2021屆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(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道磁場的概念，知道磁體與磁體間、磁體與電流間、電流與電流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.3.理解安培定則，會用安培定則判斷電流的磁場方向．一、電和磁的聯(lián)系磁場1．磁體間的相互作用：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引．2．奧斯特實驗：把導(dǎo)線放置在指南針的上方，通電時磁針發(fā)生了轉(zhuǎn)動．實驗意義：奧斯特實驗發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，即電流可以產(chǎn)生磁場，首次揭示了電與磁的聯(lián)系．3．磁場：磁體與磁體之間、磁體與通電導(dǎo)體之間，以及通電導(dǎo)體與通電導(dǎo)體之間的相互作用，是通過磁場發(fā)生的，磁場是磁體或電流周圍一種看不見、摸不著的特殊物質(zhì)．二、磁感線1．磁場的方向：物理學(xué)規(guī)定，在磁場中的某一點，小磁針靜止時N極所指方向就是這一點的磁場方向．2．磁感線(1)定義：在磁場中畫出的一些有方向的曲線，曲線上每一點的切線方向都跟該點的磁場方向一致，這樣的曲線就叫作磁感線．(2)特點①磁感線的疏密表示磁場的強弱．磁場強的地方，磁感線較密；磁場弱的地方，磁感線較疏．②磁感線某點的切線方向表示該點磁場的方向．三、安培定則1．直線電流的磁場安培定則：如圖1甲所示，用右手握住導(dǎo)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．直線電流周圍的磁感線環(huán)繞情況如圖乙所示．圖12．環(huán)形電流的磁場安培定則：如圖2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(dǎo)線軸線上磁感線的方向．圖23．通電螺線管的磁場安培定則：如圖3所示，右手握住螺線管，讓彎曲的四指與螺線管電流方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺線管軸線上磁場的方向或者說拇指所指的方向是它的北極的方向．圖3判斷下列說法的正誤．(1)磁極之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，磁場和電場一樣，也是一種客觀存在的特殊物質(zhì)．(√)(2)磁感線可以形象地描述各磁場的強弱和方向，它每一點的切線方向都和小磁針放在該點靜止時N極所指的方向一致．(√)(3)磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的．(×)(4)通電直導(dǎo)線周圍磁場的磁感線是以導(dǎo)線為圓心的圓．(√)(5)通電螺線管周圍的磁場類似于條形磁鐵周圍的磁場．(√)一、磁場與磁感線導(dǎo)學(xué)探究如圖4所示，通電導(dǎo)線放在磁鐵附近，懸掛導(dǎo)線的細線偏離豎直方向，說明通電導(dǎo)線受到力的作用，磁鐵對通電導(dǎo)線的作用力是如何產(chǎn)生的？圖4答案磁鐵在周圍產(chǎn)生了磁場，磁場對通電導(dǎo)線產(chǎn)生了作用力．知識深化1．磁場(1)磁場的客觀性：磁場與電場一樣，也是一種物質(zhì)，是一種看不見而又客觀存在的特殊物質(zhì)．存在于磁體、通電導(dǎo)線、運動電荷、變化電場、地球的周圍．(2)磁場的基本性質(zhì)：對放入其中的磁極、電流、運動的電荷有力的作用，而且磁體與磁體、磁體與電流、電流與電流間的相互作用都是通過磁場發(fā)生的．2．磁感線(1)定義：磁感線是為了形象地描述磁場而人為假想的曲線，曲線上每一點的切線方向都跟該點的磁場方向相同．(2)特點：①在磁體外部，磁感線從N極發(fā)出，進入S極；在磁體內(nèi)部由S極回到N極．②磁感線的疏密程度表示磁場的強弱，磁感線越密的地方磁場越強；磁場方向即過該點的磁感線的切線方向．③磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷．