2024版新教材高中物理第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步1.磁場磁感線學(xué)生用書新人教版必修第三冊

1．磁場磁感線核心素養(yǎng)定位物理觀念會應(yīng)用安培定則判斷通電直導(dǎo)線和通電螺線管周圍的磁場方向．科學(xué)思維(1)知道磁場的基本特性，知道磁感線，知道幾種常見磁場磁感線的空間分布情況，體會如何使用形象化的手段描述物理現(xiàn)象．(2)了解安培分子電流假說．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任了解磁現(xiàn)象，了解電和磁的聯(lián)系，了解電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)過程，體會探索自然奧秘的艱難與克服困難帶來的成就感．一、電和磁的聯(lián)系電生磁實驗1．奧斯特實驗：把導(dǎo)線放置在一個指南針的上方，通電時磁針________了．2．意義：發(fā)現(xiàn)了電流的________，首次揭示了________的聯(lián)系．二、磁場和磁感線1．磁體與磁體之間、磁體與通電導(dǎo)體之間以及通電導(dǎo)體與通電導(dǎo)體之間的相互作用，是通過________發(fā)生的．2．磁感線可類比電場線(1)磁感線及其作用在磁場中畫出一些曲線，使曲線上每一個點的________方向都跟這點________的方向一致，這樣的曲線叫作磁感線．利用磁感線可以形象地描述磁場．實際上不存在(2)實驗?zāi)M在條形磁體上方放置一塊玻璃板，在玻璃板上均勻地撒一層細(xì)鐵屑，可以模擬出磁感線的形狀，原因是細(xì)鐵屑在磁場里________成了“小磁針”．輕敲玻璃板，細(xì)鐵屑就會有________地排列起來．三、安培定則1．直線電流的磁場：右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與________方向一致，彎曲的四指所指的方向就是________環(huán)繞的方向，如圖甲所示．2．環(huán)形電流的磁場：讓右手彎曲的四指與________的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上________的方向，如圖乙所示．3．通電螺線管的磁場：右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟____________方向一致，拇指所指的方向就是螺線管________磁場的方向，或拇指指向螺線管的________極，如圖丙所示．【情境思考】電磁鐵在日常生產(chǎn)生活中有廣泛應(yīng)用，如電磁起重機里面的電磁鐵可以吸起幾噸重的鋼材，請根據(jù)本節(jié)知識作出判斷．(1)電磁鐵是根據(jù)電流的磁效應(yīng)制成的．()(2)增大通過電磁鐵的電流強度，電磁鐵可以吸起更重的鋼材．()(3)如果改變通過電磁鐵的電流方向，電磁鐵將不能吸起鋼材．()拓展1電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的相似性電現(xiàn)象磁現(xiàn)象自然界中存在正電荷和負(fù)電荷磁體上存在S極和N極同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引拓展2任何一個磁體都有兩個磁極，無論怎樣分割磁體，磁極總是成對出現(xiàn)，不存在磁單極子．即使極細(xì)小的磁針也是同時存在N極、S極的．3安培定則中的“因果”關(guān)系(1)在判定直線電流的磁場的方向時，拇指指“原因”——電流方向，四指指“結(jié)果”——磁場繞向．(2)在判定環(huán)形電流磁場方向時，四指指“原因”——電流方向，拇指指“結(jié)果”——環(huán)內(nèi)沿中心軸線的磁感線方向．4磁懸浮列車是一種靠磁懸浮力來推動的列車，它通過電磁力實現(xiàn)列車與軌道之間的無接觸的懸浮和導(dǎo)向，再利用直線電機產(chǎn)生的電磁力牽引列車運行．由于其軌道的磁力使之懸浮在空中，減少了摩擦力，行走時不同于其他列車需要接觸地面，只受來自空氣的阻力，高速磁懸浮列車的速度可達(dá)每小時400公里以上，中低速磁懸浮則多數(shù)在每小時100～200公里．目標(biāo)一磁場和磁感線【導(dǎo)思】——————————————————○如圖甲、乙、丙三種情況，它們是電流與磁體、電流與電流間相互作用的情境．(1)圖甲中的小磁針為什么會發(fā)生偏轉(zhuǎn)？(2)圖乙中的通電導(dǎo)線為什么會運動？(3)圖丙中通電導(dǎo)線之間的相互作用是怎樣發(fā)生的？【歸納】——————————————————○一、磁場1．