高中物理教科版選修31講義磁場第1節(jié)課堂講義

第三章磁場

第1節(jié)磁現(xiàn)象磁場

學習目標核心提煉

1.知道磁體之間、磁體與通電導體之間、通電導體與通3種磁場——磁鐵周圍

電導體之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的。的磁場、電流周圍的磁

2.知道磁感線的定義和特點，了解幾種常見磁場的磁感場、地磁場

線分布。1種場線模型——磁感

3.會用安培定則判斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管線

的磁場方向。1個定則——安培定則

探前自主椅理L自主學習掌握新知

一、磁感線

1.我國古代對磁現(xiàn)象的認識及應用

(1)春秋戰(zhàn)國時期最早發(fā)現(xiàn)并記載了天然磁石具有吸引鐵的現(xiàn)象和指示南北方向的特征。

(2)北宋時期發(fā)明了指南針,并很快用于航海。

(3)磁石治療疾病，《史記》、《本草綱目》中均有記載。

2.電與磁相互聯(lián)系現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)及第二次產(chǎn)業(yè)革命

(1)奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流磁效應。

⑵法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，打開了電氣化技術時代的大門，導致了人類歷史上的第二次

產(chǎn)業(yè)革命。

3.信息技術中的磁現(xiàn)象

(1)原理：某些磁性物質(zhì)能夠把磁場對它的作用記錄下來，長久保存且在一定條件下復現(xiàn)。

(2)應用：制成磁存儲部件或設備，如磁帶、磁盤、磁鼓、磁卡等。

4.生物體中的磁現(xiàn)象

(1)鴿子識歸巢、候鳥辨遷途、海龜找“故鄉(xiāng)”均可能與這些動物對地球磁場的敏感有關。

(2)人體器官也存在磁性。

(3)醫(yī)院里使用的核磁共振斷層成像裝置等。

二、磁場

1.磁場

(1)定義：磁體與磁體之間，磁體與通電導體之間,以及通電導體與通電導體之間的相互作用，

都是通過磁場發(fā)生的。

⑵基本性質(zhì)：對放入其中的磁體或電流有力的作用。

2.磁感線

⑴定義：在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一點的切線方向為該點的磁場方向。這樣的曲

線就叫做磁感線。

⑵磁感線的特點

①磁感線上任一點的切線方向表示該點的磁場方向，即小磁針M極所受磁力的方向。

②磁鐵外部的磁感線從M極指向&極，內(nèi)部從幺極指向電極，磁感線是閉合曲線。

③磁感線的疏密程度表示磁場強弱，磁感線密集處磁場強，磁感線稀疏處磁場弱。

④磁感線在空間不相交。

（3）條形磁鐵和蹄形磁鐵周圍磁場的磁感線分布（如圖1所示）

條形磁鐵蹄形磁鐵

思考判斷

1.磁場的基本性質(zhì)是對處在磁場中的磁極或電流有力的作用。N）

2.磁極和磁極之間的相互作用是通過磁場產(chǎn)生的。（4）

3.電流和電流之間的相互作用是通過電場產(chǎn)生的。（x）

4.磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的。（x）

5.磁感線上每點的切線方向就是該點的磁場方向。（4）

三、電流周圍的磁場安培定則

電流周圍的磁感線方向可根據(jù)安培定則判斷。

1.直線電流的磁場

安培定則：右手握住導線,讓伸直的拇指所指的方向與電速方向一致，彎曲的四指所指的方

向就是磁感線環(huán)繞的方向。如圖2所示。

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圖2

2.環(huán)形電流的磁場

讓右手彎曲的四指與環(huán)形電流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導線軸線上磁感

線的方向。如圖3所示。

圖3

3.通電螺線管的磁場

通電螺線管是由許多匝環(huán)形電流隹聯(lián)而成，因此，通電螺線管的磁場是這些環(huán)形電流磁場的

疊加，因此利用環(huán)形電流的安培定則判斷通電螺線管的磁場。如圖4所示。

圖4

思維拓展

如圖5所示，a、是直線電流的磁場，c、d是環(huán)形電流的磁場，e、/是通電螺線管的磁場,

試在各圖中補畫出電流方向或磁感線方向。

QOOQQO

圖5

答案如圖所示

QOOOQG)

⑤⑤⑤矽矽矽

四、安培分子電流假說

1.分子電流假說：在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流——分子電流。分

子電流使每個物質(zhì)微粒都成為微小的磁體，它的兩側(cè)相當于兩個磁極。

2.磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：磁鐵的磁場和電流的磁場一樣，都是由電荷的定向運動產(chǎn)生的。

