九、磁場（1）
【課題】磁場的基本概念
【目標】
1．掌握磁感應(yīng)強度、磁感應(yīng)線和磁通量的概念；
2．會用安培定則、磁感應(yīng)線分析有關(guān)問題。
【導(dǎo)入】
一、磁場：
1、定義：存在于磁體和電流周圍的一種特殊物質(zhì)．
2、基本性質(zhì)：對放入其中的磁體或電流產(chǎn)生力的作用。
3、方向的確定： ①小磁針：（規(guī)定）小磁針在磁場中某點N極的受力方向（或小磁針靜止時N極的指向）為該點的磁場方向。②由磁感線的方向確定。③由磁感應(yīng)強度的方向確定．
二、磁感線：
1、定義：為形象描述磁場而引入的一族曲線，它是理想化的模型，實際是不存在的。
2、特點：
①磁感線的疏密表示磁場強弱，磁感線上某點切線方向表示該點的磁場方向．
②磁體外部的磁感線從N極指向S極，而磁體內(nèi)部的磁感線從S極指向N極．電流的磁感線方向由安培定則判定，磁感線是閉合曲線．
③任意兩條磁感線不相交，也不相切。
3、要掌握條形磁鐵、蹄形磁鐵、直線電流、環(huán)形電流、通電螺線管以及勻強磁場的磁感線分布情況及特點。
三．磁感應(yīng)強度：
1、定義：在磁場中垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線，受到的磁場作用力F跟電流I和導(dǎo)線長度L的乘積IL的比值叫做通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強度。（其理解可與電場強度類比）
2、定義式：B=F/IL （L⊥B）；
3、B是描述磁場的力的性質(zhì)的物理量，與F、I、L無關(guān)．它是由磁場本身性質(zhì)及空間位置決定的，單位：1T=1N/A.m
4、直線電流的磁感應(yīng)強度：
四、磁通量
1、定義：磁感應(yīng)強度B與垂直磁場方向的面積S的乘積叫穿過這個面積的磁通量，ф= BS．單位：1Wb=1T.m2
注意：如果面積S與B不垂直，如圖所示，應(yīng)以B乘以在垂直磁場方向上的投影面積S，即 ф＝BS’＝BScosα
2、物理意義：穿過某一面積的磁感線條數(shù)．
五、地磁場
地球的磁場與條形磁體的磁場相似，其主要特點有：
1、地磁場的N極在地球南極附近，S極在地球北極附近，磁感線分布如圖所示。
2、地磁場B的水平分量（Bx）總是從地球南極指向北極，而豎直分量（By，）則南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下。
3、在赤道平面上，距離地球表面相等的各點，磁感強度相等，且方向水平向北。
【導(dǎo)研】
[例1] 如圖所示，正四棱柱的中心軸線OO’處有一無限長的載流直導(dǎo)線，對該電流的磁場，下列說法中正確的是（ ）
A．同一條側(cè)棱上各點的磁感應(yīng)強度都相等
B．四條側(cè)棱上的磁感應(yīng)強度都相同
C．在直線ab上，從a到b，磁感應(yīng)強度是先增大后減小
D．棱柱內(nèi)任一點的磁感應(yīng)強度比棱柱側(cè)面上所有點都大
[例2]（江蘇省建湖縣2009屆高三第二次調(diào)研考試）有兩條長直導(dǎo)線垂直水平紙面放置，交紙面于a、b兩點，通有大小相等的恒定電流，方向如圖，a、b的連線水平。c是ab的中點，d點與c點關(guān)于b點對稱。已知c點的磁感應(yīng)強度為B1，d點的磁感應(yīng)強度為B2，則關(guān)于a處導(dǎo)線在d點的磁感應(yīng)強度的大小及方向，下列說法中正確的是（ ）
A． ，方向豎直向上 B． ，方向豎直向下
C． ，方向豎直向下 D． ，方向豎直向上
[例3] 如圖所示，通有恒定電流的直導(dǎo)線mn與閉合金屬框共面，第一次將金屬框由位置 Ⅰ平移到虛線所示的位置Ⅱ；第二次將金屬框由位置Ⅰ繞Cd邊翻轉(zhuǎn)到位置Ⅱ，設(shè)先后兩種情況下通過金屬框的磁通量變化分別為△ф1、△ф2，則（ ）．
A．△ф1＞△ф2 B．△ф1=△ф2
C．△ф1<△ф2 D．△ф1=－△ф2
[例4] （南京金陵中學(xué)江蘇省海安高級中學(xué)08年高三物理聯(lián)合模擬試卷）歐姆在探索通過導(dǎo)體的電流和電壓、電阻關(guān)系時因無電源和電流表，他利用金屬在冷水和熱水中產(chǎn)生電動勢代替電源，用小磁針的偏轉(zhuǎn)檢測電流，具體做法是：在地磁場作用下處于水平靜止的小磁針上方，平行于小磁針水平放置一直導(dǎo)線，當(dāng)該導(dǎo)線中通有電流時，小磁針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)通過該導(dǎo)線電流為I時，小磁針偏轉(zhuǎn)了30°，問當(dāng)他發(fā)現(xiàn)小磁針偏轉(zhuǎn)了60°，通過該直導(dǎo)線的電流為（已知直導(dǎo)線在某點產(chǎn)生的磁場與通過直導(dǎo)線的電流成正比）（ ）
A．2I B． I C．3I D． I
