高中人教版 (2019)1 磁场 磁感线导学案

磁场　磁感线

[核心素养·明目标]

知识点一　电和磁的联系

1．磁极：自然界中的磁体总是存在两个磁极。

2．磁极间的作用：同名磁极或同种电荷相互排斥，异名磁极或异种电荷相互吸引。

3．电流的磁效应

(1)奥斯特实验：通电导线使小磁针偏转。

(2)实验结论：电流可以产生磁场——发现了电流的磁效应。

实验时，通电直导线要沿南北方向水平放置，磁针要与导线平行且放在导线的正下方或正上方，以保证电流的磁场与地磁场方向不同而使小磁针发生偏转，若导线沿东西方向放置，小磁针可能不偏转。

1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)磁极与电流的相互作用是通过磁场发生的。 (√)

(2)奥斯特发现了电流的磁效应。 (√)

知识点二　磁场　磁感线

1．磁场

(1)来源：磁体周围和电流周围都存在磁场，一切磁相互作用都是通过磁场来实现的。

(2)方向：人们规定，在磁场中某一点小磁针N极所受磁力的方向，就是该点磁场的方向。

(3)磁场是客观存在的：磁场与电场类似，都是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质。

2．磁感线

(1)磁场的方向规定：小磁针静止时N极所指的方向。

(2)磁感线：用来形象地描述磁场的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致。

(3)磁感线的疏密表示磁场的强弱。

(1)磁感线是为了形象地描述磁场而假想出来的一簇有方向的曲线，并不是客观存在于磁场中的真实曲线。

(2)没有磁感线的地方，并不表示就没有磁场的存在；通过磁场中的任一点总能而且只能画出一条磁感线。

2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质。 (√)

(2)磁体与磁体、磁体与通电导体、通电导体与通电导体之间都是通过磁场发生相互作用的。              (√)

(3)磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止。 (×)

知识点三　安培定则

1．直线电流的磁场：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，如图甲所示。

2．环形电流的磁场：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁场的方向，如图乙所示。

3．通电螺线管的磁场：让右手弯曲的四指与螺线管电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺线管轴线上磁场的方向，或拇指指向螺线管的N极，如图丙所示。

　“×”表示磁场(或电流)方向垂直进入纸面，“·”表示磁场(或电流)方向垂直离开纸面。

3：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)用右手判断直线电流的磁场方向时，拇指指向电流的方向，弯曲的四指所指的方向就是磁感线方向。              (√)

(2)在通电螺线管内部磁感线方向仍然由N极指向S极。 (×)

知识点四　安培分子电流假说

1．分子电流假说：安培认为，在物质的内部，存在着一种环形电流，即分子电流。分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。

2．分子电流假说意义：能够解释磁化以及退磁现象，解释磁现象的电本质。

安培分子电流假说揭示了磁性的起源，它使我们认识到磁体的磁场和电流的磁场一样，都是由运动的电荷产生的。

4：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)分子电流假说揭示了静止的电荷也可以产生磁场。 (×)

(2)分子电流假说无法解释加热去磁现象。 (×)

(3)磁体的磁场是由电荷的运动形成的分子电流产生的。 (√)

考点1　认识磁场的性质

1．对磁场性质的理解

2．电场与磁场的比较

磁场概念的建立

所有与磁现象有关的相互作用，都是通过磁场发生的，可与电荷间的相互作用相类比，如图所示。

图一　　　　　　图二

图三　　　　　　　图四

　电流的磁效应

【典例1】　(2021·北京一零一中期中)在奥斯特电流磁效应的实验中，通电直导线应该(　　)

A．平行于南北方向，在小磁针正上方

B．平行于东西方向，在小磁针正上方

C．平行于东南方向，在小磁针正下方

D．平行于西南方向，在小磁针正下方

A　[为排除地磁场的影响，导线应沿南北方向水平放置在小磁针的正上方，使实验现象最明显，故选A。]

　对磁场的理解

【典例2】　(多选)如图所示，关于磁体、电流间的相互作用，下列说法正确的是(　　)

甲　 　　　　乙　　　　　　　丙

A．甲图中，电流不产生磁场，电流对小磁针的力的作用是通过小磁针的磁场发生的

B．乙图中，磁体对通电导体的力的作用是通过磁体的磁场发生的

C．丙图中，电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的

D．丙图中，电流间的相互作用是通过电荷的电场发生的

BC　[题图甲中，电流对小磁针的力的作用是通过电流的磁场发生的；题图乙中，磁体对通电导体的力的作用是通过磁体的磁场发生的；题图丙中，电流间的相互作用是通过电流的磁场发生的。综上所述，选项B、C正确。]

[跟进训练]

1．奥斯特实验说明了(　　)

