高中物理教科版 (2019)必修 第三册1 磁场 磁感线精品学案及答案

磁场　磁感线

学习目标：

1．[物理观念]知道磁场、磁感线的概念，了解安培定则，知道一切磁相互作用都是通过磁场实现的。　

2．[科学思维]掌握磁感线的特点，会用安培定则判断几种常见磁场的磁感线的方向，能解决有关的问题。　

3．[科学探究]通过实验探究几种常见磁场的磁感线方向与电流方向的关系，进一步理解安培定则。　

4．[科学态度与责任]认识磁的应用对生产、生活和科学发展的作用，培养学生的学习兴趣和探索科学的精神。

一、我国古代对磁现象的认识及应用

1．我国古代四大发明之一的指南针，也就是磁针。

2．任何磁体，不管形状如何都有两个位置磁性最强，称为磁体的两个极，一个叫N极，一个叫S极。

说明：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。

二、磁场与磁感线

1．磁场

(1)定义：磁体周围分布着磁场。

(2)特点：一切磁体相互作用都是通过磁场实现的。

(3)方向：小磁针N极受力的方向，就是该处磁场的方向。

2．磁感线

(1)磁感线：人们用磁感线来形象地描述磁场的方向和强弱。

(2)磁感线的特点：

①曲线上每一点的切线方向为该点的磁场方向。

②曲线的疏密表示磁场的强弱。

3．磁场是一种物质，磁体和电流在自己周围空间会产生磁场，而磁场的基本特性就是对处在它里面的磁体或电流有力的作用，这些作用是通过磁场来传递的。

注意：磁感线是一些假想的曲线，是闭合的曲线，没有起始和终止位置。

三、安培定则

1．直线电流的磁场：用右手握住通电导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致；则弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向。

2．环形电流的磁场：如果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是环形电流轴线上磁感线的方向。

说明：通电螺线管的磁场：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟螺线管电流方向一致，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。

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)天然磁体和人造磁体都能吸引铁质物体。 (√)

(2)磁场看不见、摸不着，因此磁场是人们假想的，实际并不存在。                              (×)

(3)在磁场中，小磁针S极的受力方向就是该点磁场方向。 (×)

(4)用磁感线描述磁场时，没有磁感线的地方就没有磁场。 (×)

2．(多选)关于磁场，下列说法正确的是(　　)

A．磁场的基本性质是对放入其中的磁体和电流有力的作用

B．磁场看不见、摸不着，实际不存在，是人们假想出来的一种物质

C．磁场是客观存在的一种特殊的物质形态

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

AC　[磁场的定义：磁体或电流周围存在一种特殊物质，可以对放入其中的磁体和电流有力的作用，这种特殊物质为磁场，故选项AC正确。]

3．下列关于磁感线的说法正确的是(　　)

A．磁感线可以形象地描述磁场的强弱与方向

B．磁感线总是从磁铁的N极发出，到S极终止

C．磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列的曲线，没有细铁屑的地方就没有磁感线

D．沿磁感线的方向磁场逐渐减弱

A　[磁场是一种看不见的特殊物质，人们为了形象地描绘磁场而引入了磁感线这一假想的曲线，它可以表示磁场的强弱与方向，选项A正确；磁感线都是闭合曲线，选项B错误；磁感线是人们假想的曲线，与有无铁屑无关，选项C错误；磁场的强弱由磁感线的疏密程度表示，而与磁感线的方向无关，选项D错误。]

观察三幅图片，请思考：

甲　　　　　　乙　　　　　丙

甲图中的小磁针为什么会发生偏转？乙图中的通电导线为什么会运动？丙图中通电导线之间的相互作用是怎样发生的？

提示：甲图中的小磁针受到了电流对它的力的作用；乙图中的通电导线受到了磁场对它的力的作用；丙图中通电导线之间的相互作用是通过磁场发生的。

1．对磁场性质的理解

2．电场与磁场的比较

【例1】　以下说法中正确的是(　　)

