第3節(jié)幾種常見的磁場1．假如在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向全都，這樣的曲線就叫做磁感線．磁感線是為了形象地描述磁場而人為假設(shè)的曲線，其疏密反映磁場的強(qiáng)弱，線上每一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁場方向相同．2．安培定則：(1)右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向全都，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向．(2)讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向全都，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向．3．安培認(rèn)為，在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部存在著一種環(huán)形電流——分子電流，分子電流使每個物質(zhì)微粒都成為微小的磁體，分子的兩側(cè)相當(dāng)于兩個磁極．安培分子電流假說揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，即磁體的磁場和電流的磁場一樣，都是由電荷的運(yùn)動產(chǎn)生的．4．磁通量：設(shè)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一個與磁場方向垂直的平面且面積為S，我們把B與S的乘積叫做穿過這個面積的磁通量，簡稱磁通，用字母Φ表示，則Φ＝BS，單位：韋伯．5．勻強(qiáng)磁場是指磁感應(yīng)強(qiáng)度處處相同的磁場，它的磁感線的特點(diǎn)是間隔相等、相互平行．【概念規(guī)律練】學(xué)問點(diǎn)一磁感線1．關(guān)于磁感線的描述，下列說法中正確的是()A．磁感線可以形象地描述各點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱和方向，它每一點(diǎn)的切線方向都和小磁針放在該點(diǎn)靜止時北極所指的方向全都B．磁感線可以用細(xì)鐵屑來顯示，因而是真實(shí)存在的C．兩條磁感線的空隙處確定不存在磁場D．兩個磁場疊加的區(qū)域，磁感線就可能相交答案A解析磁感線上每一點(diǎn)的切線方向表示磁場方向，即小磁針靜止時北極所指的方向，所以A正確；磁感線是為了形象地描述磁場而假想的一簇有方向的閉合曲線，實(shí)際上并不存在，細(xì)鐵屑可以顯示出其外形，但那并不是磁感線，B錯；磁感線的疏密反映磁場的強(qiáng)弱，磁感線是假想的人為畫出的曲線，兩條磁感線的空隙處也存在磁場，C錯；在磁鐵外部磁感線從N極到S極，內(nèi)部從S極到N極，磁感線不相交，所以D不正確．點(diǎn)評對磁感線概念的理解和磁感線特點(diǎn)的把握是關(guān)鍵，充分理解磁感線的以下性質(zhì)：磁感線是閉合的曲線；磁感線不相交；疏密程度反映了磁場的強(qiáng)弱；磁感線上某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的磁場方向．2．關(guān)于磁感線的性質(zhì)和概念，下面的說法正確的是()A．磁感線上各點(diǎn)的切線方向就是各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向B．磁場中任意兩條磁感線均不相交C．鐵屑在磁場中的分布曲線就是磁感線D．磁感線總是從磁體的N極指向S極答案AB解析磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是磁場的方向，磁感線的切線方向就是磁場方向，因此選項A是正確的；兩條磁感線相交就說明在兩線相交處有兩個切線方向，即有兩個磁感應(yīng)強(qiáng)度方向，這是不行能的，磁場中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是唯一確定的，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向也只有一個，因此兩條磁感線不能相交，選項B是正確的；磁感線是為形象描述磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布而畫出的一簇曲線，不是真實(shí)存在的，而鐵屑的分布曲線只能證明用磁感線描述磁場的方法是正確的，而鐵屑不是磁感線，選項C是錯誤的；在通電螺線管內(nèi)部和條形磁體內(nèi)部的磁感線應(yīng)是從S極指向N極，選項D是錯誤的．