2024年高中物理新教材同步 必修第三冊 第13章　1　磁場　磁感線

1磁場磁感線[學習目標]1.知道磁場的概念，知道磁體與磁體間、磁體與通電導體間、通電導體與通電導體間的作用是通過磁場發(fā)生的。2.理解磁感線的概念，知道磁感線的特點(重難點)。3.理解安培定則，會用安培定則判斷電流的磁場方向(重難點)。一、電和磁的聯(lián)系磁場如圖甲所示，通電導線放在蹄形磁體附近，懸掛導線的細線偏離豎直方向，說明通電導線受到力的作用；如圖乙所示，兩條通電導線之間也有作用力。根據(jù)實驗，在下圖中空白方框內(nèi)填入恰當?shù)膬?nèi)容。答案磁場1．電和磁的聯(lián)系(1)自然界中的磁體總存在著兩個磁極，自然界中同樣存在著兩種電荷。同名磁極或同種電荷相互排斥，異名磁極或異種電荷相互吸引。(2)奧斯特實驗實驗現(xiàn)象：把導線放置在小磁針的上方，當給導線通電時，與導線平行放置的小磁針發(fā)生轉動。注意事項：導線應沿南北方向水平放置結論：通電導線對小磁針有力的作用，說明電流具有磁效應。奧斯特首次揭示了電與磁的聯(lián)系。2．磁場(1)磁體與磁體之間、磁體與通電導體之間，以及通電導體與通電導體之間的相互作用都是通過磁場發(fā)生的。(2)基本性質：磁場對磁體或通電導體有力的作用。(3)磁場盡管看不見、摸不著，但它與電場類似，都是不依賴于我們的感覺而客觀存在的物質。(1)通電導線與通電導線之間是通過電場發(fā)生作用的。(×)(2)磁場只有在磁體與磁體、磁體與電流發(fā)生作用時才產(chǎn)生。(×)(3)磁體產(chǎn)生的磁場和電流產(chǎn)生的磁場本質上是一樣的。(√)例1奧斯特實驗是科學歷史上的經(jīng)典實驗，它的價值在于直接證實了()A．磁場的存在B．導線周圍存在磁場C．通電導線周圍存在磁場D．磁場對通電導線有力的作用答案C解析奧斯特實驗直接證實了通電導線周圍有磁場，從而使得通電導線正下方的小磁針發(fā)生了偏轉，故選C。二、磁感線和地磁場1．磁場的方向：物理學規(guī)定，在磁場中的某一點，小磁針靜止時N極所指的方向就是該點磁場的方向。2．磁感線：在磁場中畫出一些有方向的曲線，曲線上每一點的切線方向都跟這點磁場的方向一致，這樣的曲線就叫作磁感線。3．磁感線的特點(1)磁感線是假想出來的有方向的曲線，實際并不存在。(2)磁感線的疏密反映磁場的強弱，磁感線越密的地方表示磁場越強，磁感線越疏的地方表示磁場越弱。(3)磁感線不相交，不相切，也不中斷。(4)磁感線是閉合曲線，在磁體外部由N極指向S極，在磁體內(nèi)部由S極指向N極。4．磁體的磁感線(1)條形磁體和蹄形磁體的磁感線(2)同名磁極和異名磁極的磁感線5．地磁場(1)地球是一個巨大的磁體，地球周圍空間存在的磁場叫地磁場。(2)地磁場的三大特點①地磁場的N極在地球南極附近，S極在地球北極附近。地球的地理兩極與地磁兩極并不重合，因此，磁針并非準確地指向南、北，其間有一個夾角，這就是地磁偏角。②地磁場的方向在南半球斜向上，在北半球斜向下，與地球表面并不平行。③在赤道平面上，到地心等距離的各點，地磁場強度相等，且方向水平。(1)磁感線從磁體的N極出發(fā)到磁體的S極終止。(×)(2)磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的。(×)例2(多選)中國宋代科學家沈括在《夢溪筆談》中最早記載了地磁偏角：“以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也?！边M一步研究表明，地球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖。