1、第5章 磁場(chǎng)知識(shí)整合與階段檢測(cè)專(zhuān)題一用安培定則判定電流磁場(chǎng)的方向磁場(chǎng)是一種看不見(jiàn)、摸不著、存在于電流或磁體周?chē)囊环N特殊物質(zhì)，它傳遞著磁相互作用。電流與磁體、電流與電流、磁體與磁體都是通過(guò)磁場(chǎng)相互作用的。要研究電流對(duì)磁體或電流對(duì)電流的作用，就必須依據(jù)安培定則判定電流的磁場(chǎng)方向。應(yīng)用安培定則(又稱(chēng)右手螺旋定則)判定電流磁場(chǎng)時(shí)注意以下兩點(diǎn)：(1)判斷直線電流的磁場(chǎng)時(shí)，大拇指指電流方向，四指彎曲的方向表示磁感線的方向；判定環(huán)形電流和通電螺線管的磁場(chǎng)時(shí)，四指指電流方向，而大拇指沿中心軸線指磁場(chǎng)方向。(2)對(duì)電荷定向運(yùn)動(dòng)形成的等效電流，判斷時(shí)注意等效電流的方向與電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向不一定一致。對(duì)正電荷，定

2、向運(yùn)動(dòng)的方向即等效電流的方向；對(duì)負(fù)電荷，等效電流方向?yàn)殡姾蛇\(yùn)動(dòng)的反方向。例證1如圖51所示，放在螺線管內(nèi)部中間處的小磁針，當(dāng)開(kāi)關(guān)S 閉合時(shí)，小磁針應(yīng)怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)？ 圖51 解析小磁針處于螺線管內(nèi)部，能繞水平軸在豎直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)S閉合時(shí)，根據(jù)通過(guò)螺線管的電流方向，利用安培定則，可知螺線管內(nèi)部的磁感線方向自左向右，所以小磁針將沿順時(shí)針?lè)较蚶@水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)90角，當(dāng)小磁針的N極與所在處磁感線方向相同后，靜止在如圖52所示的位置。 圖52答案見(jiàn)解析專(zhuān)題二學(xué)習(xí)磁通量要注意的幾個(gè)問(wèn)題在同一磁場(chǎng)中，磁感線越密的地方，也就是穿過(guò)垂直磁場(chǎng)方向的單位面積的磁感線條數(shù)越多的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大。B越大，垂直面積S越大，

3、則穿過(guò)這個(gè)面的磁感線條數(shù)就越多，磁通量就越大。所以磁通量反映穿過(guò)某一面積的磁感線條數(shù)的多少。在具體學(xué)習(xí)磁通量時(shí)，要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：1磁通量的正負(fù)問(wèn)題磁通量是標(biāo)量，但有正負(fù)之分。磁通量的正負(fù)不代表大小，只反映磁通量是怎么穿過(guò)某一平面的，若規(guī)定向里穿過(guò)某一平面的磁通量為正，則向外為負(fù)。尤其在計(jì)算磁通量變化時(shí)更應(yīng)注意。2有效面積問(wèn)題定義式BS中的面積S指的是垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向的面積，如果平面跟磁場(chǎng)方向不垂直，應(yīng)取垂直磁場(chǎng)方向上的投影面積，即為有效面積。3凈磁通問(wèn)題若穿過(guò)某一平面的磁感線既有穿出的又有穿入的，則穿過(guò)該平面的合磁通量為凈磁感線的條數(shù)，即凈磁通。4多匝線圈問(wèn)題從磁通量的定義中可以看出，穿

4、過(guò)某一面積的磁通量是由穿過(guò)該面積的磁感線條數(shù)的多少?zèng)Q定的，所以，只要n匝線圈的面積相同，放置情況也相同，n匝線圈與單匝線圈的磁通量相同。5磁通量的變化公式：BScosSBcosBS(cos)?？梢?jiàn)磁通量是由B、S及角度共同決定的，磁通量的變化情況應(yīng)從這三個(gè)方面去考慮。例證2矩形線框abcd的邊長(zhǎng)分別為l1、l2，可繞它的一條對(duì)稱(chēng)軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向與OO垂直，初位置時(shí)線圈平面與B平行，如圖53所示。 圖53 (1)初位置時(shí)穿過(guò)線框的磁通量0為多少？(2)當(dāng)線框沿圖53所示方向繞過(guò)60時(shí)，磁通量2為多少？這一過(guò)程中磁通量的變化1為多少？(3)當(dāng)線框繞軸沿圖示方向由(2)中的

5、位置再轉(zhuǎn)過(guò)60位置時(shí)，磁通量3為多少？這一過(guò)程中232為多少？解析(1)當(dāng)處于圖53所示位置時(shí)，從俯視圖可看出沒(méi)有磁感線穿過(guò)矩形線框，故00。(2)當(dāng)繞軸(從上往下看)沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)60到ad位置時(shí)，線框與B的夾角60。 所以2BSsin 60BS120BS。(3)當(dāng)再由ad位置逆時(shí)針轉(zhuǎn)60時(shí)，到ad，這時(shí)線框與B方向成120角。所以3BSsin 120BS，232BSBS0。注意：ad位置和ab位置時(shí)，穿過(guò)線框磁通量的方向沒(méi)有發(fā)生變化。答案見(jiàn)解析例證3一橫截面積為S、匝數(shù)為100匝的直螺線管，放置在平行于螺線管軸線的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則穿過(guò)此螺線管的磁通量是多少？若拆除50匝，穿