學(xué)問點(diǎn)二安培定則3.如圖1所示，放在通電螺線管內(nèi)部中間處的小磁針，靜止時N極指向右，試判定電源的正、負(fù)極．圖1答案c端為正極，d端為負(fù)極解析小磁針N極的指向即為該處的磁場方向,所以螺線管內(nèi)部磁感線由a→b.依據(jù)安培定則可推斷出電流由電源的c端流出,d端流入,故c端為正極,d端為負(fù)極.〖HT〗4．在圖2中，當(dāng)電流通過線圈時，磁針的S極指向讀者，試確定線圈中電流的方向．圖2答案電流為順時針方向，如圖所示．解析磁針南極指向讀者說明線圏產(chǎn)生的磁感線方向垂直線面對里，依據(jù)安培定則可知線圈中電流方向是順時針的．點(diǎn)評用安培定則分析環(huán)形電流的磁場時，要留意彎曲的四指指向電流方向，大拇指所指方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁感線的方向．學(xué)問點(diǎn)三安培分子電流假說5．用安培提出的分子電流假說可以解釋下列哪些現(xiàn)象()A．永久磁鐵的磁場B．直線電流的磁場C．環(huán)形電流的磁場D．軟鐵棒被磁化的現(xiàn)象答案AD解析分子電流假說是安培為解釋磁體的磁現(xiàn)象而提出的，所以選項A、D是正確的；而通電導(dǎo)線四周的磁場是由其內(nèi)部自由電荷定向移動而產(chǎn)生的宏觀電流產(chǎn)生的．分子電流和宏觀電流雖然都是運(yùn)動電荷引起的，但產(chǎn)生的緣由是不同的．6．下列關(guān)于磁場的說法中正確的是()A．磁鐵的磁場和電流的磁場一樣，都是由電荷的運(yùn)動產(chǎn)生的B．永磁體的磁場是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動產(chǎn)生的C．宏觀電荷的定向運(yùn)動能產(chǎn)生磁場D．全部的磁場都是由電荷的運(yùn)動產(chǎn)生的答案ABCD解析安培分子電流假說認(rèn)為一切磁場都是由于電荷的運(yùn)動產(chǎn)生的．【方法技巧練】一、利用右手安培定則分析小磁針轉(zhuǎn)動方向的方法7．當(dāng)接通電源后，小磁針A的指向如圖3所示，則()圖3A．小磁針B的N極向紙外轉(zhuǎn)B．小磁針B的N極向紙里轉(zhuǎn)C．小磁針B不轉(zhuǎn)動D．因電流未標(biāo)出，所以無法推斷小磁針B如何轉(zhuǎn)動答案A解析依據(jù)通電螺線管的磁場與小磁針的相互作用狀況可以推斷：螺線管的左邊應(yīng)當(dāng)是S極．再依據(jù)安培定則，右手握住螺線管，大拇指指向螺線管的N極，其余四指的方向就是通電螺線管中的電流方向，即電流從左邊流入，右邊流出，如下圖所示．再依據(jù)安培定則判知小磁針B所在處的磁場方向垂直紙面對外，所以知小磁針B的N極向紙外轉(zhuǎn)8．如圖4所示，圓環(huán)上帶有大量的負(fù)電荷，當(dāng)圓環(huán)沿順時針方向轉(zhuǎn)動時，a、b、c三枚小磁針都要發(fā)生轉(zhuǎn)動，以下說法正確的是()圖4A．a(chǎn)、b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn)B．b的N極向紙外轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙里轉(zhuǎn)C．b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn)，而a的N極向紙外轉(zhuǎn)D．