五、地磁場

1.地磁場：地球本身是一個磁體，N極位于地理南極附近，S極位于地理北極附近。（如圖6

所示）

2.磁偏角：地球的地理兩極與地磁兩極并不重合，因此，磁針并非準確地指向南北，其間有

一個夾角，這就是地磁偏角,簡稱磁偏角。磁偏角的數(shù)值在地球上的不同地點是丕圓的。

思考判斷

1.一切磁現(xiàn)象都起源于電流或運動電荷，一切磁作用都是電流或運動電荷之間通過磁場發(fā)生

的。（4）

2.奧斯特實驗說明了磁場可以產(chǎn)生電流。（x）

3.單獨一個帶電體可以只帶正電荷（或負電荷），同樣磁體也可以只有N極或S極。（x）

4.地理的南北極與地磁的南北極并不重合，地磁的北極在地理北極附近。（x）

課堂互動探究I合作探究核心突破

gn對磁場的理解

［要點歸納］

L電場與磁場的比較

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電場磁場

場源電荷磁體、電流、運動電荷

對放入其中的電荷有電場力的作對放入其中的磁體、通電導線有

基本性質(zhì)

用磁場力的作用

相同點磁場和電場都是客觀存在的特殊物質(zhì)，都具有能量

2.奧斯特實驗

(1)實驗時，通電直導線要南北方向水平放置，磁針要與導線平行地放在導線的正下方或正上

方。以保證電流的磁場與地磁場方向不同而使小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動。

(2)由于地磁場使磁針指向南北方向，直導線通電后小磁針改變指向說明通電直導線周圍產(chǎn)生

了磁場，即電流周圍產(chǎn)生磁場，也就是電流的磁效應。

3.對地磁場的理解

(1)地磁場的方向

地磁N極位于地理南極附近，地磁S極位于地理北極附近，但它們位置的差別不是很大，因

此我們一般認為：

①地理南極正上方磁場方向豎直向上，地理北極正上方磁場方向豎直向下。

②在赤道正上方，距離地球表面高度相等的點，磁場的強弱相同，且方向水平向北。

③在南半球，地磁場方向向北偏向上方；在北半球，地磁場方向向北偏向下方。

(2)磁偏角的形成

磁偏角是小磁針的指向與正南、正北方向間的夾角；磁偏角的存在是因為地球的地理兩極與

地磁兩極并不重合。小磁針靜止時，它的兩極分別指向地磁兩極而不是地理兩極，所以產(chǎn)生

了磁偏角。

(3)地磁場的作用

由于磁場對運動電荷有力的作用，故射向地球的帶電粒子，其運動方向會發(fā)生變化，不能到

達地球。因此，地磁場對地球生命有保護作用。

［精典示例］

［例1］(多選)下列說法正確的是()

A.磁場是客觀存在的一種物質(zhì)

B.磁體上磁性最強的部分叫磁極，任何磁體都有兩個磁極

C.磁極或電流在自己周圍的空間會產(chǎn)生磁場

D.磁體與磁體間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，而磁體與通電導體間以及通電導體與通電導

體之間的相互作用不是通過磁場發(fā)生的

解析磁場是存在于磁體和通電導體周圍的一種客觀存在的物質(zhì)，磁體與磁體、磁體與通電

導體、通電導體與通電導體之間的相互作用都是通過磁場產(chǎn)生的。

答案ABC

［針對訓練1］地球是一個大磁體，①在地面上放置一個小磁針，小磁針的南極指向地磁場的

南極；②地磁場的北極在地理南極附近；③赤道附近地磁場的方向和地面平行；④北半球地

磁場方向相對地面是斜向上的；⑤地球上任何地方的地磁場方向都是和地面平行的。以上關

于地磁場的描述正確的是()