結合上述材料，下列說法不正確的是()A．地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行B．地理南、北極與地磁場的南、北極不重合C．地球內(nèi)部也存在磁場，地磁南極在地理北極附近D．在赤道位置放置一枚小磁針，靜止時小磁針N極指向地理的南極附近答案AD解析只有赤道上方附近的地磁場的方向與地面平行，A錯誤；地理南、北極與地磁場的南、北極不重合，存在地磁偏角，B正確；磁感線是閉合的，由題圖可推知地球內(nèi)部存在磁場，地磁南極在地理北極附近，C正確；在赤道位置放置一枚小磁針，靜止時小磁針N極指向地理的北極附近，D錯誤。三、安培定則1．直線電流的磁場安培定則：如表格中甲圖所示，用右手握住導線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向。2．環(huán)形電流的磁場安培定則：如表格中乙圖所示，讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導線軸線上磁場的方向。3．通電螺線管的磁場安培定則：如表格中丙圖所示，用右手握住螺線管，讓彎曲的四指與螺線管電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺線管軸線上磁場的方向。安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖直線電流以導線上任意點為圓心的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場越弱環(huán)形電流環(huán)內(nèi)磁場比環(huán)外強，磁感線越向外越稀疏通電螺線管內(nèi)部磁場為勻強磁場且比外部強，方向由S極指向N極，外部磁場類似條形磁體的磁場，方向由N極指向S極例3如圖所示，a、b是直線電流的磁場截面圖，c、d是環(huán)形電流的磁場截面圖，e、f是螺線管電流的磁場的截面圖。試判斷各圖中的電流方向或磁感線方向。答案見解析解析根據(jù)安培定則，可以確定題圖a中電流方向垂直紙面向里，題圖b中電流方向從下向上，題圖c中電流方向沿逆時針方向，題圖d中磁感線方向從上向下，題圖e中磁感線方向向左，題圖f中磁感線方向向右。例4(多選)(2022·南寧市高二期末)如圖所示，E、F分別表示蓄電池兩極，P、Q分別表示螺線管兩端。當閉合開關時，發(fā)現(xiàn)小磁針N極偏向螺線管Q端。下列判斷正確的是()A．F為蓄電池正極B．螺線管P端為S極C．流過電阻R的電流方向向下D．管內(nèi)磁場方向由Q指向P答案AD解析閉合開關后，小磁針N極偏向螺線管Q端，說明小磁針所在位置磁場方向向左，即螺線管的P端為N極，Q端為S極，螺旋管內(nèi)部的磁感應強度方向由Q指向P，由安培定則可知，蓄電池的F為正極，E為負極，流過電阻R的電流方向向上，故B、C錯誤，A、D正確。四、安培分子電流假說1．分子電流假說安培認為，在物質內(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微粒都成為微小的磁體，它的兩側相當于兩個磁極。2．對磁現(xiàn)象的解釋當鐵棒中各分子電流的取向大致相同時，鐵棒對外顯磁性；當鐵棒中分子電流的取向變得雜亂無章時，鐵棒對外不顯磁性。(1)安培提出“分子電流”假說，認為永磁體的磁場和通電導線的磁場均由運動的電荷產(chǎn)生。(√)(2)根據(jù)“分子電流”假說，磁體受到強烈震動時磁性不會減弱。(×)(3)根據(jù)“分子電流”假說，磁體在高溫條件下磁性會減弱。