《2018-2019學年高中物理 第5章 磁場與回旋加速器 5.1 磁與人類文明 5.2 怎樣描述磁場學案 滬科版選修3-1.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018-2019學年高中物理 第5章 磁場與回旋加速器 5.1 磁與人類文明 5.2 怎樣描述磁場學案 滬科版選修3-1.doc（9頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

5.1　磁與人類文明 5.2　怎樣描述磁場 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1.了解我國古代在磁方面的成就，知道指南針是我國古代四大發(fā)明之一． 2．知道磁場的基本特性，了解地球的磁場． 3．掌握磁感線的定義、特點以及作用．(重點) 4．知道磁通量，理解磁場的定量描述．(重點、難點) [自 主 預 習探 新 知] [知識梳理] 一、地磁場及磁性材料 1．地磁場 (1)地磁場的兩極：地球周圍存在著磁場，它的N極位于地理南極附近，S極位于地理北極附近． (2)磁偏角：用一個能自由轉動的小磁針觀察地磁場方向時，可以看到它的磁極一般并不指向地理的正南正北方向，水平放置的磁針的指向跟地理子午線之間有一個交角，這個交角叫作磁偏角． 2．磁性材料 (1)磁化：人們通過人工方法使磁性材料獲得磁性的過程． (2)退磁：磁性材料被磁化后，在一定條件下會失去磁性，這個過程叫作退磁或去磁． (3)磁性材料的分類 根據磁性材料被磁化后退磁的難易程度分為軟磁性材料和硬磁性材料． 二、磁場的描述 1．磁感線 (1)磁感線是在磁場中人為地畫出的一些有方向的曲線，在這些曲線上，每一點的切線方向都在該點磁場的方向上． (2)物理學中把磁感線的間距相等、相互平行且指向相同的磁場叫作勻強磁場． 2．條形磁體和蹄形磁體的磁感線 磁體都有兩個磁極，在外部磁感線從北極指向南極，在內部從南極指向北極，它是一系列閉合的曲線． 圖511 三、磁場的定量描述 1．磁通量Φ 磁場中穿過某一面積的磁感線的條數叫作穿過這個面積的磁通量． 2．磁感應強度B (1)垂直穿過某單位面積上的磁通量叫作磁感應強度． (2)公式：B＝. (3)單位：在國際單位制中，磁通量的單位是韋伯，簡稱韋，符號是Wb；磁感應強度的單位是特斯拉，簡稱特，國際符號是T,1 T＝. (4)矢量：磁感應強度是一個既有大小又有方向的物理量，是矢量，磁場中某點的磁感應強度方向是過該點的磁感線的切線方向，也就是放在該點的小磁針N極的受力方向． [基礎自測] 1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“”．) (1)磁感線是用細鐵屑排列而成的真實的曲線．() (2)磁感線能表示磁場的強弱和方向．(√) (3)地理的南北兩極與地磁場的南北極并不重合，地磁場的北極在地理北極附近．() (4)磁感應強度等于垂直穿過單位面積的磁通量．(√) (5)穿過某一面積的磁通量為零，則磁感應強度一定為零．() (6)磁感應強度的方向就是磁感線的方向．() 【提示】　 (1)　磁感線不是真實存在的． (3)　地磁場北極在地理南極附近． (5)　穿過某一面積的磁通量為零，磁感應強度不一定為零． (6)　磁感線某點的切線方向表示該點磁感應強度的方向． 2．關于磁感線，下列說法中正確的是(　　) 【導學號：69682243】 A．兩條磁感線的空隙處不存在磁場 B．磁感線總是從N極到S極 C．磁感線上每一點的切線方向都跟該點的磁場方向一致 D．兩個磁場疊加的區(qū)域，磁感線可能相交 C　[磁感線是為了形象地描繪磁場而假設的一組有方向的曲線，曲線上每一點的切線方向都表示該點的磁場方向，曲線疏密表示磁場強弱，所以C正確，A錯誤；在磁體外部磁感線從N極到S極，內部從S極到N極，磁感線不相交，所以B、D錯誤．] 3．如圖512所示的“司南”是人們公認的最早的磁性定向工具，司南能指南北的原因是(　　) 圖512 A．地球周圍有電場　　　 B．地球周圍有磁場 C．月球周圍有磁場 D．太陽周圍有磁場 B　[地球周圍存在磁場，磁場方向外部由地理南極指向地理北極，所以司南能指南北，B對．] 4．關于磁通量，下列說法中正確的是(　　) 【導學號：69682244】 A．磁通量不僅有大小而且有方向，是矢量 B．在勻強磁場中，a線圈面積比b線圈面積大，則穿過a線圈的磁通量一定比穿過b線圈的大 C．磁通量大，磁感應強度不一定大 D．把某線圈放在磁場中的M、N兩點，若放在M處的磁通量比在N處的大，則M處的磁感應強度一定比N處大 C　[磁通量是標量，磁通量大小Φ＝BS⊥＝BScos θ，與B、S、θ均有關系．