④磁感線是人們?yōu)榱诵蜗竺枋龃艌龆傧氲木€，并不真實存在．(3)幾種特殊磁體外部的磁感線分布(如圖5所示)：圖5(多選)下列有關(guān)磁場的說法中，正確的是()A．磁體周圍的空間存在看不見、摸不著的磁場B．磁極間的相互作用是通過磁場發(fā)生的C．磁場是有方向的，在磁場中的不同位置，其磁場方向一般不同D．在磁場中的某點，小磁針南極所受磁場力的方向與該點的磁場方向相同答案ABC解析磁場雖然看不見、摸不著，但它是一種客觀存在的特殊物質(zhì)，它的基本性質(zhì)是對放入其中的磁體產(chǎn)生力的作用；磁極間的相互作用就是通過磁場發(fā)生的；磁場具有方向性，在磁場中的某點，小磁針北極所受磁場力的方向與該點的磁場方向一致，南極所受磁場力的方向與該點的磁場方向相反(磁場方向的另一種描述方法)，故A、B、C正確，D錯誤．1．電場、磁場、重力場(引力場)，它們有非常接近的性質(zhì)：看不見，摸不著，但卻是客觀存在的特殊物質(zhì)．2．磁場不僅有大小而且有方向．磁場的方向規(guī)定為小磁針N極受力方向或者小磁針靜止時N極所指的方向或者磁感線的切線方向．下列關(guān)于磁感線的說法中正確的是()A．磁感線可以形象地描述磁場的強弱與方向B．磁感線總是從磁鐵的N極發(fā)出，到S極終止C．磁感線就是細鐵屑在磁鐵周圍排列的曲線，沒有細鐵屑的地方就沒有磁感線D．沿磁感線的方向磁場逐漸減弱答案A解析磁場是一種看不見的特殊物質(zhì)，人們?yōu)榱诵蜗蟮孛枋龃艌龆肓舜鸥芯€這一假想的曲線，它可以表示磁場的強弱與方向，選項A正確；在磁鐵外部，磁感線從磁鐵的N極發(fā)出，從磁鐵的S極進入，在磁鐵內(nèi)部磁感線由S極回到N極，構(gòu)成閉合曲線，選項B錯誤；磁感線是人們假想的曲線，與有無鐵屑無關(guān)，選項C錯誤；磁場的強弱由磁感線的疏密程度表示，而與磁感線的方向無關(guān)，選項D錯誤．二、安培定則導(dǎo)學(xué)探究1．演示實驗：將一根與電源、開關(guān)相連接的直導(dǎo)線用架子架高，沿南北方向水平放置．將小磁針平行地放在直導(dǎo)線的上方和下方，請觀察直導(dǎo)線通、斷電時小磁針的偏轉(zhuǎn)情況．觀察到什么現(xiàn)象？通過這個現(xiàn)象可以得出什么結(jié)論呢？答案觀察到通電時小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，斷電時小磁針又回到原來的位置．通電后導(dǎo)線周圍的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明通電后導(dǎo)線周圍的空間對小磁針產(chǎn)生力的作用，由此我們可以得出：通電導(dǎo)線和磁體一樣，周圍存在著磁場．2．重做上面的實驗，請觀察當(dāng)電流的方向改變時，小磁針N極的偏轉(zhuǎn)方向是否發(fā)生變化．觀察到什么現(xiàn)象？這說明什么？答案觀察到電流的方向改變時，小磁針N極的偏轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變，說明電流的磁場方向也發(fā)生變化．知識深化電流磁場的方向利用安培定則進行判斷．1.直線電流的磁場(1)安培定則：用右手握住導(dǎo)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，如圖6所示．圖6(2)畫法：如圖7所示圖7(3)特點：是非勻強磁場，距導(dǎo)線越遠處磁場越弱．2．通電螺線管的磁場(1)安培定則：右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向與電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺線管軸線上磁感線的方向，如圖8所示．圖8(2)磁感線特點兩端分別是N極和S極，管內(nèi)是勻強磁場，管外是非勻強磁場，畫法如圖9所示．圖93．環(huán)形電流的磁場(1)安培定則：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(dǎo)線軸線上磁感線的方向，如圖10所示．圖10(2)磁感線的特點兩側(cè)分別是N極和S極，離圓環(huán)中心越遠，磁場越弱，畫法如圖11所示．