A.①②④B.②③④C.①⑤D.②③

解析求解該題應先明確地磁場的特點及地球表面各處地磁場的方向。地面上的小磁針靜止

時，磁針南極應指向地磁場的北極。地磁場的南極在地理北極附近，地磁場的北極在地理南

極附近，因此地磁場的方向在赤道附近和地面平行，北半球地磁場方向相對地面是斜向下的,

南半球是斜向上方的。

答案D

要點對磁感線的理解

［要點歸納］

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。

⑸磁感線上某點的切線方向表示該點的磁場方向。

2.磁感線與電場線的比較

種線

磁感線電場線

比較

形象描述場而引入的假想線，實際不

相引入目的

存在

似

疏密場的強弱

點

切線方向場的方向

相交不能相交

不同點閉合曲線不閉合，起始于正電荷或無限遠，終

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止于負電荷或無限遠

3.常見永磁體的磁場

條形磁鐵睛形磁鐵異名磁極同名磁極

4.勻強磁場

永磁鐵兩個平行的異

名磁極間的勾強磁場

兩個線圈之間的磁場

是勾強磁場

［精典示例］

［例2］（多選）磁場中某區(qū)域的磁感線如圖7所示,a、b、c、d、e是磁場中的5個點，其中c、

d兩點關于直線對稱，下面說法正確的是（）

圖7

A.這5個位置中，e點的磁感應強度最大

B.a點沒有磁感線穿過，所以。點磁感應強度一定為零

C.c、d兩點關于直線對稱，所以c、d兩點磁感應強度方向相同

D.b、e兩點在同一直線上，所以。、e兩點磁感應強度方向相同

解析從磁感線分布情況看，e點位置的磁感線分布最密集，磁感應強度最大，A正確；。處

磁感線相對其他位置比較稀疏，。處磁感應強度較小，但并不是零，B錯誤；在c、d兩點切

線方向表示c、d點的磁感應強度方向，所以c、d兩點的磁感應強度方向并不相同，C錯誤;

b、e兩點的切線在同一直線上，所以D正確。

答案AD

［針對訓練2］（多選）下列關于電場線和磁感線的說法正確的是（）

A.電場線和磁感線都是電場或磁場中實際存在的線

B.磁場中兩條磁感線一定不相交，但在復雜電場中的電場線是可以相交的

C.電場線是一條不閉合曲線，而磁感線是一條閉合曲線

D.電場線越密的地方，電場越強，磁感線越密的地方，磁場也越強

解析電場線與磁感線分別是為了形象描述電場、磁場而引入的假想線，實際不存在，A錯

誤；兩種場線的切線方向均表示相應的場方向，兩種場線都不會相交，B錯誤；電場線起始

于正電荷或無限遠、終止于負電荷或無限遠，而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，C正確；電場線越密，表示該處電場越強；磁感線越

密，表示該處磁場越強，D正確。

答案CD

要點可利用安培定則判定電流磁場的方向

［要點歸納］

常見電流的磁場

安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖

,Clx

直?1X

,X

線,*XX

(f|)(§)■:

電

流以導線上任意點為圓心垂直于導線的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場越弱

X/

環(huán)喜

SrN

形

X

電

流環(huán)內(nèi)磁場比環(huán)外強，磁感線越向外越稀疏

JX

通B◎

N每

電

X

螺

內(nèi)部為勻強磁場且比外部強，方向由極指向極，外部類似條形磁鐵，由

線SN

極指向極

管NS

［精典示例］

［例3］電路沒接通時三個小磁針方向如圖8所示，試確定電路接通后三個小磁針的轉(zhuǎn)向及最

后的指向。

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圖8

解析接通電源后，螺線管的磁場內(nèi)部從左指向右，外部從右指向左，如圖所示，故小磁針

1順時針轉(zhuǎn)動，小磁針3逆時針轉(zhuǎn)動，小磁針2基本不動。

答案小磁針1順時針轉(zhuǎn)動，小磁針3逆時針轉(zhuǎn)動，小磁針2基本不動

I方法總結(jié)|

小磁針在磁場中受力方向的判斷方法

（1）當小磁針處于磁體產(chǎn)生的磁場中，或環(huán)形電流、通電螺線管外部時，可根據(jù)同名磁極相斥，

異名磁極相吸來判斷小磁針的受力方向。

（2）當小磁針處于直線電流的磁場中或處于環(huán)形電流、通電螺線管內(nèi)部時，應該根據(jù)小磁針N

極所指方向與通過該點的磁感線的切線方向相同，來判斷小磁針的受力方向。

［針對訓練3］如圖9所示為磁場作用力演示儀中的赫姆霍茲線圈，當在線圈中心處掛上一個

小磁針，且與線圈在同一平面內(nèi)，則當赫姆霍茲線圈中通以如圖所示方向的電流時（）

圖9

A.小磁針N極向里轉(zhuǎn)

B.小磁針N極向外轉(zhuǎn)

