2024-2025學(xué)年高中物理第5章磁場(chǎng)第2節(jié)用磁感線描述磁場(chǎng)學(xué)案魯科版選修3-1

PAGE7-第2節(jié)用磁感線描述磁場(chǎng)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道什么是磁感線，會(huì)用磁感線描述磁體和電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。(科學(xué)方法)2.知道幾種常見(jiàn)磁場(chǎng)的磁感線分布狀況。(物理觀念)3.會(huì)用安培定則推斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管四周的磁場(chǎng)方向。(科學(xué)思維)一、用磁感線描述磁體的磁場(chǎng)1．磁感線在磁場(chǎng)中畫(huà)出的一些有方向的假想曲線。2．特點(diǎn)(1)在磁感線上，隨意一點(diǎn)的切線方向都與該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同，都代表磁場(chǎng)中該點(diǎn)小磁針N極受力的方向。(2)磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。磁感線分布越密的地方，磁場(chǎng)越強(qiáng)；磁感線分布越疏的地方，磁場(chǎng)越弱。(3)磁感線是閉合曲線。在磁體外部，磁感線從N極到S極。在磁體內(nèi)部，磁感線從S極到N極。二、用磁感線描述電流的磁場(chǎng)1．直線電流的磁場(chǎng)安培定則(又叫右手螺旋定則)：用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與電流的方向一樣，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向(如圖所示)。2．環(huán)形電流的磁場(chǎng)安培定則：右手彎曲的四指表示環(huán)形電流的方向，則伸直的拇指所指的方向是環(huán)形導(dǎo)線中心軸線處的磁感線方向(如圖所示)。3．通電螺線管的磁場(chǎng)安培定則：用右手握住螺線管，讓彎曲四指所指的方向與電流方向一樣，拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向，也就是說(shuō)拇指指向通電螺線管的北極(如圖所示)。1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)磁感線是假想的曲線，沒(méi)有實(shí)際意義。 (×)[提示]磁感線的意義在于描述磁場(chǎng)形象化。(2)磁感線是閉合曲線。 (√)(3)沒(méi)有磁感線的地方，就沒(méi)有磁場(chǎng)。 (×)[提示]磁場(chǎng)是客觀存在的，而磁感線是假想的線，沒(méi)畫(huà)磁感線的地方也有磁場(chǎng)。(4)安培定則中，彎曲四指所指方向均為磁場(chǎng)的方向。 (×)[提示]通電螺旋管四指指的是電流方向。(5)磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷。 (√)2．(多選)關(guān)于磁感線的性質(zhì)和概念，下列說(shuō)法正確的是()A．磁感線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向B．鐵屑在磁場(chǎng)中的分布曲線就是磁感線C．磁感線總是從磁體的N極指向S極D．磁場(chǎng)中隨意兩條磁感線均不相交AD[磁感線上每一點(diǎn)的切線方向都與該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同，A對(duì)；利用碎鐵屑在磁場(chǎng)中被磁化的性質(zhì)，可顯示磁感線的形態(tài)，但它排成的曲線不是磁感線，磁感線是假想曲線，B錯(cuò)；磁感線在磁體外部由N極指向S極，但在內(nèi)部卻是由S極指向N極，磁感線是閉合曲線，C錯(cuò)；假設(shè)兩條磁感線可以相交，過(guò)交點(diǎn)作曲線的切線，將有兩個(gè)不同的方向，而同一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向只能有一個(gè)，故隨意兩條磁感線均不相交，D對(duì)。]3．關(guān)于安培定則，下列說(shuō)法正確的是()A．安培定則僅適用于直線電流四周磁場(chǎng)方向的推斷B．安培定則能適用于多種形態(tài)電流四周磁場(chǎng)方向的推斷C.安培定則用于推斷直線電流磁場(chǎng)的磁感線方向時(shí)，大拇指所指方向與磁場(chǎng)方向一樣D．