第14讲磁学基础 教师版.docx

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第14讲磁学基础教师版

学员：

年级：

辅导科目：

物理

教师：

第14课时共20课时联系方式：

课题

磁学基础

授课时间

120分钟

备课时间

360分钟

教学目标

1、磁学有关的基础概念

2、电磁感应定律安培定则楞次定律

3、几种常见磁场的磁感线

重点难点

1、安培定则和楞次定律的应用

2、常见磁场的磁感线分布

3、电磁感应定律电动势大小方向的判断

考点要求

1、用安培定则判断电流的磁场

2、用楞次定律判断感应电流的方向

3、用电磁感应定律判断感应电动势的大小方向

教学内容

磁学基础

一、基础知识清单

1.基础知识

1）磁性：

能吸引铁、钴、镍等物质的性质称为磁性。

2）磁极：

。

磁铁两端磁性强的区域称为磁极，一端称为北极（N极），一端称为南极（S极）。

3）磁场：

：

磁体、电流、或运动电荷周围空间存在的一种特殊物质，它的基本性质是对放在其中的磁体或电流有力的作用，一切磁相互作用都是一种非直接接触的相互作用，必须通过磁场来实现。

4）地磁场：

地球周围存在的磁场叫做地磁场。

5）磁偏角：

水平放置的磁针的指向和地理子午线之间的夹角叫做磁偏角。

6）磁化：

一些物体在磁体或电流的作用下会获得磁性，这种现象叫做磁化。

7）消磁：

当磁化后的材料，受到了外来的能量的影响，磁性减弱或消失，这个过程就称为消磁。

8）磁通量：

在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S我们把B与S的乘积叫做磁通量。

磁通是一个标量。

它的单位在SI制中为韦伯，简称韦，代号为Wb

9）磁感应强度：

在匀强磁场中，垂直于磁场方向放置的通电直导线，所受的安培力F跟电流强度I和导线长度L的乘积之比，叫做通电导线所在处的磁感应强度，即

，磁感应强度B只是由磁场本身决定，与所放置的电流I和导线长度L均无关。

。

a）磁感应强度是描述磁场的物理量，由磁场自身决定，与是否放入检验电流无关。

b）磁感应强度是矢量，其方向就是该点磁场方向。

当磁场叠加时，磁感应强度矢量合成。

B的单位在国际电位制（SI）中是特斯拉（Tesla），简称特，代号为T。

在电磁单位制（CGSM）中为高斯，简称高，代号为Gs。

两者的关系为1T=104Gs。

2.描述磁场分布的常用工具——磁感线

磁感线是指在磁场中引入的一系列曲线，其上每一点的切线方向表示该点的磁场方向，也是小磁针静止时N极的指向．磁感线在磁铁外部由N极到S极，在磁铁内部由S极到N极，构成一闭合的曲线。

磁感线越密处磁场越大，磁感线越疏处磁场越小。

磁感线是为了形象的描述磁场的磁感应强度分布情况而而人为假设的的一组曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线。

磁感线是闭合的。

任何两条磁感线不相交。

磁感线上任何一点的切线方向，都跟该点的磁场方向相一致。

磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小。

磁感线密的地方磁感应强度大。

3.确定电流产生磁场的方向——安培定则

安培定则又称为右手螺旋定则，是确定电流磁场的基本法则，不仅适用于通电直导线，同时也适用于通电圆环和通电螺线管．对于通电直导线的磁场，使用时大拇指指向表示电流方向，弯曲的四指方向表示磁场线环绕的方向；对于通电圆环或通电螺线管，弯曲的四指方向表示电流方向，大拇指的指向通电螺线管的N极

4.楞次定律

楞次定律可表述为：

1、感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

2、感应电流的效果，总是阻碍磁通量的变化，感应电流变化的结果总是阻碍引起磁通量变化的原因。

简单的说就是来拒去留。

判定感应电流方向

a）明确原磁场的方向及磁通量的变化情况（增加或减少）；

b）确定感应电流的磁场方向，依“增反减同”确定；

c）用安培定则确定感应电流的方向。

5.电磁感应定律

电磁感应：

因磁通量变化产生感应电动势的现象。

感应电动势的大小：

1.电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路磁通量的变化率成正比，即：

；若闭合回路是一个n匝线圈，则

。

应特别注意的是：

法拉第电磁感应定律所述的是电路中的感应电动势与磁通量的变化率（

）成正比，而与磁通量（Φ）的大小或其变化的大小（△Φ）无关.

2.