b的N極向紙里轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙外轉(zhuǎn)答案B解析帶負(fù)電荷的圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，形成逆時針方向等效電流，依據(jù)安培定則，推斷出環(huán)內(nèi)、外的磁場方向，可知小磁針的轉(zhuǎn)動方向．方法總結(jié)①先利用右手安培定則推斷電流產(chǎn)生的磁場方向．②小磁針N極指向該處磁場方向二、磁通量的計算方法9.如圖5所示，半徑為R的圓形線圈共有n匝，其中心位置處半徑為r的虛線范圍內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直線圈平面．若磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則穿過線圈的磁通量為()圖5A．πBR2B．πBr2C．nπBR2D．nπBr2答案B解析磁通量與線圈匝數(shù)無關(guān)；且磁感線穿過的面積為πr2，而并非πR2，故B項對．10．如圖6所示，框架面積為S，框架平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場方向垂直，則穿過平面的磁通量的狀況是()圖6A．如圖所示位置時等于BSB．若使框架繞OO′轉(zhuǎn)過60°角，磁通量為eq\f(1,2)BSC．若從初始位置轉(zhuǎn)過90°角，磁通量為零D．若從初始位置轉(zhuǎn)過180°角，磁通量變化為2BS答案ABCD解析在題圖所示的位置時，磁感線與線框平面垂直，Φ＝BS.當(dāng)框架繞OO′軸轉(zhuǎn)過60°時可以將圖改畫成側(cè)視圖如右圖所示Φ＝BS⊥＝BS·cos60°＝eq\f(1,2)BS.轉(zhuǎn)過90°時，線框由磁感線垂直穿過變?yōu)槠叫?，Φ?.線框轉(zhuǎn)過180°時，磁感線照舊垂直穿過線框，只不過穿過方向轉(zhuǎn)變了．因而Φ1＝BS，Φ2＝－BS，ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝2BS.綜上所述，A、B、C、D都正確．點(diǎn)評(1)磁通量是標(biāo)量．(2)磁通量有正、負(fù)，但其正、負(fù)不代表方向，僅代表磁感線的穿入或穿出．磁通量的變化量一般取確定值．1．關(guān)于磁現(xiàn)象的電本質(zhì)，正確的說法是()①一切磁現(xiàn)象都起源于電流或運(yùn)動電荷，一切磁作用都是電流或運(yùn)動電荷之間通過磁場而發(fā)生的相互作用②除永久磁鐵外，一切磁場都是由運(yùn)動電荷或電流產(chǎn)生的③依據(jù)安培的分子電流假說，在外界磁場作用下，物體內(nèi)部分子電流取向變得大致相同時，物體就被磁化，兩端形成磁極④磁就是電，電就是磁，有磁必有電，有電必有磁A．②③④B．②④C．①③D．①②③答案C解析②錯誤在于永久磁體之所以顯磁性的緣由是內(nèi)部分子電流規(guī)律分布．④錯誤的緣由是靜止的電荷四周就沒有磁場．只有運(yùn)動的電荷才能產(chǎn)生磁場．2．磁體之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的．對磁場生疏正確的是()A．磁感線有可能毀滅相交的狀況B．磁感線總是由N極動身指向S極C．某點(diǎn)磁場的方向與放在該點(diǎn)小磁針靜止時N極所指方向全都D．若在某區(qū)域內(nèi)通電導(dǎo)線不受磁場力的作用，則該區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度確定為零答案C解析依據(jù)磁感線的特點(diǎn)：①磁感線在空間不能相交；②磁感線是閉合曲線；③磁感線的切線方向表示磁場的方向(小磁針靜止時N極指向)可推斷選項A、B錯誤，C正確．通電導(dǎo)線在磁場中是否受力與導(dǎo)線在磁場中的放置方向有關(guān)，故D錯誤．3．在同一平面有四根彼此絕緣的通電直導(dǎo)線，如圖7所示．四根導(dǎo)線中電流I4＝I3>I2>I1，要使O點(diǎn)磁場增加，則應(yīng)切斷哪一根導(dǎo)線中的電流()圖7A．I1B．I2C．I答案D解析由安培定則判知，只有電流I4在O點(diǎn)的磁場方向與其余三段相反，依據(jù)磁場的矢量疊加，知選D.4.