6、過(guò)此螺線管的磁通量又是多少？解析在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)直螺線管的橫截面與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，各線圈的面積相同，放置情況也相同，則100匝、50匝的螺線管和單匝線圈的磁通量相同，都為BS。答案BSBS1如圖54所示為通電螺線管的縱截面，“”“”分別表示導(dǎo)線中電流垂直紙面流進(jìn)、流出，則螺線管內(nèi)部和外部a、b、c三個(gè)位置上小磁針靜止時(shí)N極指向是() 圖54A均向右B均向左Ca、b向左，c向右 Da、c向右，b向左解析：根據(jù)安培定則，可判知a、b處的磁場(chǎng)方向都向左，c處磁場(chǎng)方向向右，所以a、b處小磁針靜止時(shí)N極都指向左，c處小磁針靜止時(shí)N極指向右，故A、B、D錯(cuò)，C對(duì)。答案：C2如圖55所示，一個(gè)單匝線圈abc

7、d水平放置，面積為S，有一半面積處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。當(dāng)線圈以ab邊為軸轉(zhuǎn)過(guò)30和60時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量分別是多少？ 圖55解析：當(dāng)線圈分別轉(zhuǎn)過(guò)30和60時(shí)，線圈平面在垂直于磁場(chǎng)方向的有效面積相同，所以磁通量也相同，都等于BS。答案：BSBS一、選擇題(本題共9小題，每小題8分，共72分，每小題至少有一個(gè)選項(xiàng)符合題意，多選、錯(cuò)選不得分，選對(duì)但選不全得4分)1下列說(shuō)法正確的是()A. 磁感線從磁體的S極出發(fā)，終止于磁體的N極B磁感線可以表示磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)弱C磁鐵能產(chǎn)生磁場(chǎng)，電流也能產(chǎn)生磁場(chǎng)D放入通電螺線管內(nèi)的小磁針，根據(jù)異名磁極相吸的原則，小磁針的N極一定指向通電螺線管的S

8、極解析： 磁感線是閉合曲線，可以表示磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)弱；磁鐵和電流都能產(chǎn)生磁場(chǎng)；在通電螺線管內(nèi)部，磁感線方向從S極指向N極，則小磁針的N極指向通電螺線管的N極。正確選項(xiàng)為B、C。答案：BC2關(guān)于磁通量、磁通密度、磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說(shuō)法正確的是 ()A磁感應(yīng)強(qiáng)度越大的地方，磁通量越大B穿過(guò)某線圈的磁通量為零時(shí)，由B可知磁通密度為零C磁通密度越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大D磁感應(yīng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于1 m2的面積上穿過(guò)的磁通量解析：引起磁通量變化有三個(gè)方面的因素，包括磁感應(yīng)強(qiáng)度B，橫截面積S，還有磁感應(yīng)強(qiáng)度和橫截面積S的夾角。因此看磁通量的變化一定要考慮全面，所以A、B都是錯(cuò)誤的，而磁通密度就是磁感應(yīng)強(qiáng)度，所以C項(xiàng)

9、正確。對(duì)于一個(gè)確定的磁場(chǎng)B，穿過(guò)1 m2面積的最大磁通量就是在數(shù)值上等于磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，所以D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：C3一根長(zhǎng)直導(dǎo)線中有穩(wěn)恒電流，下列說(shuō)法中正確的是()A此直線電流周?chē)拇艌?chǎng)不是勻強(qiáng)磁場(chǎng)B此磁場(chǎng)的磁感線是一些以導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的同心圓，磁感線的疏密程度一樣C直線電流的方向與它的磁感線的方向之間的關(guān)系可以用安培定則來(lái)判定D直線電流周?chē)拇艌?chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)解析：直線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感線是一些以導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的同心圓，磁感線的疏密程度不同。故A、C項(xiàng)正確。答案：AC4. 如圖1所示，假設(shè)將一個(gè)小磁針?lè)旁诘厍虻谋睒O點(diǎn)上，那么小磁針的N極將()A指北B指南 圖1C豎直向上 D豎直向下解析：地球

10、的地理北極點(diǎn)可以近似地認(rèn)為與地磁的南極重合，根據(jù)磁體的同性相斥，異性相吸，所以地磁的南極(地理北極)點(diǎn)吸引小磁針的N極，排斥小磁針的S極，所以小磁針的N極將豎直向下，故A、B、C錯(cuò)，D正確。答案：D 5. 在圖2中，已標(biāo)出電流I、磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，其中符合安培定則的是()圖2解析：根據(jù)安培定則可知A中電流應(yīng)向里，故A錯(cuò)。D中內(nèi)部磁感線方向應(yīng)向右，故D錯(cuò)。B、C項(xiàng)正確。答案：BC 6. 如圖3所示，通有恒定電流的導(dǎo)線MN與閉合金屬框共面，第一次將金屬框由平移到，第二次將金屬框繞cd邊翻轉(zhuǎn)到，設(shè)先后兩次通過(guò)金屬框的磁通量變化分別為1和2，則() 圖3A12 B12C12 D不能判斷解析：導(dǎo)體MN