（2）导线切割磁感线产生感应电动势的大小，跟磁感应强度B、导线长度L，运动速度v以及运动方向和磁感线方向的夹角θ的正弦成正比，即：

E=nBLvsinθ，其中n为匝数。

感应电动势的方向：

a）用于判断运动的直导线切割磁感线时，感应电动势用右手定则。

方法：

伸开右手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，大拇指所指的方向为直导线运动方向，四指方向即是感应电动势的方向。

b）2.若为磁感应强度变化可用楞次定律通过电流的方向判断感应电动势的方向。

6.几种常见的磁场的磁感线分布图

（一）直线电流的磁场

如图3-1-1所示为直线电流的磁感线分布图，右手握住直导线，伸直的大拇指方向与电流方向一致，弯曲的四指方向就是通电直导线在周围空间产生的磁场的磁感线环绕的方向．

通电直导线在周围产生的磁场是不均匀分布的，垂直于直导线方向，离直导线越远，磁场弱；反之越强．

（二）环形电流的磁场

如图3-1-2所示，右手弯曲的四指方向与电流方向一致，伸直的大拇指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向，大拇指指向磁场N极的位置．

螺线管是由多个环形串联而成，所以通电螺线管与环形电流的磁场的确定的方法是相同的．

（三）地球磁场

地磁场的磁感线的分布与条形磁铁、通电螺线管的磁场相似．如图3-1-2所示，与地理南极对应的是地磁北极，与地理北极对应的是地磁南极（不计磁偏角时）。

（四）两个条形磁铁的磁场（如图3-1-3）

7.匀强磁场

如果某个区域里磁感应强度大小不变，且方向相同，这个区域里的磁场叫做匀强磁场,匀强磁场的磁感线是一组平行且等距的直线．匀强磁场是一种理想化的模型，大的异名磁极之间的磁场、通电螺旋管内部（扣除边缘区域）的磁场可以近似看作匀强磁场处理，

二、考点分类剖析

1.安培定则和楞次定律的应用

1.根据小磁针的指向标出图左中通电螺线管的电流方向。

2.通电螺线管上方小磁针静止时N极的指向如图所示。

试在图中画出螺线管的绕线及经过a点的一条磁感线。

3.如图所示，当闭合电键S后，通电螺线管Q端附近的小磁针N极转向Q端，则

A．通电螺线管的Q端为N极，电源a端为正极  

B．通电螺线管的Q端为N极，电源a端为负极  

C．通电螺线管的Q端为S极，电源a端为正极  

D．通电螺线管的Q端为S极，电源a端为负极  

4.如图所示判断条形磁铁靠近螺线管时感应磁场的方向和电流方向

2.

常见磁场的磁感线分布

1.请画出如图所示的相应的磁感线分布

2.试在图中由电流产生的磁场的方向确定电流的方向

3.电磁感应定律电动势大小方向的判断

1.穿过一个电阻为1Ω，线圈面积为1m的单匝闭合线圈的磁感应强度B每秒均匀地减少2T，既△B/△T=2（T/s），则（BD）

A.线圈中的感应电动势一定是每秒减少2V

B.线圈中的感应电动势一定是2V

C.线圈中的感应电流一定是每秒减少2A

D.线圈中的感应电动流一定是2A

2.下列关于感应电动势的说法正确的是（D）

A.回路中磁通量为零，感应电动势也为零

B.回路中没有感应电流，也就没有感应电动势

C.没有闭合回路就没有感应电动势

D.回路中磁通量的变化率不变，感应电动势也不变

3.穿过一个单匝线圈的磁通量始终每秒均匀地减少2Wb，则（D）

A.线圈中感应电动势每秒增加2V

B.线圈中感应电动势每秒减少2V

C.线圈中无感应电动势

D.线圈中感应电动势大小不变

三、基础夯实训练

1.首先发现电流产生磁场的科学家是（C）

（A）牛顿（B）阿基米德（C）奥斯特（D）伏特

2.关于磁感线的概念和性质，以下说法中正确的是（A）

（A）磁感线上各点的切线方向就是小磁针静止时北极的指向

（B）磁场中任意两条磁感线有可能相交

（C）铁屑在磁场中的分布所形成的曲线就是实际存在的磁感线

（D）磁感线总是从磁体的N极发出终止于磁体的S极

3.做奥斯特实验时，把小磁针放在水平的通电直导线的下方，通电后发现小磁针不动，用手拨动一下小磁针，小磁针转动180o后静止不动，由此可知通电直导线放置情况是（A）