[例5]某實驗小組為了探究通電長直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度B與導(dǎo)線上電流I0和距離r之間的關(guān)系，設(shè)計了以下的試驗：一根固定通電長直導(dǎo)線通以可調(diào)節(jié)的電流I0，一根可以自由運動的短導(dǎo)線與之在同一平面內(nèi)，通以恒定的電流I=2A，長度L=0.1m。運用控制變量法：
（1）使兩導(dǎo)線距離r保持不變，調(diào)節(jié)長直導(dǎo)線中的電流I0，測得短導(dǎo)線受到的安培力為F，得到如下實驗數(shù)據(jù)：
實驗次數(shù)12345
電流I0/A5.010152025
安培力F/×10-4N1.012.002.983.965.02
磁感應(yīng)強度B/×10-3T0.5051.001.49
填充上述表格中的磁感應(yīng)強度B一欄的值，并歸納磁感應(yīng)強度B和產(chǎn)生磁場的長直導(dǎo)線上的電流I0的關(guān)系是___________，理由是__________________________。
（2）使長直導(dǎo)線中的電流I0保持不變，調(diào)節(jié)短導(dǎo)線與長導(dǎo)線間的距離r，測得短導(dǎo)線受到的安培力為F/，得到如下實驗數(shù)據(jù)：
實驗次數(shù)12345
距離r/m0.050.100.150.200.25
安培力F//×10-4N12.05.94.13.02.4
磁感應(yīng)強度B/×10-3T6.002.952.05
填充上述表格中的磁感應(yīng)強度B一欄的值，并歸納磁感應(yīng)強度B的空間位置與長直導(dǎo)線間的距離r的關(guān)系是________，理由是_______________________________。
【導(dǎo)練】
1、(江蘇省徐州市2007?2008學(xué)年度高三第一次質(zhì)量檢測)運動電荷在磁場中受到洛倫茲力的作用，運動方向會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這一點對地球上的生命來說有十分重要的意義．從太陽和其他星體發(fā)射出的高能粒子流，稱為宇宙射線，在射向地球時，由于地磁場的存在，改變了帶電粒子的運動方向，對地球起到了保護作用．如圖所示為地磁場對宇宙射線作用的示意圖．現(xiàn)有來自宇宙的一束質(zhì)子流，以與地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一點，則這些質(zhì)子在進入地球周圍的空間將（ ）
A．豎直向下沿直線射向地面 B．向東偏轉(zhuǎn)
C．向西偏轉(zhuǎn) D．向北偏轉(zhuǎn)
2、（2007年上海卷7．）取兩個完全相同的長導(dǎo)線，用其中一根繞成如圖（a）所示的螺線管，當(dāng)該螺線管中通以電流強度為I的電流時，測得螺線管內(nèi)中部的磁感應(yīng)強度大小為B，若將另一根長導(dǎo)線對折后繞成如圖（b）所示的螺線管，并通以電流強度也為I的電流時，則在螺線管內(nèi)中部的磁感應(yīng)強度大小為（ ）
A．0 B．0.5B C．B D．2 B
3、在磁感應(yīng)強度為B0、方向豎直向上的勻強磁場中，水平放置一根長通電直導(dǎo)線，電流的方向垂直于紙面向里．如圖所示，a、b、c、d是以直導(dǎo)線為圓心的同一圓周上的四點，在這四點中 ( )
A．b、d兩點的磁感應(yīng)強度大小相等
B．a(chǎn)、b兩點的磁感應(yīng)強度大小相等
C．c點的磁感應(yīng)強度的值最小
D．b點的磁感應(yīng)強度的值最大
4、實驗室里可以用圖甲所示的小羅盤估測條形磁鐵磁場的磁感應(yīng)強度。方法如圖乙所示,調(diào)整羅盤,使小磁針靜止時N極指向羅盤上的零刻度（即正北方向）,將條形磁鐵放在羅盤附近,使羅盤所在處條形磁鐵的方向處于東西方向上,此時羅盤上的小磁針將轉(zhuǎn)過一定角度.若已知地磁場的水平分量Bx,為計算羅盤所在處條形磁鐵磁場的磁感應(yīng)強度B,則
（1）還需知道什么物理量？,
（2）請寫出磁感應(yīng)強度的表達式。
5、（2007學(xué)年度第一學(xué)期寶山區(qū)高三物理期末測試卷）．MN和PQ為兩條相互平行的長直導(dǎo)線，通有大小相等的電流 ，電流方向如圖所示，兩條導(dǎo)線之間有一通電圓環(huán)，圓環(huán)與導(dǎo)線位于同一平面內(nèi)，圓環(huán)中心O點到兩條導(dǎo)線的距離相等，已知O點的磁感應(yīng)強度為B，通電圓環(huán)在O點產(chǎn)生的磁感強度為B1，則
（1）兩通電直導(dǎo)線在O點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度為多少？
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