磁場的存在(1)磁體的周圍．(2)電流的周圍．2．磁場的基本性質(zhì)：對放入其中的磁體或電流有力的作用．磁體與磁體之間、磁體與電流之間、電流與電流之間的相互作用都是通過磁場發(fā)生的．3．磁場的方向性：磁場中小磁針N極的受力方向或靜止時N極的指向就是該處的磁場方向．4．磁場的客觀性：磁場雖然看不見、摸不著，但卻是客觀存在的物質(zhì)．場和實物是物質(zhì)存在的兩種形式．二、磁感線1．磁感線的特點(1)磁感線是為了形象地描述磁場而假想出來的有方向的曲線．(2)磁感線的疏密反映磁場的強弱，越密的地方表示磁場越強，越疏的地方表示磁場越弱．(3)磁感線上每一點的切線方向就是該點的磁場方向．(4)磁感線的方向：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．(5)磁感線是閉合曲線，不相交，不相切，也不中斷．2．磁感線與電場線的比較兩種線磁感線電場線相似點引入目的形象描述場面引入的假想線，實際不存在疏密場的強弱切線方向場的方向相交不能相交(電場中無電荷空間不相交)不同點閉合曲線不閉合，起始于正電荷(或無窮遠(yuǎn))，終止于無窮遠(yuǎn)(或負(fù)電荷)3.常見永磁體的磁場【典例】——————————————————○例1下列關(guān)于磁場的說法中正確的是()A．磁體周圍的磁場看不見、摸不著，所以磁場不是客觀存在的B．將小磁針放在磁體附近，小磁針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)是因為受到磁場力的作用C．把磁體放在真空中，磁場就消失了D．當(dāng)磁體周圍撒上鐵屑時才能形成磁場，不撒鐵屑磁場就會消失例2如圖所示是通有恒定電流的環(huán)形線圈和螺線管的磁感線分布圖．若通電螺線管是密繞的，下列說法正確的是()A．電流越大，內(nèi)部的磁場越接近勻強磁場B．螺線管越長，內(nèi)部的磁場越接近勻強磁場C．螺線管直徑越大，內(nèi)部的磁場越接近勻強磁場D．磁感線畫得越密，內(nèi)部的磁場越接近勻強磁場[訓(xùn)練1]中國宋代科學(xué)家沈括在《夢溪筆談》中最早記載了地磁偏角：“以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也．”進(jìn)一步研究表明，地球周圍地磁場的磁感線分布示意如圖．結(jié)合上述材料，下列說法不正確的是()A．地理南、北極與地磁場的南、北極不重合B．地球內(nèi)部也存在磁場，地磁南極在地理北極附近C．地球表面任意位置的地磁場方向都與地面平行D．地磁場對射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子有力的作用[訓(xùn)練2]磁場中某區(qū)域的磁感線如圖所示，則下列說法正確的是()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處受力小目標(biāo)二安培定則及其應(yīng)用【歸納】——————————————————○常見的三種電流磁感線分布【典例】——————————————————○例3電流的磁效應(yīng)揭示了電與磁的關(guān)系．下面四幅圖中描述磁場方向與電流方向之間的關(guān)系，其中磁感線分布正確的是()例4如圖所示，直導(dǎo)線AB、螺線管E、電磁鐵D三者相距較遠(yuǎn)，其磁場互不影響．當(dāng)開關(guān)S閉合后，則小磁針北極N(灰色一端)指示磁場方向正確的是()A．a(chǎn)B．bC．cD．d思維提升利用安培定則判定電流的磁場方向需注意的問題(1)利用安培定則判斷通電直導(dǎo)線的磁場方向時，大拇指指的是電流方向，四指指的方向為磁感線的環(huán)繞方向．(2)利用安培定則判斷通電螺線管和環(huán)形電流的磁場方向時，四指指的是電流方向，大拇指指的方向是磁場方向．[訓(xùn)練3]如圖，兩根平行通電長直導(dǎo)線固定，左邊導(dǎo)線中通有垂直紙面向外、大小為I1的恒定電流，兩導(dǎo)線連線(水平)的中點處，一可自由轉(zhuǎn)動的小磁針靜止時N極指向平行于紙面向下．忽略地磁場的影響．關(guān)于右邊導(dǎo)線中的電流I2，下列判斷正確的是()A．I2＜I1，方向垂直紙面向外B．I2＞I1，方向垂直紙面向外C．I2＜I1，方向垂直紙面向里D．I2＞I1，方向垂直紙面向里[訓(xùn)練4]如圖所示，圓環(huán)上帶有大量的負(fù)電荷，當(dāng)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()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)[訓(xùn)練5][2023·浙江金華模擬]有一種磁懸浮地球儀，其原理如圖所示，底座是線圈，地球儀是磁鐵，通電時能讓地球儀懸浮在空中．