A．磁场的存在

B．磁场的方向性

C．电流可以产生磁场

D．磁场间有相互作用

C　[奥斯特实验中电流能使静止的小磁针发生偏转，说明电流可以产生磁场，选项C正确。]

2．关于磁场，下列说法正确的是(　　)

A．磁极与磁极之间是直接发生作用的

B．磁场是看不见、摸不着、实际不存在而由人们假想出来的一种物质

C．磁场是客观存在的一种特殊物质

D．磁场的存在与否取决于人的思想，想其有则有，想其无则无

C　[磁体或电流周围存在一种特殊物质，能够传递磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间的相互作用，这种特殊的物质叫作磁场。磁场的基本性质是对放入其中的磁极或电流能产生力的作用，它的存在是不以人的主观思想而改变的，是一种客观存在的物质，C正确。]

考点2　对磁感线的理解

1．常见永磁体的磁场

条形磁铁　蹄形磁铁　异名磁极　同名磁极

2．磁感线的特点

(1)磁感线的疏密反映磁场的强弱，磁感线越密的地方表示磁场越强，磁感线越疏的地方表示磁场越弱。

(2)磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向。

(3)磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线，在磁体外部由N极到S极，在磁体内部由S极到N极。

(4)磁感线在空间不能相交，不能相切，也不能中断。

3．磁感线与电场线的比较

【典例3】　冰箱门软磁条的外部磁感线正面图如图所示，以下说法正确的是(　　)

A．磁感线越密的地方磁场越弱

B．软磁条内部a应为N极

C．磁感线与电场线一样真实存在于空间之中

D．软磁条内部a、b之间的磁感线方向应为a指向b

D　[根据磁感线的特点可知，磁感线越密的地方磁场越强，A错误；磁感线在磁体外部从N极指向S极，在磁体内部从S极指向N极，由图可知，软磁条外部磁感线从b指向a，则软磁条内部a为S极，b为N极，磁感线是闭合曲线，在软磁条内部磁感线从a指向b，故B错误，D正确；磁感线和电场线是为了描述磁场和电场而假想的曲线，实际是不存在的，C错误。]

[跟进训练]

3．如图所示，若把地球的磁场等效为一个条形磁体的磁场，那么下列城市中地磁场最强的是(　　)

A．莫斯科

B．新加坡

C．广州

D．东京

A　[由地磁场的分布特点可知，越靠近两极，磁场越强，故选A。]

1．三种常见的电流的磁场

2．对安培定则的理解

判断电流产生的磁场方向需用安培定则，在使用安培定则时，手指指向有区别，一是拇指指向电流方向，一是拇指指向环形导线轴线上的磁场方向。其实它们的本质是一样的，环形电流磁场方向的判定方法是直线电流磁场方向判定方法的延伸和归纳，环形电流磁场方向完全可以用直线电流磁场方向的判定方法作出判定，只需把环形电流等分为无数段直线电流。同理，通电螺线管的磁场亦是如此。

【典例4】　如图所示，a、b、c三枚小磁针分别在通电螺线管的正上方、管内和右侧，当这些小磁针静止时，小磁针N极的指向是(　　)

A．a、b、c均向左

B．a、b、c均向右

C．a向左，b向右，c向右

D．a向右，b向左，c向右

C　[小磁针静止时N极的指向与该点的磁感线方向相同，画出通电螺线管的磁感线如图所示，即可知a磁针的N极向左，b磁针的N极向右，c磁针的N极向右，C正确。]

[跟进训练]

4．(多选)当导线中分别通以图示方向的电流时，小磁针静止时N极垂直纸面向里的是(　　)

　　　　A　　　　　B　　　　　　　C　　　　D

AB　[已知通电直导线中电流的方向，根据右手螺旋定则，可知A、B选项的图中小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向里，所以小磁针静止时N极垂直纸面向里，A、B正确；环形导线的电流方向如题图所示，根据右手螺旋定则，可知小磁针所处的位置磁场方向垂直纸面向外，所以小磁针静止时N极垂直纸面向外，C错误；根据右手螺旋定则，结合电流的方向，可知通电螺线管内部的磁场方向由右向左，则小磁针静止时N极指向左，D错误。]

1．下列关于磁场和磁感线的说法正确的是(　　)

A．磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止，所以是不闭合的

B．磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，是真实存在的

C．磁场和电场一样，也是一种物质

D．磁感线就是细铁屑在磁场周围排列出的曲线

C　[磁感线在磁铁的外部是从磁铁的N极到S极，在磁铁的内部是从S极指向N极，磁铁内部的磁感线与外部的磁感线形成闭合曲线，故A错误；磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，但不是真实存在的，故B错误；磁场和电场一样，也是一种物质，故C正确；细铁屑在磁场周围排列出的曲线可以形象的反应磁场的分布，但不是磁感线分布，故D错误。]

2．一个磁场的磁感线如图所示，一个小磁针被放入磁场中，则小磁针将(　　)