安培定則用于推斷環(huán)形電流和通電螺線管磁場(chǎng)的方向時(shí)，大拇指所指方向應(yīng)與電流方向一樣B[安培定則適用于任何電流或等效電流的磁場(chǎng)方向推斷，A錯(cuò)，B對(duì)；由安培定則的運(yùn)用方法可知，C、D錯(cuò)。]對(duì)磁感線的理解1.磁感線的特點(diǎn)(1)為形象描述磁場(chǎng)而引入的假想曲線，實(shí)際并不存在。(2)磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。(3)磁感線的方向：磁體外部從N極指向S極，磁體內(nèi)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。2．幾種典型磁場(chǎng)的磁感線分布磁體條形磁鐵蹄形磁鐵同名磁極間異名磁極間分布圖特點(diǎn)(1)關(guān)于條形磁鐵對(duì)稱(chēng)(2)磁鐵內(nèi)部近似勻強(qiáng)磁場(chǎng)(3)中垂線上各點(diǎn)磁感線方向與磁鐵平行(1)關(guān)于磁鐵中軸線對(duì)稱(chēng)，方向相反(2)中軸線上各點(diǎn)磁感線方向均垂直于中軸線(1)關(guān)于兩磁極的連線及連線的中垂線均對(duì)稱(chēng)(2)兩磁極連線上磁感線的方向沿連線，中點(diǎn)最弱(3)兩磁極連線的中垂線上磁場(chǎng)方向沿中垂線(1)關(guān)于兩磁極的連線及連線的中垂線對(duì)稱(chēng)(2)中垂線上各點(diǎn)磁感線方向相同(3)在連線上中點(diǎn)的磁場(chǎng)最弱【例1】如圖中繪出了磁鐵的磁感線及其旁邊小磁針靜止時(shí)所指的方向(小磁針黑色端表示N極)，其中正確的是()ABCDA[小磁針靜止時(shí)N極所指的方向與磁場(chǎng)方向相同，故選項(xiàng)A正確。磁體外部磁場(chǎng)方向應(yīng)從N極指向S極，故選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤。]磁感線與電場(chǎng)線的比較兩種線磁感線電場(chǎng)線不同點(diǎn)閉合曲線不閉合，起始于正電荷或無(wú)限遠(yuǎn)，終止于無(wú)限遠(yuǎn)或負(fù)電荷相像點(diǎn)引入目的為形象描述場(chǎng)而引入的假想線，實(shí)際不存在疏密場(chǎng)的強(qiáng)弱切線方向場(chǎng)的方向是否相交不能相交eq\a\vs4\al([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．如圖所示表示蹄形磁鐵四周的磁感線，磁場(chǎng)中有a、b兩點(diǎn)，下列說(shuō)法正確的是()A．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，Ba＞BbB．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，Ba＜BbC．蹄形磁鐵的磁感線起始于蹄形磁鐵的N極，終止于蹄形磁鐵的S極D．a(chǎn)處沒(méi)有磁感線，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度為零B[磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，由此可知A錯(cuò)，B對(duì)；磁感線是閉合的曲線，在磁鐵外部是從N極到S極，內(nèi)部是從S極到N極，故C錯(cuò)；磁感線是為探討問(wèn)題便利而假想的曲線，實(shí)際并不存在，故D錯(cuò)。]安培定則的理解及應(yīng)用三種常見(jiàn)的電流的磁感線分布特點(diǎn)安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖直線電流以導(dǎo)線上隨意點(diǎn)為圓心的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場(chǎng)越弱環(huán)形電流內(nèi)部磁場(chǎng)比環(huán)外強(qiáng)，磁感線越向外越稀疏通電螺線管內(nèi)部為勻強(qiáng)磁場(chǎng)且比外部強(qiáng)，方向由S極指向N極，外部類(lèi)似條形磁鐵，由N極指向S極【例2】如圖所示，a、b是直線電流的磁場(chǎng)，c、d是環(huán)形電流的磁場(chǎng)，e、f是通電螺線管的磁場(chǎng)，試在各圖中補(bǔ)畫(huà)出電流方向或磁感線方向。[解析]依據(jù)安培定則，可以確定a中電流方向垂直紙面對(duì)里，b中電流方向從下向上，c中電流方向沿逆時(shí)針，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。[答案]如圖所示上例中，若在螺線管的四周放上小磁針，如圖所示，則以下說(shuō)法正確的是()A．