圖11如圖12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立體的截面圖．試在各圖中補畫出電流方向或磁感線方向．圖12答案見解析解析根據(jù)安培定則，可以確定a中電流方向垂直紙面向里，b中電流方向從下向上，c中電流方向是逆時針方向，d中磁感線方向向下，e中磁感線方向向左，f中磁感線方向向右．電路沒接通時三個小磁針方向如圖13所示，接通電路后確定三個小磁針的轉(zhuǎn)向及最后N極的指向．(其中小磁針3在螺線管內(nèi)部)圖13答案小磁針1逆時針轉(zhuǎn)動，最后N極指向左方小磁針2順時針轉(zhuǎn)動，最后N極指向右方小磁針3順時針轉(zhuǎn)動，最后N極指向右方．解析由安培定則可知螺線管內(nèi)部磁場方向由左向右，故小磁針3順時針轉(zhuǎn)動，最后N極指右；小磁針1所在位置處磁場方向向左，故小磁針1逆時針轉(zhuǎn)動，最后N極指左；小磁針2所在位置處磁場方向向右，小磁針2順時針轉(zhuǎn)動，最后N極指右．1．通電螺線管外部的磁感線和條形磁鐵外部的磁感線相似，也是從N極出來，進入S極．通電螺線管內(nèi)部的磁感線跟螺線管的軸線平行，方向由S極指向N極，并和外部的磁感線連接，形成環(huán)繞的閉合曲線．2．判斷小磁針N極的指向，需要先判斷小磁針?biāo)谔幠且稽c的磁感線方向．針對訓(xùn)練當(dāng)導(dǎo)線中分別通以圖示方向的電流，小磁針靜止時北極指向讀者的是()答案C解析通電直導(dǎo)線電流方向從左向右，根據(jù)安培定則，則有小磁針?biāo)幍奈恢么艌龇较虼怪奔埫嫦蚶?，所以小磁針靜止時北極背離讀者，故A錯誤；通電直導(dǎo)線電流方向豎直向上，根據(jù)安培定則，磁場的方向為逆時針(從上向下看)，因此小磁針靜止時北極背離讀者，故B錯誤；環(huán)形導(dǎo)線的電流方向如題圖C所示，根據(jù)安培定則，則有小磁針?biāo)幍奈恢么艌龇较虼怪奔埫嫦蛲?，所以小磁針靜止時北極指向讀者，故C正確；根據(jù)安培定則，結(jié)合電流的方向，則通電螺線管的內(nèi)部磁場方向由右向左，則小磁針靜止時北極指向左方，故D錯誤．三、安培分子電流假說1.法國學(xué)者安培提出：在物質(zhì)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(zhì)微粒都成為微小的磁體，它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個磁極．(如圖14所示)圖142．當(dāng)鐵棒中分子電流的取向大致相同時，鐵棒對外顯磁性；當(dāng)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．(多選)下列說法正確的是()A．奧斯特提出“分子電流”假說，認為永磁體的磁場和通電導(dǎo)線的磁場均由運動的電荷產(chǎn)生B．安培提出“分子電流”假說，認為永磁體的磁場和通電導(dǎo)線的磁場均由運動的電荷產(chǎn)生C．根據(jù)“分子電流”假說，磁鐵受到強烈震動時磁性會減弱D．根據(jù)“分子電流”假說，磁鐵在高溫條件下磁性會減弱答案BCD解析“分子電流”假說是由安培提出來的；根據(jù)安培的“分子電流”假說可知，磁鐵及通電導(dǎo)線的磁性是由內(nèi)部運動電荷產(chǎn)生的磁場疊加而成的；磁鐵在高溫和強烈震動下分子電流會變得雜亂，從而使磁性減弱，故B、C、D正確．1．(磁場的概念)下列關(guān)于磁場的說法中，正確的是()A．磁場和電場一樣，是客觀存在的特殊物質(zhì)B．磁場是為了解釋磁極間相互作用而人為規(guī)定的C．磁極與磁極之間是直接發(fā)生作用的D．磁場只有在磁極與磁極、磁極與電流發(fā)生作用時才產(chǎn)生答案A解析磁場是客觀存在于磁極或電流周圍的一種物質(zhì)，是不以人的意志為轉(zhuǎn)移的，所以A正確，B、D錯誤；磁極與磁極之間、磁極與電流之間、電流與電流之間的作用都是通過它們的磁場發(fā)生的，所以C錯誤．2．(磁感線)關(guān)于磁感線與電場線的描述，正確的是()A．電場線起止于電荷，磁感線起止于磁極B．電場線一定是不閉合的，磁感線一定是閉合的C．磁感線是自由小磁針在磁場力作用下的運動軌跡D．