11、周?chē)拇艌?chǎng)并非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，靠近MN處的磁場(chǎng)強(qiáng)些，磁感線密一些，遠(yuǎn)離MN處的磁感線疏一些。當(dāng)線框在位置時(shí)，穿過(guò)平面的磁通量為，當(dāng)線圈平移至位置時(shí)，磁通量為，則磁通量的變化量1|，當(dāng)線框翻轉(zhuǎn)到位置時(shí)，磁感線相當(dāng)于從反面穿過(guò)原平面，則磁通量為，則磁通量的變化量是2|，所以12。答案：C 7. 如圖4所示為電視機(jī)顯像管偏轉(zhuǎn)的示意圖，磁環(huán)上的偏轉(zhuǎn)線圈通以圖示方向的電流時(shí)，圓環(huán)的圓心O處的磁場(chǎng)方向?yàn)?) A向上 B向下 圖4C向左 D向右解析：由安培定則知螺線管上端為N極，下端為S極，兩個(gè)螺線管在O點(diǎn)磁場(chǎng)方向均向下，合磁場(chǎng)方向仍向下，故B正確。答案：B 8.如圖5所示是等腰直角三棱柱，其中正方形ABCD的邊

12、長(zhǎng)為L(zhǎng)，按圖示位置放置在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，下列說(shuō)法中正確的是() 圖5A通過(guò)ABCD平面的磁通量為BL2B通過(guò)BCFE平面的磁通量為BL2C通過(guò)ADFE平面的磁通量為零D通過(guò)整個(gè)三棱柱的磁通量為零解析：磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向和ABCD平面不垂直，故A項(xiàng)錯(cuò)；磁感應(yīng)強(qiáng)度B和BCFE平面垂直，故B項(xiàng)對(duì)；磁感應(yīng)強(qiáng)度B和ADFE平面平行， 故通過(guò)平面ADFE的磁通量為零，C項(xiàng)對(duì)；而磁感線從ABCD平面穿入，進(jìn)入三棱柱后不終止，從BCFE平面穿出，若穿入磁通量為正， 則穿出磁通量為負(fù)，故穿過(guò)整個(gè)三棱柱的磁通量為零，D項(xiàng)對(duì)。答案：BCD9.如圖6所示，彈簧秤下掛一條形磁棒，其中條形磁棒N極的

13、一部分位于未通電的螺線管內(nèi)，下列說(shuō)法正確的是() A若將a接電源正極，b接負(fù)極，彈簧秤的示數(shù)將不變 圖6B若將a接電源正極，b接負(fù)極，彈簧秤的示數(shù)將增大C若將b接電源正極，a接負(fù)極，彈簧秤的示數(shù)將增大D若將b接電源正極，a接負(fù)極，彈簧秤的示數(shù)將減小解析：原磁棒跟螺線管間無(wú)相互作用，當(dāng)a接電源正極，b接負(fù)極時(shí)，根據(jù)線圈的纏繞方向，由安培定則可知通電螺線管內(nèi)部磁感線方向是自下而上，其上端相當(dāng)于一個(gè)條形磁體的N極。因同名磁極相互排斥，所以磁棒受螺線管向上的斥力，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；同理，當(dāng)b接電源正極，a接負(fù)極時(shí)，通電螺線管上端相當(dāng)于條形磁體的S極，異名磁極相互吸引，所以磁棒受向下的吸引力，選項(xiàng)C正確。

14、答案：C 二、計(jì)算題(本題共3小題，共28分，要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)10. (8分)一般來(lái)說(shuō)通電螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)。某螺線管的橫截面積是5104 m2，當(dāng)通過(guò)它的磁通量為2.5106 Wb時(shí)，則：(1)該螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)方向與螺線管的軸線有什么關(guān)系？(2)該螺線管內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度為多大？解析：(1)根據(jù)安培定則知，通電螺線管內(nèi)部的磁感線與螺線管的軸線方向平行，故內(nèi)部的磁場(chǎng)方向與軸線平行。(2)由公式BS得BT5103 T即螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為5103 T。答案：(1)平行(2)5103 T 11.(10分)地球上某地地磁感應(yīng)強(qiáng)度B的水平分量Bx018104 T，豎直分量By0.54104 T。求：(1)地磁場(chǎng)B的大小及它與水平方向的夾角；(2)在水平面2.0 m2的面積內(nèi)地磁場(chǎng)的磁通量。解析：(1)由矢量合成法則可知B T0.57104 T，tan3，則arctan 3。(2)ByS 0.541042.0 Wb 1.08104 Wb答案：(1)0.57104 Tarctan