2022年高中物理（SWSJ）魯科版選修3-1教學(xué)案：第5章 第2節(jié) 用磁感線描述磁場(含答案)

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1、2022年高中物理（SWSJ）魯科版選修3-1教學(xué)案：第5章 第2節(jié) 用磁感線描述磁場(含答案) 1. 磁感線是為描述磁場而假想的線，磁感線上某點的切線方向表示該點磁場的方向，磁感線越密，磁場越強。 2．通電直導(dǎo)線的磁場：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的環(huán)繞方向。 3．環(huán)形電流的磁場：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。 4．通電螺線管的磁場：用右手握住螺線管，讓彎曲四指所指方向與電流方向一致，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，拇指指向通電螺線管的北極。

2、 一、用磁感線描述磁體的磁場 1．磁感線 在磁場中畫出的一些有方向的假想曲線。 2．特點 (1)在磁感線上，任意一點的切線方向都跟該點的磁場方向相同，都代表磁場中該點小磁針N極受力的方向。 (2)磁感線的疏密表示磁場的強弱。磁感線分布越密的地方，磁場越強；磁感線分布越疏的地方，磁場越弱。 (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 1．直線電流的磁場 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致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向(如圖5-2-1所

3、示)。 　　　　　　　 　　　 圖5-2-1　　　　　　　　圖5-2-2 2．環(huán)形電流的磁場 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5-2-2所示)。 圖5-2-3 3．通電螺線管的磁場 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致，拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向，也就是說拇指指向通電螺線管的北極(N極)(如圖5-2-3所示)。 1．自主思考——判一判 (1)磁感線是假想的曲線，沒有實際意義。(×) (2)磁感線是閉合曲線。(√) (3)

4、沒有磁感線的地方，就沒有磁場。(×) (4)安培定則中，彎曲四指所指方向均為磁場的方向。(×) (5)電磁鐵的強弱由線圈中的電流和匝數(shù)共同決定。(√) 2．合作探究——議一議 (1)將磁鐵固定在有機玻璃下，把鐵粉撒在有機玻璃上，并輕輕敲打玻璃板，會發(fā)現(xiàn)鐵粉排列成一些有規(guī)律的曲線。我們能不能認為這些鐵粉排成的線就是磁感線呢？ [提示]　不能。實驗時利用被磁化的鐵屑來顯示磁感線的分布情況，只是研究磁感線的一種方法，使得看不見、摸不著的磁場變得具體形象，給研究帶來方便。其實，磁感線只是為了研究磁場而引進的假想的線，并不是真實存在的。另外，被磁化的鐵屑所顯示的磁感線分布僅是一個平面上的磁感線

5、分布情況，磁鐵周圍的磁場是分布在磁鐵周圍的整個空間的。 (2)磁感線為何不相交？ [提示]　磁場中任一點的磁場方向都是確定的，即只有一個方向，這是實驗事實(把小磁針放到某點，靜止時N極有唯一確定的指向)。若有兩條磁感線相交，根據(jù)磁感線的定義，在交點處就有兩個方向，這與事實不符。 (3)在用安培定則判斷通電直導(dǎo)線和通電螺線管的磁場時，大拇指和四指的指向所代表的意義相同嗎？ [提示]　不相同。在判定通電直導(dǎo)線磁感線的方向時，大拇指指向電流的方向，四指指向磁感線的方向。在判定通電螺線管磁感線的方向時，四指指向電流的環(huán)繞方向，大拇指指向螺線管內(nèi)部磁感線的方向。 磁感線的理解與應(yīng)用

6、 1．磁感線的特點 (1)為形象描述磁場而引入的假想曲線，實際并不存在。 (2)磁感線的疏密表示磁場的強弱，密集的地方磁場強，稀疏的地方磁場弱。 (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。 (5)磁感線上某點的切線方向表示該點的磁場方向。 2．幾種典型磁場的磁感線分布 　 磁體 項目　 條形磁鐵 蹄形磁鐵 同名磁極間 異名磁極間 分布圖 特點 (1)關(guān)于條形磁鐵對稱 (2)內(nèi)部近似勻強磁場 (3)中垂線上各點磁感線方向與磁鐵平行 (1)關(guān)于磁鐵中軸線對稱，方向相反