(√)例5(2023·撫州市臨川一中高二期中)安培觀察到通電螺線管的磁場和條形磁體的磁場很相似，提出了“分子電流”假說。他認為，在物質內(nèi)部存在著一種環(huán)形電流——分子電流(分子電流實際上是由原子內(nèi)部電子繞核運動形成的，如圖所示)，分子電流使每個物質微粒都成為微小的磁體，它的兩側相當于兩個磁極。下列將分子電流(箭頭表示電子運動方向)等效為小磁體的選項圖中正確的是()答案B解析繞核運動的電子帶負電，則環(huán)形電流方向與其運動方向相反，根據(jù)安培定則可知其左側為N極，故選B。課時對點練考點一磁場和磁感線1．下列關于磁場的說法中，正確的是()A．只有磁體周圍才存在磁場B．磁場是為了解釋磁體間的相互作用而人為規(guī)定的C．磁場只有在磁體與磁體、磁體與通電導線發(fā)生作用時才產(chǎn)生D．磁體與磁體之間、磁體與通電導線之間、通電導線與通電導線之間都是通過磁場發(fā)生相互作用的答案D解析磁場存在于磁體周圍和電流周圍，故A錯誤；磁場是實際存在的，不是假想的，磁感線是假想的，故B錯誤；磁場存在于磁體和電流周圍，即使沒有發(fā)生作用，磁場仍然是存在的，故C錯誤；磁體與磁體、磁體與通電導線、通電導線與通電導線之間都是通過磁場發(fā)生相互作用的，故D正確。2．(多選)(2023·黃岡中學高二期中)下列關于電場線和磁感線的說法中正確的是()A．電場線和磁感線都是電場或磁場中實際存在的線B．磁場中兩條磁感線一定不相交，但在復雜電場中的電場線是可以相交的C．電場線是不閉合曲線，而磁感線是閉合曲線D．電場線越密的地方，電場越強，磁感線越密的地方，磁場也越強答案CD解析電場線與磁感線分別是為了形象地描述電場、磁場而引入的假想曲線，實際并不存在，A錯誤；兩種場線都不會相交，B錯誤；電場線起始于正電荷或無窮遠處，終止于無窮遠處或負電荷，而磁感線在磁體外部由N極指向S極，在磁體內(nèi)部由S極指向N極，組成閉合曲線，C正確；電場線越密，表示該處電場越強，磁感線越密，表示該處磁場越強，所以D正確。3．(2023·黃岡中學高二月考)做物理實驗時都需要某些特定的條件，奧斯特做電流的磁效應實驗時，應排除地磁場對實驗的影響，關于奧斯特的實驗，下列說法中正確的是()A．該實驗必須在地球赤道上進行B．通電直導線應該豎直放置C．通電直導線應該水平東西方向放置D．通電直導線應該水平南北方向放置答案D解析小磁針靜止時指向南北方向，說明地磁場的方向為南北方向，當通電直導線水平南北方向放置時，能在其下方產(chǎn)生東西方向的磁場，小磁針有明顯的偏轉，故選D。4．(多選)如圖所示，關于磁體、通電導線間的相互作用，下列說法正確的是()A．圖甲中，通電導線不產(chǎn)生磁場，通電導線對小磁針的作用力是通過小磁針的磁場產(chǎn)生的B．圖乙中，磁體對通電導線的作用力是通過磁體的磁場產(chǎn)生的C．圖丙中通電導線間的相互作用是通過通電導線的磁場產(chǎn)生的D．圖丙中通電導線間的相互作用是通過電荷的電場產(chǎn)生的答案BC解析題圖甲中，通電導線對小磁針的作用力是通過通電導線的磁場產(chǎn)生的；題圖乙中，磁體對通電導線的作用力是通過磁體的磁場產(chǎn)生的；題圖丙中，通電導線對另一個通電導線的作用力是通過該通電導線的磁場產(chǎn)生的。綜上所述，選項B、C正確，A、D錯誤。考點二安培定則5．各圖中，電流及其產(chǎn)生的磁場方向均正確的是()答案C6.(2023·北京市第九中學高二期中)在直導線中通一自A向B方向的電流，則電流接通后，懸掛在直導線正上方的小磁針()A．N極向紙里，S極向紙外旋轉B．N極向紙外，S極向紙里旋轉C．