A．东西向B．南北向C．正西南D．正西北

四、能力拔高训练

1.如图所示，在全自动洗衣机中，排水阀由程序控制器控制其动作的．当洗衣机进行排水和脱水工序时电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁心2动作，牵引排水阀的活塞，排除污水．牵引电磁铁结构如图所示．以下正确的是（D）

（A）若a,b初输入交变电流，铁心2不能吸入线圈中

（B）若a,b初输入交变电流，铁心2能吸入线圈中

（C）若某时刻输入控制电流时，a为正，b为负,则铁心2的B为S极

（D）若某时刻输入控制电流时，a为正，b为负,则铁心2的B为N极

解析：

只要电磁铁通电就具有磁性，就可能吸合铁心，因此答案B是正确的；根据初中学过的右手螺旋定则可知，若输入控制电流时，a为正，b为负,则铁心2的右端B为N极，答案D是正确的。

2.已知电流磁场的磁感应线方向或N、S极方向，请在上标出电流方向。

（其中1为通电圆环、2为螺线管、3、4为通电直道线）

解析：

根据安培定则，各图中的电流方向如图

3.两个相同的圆形线圈能在一个光滑的圆柱上自由移动，设大小不同的电流按如图所示的方向通入线圈，则两线圈的运动情况是［B］

Ａ．都绕圆柱转动

Ｂ．彼此相向运动，具有大小相等的加速度

Ｃ．彼此相向运动，电流大的加速度大

Ｄ．彼此相背运动，电流大的速度大

4.

如图10-4所示，水平放置的扁平条形磁铁，在磁铁的左端正上方有一线框，线框平面与磁铁垂直，当线框从左端正上方沿水平方向平移到右端正上方的过程中，穿过它的磁通量的变化是：

[　D　]

　　A．先减小后增大

　　B．始终减小

　　C．始终增大

　　D．先增大后减小

　　【错解分析】错解：

条形磁铁的磁性两极强，故线框从磁极的一端移到另一端的过程中磁性由强到弱再到强，由磁通量计算公式可知Φ=B·S，线框面积不变，Φ与B成正比例变化，所以选A。

　　做题时没有真正搞清磁通量的概念，脑子里未正确形成条形磁铁的磁力线空间分布的模型。

因此，盲目地生搬硬套磁通量的计算公式Φ=B·S，由条形磁铁两极的磁感应强度B大于中间部分的磁感应强度，得出线框在两极正上方所穿过的磁通量Φ大于中间正上方所穿过的磁通量。

　　【正确解答】

　　规范画出条形磁铁的磁感线空间分布的剖面图，如图10-5所示。

利用Φ=B·S定性判断出穿过闭合线圈的磁通量先增大后减小，选D。

　　【小结】

　　Φ=B·S计算公式使用时是有条件的，B是匀强磁场且要求B垂直S，所以磁感应强度大的位置磁通量不一定大，而本题的两极上方的磁场不是匀强磁场，磁场与正上方线框平面所成的角度又未知，难以定量加以计算，编写此题的目的就是想提醒同学们对磁场的形象化给予足够的重视。

五、高考/中考链接

1.[广东大综.29]如图所示在倾角为α的光滑斜面上垂直纸面放置一根长为L质量为m的直导体棒.在导体棒中的电流I垂直纸面向里时欲使导体棒静止在斜面上下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确是（A）

A

方向垂直斜面向上

B

方向垂直斜面向下

C

方向垂直斜面向下

D

方向垂直斜面向上

2.[全国卷I.17]图中为一“滤速器”装置示意图。

a、b为水平放置的平行金属板一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间。

为了选取具有某种特定速率的电子可在a、b间加上电压并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场使所选电子仍能够沿水平直线OO'运动由O'射出。

不计重力作用。

可能达到上述目的的办法是（AD）

A.使a板电势高于b板磁场方向垂直纸面向里

B.使a板电势低于b板磁场方向垂直纸面向里

C.使a板电势高于b板磁场方向垂直纸面向外

D.使a板电势低于b板磁场方向垂直纸面向外

3.[北京卷.20]如图所示匀强磁场的方向垂直纸面向里一带电微粒从磁场边界d点垂直于磁场方向射入沿曲线dpa打到屏MN上的a点通过pa段用时为t2若该微粒经过P点时与一个静止的不带电微粒碰撞并结合为一个新微粒最终打到屏MN上。

两个微粒所受重力均忽略。

新微粒运动的（D）

A.轨迹为pb,至屏幕的时间将小于t

B.轨迹为pc,至屏幕的时间将大于t

C.轨迹为pb至屏幕的时间将等于t

D.轨迹为pa至屏幕的时间将大于t