7、(2)中軸線上各點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對稱 (2)連線上的方向指向中點，中點最弱 (3)連線的中垂線上磁場方向向外 (1)關(guān)于兩磁極的連線及連線的中垂線對稱 (2)中垂線上各點磁感線方向相同 (3)在連線上中點的磁場最弱 1．關(guān)于磁感線的說法，正確的是(　　) A．磁感線總是從磁體的N極出發(fā)指向S極 B．磁感線可以表示磁場的強弱和方向 C．電流在磁場中的受力方向即為該點磁感線的切線方向 D．沿磁感線方向磁場減弱 解析：選B　磁感線是閉合曲線，在磁體外部是從N極到S極，內(nèi)部是由S極到N極，A項錯。用磁感線可形象描述磁場的強

8、弱和方向，即疏密表示強弱，各點的切線方向表示該點的磁場方向。磁場中各點的方向即為處在該點的小磁針N極的受力方向，不是電流的受力方向，B項正確，C項錯。磁感線的疏密表示磁場強弱，與磁感線的方向無關(guān)，D項錯。 2．下圖中繪出了磁鐵的磁感線及其旁邊小磁針靜止時所指的方向(小磁針黑色端表示N極)，其中正確的是(　　) 解析：選A　小磁針靜止時N極所指的方向與磁場方向相同，故選項A正確。磁體外部磁場方向應(yīng)從N極指向S極，故選項B、C、D錯誤。 3.磁場中某區(qū)域的磁感線如圖5-2-4所示，則(　　) 圖5-2-4 A．a(chǎn)處磁場比b處磁場強 B．b處磁場和a處磁場強度一樣 C．小磁針N

9、極在a處受力比b處受力大 D．小磁針N極在a處受力比b處受力小 解析：選D　因為b處磁感線密，所以b處磁場強，故A、B錯誤。小磁針受力也是b處大，故C錯誤，D正確。 安培定則的應(yīng)用 三種常見的電流的磁感線分布特點 安培定則 立 體 圖 橫截面圖 縱截面圖 直線電流 以導(dǎo)線上任意點為圓心的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場越弱 環(huán)形電流 內(nèi)部磁場比環(huán)外強，磁感線越向外越稀疏 通電螺線管 內(nèi)部為勻強磁場且比外部強，方向由S極指向N極，外部類似條形磁鐵，由N極指向S極 (1)圖中的“×”號表示磁場方向垂直紙面向

10、里，“·”號表示磁場方向垂直紙面向外。 (2)圖中只是表示出了磁感線的方向，對磁感線的疏密沒有具體表示。 (3)應(yīng)用安培定則判定電流周圍磁場的方向時，直線電流是判定導(dǎo)線之外磁場的方向，環(huán)形電流和通電螺線管判定的是線圈軸線上磁場的方向?！　　　? 1. (多選)如圖5-2-5所示，一束帶電粒子沿著水平方向平行地飛過小磁針上方時，小磁針的S極向紙面內(nèi)偏轉(zhuǎn)，則這束帶電粒子可能是(　　) 圖5-2-5 A．向右飛行的正離子束 B．向左飛行的正離子束 C．向右飛行的負離子束 D．向左飛行的負離子束 解析：選BC　小磁針N極的指向即是小磁針所在處的磁場方向，題中小磁針的S極向紙內(nèi)

11、偏轉(zhuǎn)，說明離子束下方的磁場方向是由紙內(nèi)指向紙外，由安培定則可判定離子束形成的電流方向由右向左。故若為正離子，則應(yīng)是自右向左運動；若為負離子，則應(yīng)是自左向右運動。 2.如圖5-2-6所示，圓環(huán)上帶有大量的負電荷，當圓環(huán)沿順時針方向轉(zhuǎn)動時，a、b、c三枚小磁針都要發(fā)生轉(zhuǎn)動，以下說法正確的是(　　) 圖5-2-6 A．a(chǎn)、b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn) B．b的N極向紙外轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙里轉(zhuǎn) C．b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn)，而a的N極向紙外轉(zhuǎn) D．b的N極向紙里轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙外轉(zhuǎn) 解析：選B　帶負電圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，形成逆時針方向等效電流，根據(jù)安培定則，判斷出環(huán)內(nèi)外磁場方向，可

12、知小磁針轉(zhuǎn)動方向。 3．如圖5-2-7所示，a、b是直線電流的磁場，c、d是環(huán)形電流的磁場，e、f是螺線管電流的磁場，試在各圖中補畫出電流方向或磁感線方向。 圖5-2-7 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中電流的方向從下向上，c中電流方向是逆時針方向，d中磁感線的方向向下，e中磁感線的方向向左，f中磁感線的方向向右。 答案：見解析 1．關(guān)于磁感線，下列說法正確的是(　　) A．磁感線是真實存在的，細鐵粉撒在磁鐵附近，我們看到的就是磁感線 B．磁感線始于N極，終止于S極 C．沿磁感線方向磁場減弱 D．磁感線是無頭無尾的閉合曲線 解析：選D　