電場線和磁感線實際上均存在，只是肉眼看不到答案B解析磁感線沒有起點也沒有終點，是閉合的曲線；靜電場中的電場線不是閉合曲線，起始于正電荷(或無窮遠處)，終止于無窮遠處(或負電荷)，故A錯誤，B正確．磁感線是描述磁場強弱和方向的曲線，當(dāng)磁感線是曲線時，小磁針在磁場力作用下的運動軌跡并不一定與其重合，故C錯誤；電場線和磁感線都是為了描述抽象的場而人為引入的曲線，實際上并不存在，故D錯誤．3.(磁場的方向)(多選)條形磁鐵上部一小磁針平衡時N極指向如圖15所示，假定磁鐵內(nèi)部也有一小磁針，平衡時如圖所示，則下列說法正確的是()圖15A．磁鐵c端是N極，d端是S極B．磁鐵c端是S極，d端是N極C．小磁針a端是N極，b端是S極D．小磁針a端是S極，b端是N極答案BD解析小磁針靜止時N極的指向即為該處的磁場方向，條形磁鐵外部磁感線方向是由N極指向S極，而內(nèi)部是由S極指向N極，由題圖中上面小磁針靜止時N極所指的方向可判定磁鐵d端是N極，c端是S極；磁鐵內(nèi)部的小磁針，由內(nèi)部磁場方向可判定，a端是S極，b端是N極，故B、D正確，A、C錯誤．4．(電流的磁場)如圖16所示，兩根非?？拷一ハ啻怪辈⒒ハ嘟^緣的長直導(dǎo)線，當(dāng)通以如圖所示方向的電流時，電流所產(chǎn)生的磁場在導(dǎo)線所在平面內(nèi)的哪個區(qū)域內(nèi)方向是一致且向里的()圖16A．區(qū)域Ⅰ B．區(qū)域ⅡC．區(qū)域Ⅲ D．區(qū)域Ⅳ答案A解析由安培定則可知，I1電流在其上方產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里，I2電流在其右方產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里，故只有在區(qū)域Ⅰ，兩個電流產(chǎn)生的磁場才都向里，選項A正確．5．(電流的磁場)為了判斷一個未知正負極的蓄電池極性，某同學(xué)將該蓄電池通過電阻跟螺線管連接起來，發(fā)現(xiàn)小磁針的N極立即向螺線管偏轉(zhuǎn)，如圖17所示．用M、N和P、Q分別表示蓄電池和螺線管兩極，下列判斷正確的是()圖17A．蓄電池M端為正極B．蓄電池N端為正極C．螺線管P端為S極D．螺線管內(nèi)部磁場方向由P指向Q答案B解析小磁針的N極向螺線管偏轉(zhuǎn)說明小磁針?biāo)谖恢么艌龇较蛳蜃?，即螺線管P端為N極，Q端為S極，選項C錯誤；在螺線管的內(nèi)部，磁場方向由S極指向N極，所以螺線管內(nèi)部磁場方向由Q指向P，選項D錯誤；根據(jù)安培定則可知，在蓄電池外部電流從N流向M，蓄電池N端為正極，選項A錯誤，B正確．考點一磁場和磁感線1．關(guān)于磁場的下述說法中，正確的是()A．磁極之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的B．看不見、摸不著的磁場不是客觀存在的C．只有磁體周圍才存在磁場D．地球周圍不存在磁場答案A解析磁場對放入其中的磁體一定有磁場力作用，磁極之間相互作用是通過磁場發(fā)生的，選項A正確；磁場是客觀存在的一種物質(zhì)，雖然看不見，摸不著，但可通過小磁針來體現(xiàn)其存在，選項B錯誤；在整個地球周圍空間中都有磁場的存在，只不過在磁體的周圍，磁場比較強，磁場可以很明顯的表現(xiàn)出來，離磁體遠的地方，磁場比較弱，磁場不容易表現(xiàn)出來，所以不是只有磁體周圍才存在磁場，選項C、D錯誤．2．(多選)下列說法中正確的是()A．磁體在空間中能產(chǎn)生磁場，磁場使磁體間不必接觸便有相互作用B．在磁場中的某一點，小磁針僅在磁場力作用下靜止時北極所指的方向，就是那一點的磁場方向C．當(dāng)兩個磁體的同名磁極相互靠近時，兩條磁感線有可能相交D．磁體周圍的磁感線都是閉合的曲線答案ABD解析磁體間的作用力是通過磁場發(fā)生的，可以不用接觸便產(chǎn)生相互作用，A項對；小磁針僅在磁場力作用下靜止時北極的指向是北極受力的方向，就是那一點的磁場方向，B項對；磁感線是閉合的曲線且不能相交，C項錯，D項對．3．(多選)關(guān)于磁場和磁感線的描述，下列說法中正確的是()A．磁極之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，磁場和電場一樣，也是一種客觀存在的特殊物質(zhì)B．