在紙面內(nèi)順時針旋轉90°D．在紙面內(nèi)逆時針旋轉90°答案B解析根據(jù)安培定則可判斷出小磁針附近的磁場方向為垂直紙面向外，根據(jù)小磁針的N極指向磁場方向，可知懸掛在直導線正上方的小磁針N極向紙外，S極向紙里旋轉，故B正確。7．(多選)(2022·莆田第二十五中學高二期末)下列所示各圖中，小磁針(涂黑的一端為小磁針的N極)的指向正確的是()答案ABD解析由安培定則，螺線管內(nèi)部磁場N極向左，小磁針N極與磁場方向相同，A正確；地球磁場從地球南極附近指向地球北極附近，B正確；條形磁體的磁場由N極指向S極，故中間位置磁場方向向下，故小磁針N極向下，C錯誤；蹄形磁體的磁場由N極指向S極，小磁針的N極和磁場方向一致，D正確。8.(多選)(2023·吳江中學高一月考)如圖所示為通電螺線管的縱向剖面圖，“?”和“⊙”分別表示導線中的電流垂直紙面流進和流出，圖中四個小磁針(涂黑的一端為N極)靜止時指向正確的是()A．a(chǎn)B．bC．cD．d答案AD解析由題圖，根據(jù)安培定則可知螺線管左端為N極，右端為S極，根據(jù)通電螺線管周圍磁感線分布情況作出部分磁感線如圖所示，由此可知四個小磁針靜止時指向正確的是a、d，故A、D正確。9．(2023·馬關縣第一中學高二月考)如圖所示，當開關S閉合后，小磁針的位置正確的是()答案D解析小磁針N極指向表示該點磁場的方向，選項A中小磁針處的電流方向豎直向下，由右手螺旋定則可知小磁針處磁場方向垂直紙面向外，選項A錯誤；選項B中，由右手螺旋定則可知通電螺線管上端為N極，螺旋管左側的磁場方向由上到下，選項B錯誤；選項C中，由右手螺旋定則可知小磁針處磁場方向垂直紙面向里，選項C錯誤；選項D中，由右手螺旋定則可知通電螺線管上端相當于S極，異名磁極相互吸引，故小磁針的N極指向左側上端處，選項D正確?？键c三安培分子電流假說10．(多選)(2022·北京市第十二中學高二期末)安培對物質具有磁性的解釋可以用如圖所示的情景來表示，那么()A．甲圖可代表被磁化的鐵棒的內(nèi)部情況B．乙圖可代表被磁化的鐵棒的內(nèi)部情況C．磁體在高溫環(huán)境下磁性會減弱D．磁體在高溫環(huán)境下磁性會加強答案BC解析根據(jù)“分子電流假說”，未被磁化的物體，分子電流的方向非常紊亂，對外不顯磁性，被磁化的物體，分子電流的方向大致相同，于是對外界顯示出磁性，A錯誤，B正確；根據(jù)磁化與退磁的特性可知，磁體在高溫環(huán)境下磁性會減弱，C正確，D錯誤。11．(2022·紹興市上虞區(qū)教師發(fā)展中心高二期末)為了解釋地球的磁性，19世紀安培假設：地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流I引起的。在四個圖中，正確表示安培假設中環(huán)形電流方向的是()答案B解析地磁的北極在地理南極的附近，故在用安培定則判定環(huán)形電流的方向時右手的拇指必需指向南方；而根據(jù)安培定則：拇指與四指垂直，而四指彎曲的方向就是電流流動的方向，故B正確。12.如圖所示為通電螺線管。A為螺線管外一點，B、C兩點在螺線管的垂直平分線上，則下列說法正確的是()A．磁感線最密處為A處，最疏處為B處B．磁感線最密處為B處，最疏處為A處C．小磁針在B處和A處N極都指向左方D．小磁針在B處和C處N極都指向右方答案C解析由磁感線的疏密分布可知，磁感線最密的是B處，最疏的是C處，故A、B錯誤；根據(jù)安培定則知，通電螺線管左端相當于磁體N極，右端相當于磁體S極，因外部的磁感線是從N極指向S極，而內(nèi)部則是從S極指向N極的，因此小磁針在B處和A處N極都