人教版 (2019)必修 第三册1 磁场 磁感线精品导学案

这是一份人教版 (2019)必修 第三册1 磁场 磁感线精品导学案，共12页。

[学习目标] 1.知道磁场的概念，知道磁体与磁体间、磁体与通电导体间、通电导体与通电导体间的作用是通过磁场发生的。2.理解磁感线的概念，知道磁感线的特点(重难点)。3.理解安培定则，会用安培定则判断电流的磁场方向(重难点)。
一、电和磁的联系 磁场
如图甲所示，通电导线放在蹄形磁体附近，悬挂导线的细线偏离竖直方向，说明通电导线受到力的作用；如图乙所示，两条通电导线之间也有作用力。
根据实验，在下图中空白方框内填入恰当的内容。
答案 磁场
1．电和磁的联系
(1)自然界中的磁体总存在着两个磁极，自然界中同样存在着两种电荷。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。
(2)奥斯特实验
实验现象：把导线放置在小磁针的上方，当给导线通电时，与导线平行放置的小磁针发生转动。
注意事项： 导线应沿南北方向水平放置
结论：通电导线对小磁针有力的作用，说明电流具有磁效应。奥斯特首次揭示了电与磁的联系。
2．磁场
(1)磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间，以及通电导体与通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的。
(2)基本性质：磁场对磁体或通电导体有力的作用。
(3)磁场尽管看不见、摸不着，但它与电场类似，都是不依赖于我们的感觉而客观存在的物质。
(1)通电导线与通电导线之间是通过电场发生作用的。( × )
(2)磁场只有在磁体与磁体、磁体与电流发生作用时才产生。( × )
(3)磁体产生的磁场和电流产生的磁场本质上是一样的。( √ )
例1 奥斯特实验是科学历史上的经典实验，它的价值在于直接证实了( )
A．磁场的存在
B．导线周围存在磁场
C．通电导线周围存在磁场
D．磁场对通电导线有力的作用
答案 C
解析 奥斯特实验直接证实了通电导线周围有磁场，从而使得通电导线正下方的小磁针发生了偏转，故选C。
二、磁感线和地磁场
1．磁场的方向：物理学规定，在磁场中的某一点，小磁针静止时N极所指的方向就是该点磁场的方向。
2．磁感线：在磁场中画出一些有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟这点磁场的方向一致，这样的曲线就叫作磁感线。
3．磁感线的特点
(1)磁感线是假想出来的有方向的曲线，实际并不存在。
(2)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。
(3)磁感线不相交，不相切，也不中断。
(4)磁感线是闭合曲线，在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。
4．磁体的磁感线
(1)条形磁体和蹄形磁体的磁感线
(2)同名磁极和异名磁极的磁感线
5．地磁场
(1)地球是一个巨大的磁体，地球周围空间存在的磁场叫地磁场。
(2)地磁场的三大特点
①地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近。地球的地理两极与地磁两极并不重合，因此，磁针并非准确地指向南、北，其间有一个夹角，这就是地磁偏角。
②地磁场的方向在南半球斜向上，在北半球斜向下，与地球表面并不平行。
③在赤道平面上，到地心等距离的各点，地磁场强度相等，且方向水平。
(1)磁感线从磁体的N极出发到磁体的S极终止。( × )
(2)磁感线可以用细铁屑来显示，因而是真实存在的。( × )
例2 (多选)中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图。结合上述材料，下列说法不正确的是( )
A．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
B．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
C．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近
D．在赤道位置放置一枚小磁针，静止时小磁针N极指向地理的南极附近
答案 AD
解析 只有赤道上方附近的地磁场的方向与地面平行，A错误；地理南、北极与地磁场的南、北极不重合，存在地磁偏角，B正确；磁感线是闭合的，由题图可推知地球内部存在磁场，地磁南极在地理北极附近，C正确；在赤道位置放置一枚小磁针，静止时小磁针N极指向地理的北极附近，D错误。
三、安培定则
1．直线电流的磁场
安培定则：如表格中甲图所示，用右手握住导线，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。
2．环形电流的磁场
安培定则：如表格中乙图所示，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。
3．通电螺线管的磁场
安培定则：如表格中丙图所示，用右手握住螺线管，让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。