13、磁感線是人們?yōu)榱诵蜗竺枋龃艌龆傧氲木€，實際不存在，細鐵粉在磁鐵附近的排列可以顯示磁感線的分布，但我們看到的不是磁感線，故A錯；磁感線是閉合曲線，在磁體外部是從N極到S極，在磁體內(nèi)部是從S極到N極，故D對，B錯；磁感線的疏密表示磁場的強弱，沿磁感線方向磁場可能增強，也可能減弱，故C錯。 2．關(guān)于磁場和磁感線的描述，下列哪些是正確的(　　) A．磁感線從磁體的N極出發(fā)到磁體的S極終止 B．自由轉(zhuǎn)動的小磁針放在通電螺線管內(nèi)部，其N極指向螺線管的N極 C．磁感線的方向就是磁場方向 D．兩條磁感線的空隙處不存在磁場 解析：選B　磁感線與電場線不同，它是一條閉合曲線，在磁體的外部由N極到S極

14、，而在磁體的內(nèi)部則由S極到N極，故選項A是不正確的。螺線管內(nèi)部的磁感線和條形磁鐵相似，是由S極到N極的，即磁場方向也是從S極指向N極，所以放置其中的小磁針N極必然是指向磁場方向，即螺線管的北極，故選項B正確。只有磁感線是直線時，磁感線的方向才與磁場方向一致，如果磁感線是曲線，那么某點的磁場方向是用該點的切線方向來表示的，所以選項C不正確。磁感線是為了研究問題方便而假想的曲線，磁場中磁感線有無數(shù)條，故提出兩條磁感線之間是否有空隙，是否存在磁場等類似的問題是毫無意義的，故選項D不正確。 3.如圖1所示，兩個相同的導(dǎo)線圓環(huán)共軸平行懸掛，相隔一小段距離。當同時給兩個導(dǎo)線圓環(huán)通以同方向的電流時，兩導(dǎo)線

15、圓環(huán)將(　　) 圖1 A．吸引　　　　　　 B．排斥 C．保持靜止 D．邊吸引邊轉(zhuǎn)動 解析：選A　根據(jù)安培定則，兩環(huán)形電流中間產(chǎn)生的磁場相當于兩個條形磁體的異名磁極，相互吸引。 4.如圖2所示，若一束電子沿y軸正方向定向運動，則在z軸上某點A的磁場方向應(yīng)為(　　) 圖2 A．沿x軸正方向 B．沿z軸正方向 C．沿x軸負方向 D．沿z軸負方向 解析：選A　首先由電流方向的規(guī)定可知，電子沿y軸正方向定向運動，則電流沿y軸負方向，由安培定則可知A處的磁場方向沿x軸正方向，所以選項A正確。 5．為了解釋地球的磁性，19世紀安培假設(shè)：地球的磁場是由繞過地心的軸的環(huán)形電流

16、I引起的。在下列四個圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是(　　) 解析：選B　地磁場的N極在地理的南極附近，地磁場的S極在地理的北極附近，在地球的內(nèi)部，地磁場的方向由地理的北極附近指向地理南極附近，由安培定則得環(huán)形電流的方向由東向西，故B正確。 6.指南針是我國古代的四大發(fā)明之一。當指南針靜止時，其N極指向如圖3虛線(南北向)所示，若某一條件下該指南針靜止時N極指向如圖實線(N極東偏北向)所示。則以下判斷正確的是(　　) 圖3 A．可能在指南針上面有一導(dǎo)線東西放置，通有由東向西的電流 B．可能在指南針上面有一導(dǎo)線東西放置，通有由西向東的電流 C．可能在指南針上面有一導(dǎo)線

17、南北放置，通有由北向南的電流 D．可能在指南針上面有一導(dǎo)線南北放置，通有由南向北的電流 解析：選C　N極指向表示磁感應(yīng)強度的方向，根據(jù)題意可知通電直導(dǎo)線在小磁針處的磁場，與原來指向北方的磁場的合磁場方向指向東北方向(如題圖中實線)，選項C對，A、B、D錯。 7. (多選)如圖4所示，一個電子沿逆時針方向做圓周運動，則由于電子的運動將(　　) 圖4 A．不產(chǎn)生磁場 B．在圓周的內(nèi)側(cè)、外側(cè)均產(chǎn)生磁場 C．產(chǎn)生磁場，圓心處的磁場方向垂直于紙面向里 D．產(chǎn)生磁場，圓心處的磁場方向垂直于紙面向外 解析：選BC　電子沿逆時針方向做圓周運動，形成的電流方向為順時針方向，根據(jù)安培定