C.小磁針在紙面內(nèi)向左擺動

D.小磁針在紙面內(nèi)向右擺動

解析由于線圈中電流沿順時針方向，根據(jù)安培定則可以確定，線圈內(nèi)部軸線上磁感線方向

垂直于紙面向里。而小磁針N極受力方向和磁感線方向相同，故小磁針N極向里轉(zhuǎn)。

答案A

課時達標訓練課堂達標反饋檢測

1.（對磁場的理解X多選）關于磁場，下列說法正確的是（）

A.其基本性質(zhì)是對處于其中的磁體或電流有力的作用

B.磁場是看不見、摸不著、實際不存在的，是人們假想出來的一種物質(zhì)

C.磁場是客觀存在的一種特殊物質(zhì)形態(tài)

D.磁場的存在與否決定于人的思想，想其有則有，想其無則無

解析磁場的基本性質(zhì)是對放入其中的磁體或電流有力的作用，A正確；磁場雖然看不見、

摸不著，但是它是客觀存在的，B、D錯誤，C正確。

答案AC

2.（對地磁場的理解）（多選）下列說法正確的是（）

A.地球是一個巨大的磁體，其N極在地理南極附近，S極在地理北極附近

B.地球表面的磁場的豎直分量在南半球垂直于地面向上，在北半球垂直于地面向下

C.在地球的周圍存在著磁場，但地磁的兩極與地理的兩極并不重合，其間有一個夾角，這就

是磁偏角，磁偏角的數(shù)值在地球上不同地點是相同的

D.在地球表面各點磁場強弱相同

解析地磁場的分布類似于條形磁鐵周圍的磁場分布，所以在地球表面赤道上的磁場最弱，

選項D錯誤；在地球上不同位置，磁偏角的數(shù)值是不同的，因此選項C錯誤。

答案AB

3.（對磁感線的理解）關于磁感線，下列說法正確的是（）

A.兩條磁感線的空隙處一定不存在磁場

B.磁感線不可能從S極到N極

C.磁場不一定都是由磁鐵產(chǎn)生的

D.兩個磁場疊加的區(qū)域，磁感線可能相交

解析磁感線是為了形象描繪磁場而假想的一組有方向的曲線，曲線上任一點的切線方向表

示該點的磁場方向，

曲線疏密表示磁場的強弱，A錯誤；磁鐵能產(chǎn)生磁場，電流也能產(chǎn)生磁場，C正確；在磁體

外部磁感線從N極到S極，內(nèi)部從S極到N極，磁感線在任何情況下都不相交，所以B、D

錯誤。

答案C

4.（安培定則的理解和應用）（多選）如圖10所示，螺線管中通有電流，如果在圖中的a、b、c

三個位置上各放一個小磁針，其中。在螺線管內(nèi)部，則（）

"Qi）"