故C正確．] [合 作 探 究攻 重 難] 磁感線的認識和應用 1．磁感線的特點 (1)為形象描述磁場而引入的假想曲線，實際并不存在． (2)磁感線的疏密表示磁場的強弱，密集的地方磁場強，稀疏的地方磁場弱． (3)磁感線的方向：磁體外部從N極指向S極，磁體內部從S極指向N極． (4)磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷． (5)磁感線上某點的切線方向表示該點的磁場方向． 2．磁感線與電場線的比較 兩種線 磁感線 電場線 相似點 引入目的 為形象描述場而引入的假想線，實際不存在 疏密 場的強弱 切線方向 場的方向 相交 不能相交(電場中無電荷，空間不相交) 不同點 閉合曲線 不閉合，起始于正電荷(或無窮遠處)，終止于無窮遠處(或負電荷) 3．常見永磁體的磁場 圖513 　關于磁感線的描述，下列說法中正確的是(　　) A．磁感線可以形象地描述各點磁場的強弱和方向，它每一點的切線方向都和小磁針放在該點靜止時北極所指的方向一致 B．磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的 C．兩條磁感線的空隙處一定不存在磁場 D．兩個磁場疊加的區(qū)域，磁感線就可能相交 思路點撥：①磁感線的疏密可以表示磁場的強弱，磁感線的方向可以用來確定磁場的方向． ②磁感線永遠不相交． A　[磁感線上每一點的切線方向表示該點的磁場方向，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，實際上并不存在，細鐵屑可以顯示出其形狀，但那并不是磁感線，B錯；磁感線的疏密反映磁場的強弱，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；兩個磁場疊加，描述的是疊加后的磁場的磁感線分布情況，磁感線不相交，所以D不正確．] 磁感線的五個特點 (1)磁感線是假想的，不是真實存在的線． (2)磁感線上每一點的切線方向即為該點的磁場方向． (3)磁感線是閉合曲線． (4)磁感線的疏密程度表示磁場的強弱． (5)磁感線不能相交或相切． [針對訓練] 1．(多選)關于磁感線，下列說法正確的是(　　) A．磁感線可以表示磁場的強弱和方向 B．小磁針N極在磁場中的受力方向，即為該點磁感線的切線方向 C．沿磁感線方向，磁場減弱 D．磁感線是閉合曲線，沒有起始點 ABD　[磁感線的疏密表示磁場強弱，切線表示磁場方向，故A正確．沿磁感線方向，磁場可能增強也可能減弱，故C錯．小磁針N極的受力方向是磁感線的切線方向，故B正確．磁感線是閉合曲線，無起始點，故D正確．] 2．(多選)下列關于電場線和磁感線的說法正確的是(　　) 【導學號：69682245】 A．二者均為假想的線，實際上并不存在 B．實驗中常用鐵屑來模擬磁感線形狀，因此磁感線是真實存在的 C．任意兩條磁感線不相交，電場線也是 D．磁感線是閉合曲線，電場線是不閉合的 ACD　[兩種場線均是為形象描繪場而引入的，實際上并不存在，故A對，B錯；任意兩條磁感線或電場線不能相交，否則空間一點會有兩個磁場或電場方向，故C對；磁體外部磁感線由N極指向S極，內部由S極指向N極，故磁感線是閉合的曲線，而電場線始于正電荷，終于負電荷，故不閉合，D對．] 磁通量的理解和計算 1．磁通量的計算 (1)公式：Φ＝BS. 適用條件：①勻強磁場；②磁感線與平面垂直． (2)在勻強磁場B中，若磁感線與平面不垂直，公式Φ＝BS中的S應為平面在垂直于磁感線方向上的投影面積． 2．磁通量的正、負 (1)磁通量是標量，但有正、負，當磁感線從某一面上穿入時，磁通量為正值，則磁感線從此面穿出時即為負值． (2)若同時有磁感線沿相反方向穿過同一平面，且正向磁通量為Φ1，反向磁通量為Φ2，則穿過該平面的磁通量Φ＝Φ1－Φ2. 3．磁通量的變化量 公式：ΔΦ＝Φ2－Φ1. (1)當B不變，有效面積S變化時，ΔΦ＝BΔS. (2)當B變化，S不變時，ΔΦ＝ΔBS. (3)B和S同時變化，則ΔΦ＝Φ2－Φ1.但此時ΔΦ≠ΔBΔS. 　如圖514所示，框架面積為S，框架平面與磁感應強度為B的勻強磁場方向垂直，則穿過平面的磁通量為________．若使框架繞OO′轉過30角，則穿過框架平面的磁通量為________；若從初始位置轉過90角，則穿過框架平面的磁通量為________；若從初始位置轉過180角，則穿過框架平面的磁通量的變化是________． 圖514 思路點撥：①計算磁通量時，首先要確定與磁感線方向垂直的有效面積． ②磁通量有正負，若初始位置磁通量為Φ，則線圈平面轉過180時磁通量變?yōu)椋? 