小磁針的c端為N極，電源的a端為正極B．小磁針的c端為N極，電源的a端為負(fù)極C．小磁針的d端為N極，電源的a端為正極D．小磁針的d端為N極，電源的a端為負(fù)極D[依據(jù)小磁針的N極方向可以確定通電線圈外部上方磁場(chǎng)的方向，然后應(yīng)用安培定則確定線圈中的電流方向，從而推斷電源的a端為負(fù)極，同時(shí)推斷d為N極。正確答案是D。]電流磁場(chǎng)的三點(diǎn)說(shuō)明(1)應(yīng)用安培定則判定電流四周磁場(chǎng)的方向時(shí)，直線電流判定的是導(dǎo)線之外磁場(chǎng)的方向，環(huán)形電流和通電螺線管判定的是線圈軸線上磁場(chǎng)的方向。(2)當(dāng)小磁針處于磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，或環(huán)形電流、通電螺線管外部時(shí)，可依據(jù)同名磁極相斥，異名磁極相吸來(lái)推斷小磁針的受力方向。(3)當(dāng)小磁針處于直線電流的磁場(chǎng)中或處于環(huán)形電流、通電螺線管內(nèi)部時(shí)，應(yīng)當(dāng)依據(jù)小磁針N極所指方向與通過(guò)該點(diǎn)的磁感線的切線方向相同，來(lái)推斷小磁針的受力方向。eq\a\vs4\al([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．(多選)如圖為電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的分布圖，正確的分布圖是()AD[由安培定則可以推斷出直線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向，A正確，B錯(cuò)誤。C和D為環(huán)形電流，留意讓彎曲的四指指向電流的方向，可推斷出D正確，C錯(cuò)誤。]課堂小結(jié)知識(shí)脈絡(luò)2種磁場(chǎng)——磁體磁場(chǎng)，電流磁場(chǎng)1種描述——磁感線1種定則——安培定則1．下列對(duì)磁場(chǎng)和磁感線的相識(shí)正確的是()A．磁場(chǎng)是一種特別存在的物質(zhì)，磁體與磁體、磁體與電流之間的相互作用都是通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的B．兩條磁感線的空隙處肯定不存在磁場(chǎng)C．磁感線可以用細(xì)鐵屑來(lái)顯示，因而是真實(shí)存在的D．電場(chǎng)線和磁感線一樣是不閉合的曲線A[磁場(chǎng)是一種特別物質(zhì)，磁極、電流間發(fā)生的作用都是通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的，A正確；磁感線的疏密程度反映磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，磁感線是人為假想的曲線，兩條磁感線的空隙處也存在磁場(chǎng)，B錯(cuò)誤；磁感線是為了形象地描述磁場(chǎng)而假想的一簇有方向的閉合曲線，事實(shí)上并不存在，細(xì)鐵屑可以顯示出其形態(tài)，但那并不是磁感線，C錯(cuò)誤；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，D錯(cuò)誤。]2．如圖所示為磁場(chǎng)中某區(qū)域的磁感線，則()A．a(chǎn)、b兩處的磁場(chǎng)的強(qiáng)弱一樣，方向相同B．a(chǎn)、b兩處的磁場(chǎng)的強(qiáng)弱不一樣，方向相同C．a(chǎn)、b兩處的磁場(chǎng)的強(qiáng)弱一樣，方向不同D．a(chǎn)、b兩處的磁場(chǎng)的強(qiáng)弱不一樣，方向不同B[依據(jù)磁感線的疏密程度，可以推斷出a、b兩處的磁場(chǎng)的強(qiáng)弱不相同；由于a、b兩處在同一條磁感線上，且該條磁感線為直線，所以a、b兩處的磁場(chǎng)方向相同，選項(xiàng)B正確。]3．(多選)如圖所示，當(dāng)S閉合時(shí)，在螺線管上方的一根小軟鐵棒被磁化，左端為N極(此時(shí)正視用絕緣線懸掛的小通電圓環(huán)，電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?。則下列說(shuō)法正確的是()A.軟鐵棒所在處的磁場(chǎng)方向向左B．電源的左端為正極C．電源的右端為正極D．圓環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?俯視)ABD[因軟鐵棒左端為N極，所以其所在處的磁場(chǎng)方向向左，螺線管右端為N極，依據(jù)安培定則可知電源