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圖10

A.放在a處的小磁針的N極向左

B.放在h處的小磁針的N極向右

C.放在c處的小磁針的S極向右

D.放在a處的小磁針的N極向右

解析由安培定則，通電螺線管的磁場如圖所示，右端為N極，左端為S極。在。點磁場方

向向右，則小磁針在“點時，N極向右，A項錯誤，D項正確；在點磁場方向向右，則小

磁針在b點時，N極向右，B項正確；在c點，磁場方向向右，則小磁針在c點時，N極向

右，S極向左，C項錯誤。

答案BD

課后鞏固提升鞏固訓練知能提升

基礎過關

1.（多選）以下關于地磁場的說法正確的是（）

A.地磁場是地球的盾牌，起著保護地球上生命的作用

B.地磁場的N極在地理南極附近，但不與南極重合

C.地磁場的方向會隨時間的流逝而緩慢變化

D.在行星中，只有地球有磁場

解析宇宙中射向地球的高能粒子流如果不受阻礙地射到地球上，會殺死地球上的生命體，

正是由于地磁場的保護，使得大量的粒子被偏轉(zhuǎn)，人類和其他生命才得以延續(xù)，故選項A正

確；地磁場的N極在地理南極附近，但不與南極重合，有磁偏角，選項B正確；地磁場的N、

S極的位置會緩慢移動，故選項C正確；在行星中，并不是只有地球有磁場，故選項D錯誤。

答案ABC

2.鐵棒A能吸引小磁針，鐵棒B能排斥小磁針，若將鐵棒A靠近鐵棒8時，下述說法正確的

是（）

A.A、8一定相互吸引

B.A、8一定相互排斥

C.A、3間可能無磁場力作用

D.A、8可能相互吸引，也可能相互排斥

解析小磁針本身有磁性，能夠吸引沒有磁性的鐵棒，故鐵棒A可能有磁性，也可能沒有磁

性，只是在小磁針磁場作用下暫時被磁化的結(jié)果。鐵棒8能排斥小磁針，說明鐵棒3一定有

磁性，若A無磁性，當A靠近8時，在8的磁場作用下也會被磁化而發(fā)生相互吸引作用；若

A有磁性，則A、3兩磁體都分別有北極和南極，當它們的同名磁極互相靠近時，互相排斥；

當異名磁極相互靠近時，互相吸引，這說明不論A有無磁性，它們之間總有磁場力的作用，

故選項D正確。

答案D

3.（多選）（2017.湖北黃岡期中）關于磁場、磁感線和電場線，下列說法正確的是（）

A.磁感線是閉合曲線，而靜電場線不是閉合曲線

B.磁感線和電場線都是一些相互平行的曲線

C.地磁場的磁感線起于地球的北極附近，終止于地球的南極附近

D.在赤道正上方，距地球表面高度相等的點，磁場的強弱相同，且方向水平向北

解析磁體周圍的磁感線從N極出發(fā)回到S極，在內(nèi)部則是從S極回到N極，磁感線是閉合

曲線，電場線從正電荷或無限遠出發(fā)，終止于無限遠或負電荷，靜電場線不是閉合曲線，A

正確；磁感線和電場線不一定互相平行，B錯誤；磁體周圍的磁感線從N極出發(fā)回到S極，

在內(nèi)部則是從S極回到N極，故地磁場的磁感線起于地球的地理南極，進入地球的地理北極,

不是終止，C錯誤；地磁場在赤道正上方，距地球表面高度相等的點，磁場的強弱相同，且

方向水平向北，D正確。

答案AD

4.（2017?湖北宜昌夷陵區(qū)月考）如圖1所示，長直導線A反螺線管C、電磁鐵。三者串聯(lián)在同

一電路中，它們之間相距較遠，產(chǎn)生的磁場互不影響，開關S閉合后，圖中所示的四個可自

由轉(zhuǎn)動的小磁針。、c、d的北極（黑色一端）靜止時的指向正確的是（）

</<1>

b

圖1

A.aB.bC.cD.d

解析可自由轉(zhuǎn)動的小磁針在磁場中靜止時的北極指向與其所在處磁感線的方向一致，通電

直導線周圍的磁感線是以導線上各點為圓心的同心圓，且都在與導線垂直的平面上，

其方向為逆時針方向（俯視），A錯誤；通電螺線管C周圍的磁感線分布與條形磁鐵周圍的磁

感線分布相似，可知小磁針〃處的磁感線方向由右指向左，小磁針c處的磁感線方向由左指

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向右，B正確，C錯誤；電磁鐵。周圍的磁感線分布與蹄形磁鐵周圍的磁感線分布相似，可

知小磁針。處的磁感線方向是由左指向右，D錯誤。

答案B

5.（2017.福建晉江期中）如圖2所示是某個磁場的磁感線分布，則A點和B點的磁感應強度的

大小關系是（）

A.A點的磁感應強度大

B.B點的磁感應強度大

C.A點的磁感應強度等于B點的磁感應強度

D.無法確定

解析磁感線的疏密表示磁感應強度的大小。由題圖知A處的磁感應強度大于5處的，A正

確。

答案A

6.（多選）如圖3所示，一帶負電的金屬環(huán)繞軸以角速度①勻速旋轉(zhuǎn)，在環(huán)左側(cè)A處和環(huán)上

方B處分別放兩個小磁針，平衡后小磁針北極的指向是（）

B

圖3

A.A處指向左B.A處指向右

C.B處指向左D.B處指向右

解析帶負電的金屬環(huán)旋轉(zhuǎn)時，形成了與轉(zhuǎn)動方向相反的環(huán)形電流，此環(huán)形電流在A處產(chǎn)生

的磁場方向向左，在5處產(chǎn)生的磁場方向向右，所以平衡后小磁針北極在A處指向左，在B

處指向右，A、D正確。

答案AD

能力提升

7.如圖4所示，E、尸分別表示蓄電池兩極，P、。分別表示螺線管兩端。當閉合開關時，發(fā)

現(xiàn)小磁針N極偏向螺線管。端。下列判斷正確的是（）

圖4

A.E為蓄電池正極

B.流過電阻R