一束帶電粒子沿水平方向飛過小磁針上方，并與磁針指向平行，能使磁針的S極轉(zhuǎn)向紙內(nèi)，如圖8所示．那么這束帶電粒子可能是()圖8A．向右飛行的正離子束B．向左飛行的正離子束C．向右飛行的負(fù)離子束D．向左飛行的負(fù)離子束答案BC解析磁針S極向紙內(nèi)轉(zhuǎn)，說明電流產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面對外，由安培定則可得，電流方向向左．可以形成方向向左的電流的是向左飛行的正離子束或向右飛行的負(fù)離子束．5．如下圖所示，當(dāng)開關(guān)S閉合后，小磁針處在通電電流的磁場中的位置正確的是()答案D解析依據(jù)安培定則，推斷出電流的磁場方向；再依據(jù)小磁針靜止時N極的指向為磁場的方向，判知D正確．6.如圖9所示是三根平行直導(dǎo)線的截面圖，若它們的電流強(qiáng)度大小都相同，且ab＝ac＝ad，則a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是()圖9A．垂直紙面指向紙里B．垂直紙面指向紙外C．沿紙面由a指向bD．沿紙面由a指向d答案D解析每根導(dǎo)線在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，關(guān)鍵是確定每根導(dǎo)線在a處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，由矢量合成法則求合磁感應(yīng)強(qiáng)度，判知D正確．7.南極考察經(jīng)常就南極特殊的地理位置進(jìn)行科學(xué)測量．“雪龍?zhí)枴笨疾礻爢T一次試驗如下：在地球南極四周用彈簧測力計豎直懸掛一未通電螺線管，如圖10所示．下列說法正確的是()圖10A．若將a端接電源正極，b端接電源負(fù)極，則彈簧測力計示數(shù)將減小B．若將a端接電源正極，b端接電源負(fù)極，則彈簧測力計示數(shù)將增大C．若將b端接電源正極，a端接電源負(fù)極，則彈簧測力計示數(shù)將增大D．不論螺線管通電狀況如何，彈簧測力計示數(shù)均不變答案AC解析在地球南極四周即為地磁N極，螺線管相當(dāng)于一條形磁鐵，依據(jù)右手螺旋定則推斷出“條形磁鐵”的極性．再依據(jù)同名磁極相互吸引，異名磁極相互排斥，推斷知A、C正確．8.如圖11所示，螺線管中通有電流，假如在圖中的a、b、c三個位置上各放一個小磁針，其中a在螺線管內(nèi)部，則()圖11A．放在a處的小磁針的N極向左B．放在b處的小磁針的N極向右C．放在c處的小磁針的S極向右D．放在a處的小磁針的N極向右答案BD解析由安培定則，通電螺線管的磁場如下圖所示，右端為N極，左端為S極，在a點(diǎn)磁場方向向右，則小磁針在a點(diǎn)時，N極向右，則A項錯，D項對；在b點(diǎn)磁場方向向右，則磁針在b點(diǎn)時，N極向右，則B項正確；在c點(diǎn)，磁場方向向右，則磁針在c點(diǎn)時，N極向右，S極向左，則C項錯．9．如圖12所示，一個單匝線圈abcd水平放置，面積為S，當(dāng)有一半面積處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，當(dāng)線圈以ab邊為軸轉(zhuǎn)過30°和60°時，穿過線圈的磁通量分別是多少？圖12答案eq\f(BS,2)eq\f(BS,2)解析當(dāng)線圈分別轉(zhuǎn)過30°和60°時，線圈平面在垂直于磁場方向的有效面積相同，都有S⊥＝eq\f(S,2)，所以磁通量相同，都等于eq\f(BS,2).10．如圖13所示，一根通電直導(dǎo)線垂直放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T水平向右的勻強(qiáng)磁場中，以導(dǎo)線截面的中心為圓心，半徑為r的圓周上有a、b、c、d四點(diǎn)，已知a點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，則b、c、d三點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分別是多少？方向如何？圖13答案Bb＝eq\r(2)T，與水平方向成45°斜向右上方Bc＝2