B，故三根导线在O处合磁场的磁感应强度大小为B′＝3B，故C正确。
10.(2024·贵州黔西高一统考期末)如图所示，两根互相平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流。a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等，关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是(　　)
A.O点处的磁场方向由O指向cB.a、b两点处的磁感应强度大小不等，方向相同C.c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同D.a、c两点处磁感应强度的大小不相等，方向不相同
解析　由安培定则和磁场叠加原理可判断出O点处的磁感应强度方向向下，由O指向d，A错误；两通电直导线在ab两点的磁场方向均向下，结合对称性可知a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，均向下，B错误；由图可知，c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同，均向下，C正确；由图可知，a、c两点处磁感应强度的方向相同，D错误。
11.(多选)如图，纸面内有两条相互垂直的长直绝缘导线L1、L2，L1中的电流方向竖直向上，L2中的电流方向水平向右；L1的右边有关于L2对称的a、b两点。整个系统处于某匀强磁场中，该匀强磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外。已知a、b两点的磁感应强度大小分别为4B0和8B0，方向垂直于纸面向里。则(　　)
A.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为4B0，方向垂直纸面向里B.流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为7B0，方向垂直纸面向外C.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为2B0，方向垂直纸面向里D.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为2B0，方向垂直纸面向外
解析　设直导线L1在a、b两点产生的磁场磁感应强度大小均为B1，方向均垂直纸面向里；直导线L2在a、b两点产生的磁场磁感应强度大小均为B2，方向分别为垂直纸面向外和垂直纸面向里；设垂直纸面向里为正，则由磁场的叠加可知
a点：4B0＝B1－B2－B0
b点：8B0＝B1＋B2－B0
解得B1＝7B0，B2＝2B0
流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为7B0，方向垂直纸面向里，选项A错误；流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为7B0，方向垂直纸面向里，选项B错误；流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为2B0，方向垂直纸面向里，选项C正确；流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为2B0，方向垂直纸面向外，选项D正确。
12.已知通电长直导线在周围空间某位置产生的磁感应强度大小与电流强度成正比，与该位置到长直导线的距离成反比。如图所示，通有电流大小相同的两根长直导线分别固定在绝缘正方体的两条边ad和bf上，两导线彼此绝缘。电流方向分别由a流向d、由f流向b，则顶点c和g两处的磁感应强度大小之比为(　　)