【解析】　(1)初始位置時，S⊥B，故Φ1＝BS. (2)框架轉過30時，Φ2＝BScos 30＝BS. (3)框架轉過90時，S∥B，故Φ3＝BScos 90＝0. (4)從初始位置轉過180的過程中，規(guī)定初始位置時穿過方向為正，則Φ1＝BS，Φ2＝－BS，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－2BS. 【答案】　BS　BS　0?。?BS 有關磁通量的四點提醒 (1)平面S與磁場方向不垂直時，要把面積S投影到與磁場垂直的方向上，即求出有效面積． (2)可以把磁通量理解為穿過面積S的磁感線的凈條數．相反方向穿過面積S的磁感線可以互相抵消． (3)當磁感應強度和回路面積同時發(fā)生變化時，ΔΦ＝Φt－Φ0，而不能用ΔΦ＝ΔBΔS計算． (4)磁通量有正負，但其正負不表示大小，也不表示方向，僅是為了計算方便而引入的． [針對訓練] 3．如圖515所示，邊長為L的n匝正方形線框abcd內部有一邊長為的正方形區(qū)域的勻強磁場，磁場的磁感應強度為B.下列有關的說法正確的是(　　) 【導學號：69682246】 圖515 A．穿過線框abcd的磁通量為BL2 B．穿過線框abcd的磁通量為nBL2 C．穿過線框abcd的磁通量為 D．穿過線框abcd的磁通量為 C　[磁通量Φ＝BS，與線圈匝數無關，式中的S為在磁場中且與磁場垂直的面積，所以Φ＝B，C正確．] 4.如圖516所示，在條形磁鐵中部垂直套有A、B兩個圓環(huán)，設通過線圈A、B的磁通量分別為ΦA、ΦB，則(　　) 圖516 A．ΦA＝ΦB　　 B．ΦA<ΦB C．ΦA>ΦB D．無法判斷 B　[在條形磁鐵的周圍，磁感線是從N極出發(fā)，經外空間磁場由S極進入磁鐵內部．在磁鐵內部的磁感線從S極指向N極，又因磁感線是閉合的平滑曲線，所以條形磁鐵內外磁感線條數一樣多，從下向上穿過A、B環(huán)的磁感線條數一樣多，而從上向下穿過A環(huán)的磁感線多于B環(huán)，則從下向上穿過A環(huán)的凈磁感線條數小于B環(huán)，所以通過B環(huán)的磁通量大于通過A環(huán)的磁通量．] [當 堂 達 標固 雙 基] 1．指南針是我國古代四大發(fā)明之一，東漢學者王充在《論衡》一書中描述的“司南”是人們公認的最早的磁性定向工具．關于指南針能指示南北方向是由于(　　) A．指南針的兩個磁極相互吸引 B．指南針的兩個磁極相互排斥 C．指南針能吸引鐵、鈷、鎳等物質 D．地磁場對指南針的作用 D　[用指南針指示方向，是由于地球本身是一個大磁體，地球的磁場對磁體產生力的作用，地球的南極是地磁的N極，地球的北極是地磁的S極，同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引，故指南針指示南北方向，因此選項D正確，A、B、C錯誤．] 2．一根鋼條靠近磁針的磁極，磁針被吸引過來，則(　　) 【導學號：69682247】 A．鋼條一定具有磁性 B．鋼條一定沒有磁性 C．鋼條可能有磁性，也可能沒有磁性 D．條件不足，無法判斷 C　[小磁針被吸引過來，可能是鋼條與小磁針的一端是異名磁極相互吸引，也可能是不帶磁性的鋼條與磁體相互吸引，所以鋼條可能有磁性，也可能沒有磁性．故C正確．] 3．地球是一個大磁體，它的磁場分布情況與一個條形磁鐵的磁場分布情況相似，下列說法正確的是(　　) A．地磁場的方向是沿地球上經線方向的 B．地磁場的方向是與地面平行的 C．地磁場的方向是從北向南方向的 D．在地磁南極上空，地磁場的方向是豎直向下的 D　[地理南北極與地磁南北極不重合，所以地磁場方向與經線有夾角，A錯；地磁場方向不與地面平行，B錯；地磁場的方向從南指向北，C錯；在地磁南北極附近，磁場方向是與地面垂直的，地磁南極上空，地磁場的方向豎直向下，D對．] 4．下列關于磁場和磁感線的描述中正確的是(　　) 【導學號：69682248】 A．磁感線可以形象地描述各點磁場的方向 B．磁感線是磁場中客觀存在的線 C．磁感線總是由磁鐵的N極指向S極 D．實驗中觀察到的鐵屑的分布就是磁感線 A　[磁感線可以形象地描述磁場的強弱和方向，但它不是客觀存在的線，可用細鐵屑模擬．在磁鐵外部磁感線方向由N極到S極，但內部是由S極到N極．故只有A正確．] 5．(多選)面積為2.510－2 m2的矩形線圈放在磁感應強度為4.010－2 T的勻強磁場中，則穿過線圈的磁通量可能是(　　) A．1010－2 Wb　　　　 B．1.010－3 Wb C．1.010－4 Wb D．0 BCD　[線圈與磁場垂直時，通過它的磁通量最大，且Φm＝BS＝1.010－3 Wb.線圈與磁場平行時，通過它的磁通量為0.故通過線圈的磁通量范圍是0≤Φ≤1.010－3 Wb.所以A錯，B、C、D對．]