例3 如图所示，a、b是直线电流的磁场截面图，c、d是环形电流的磁场截面图，e、f是螺线管电流的磁场的截面图。试判断各图中的电流方向或磁感线方向。
答案 见解析
解析 根据安培定则，可以确定题图a中电流方向垂直纸面向里，题图b中电流方向从下向上，题图c中电流方向沿逆时针方向，题图d中磁感线方向从上向下，题图e中磁感线方向向左，题图f中磁感线方向向右。
例4 (多选)(2022·南宁市高二期末)如图所示，E、F分别表示蓄电池两极，P、Q分别表示螺线管两端。当闭合开关时，发现小磁针N极偏向螺线管Q端。下列判断正确的是( )
A．F为蓄电池正极
B．螺线管P端为S极
C．流过电阻R的电流方向向下
D．管内磁场方向由Q指向P
答案 AD
解析 闭合开关后，小磁针N极偏向螺线管Q端，说明小磁针所在位置磁场方向向左，即螺线管的P端为N极，Q端为S极，螺旋管内部的磁感应强度方向由Q指向P，由安培定则可知，蓄电池的F为正极，E为负极，流过电阻R的电流方向向上，故B、C错误，A、D正确。
四、安培分子电流假说
1．分子电流假说
安培认为，在物质内部，存在着一种环形电流——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．对磁现象的解释
当铁棒中各分子电流的取向大致相同时，铁棒对外显磁性；当铁棒中分子电流的取向变得杂乱无章时，铁棒对外不显磁性。
(1)安培提出“分子电流”假说，认为永磁体的磁场和通电导线的磁场均由运动的电荷产生。( √ )
(2)根据“分子电流”假说，磁体受到强烈震动时磁性不会减弱。( × )
(3)根据“分子电流”假说，磁体在高温条件下磁性会减弱。( √ )
例5 (2023·抚州市临川一中高二期中)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( )
答案 B
解析 绕核运动的电子带负电，则环形电流方向与其运动方向相反，根据安培定则可知其左侧为N极，故选B。
课时对点练
考点一 磁场和磁感线
1．下列关于磁场的说法中，正确的是( )
A．只有磁体周围才存在磁场
B．磁场是为了解释磁体间的相互作用而人为规定的
C．磁场只有在磁体与磁体、磁体与通电导线发生作用时才产生
D．磁体与磁体之间、磁体与通电导线之间、通电导线与通电导线之间都是通过磁场发生相互作用的
答案 D
解析 磁场存在于磁体周围和电流周围，故A错误；磁场是实际存在的，不是假想的，磁感线是假想的，故B错误；磁场存在于磁体和电流周围，即使没有发生作用，磁场仍然是存在的，故C错误；磁体与磁体、磁体与通电导线、通电导线与通电导线之间都是通过磁场发生相互作用的，故D正确。
2．(多选)(2023·黄冈中学高二期中)下列关于电场线和磁感线的说法中正确的是( )
A．电场线和磁感线都是电场或磁场中实际存在的线
B．磁场中两条磁感线一定不相交，但在复杂电场中的电场线是可以相交的
C．电场线是不闭合曲线，而磁感线是闭合曲线
D．电场线越密的地方，电场越强，磁感线越密的地方，磁场也越强
答案 CD
解析 电场线与磁感线分别是为了形象地描述电场、磁场而引入的假想曲线，实际并不存在，A错误；两种场线都不会相交，B错误；电场线起始于正电荷或无穷远处，终止于无穷远处或负电荷，而磁感线在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，组成闭合曲线，C正确；电场线越密，表示该处电场越强，磁感线越密，表示该处磁场越强，所以D正确。
3．(2023·黄冈中学高二月考)做物理实验时都需要某些特定的条件，奥斯特做电流的磁效应实验时，应排除地磁场对实验的影响，关于奥斯特的实验，下列说法中正确的是( )
A．该实验必须在地球赤道上进行
B．通电直导线应该竖直放置
C．通电直导线应该水平东西方向放置
D．通电直导线应该水平南北方向放置
答案 D
解析 小磁针静止时指向南北方向，说明地磁场的方向为南北方向，当通电直导线水平南北方向放置时，能在其下方产生东西方向的磁场，小磁针有明显的偏转，故选D。
4．(多选)如图所示，关于磁体、通电导线间的相互作用，下列说法正确的是( )
A．图甲中，通电导线不产生磁场，通电导线对小磁针的作用力是通过小磁针的磁场产生的
B．图乙中，磁体对通电导线的作用力是通过磁体的磁场产生的
C．图丙中通电导线间的相互作用是通过通电导线的磁场产生的
D．图丙中通电导线间的相互作用是通过电荷的电场产生的
答案 BC
解析 题图甲中，通电导线对小磁针的作用力是通过通电导线的磁场产生的；题图乙中，磁体对通电导线的作用力是通过磁体的磁场产生的；题图丙中，通电导线对另一个通电导线的作用力是通过该通电导线的磁场产生的。综上所述，选项B、C正确，A、D错误。
考点二 安培定则
5．各图中，电流及其产生的磁场方向均正确的是( )
答案 C
6.(2023·北京市第九中学高二期中)在直导线中通一自A向B方向的电流，则电流接通后，悬挂在直导线正上方的小磁针( )
A．N极向纸里，S极向纸外旋转
B．N极向纸外，S极向纸里旋转
C．在纸面内顺时针旋转90°
D．在纸面内逆时针旋转90°
答案 B
解析 根据安培定则可判断出小磁针附近的磁场方向为垂直纸面向外，根据小磁针的N极指向磁场方向，可知悬挂在直导线正上方的小磁针N极向纸外，S极向纸里旋转，故B正确。