A．逆时针转动，直到S极指向右

B．顺时针转动，直到N极指向右

C．一直顺时针转动

D．一直逆时针转动

B　[因为小磁针N极受磁场力的方向就是磁场的方向，而磁场的方向向右，故选项B正确。]

3．安培观察到通电螺线管的磁场和条形磁体的磁场很相似，提出了“分子电流”假说。他认为，在物质内部，存在着一种环形电流——分子电流(分子电流实际上是由原子内部电子的绕核运动形成的，如图所示)，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。下列将分子电流(箭头表示电子运动方向)等效为小磁体的选项图中正确的是(　　)

A　　　　　　　　B

C　　　　　　　D

B　[做圆周运动的电荷带负电，环形电流方向与负电荷运动方向相反，根据安培定则可知其左侧为N极，选项B正确。]

4．(多选)如图所示，小磁针的指向正确的是(　　)

A　　　　　　　　B

C　　　　　　　　D

ABD　[小磁针静止时N极的指向为该处磁场方向，由安培定则可知A中螺线管内的磁场方向向左，A正确；B中赤道处的磁场方向由南向北，B正确；C中小磁针所在处的磁场方向向下，C错误；D中U形磁体间的磁场向右，D正确。]

5．情境：云层之间闪电的模拟图如图所示，图中B、A是位于南、北方向带有电荷的两块阴雨云，在放电的过程中，两云的尖端之间形成了一个放电通道，发现位于通道正上方的小磁针N极转向纸里，S极转向纸外。

问题：试分析B、A的带电情况？

[解析]　云层间放电必须发生在异号电荷之间，在云层间放电时，形成的强电场和高温将空气电离成正离子和负离子，并在强电场的作用下做定向移动，形成电流，相当于通电直导线形成磁场。由题意知，从南往北看，磁场是逆时针的，根据安培定则可以判断电流是从A流向B的，故可知A带正电，B带负电。

[答案]　见解析

回归本节知识，自我完成以下问题：

1．磁体对磁体有力的作用，奥斯特实验说明了电流有磁效应，说明了电流对磁体有力的作用；那么磁体对电流有作用吗？

提示：磁体对通电导线有力的作用。

2．通电导线与通电导线之间的作用力都不需要直接接触就能产生。那么这些作用力是怎样产生的呢？

提示：磁体和电流的周围存在磁场，磁体间、电流与磁体间、电流与电流间的相互作用，都是通过磁场产生的。

3．磁场的基本性质是什么呢？

提示：磁场的基本性质是对放入其中的磁体或电流产生力的作用。

4．磁感线有什么特点？磁感线在磁场中是真实存在的吗？

提示：(1)磁感线不相交、不相切、不中断、是闭合曲线；在磁体外部，从N极指向S极；在磁体内部，从S极指向N极。

(2)磁感线是为了形象地描述磁场而假想的物理模型，在磁场中并不真实存在。

(教师用书独具)

中国古代关于磁的本性的认识

磁石为什么能吸铁，而不能吸引其他金属(铜、金等)和非金属？东汉王充曾认为是因磁石与铁的“气性”相同，两者相互感应的结果。到了宋代，陈显微和俞琰对这个问题做过研究。陈显微指出：“磁石吸铁，皆阴阳相感，阻碍相通之理，岂能测其端倪哉！”(《古文参同契笺注集解》卷上引陈显微语)。俞琰指出：“神与气和，隔阂相通，犹如磁石之吸铁也。”(《古文参同契笺注集解》卷上引俞琰语)。他们都是试图用中国古代的“元气说”去解释磁石吸铁的现象，认为磁石吸铁是因为铁和磁石之间存在着内在的“气”的联系，是“阴阳相感”“神与气和”，这种解释虽然模糊，但能够从铁和磁之间内在的“气”的联系去寻找原因，却是可贵的。

明末清初的刘献廷在《广阳杂记》中还讲到磁的屏蔽现象。他指出：“磁石吸铁，隔碍潜通。或问余曰：‘磁石吸铁，何物可以隔之？’犹子阿孺曰：‘惟铁可以隔之耳’，其人去而复来，曰：‘试之果然’。”铁是强磁性物质，磁导率远大于1，故可以产生屏蔽效应。

　如图所示，A为橡胶圆盘，其盘面竖直，B为紧贴A的毛皮。在靠近盘的中轴上有一个小磁针静止在图示位置。当沿图中箭头的方向转动把手C时，小磁针将发生什么现象？

提示：当转动把手时，A盘边缘处与毛皮摩擦而带有负电荷，随盘做圆周运动形成一个环形电流，电流周围产生磁场，故对小磁针有力的作用。根据安培定则可知，小磁针的N极将发生偏转，指在沿圆盘的中心轴的方向上，即小磁针的N极向右，S极向左。