磁感線可以形象地描述各磁場的強弱和方向，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C．磁感線總是從磁鐵的N極出發(fā)，到S極終止的D．磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的答案AB解析磁感線是為了形象地描述磁場而假想的有方向的閉合的曲線，實際上并不存在，在磁體內(nèi)部，磁感線由S極指向N極，所以選項C、D錯誤；磁場是客觀存在的特殊物質(zhì)，所以選項A正確；磁感線上每一點的切線方向表示磁場方向，磁感線的疏密表示磁場的強弱，小磁針北極受力方向、靜止時北極指向均為磁場方向，所以選項B正確．4．如圖所示，小磁針?biāo)阜较蛘_的是()答案A解析題圖A中小磁針?biāo)谖恢么鸥芯€方向向上，因此小磁針N極指向上方，選項A正確；題圖B中小磁針?biāo)谖恢么鸥芯€方向水平向右，因此小磁針N極指向右，選項B錯誤；由題圖C中所給磁感線方向可知，小磁針N極指向左上方，選項C錯誤；題圖D中小磁針?biāo)谖恢么艌龇较蜓卮鸥芯€水平向左，因此小磁針N極應(yīng)指向左，選項D錯誤．考點二電流的磁場5．下列各圖中，用帶箭頭的細實線表示通電直導(dǎo)線周圍磁感線的分布情況，其中正確的是()答案D6．如圖所示為電流產(chǎn)生磁場的分布圖，其中正確的是()答案D解析題圖A中電流方向向上，由安培定則可知磁場方向為逆時針(從上向下看)，故A錯誤；題圖B中電流方向向下，由安培定則可知磁場方向為順時針(從上向下看)，B錯誤；題圖C、D中電流為環(huán)形電流，由安培定則可知，內(nèi)部磁場方向應(yīng)向右，故C錯誤，D正確．7．下列各圖中，電流及其產(chǎn)生的磁場方向均正確的是()答案C8.如圖1所示，一枚小磁針放在半圓形導(dǎo)線環(huán)的環(huán)心O處，當(dāng)導(dǎo)線中通以如圖所示方向的電流時，小磁針將如何偏轉(zhuǎn)()圖1A．沿順時針方向轉(zhuǎn)動B．沿逆時針方向轉(zhuǎn)動C．N極轉(zhuǎn)向紙里，S極轉(zhuǎn)向紙外D．N極轉(zhuǎn)向紙外，S極轉(zhuǎn)向紙里答案C解析由安培定則知，環(huán)形電流內(nèi)部磁場方向垂直紙面向里，故N極轉(zhuǎn)向紙里，C正確．9．關(guān)于通電螺線管磁極的判斷，下列示意圖中正確的是()答案A10．通電螺線管附近放置四個小磁針，如圖2所示，當(dāng)小磁針靜止時，圖中小磁針的指向正確的是(涂黑的一端為N極)()圖2A．a(chǎn)B．bC．cD．d答案B解析由安培定則判斷出螺線管的左側(cè)相當(dāng)于條形磁鐵的N極，右側(cè)相當(dāng)于S極，故在小磁針a、c、d處磁場方向水平向左，小磁針b處磁場方向水平向右，小磁針靜止時N極應(yīng)沿磁感線方向，只有小磁針b指向正確，選項B正確．11.(多選)(2018·北京市第五中學(xué)期末)如圖3所示，放在通電螺線管內(nèi)部中間的小磁針，靜止時小磁針的N極指向右側(cè)(螺線管的c端)，則下列判斷正確的是()圖3A．c為通電螺線管的S極，d為通電螺線管的N極B．d為通電螺線管的S極，c為通電螺線管的N極C．a(chǎn)為電源的正極、b為電源的負極D．a(chǎn)為電源的負極、b為電源的正極答案BC解析小磁針N極指向右側(cè)，可知螺線管內(nèi)部磁場方向由左向右，根據(jù)安培定則可知c為通電螺線管的N極、a為電源的正極，選項A、D錯誤，B、C正確．12.實驗室有一舊的學(xué)生直流電源，輸出端的符號模糊不清，無法辨認正負極．某同學(xué)設(shè)計了下面判斷電源極性的方法：在桌面上放一個小磁針，在磁針東面附近放一螺線管，如圖4所示，閉合開關(guān)后，小磁針指南的一端向東偏轉(zhuǎn)，下述判斷正確的是()圖4A．電源的A端是正極，在電源內(nèi)部電流由A流向BB．電源的A端是正極，在電源內(nèi)部電流由B流向AC．電源的B端是正極，在電源內(nèi)部電流由A流向BD．電源的B端是正極，在電源內(nèi)部電流由B流向A答案C解析由于小磁針指南的一端向東偏轉(zhuǎn)，所以螺線管的西端為N極，由安培定則可知電源的B端為正極，在電源外部電流由B通過螺線管流向A，在電源內(nèi)部電流由A流向B，故C正確．13.彈簧測力計下掛一條形磁鐵，其N極一端位于