7．(多选)(2022·莆田第二十五中学高二期末)下列所示各图中，小磁针(涂黑的一端为小磁针的N极)的指向正确的是( )
答案 ABD
解析 由安培定则，螺线管内部磁场N极向左，小磁针N极与磁场方向相同，A正确；地球磁场从地球南极附近指向地球北极附近，B正确；条形磁体的磁场由N极指向S极，故中间位置磁场方向向下，故小磁针N极向下，C错误；蹄形磁体的磁场由N极指向S极，小磁针的N极和磁场方向一致，D正确。
8.(多选)(2023·吴江中学高一月考)如图所示为通电螺线管的纵向剖面图，“⊗”和“⊙”分别表示导线中的电流垂直纸面流进和流出，图中四个小磁针(涂黑的一端为N极)静止时指向正确的是( )
A．a B．b C．c D．d
答案 AD
解析 由题图，根据安培定则可知螺线管左端为N极，右端为S极，根据通电螺线管周围磁感线分布情况作出部分磁感线如图所示，由此可知四个小磁针静止时指向正确的是a、d，故A、D正确。
9．(2023·马关县第一中学高二月考)如图所示，当开关S闭合后，小磁针的位置正确的是( )
答案 D
解析 小磁针N极指向表示该点磁场的方向，选项A中小磁针处的电流方向竖直向下，由右手螺旋定则可知小磁针处磁场方向垂直纸面向外，选项A错误；选项B中，由右手螺旋定则可知通电螺线管上端为N极，螺旋管左侧的磁场方向由上到下，选项B错误；选项C中，由右手螺旋定则可知小磁针处磁场方向垂直纸面向里，选项C错误；选项D中，由右手螺旋定则可知通电螺线管上端相当于S极，异名磁极相互吸引，故小磁针的N极指向左侧上端处，选项D正确。
考点三 安培分子电流假说
10．(多选)(2022·北京市第十二中学高二期末)安培对物质具有磁性的解释可以用如图所示的情景来表示，那么( )
A．甲图可代表被磁化的铁棒的内部情况
B．乙图可代表被磁化的铁棒的内部情况
C．磁体在高温环境下磁性会减弱
D．磁体在高温环境下磁性会加强
答案 BC
解析 根据“分子电流假说”，未被磁化的物体，分子电流的方向非常紊乱，对外不显磁性，被磁化的物体，分子电流的方向大致相同，于是对外界显示出磁性，A错误，B正确；根据磁化与退磁的特性可知，磁体在高温环境下磁性会减弱，C正确，D错误。
11．(2022·绍兴市上虞区教师发展中心高二期末)为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的。在四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是( )
答案 B
解析 地磁的北极在地理南极的附近，故在用安培定则判定环形电流的方向时右手的拇指必需指向南方；而根据安培定则：拇指与四指垂直，而四指弯曲的方向就是电流流动的方向，故B正确。
12.如图所示为通电螺线管。A为螺线管外一点，B、C两点在螺线管的垂直平分线上，则下列说法正确的是( )
A．磁感线最密处为A处，最疏处为B处
B．磁感线最密处为B处，最疏处为A处
C．小磁针在B处和A处N极都指向左方
D．小磁针在B处和C处N极都指向右方
答案 C
解析 由磁感线的疏密分布可知，磁感线最密的是B处，最疏的是C处，故A、B错误；根据安培定则知，通电螺线管左端相当于磁体N极，右端相当于磁体S极，因外部的磁感线是从N极指向S极，而内部则是从S极指向N极的，因此小磁针在B处和A处N极都指向左方，C处N极指向右方，故C正确，D错误。
13.(多选)如图所示，弹簧测力计下挂一条形磁体，其中条形磁体N极的一部分位于未通电的螺线管内，则下列说法正确的是( )
A．若将a点处接电源正极，b点处接负极，弹簧测力计的示数将减小
B．若将a点处接电源正极，b点处接负极，弹簧测力计的示数将增大
C．若将b点处接电源正极，a点处接负极，弹簧测力计的示数将增大
D．若将b点处接电源正极，a点处接负极，弹簧测力计的示数将减小
答案 AC
解析 根据右手螺旋定则，可知若将a点处接电源正极，b点处接电源负极，螺线管上端为N极，会排斥条形磁体，弹簧测力计示数将减小；若将a点处接电源负极，b点处接电源正极，螺线管上端为S极，会吸引条形磁体，弹簧测力计示数将增大，所以选A、C。
14.(2022·树德中学高二期中)如图所示，圆环上带有大量的负电荷，当圆环沿顺时针方向转动时，a、b、c三枚小磁针都要发生转动，以下说法正确的是( )
A．a、b、c的S极都向纸里转
B．b的S极向纸外转，而a、c的S极向纸里转
C．b、c的N极都向纸里转，而a的N极向纸外转
D．b的S极向纸里转，而a、c的S极向纸外转
答案 D
解析 圆环带有负电荷，圆环顺时针转动时，产生的等效电流方向沿逆时针方向；由安培定则可知，a、c所在处磁场方向垂直于纸面向里，b所在处磁场方向垂直于纸面向外，则a、c小磁针的N极向纸里转动，S极向纸外转， b小磁针的N极向纸外转动，S极向纸里转，故选D。安培定则
立体图
横截面图
纵截面图
直线电流
以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱
环形电流
环内磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏
通电螺线管
内部磁场为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部磁场类似条形磁体的磁场，方向由N极指向S极