A．磁极与磁极间的相互作用是通过磁场产生的

B．电流与电流间的相互作用是通过电场产生的

C．磁极与电流间的相互作用是通过电场与磁场而共同产生的

D．磁场和电场是同一种物质

思路点拨：(1)一切磁现象都是通过磁场产生的。

(2)磁场和电场都是物质，是两种不同的物质。

A　[电流能产生磁场，在电流的周围就有磁场的存在。不论是磁极与磁极间、电流与电流间还是磁极与电流间，都有相互作用的磁场力。磁场是一种特殊物质，它的基本特点是对放入磁场中的磁极、电流有磁场力的作用；而电场是电荷周围存在的一种特殊物质，其最基本的性质是对放入电场中的电荷有静电力的作用，但它不会对放入电场中的磁极产生力的作用，因此，磁场和电场是两种不同的物质，各自具有其本身的特点。综上所述，A正确，BCD均错误。]

作为一种特殊的物质——场，电场与磁场有相同点也有不同点，不要认为电场与磁场是同一种物质。不要把电流与电流之间的相互作用误理解为电荷与电荷之间的相互作用。

训练角度1：对电流磁效应的认识

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．磁体间有相互作用

C　[奥斯特实验中电流能使静止的小磁针发生偏转，说明电流周围存在磁场，即电流产生了磁场，故C正确。]

训练角度2：对磁场的理解

2．下列关于磁场的说法，正确的是(　　)

A．磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质

B．磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的

C．磁体与磁体之间是直接发生作用的

D．磁场只能由磁体产生，电流不能产生磁场

A　[磁场和电场都是客观存在的特殊物质，不是人为规定的，A对，B错；磁体与磁体之间是通过磁场发生相互作用的，C错；电流也能产生磁场，D错。]

图甲表示条形磁铁的磁感线的分布情况，图乙表示通电螺线管的磁感线的分布情况，观察两幅图，请思考：从图中可以看出，通电螺线管的磁感线是闭合的，而条形磁铁的磁感线不闭合，这种判断对吗？

甲　　　　　　　　　　乙

提示：不对，不论是磁铁的磁场，还是电流的磁场，磁感线都是闭合的。

1．磁感线的特点

(1)为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。

(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱，密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱。

(3)磁感线的方向：磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极。

(4)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断。

(5)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向。

2．常见永磁体的磁场

条形磁铁　　　蹄形磁铁　　异名磁极　　同名磁极

3．三种常见的电流的磁场

4．磁感线与电场线的比较

【例2】　(多选)如图所示，螺线管中通有电流，如果在图中的a、b、c三个位置上各放一个小磁针，其中a在螺线管内部，则(　　)

A．放在a处的小磁针的N极向左

B．放在b处的小磁针的N极向右

C．放在c处的小磁针的S极向右

D．放在a处的小磁针的N极向右

思路点拨：(1)通电螺线管的磁场分布与条形磁铁相似。

(2)小磁针的N极受力的方向即为磁场的方向。

BD　[由安培定则，通电螺线管的磁场如图所示，右端为N极，左端为S极，在a点磁场方向向右，则小磁铁在a点时，N极向右，A项错误，D项正确；在b点磁场方向向右，则磁针在b点时，N极向右，B项正确；在c点，磁场方向向右，则磁针在c点时，N极向右，S极向左，C项错误。]

环形电流的等效磁场

(1)环形电流的磁场与小磁针的相同，应用安培定则时，拇指所指的方向应该是环内磁场的方向，也是等效小磁针N极的方向。

(2)通电螺线管的磁场相当于条形磁铁，其外部的磁感线是由N极指向S极；内部是由S极指向N极。

3．如图所示为磁场、磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈，当在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时(　　)

A．小磁针N极向里转

B．小磁针N极向外转

C．小磁针在纸面内向左摆动

D．小磁针在纸面内向右摆动

A　[由于线圈中电流沿顺时针方向，根据安培定则可以确定，线圈内部轴线上磁感线方向垂直于纸面向里。而小磁针N极受力方向和磁感线方向相同，故小磁针N极向里转，A正确。]

1．磁场中任一点的磁场方向，规定为小磁针在磁场中(　　)

A．受磁场力的方向

B．北极受磁场力的方向

C．南极受磁场力的方向

D．转动的方向

B　[规定磁场中小磁针N极受力的方向为该点磁场方向，也就是小磁针静止时N极的指向，故ACD错误，B正确。]

2．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，故D错误。]

3．一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，故选项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