18、則可判斷電子的運動將在圓周的內(nèi)側(cè)、外側(cè)均產(chǎn)生磁場，且圓心處的磁場方向垂直于紙面向里，選項B、C正確。 8.如圖5所示，a、b是電池的兩個極，A、B、C為通電螺線管軸線上的三點，D為螺線管正上方的一點，將小磁針分別放在A、B、C、D四點，靜止時小磁針S極的指向與電池正極的關(guān)系是(　　) 圖5 A．在A點S極向右，a為正極 B．在B點S極向左，b為正極 C．在C點S極向左，b為正極 D．在D點S極向右，a為正極 解析：選D　可用假設(shè)法進行判斷，分別設(shè)a、b為電源的正極，確定出電流方向，再根據(jù)電流方向確定出A、B、C、D各點的磁場方向，再判定出小磁針的指向，和各選項對比知，選項D正

19、確。 9. (多選)南極考察隊隊員在地球南極附近用彈簧秤豎直懸掛一未通電螺線管，如圖6所示。下列說法正確的是(　　) 圖6 A．若將a端接電源正極，b端接電源負極，則彈簧秤示數(shù)將減小 B．若將a端接電源正極，b端接電源負極，則彈簧秤示數(shù)將增大 C．若將b端接電源正極，a端接電源負極，則彈簧秤示數(shù)將增大 D．不論螺線管通電情況如何，彈簧秤示數(shù)均不變 解析：選AC　一方面，可以將地球等效處理為一個大條形磁鐵，地理南極附近相當于磁鐵的N極，因而在地理南極附近地磁場方向近似豎直向上，如圖所示；另一方面，可利用安培定則確定通電螺線管在其周圍產(chǎn)生的磁場方向，再根據(jù)“同名磁極相斥，

20、異名磁極相吸”的規(guī)律判定通電螺線管與地球之間的作用情況。正確選項為A、C。 10.如圖7所示，一個輕質(zhì)彈簧下端懸掛一個小鐵片，當開關(guān)S斷開時，鐵片剛好與水銀槽中水銀接觸。當開關(guān)S閉合后，鐵片會(　　) 圖7 A．不動 B．陷入水銀面以下 C．向上運動停止在空中 D．不停地上下振動 解析：選D　當開關(guān)S閉合后，彈簧相當于通電螺線管，由于各匝彈簧中通入電流方向相同，相鄰兩匝彈簧線圈之間為異名磁極，則彈簧各匝之間相互吸引使彈簧縮短，將鐵片向上提起；鐵片離開水銀面后，電路斷開，彈簧無磁性，則在鐵片的重力作用下，彈簧伸長，鐵片與水銀面接觸又使電路連通，這個過程循環(huán)往復(fù)，使鐵片不停地上下

21、振動。 11．如圖8所示，當開關(guān)S接通后，說明電流周圍磁場中的小磁針的偏轉(zhuǎn)情況。 圖8 解析：甲圖線框內(nèi)電流磁感線向內(nèi)，線框外電流磁感線向外，線框內(nèi)小磁針N極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)，線框外小磁針N極向紙外偏轉(zhuǎn)；乙圖通電螺線管下端為N極，兩個小磁針順時針偏轉(zhuǎn)；丙圖通電螺線管類似蹄形磁鐵，左側(cè)為N極、右側(cè)為S極，左邊的小磁針順時針偏轉(zhuǎn)，右邊的小磁針逆時針偏轉(zhuǎn)。 答案：見解析 12．裝有鐵芯的螺線管叫電磁鐵，巨大的電磁鐵能吸起很重的鋼鐵，如圖9甲所示?，F(xiàn)有一個如圖乙所示的繞有兩個線圈的鐵芯，要使其產(chǎn)生磁性且左端為N極，其四個接頭與電源應(yīng)怎樣連接？ 圖9 解析：使鐵芯產(chǎn)生磁性并且左端為N極，可有以下五種接法： (1)只用a、c線圈，a端接電源正極，c端接電源負極。 (2)只用b、d線圈，b端接電源正極，d端接電源負極。 (3)a、b相接，接電源正極，c、d相接，接電源的負極。 (4)b、c相接，a接電源的正極，d接電源的負極。 (5)a、d相接，b接電源的正極，c接電源的負極。 答案：見解析