下列說法正確的是()A．線圈的兩端應(yīng)該接交流電源B．線圈的a端點須連接直流電源的正極C．線圈的a端點須連接直流電源的負(fù)極D．地球儀根據(jù)異名磁極互相排斥的原理工作1．(多選)關(guān)于磁感線，下列說法中正確的是()A．磁感線的疏密程度反映磁場的強弱B．磁感線是磁場中實際存在的線C．兩條磁感線不可能相交D．磁感線總是不閉合的2.如圖所示，表示蹄形磁鐵周圍的磁感線，磁場中有a、b兩點，下列說法正確的是()A．a(chǎn)、b兩處的磁場強弱相等B．a(chǎn)、b兩處的磁場強弱不等，b點較強C．蹄形磁鐵的磁感線起始于蹄形磁鐵的N極，終止于蹄形磁鐵的S極D．a(chǎn)處沒有磁感線，所以該處沒有磁場3.一小磁針放置在某磁場(未標(biāo)出方向)中，靜止時的指向如圖所示，下列分析正確的是()A．N極指向該點磁場方向B．S極指向該點磁場方向C．該磁場是勻強磁場D．a(chǎn)點的磁場方向水平向右4．M1與M2為兩根未被磁化的鐵棒，現(xiàn)將它們分別放置于如圖所示的位置，則被通電螺線管產(chǎn)生的磁場磁化后()A．M1的左端為N極，M2的右端為N極B．M1和M2的右端均為N極C．M1的右端為N極，M2的左端為N極D．M1和M2的左端均為N極5.在宇宙環(huán)境中，地磁場保護(hù)著地球，地質(zhì)記錄表明，自地球在46億年前形成以來，已經(jīng)有過數(shù)百次地磁反轉(zhuǎn)，也就是說，地球的磁場在“反極性”(地磁場方向與現(xiàn)在的方向相反)和“正極性”(地磁場方向與現(xiàn)在的方向相同)之間不斷變換．物理學(xué)家的研究認(rèn)為，地球的磁極反轉(zhuǎn)在未來仍可能會發(fā)生．下列關(guān)于地磁反轉(zhuǎn)期間的說法正確的是()A．對依靠磁場進(jìn)行導(dǎo)航的物種不會有影響B(tài)．若地磁場處于最弱的狀態(tài)時，就不會對地球生物的生存有影響C．太陽輻射的高能粒子直接轟擊地球的大氣層，可能引發(fā)一些疾病D．地球磁場的反轉(zhuǎn)可能是瞬間發(fā)生，而不是一個緩慢、漸進(jìn)的過程6.安培觀察到通電螺線管的磁場和條形磁體的磁場很相似，提出了“分子電流”假說．他認(rèn)為，在物質(zhì)內(nèi)部存在著一種環(huán)形電流——分子電流(分子電流實際上是由原子內(nèi)部電子繞核運動形成的，如圖所示)，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(dāng)于兩個磁極．下列將分子電流(箭頭表示電子運動方向)等效為小磁體的選項圖中正確的是()1．磁場磁感線導(dǎo)學(xué)掌握必備知識一、1．轉(zhuǎn)動2．磁效應(yīng)電與磁二、1．磁場2．(1)切線磁場(2)磁化規(guī)則三、1．電流磁感線2．環(huán)形電流磁場3．螺線管電流軸線上N情境思考答案：(1)√(2)√(3)×共研突破關(guān)鍵能力目標(biāo)一提示：題圖甲中小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)、題圖乙中通電導(dǎo)線運動、題圖丙中通電導(dǎo)線之間吸引或者排斥一定都是受到了力的作用；磁體對磁體有力的作用、電流對磁體有力的作用、磁體對電流有力的作用、電流對電流也有力的作用，這些作用是通過磁場發(fā)生的．[例1]解析：磁場看不見、摸不著，但不會因主觀意識而存在或消失，磁場與電場一樣，都是物質(zhì)．磁場是磁體、電流或運動電荷周圍存在的一種特殊物質(zhì)．說它“特殊”，是因為它和我們常見的以分子、原子、離子組成的物質(zhì)不同，它不是以微粒形式存在，而是以一種“場”的形式存在；說它是“物質(zhì)”，是因為它和我們常見的實物一樣，能對放在其中的磁體、通電導(dǎo)體和運動電荷有力的作用．因此我們說磁場是一種客觀存在的物質(zhì)．答案：B[例2]解析：通電螺線管匝數(shù)越多，管道越長，其內(nèi)部的磁場越接近勻強磁場，與電流大小無關(guān)，與如何畫磁感線無關(guān)；螺線管直徑越大，其中心磁場會比較弱，不能看作勻強磁場．B正確．答案：B[訓(xùn)練1]解析：地球為一巨大的磁體，地磁場的南、北極在地理上的北極和南極附近，兩極并不重合；且地球內(nèi)部也存在磁場，只有赤道上空磁場的方向才與地面平行；射向地球赤道的帶電宇宙射線粒子的速度方向與地磁場方向不會平行，一定受到地磁場力的作用，故只有C項說法不正確．答案：C[訓(xùn)練2]解析：根據(jù)磁感線越密的地方，磁感應(yīng)強度越大，所以a處的磁感應(yīng)強度小于b處的磁感應(yīng)強度，故A、B錯誤；小磁針在磁感應(yīng)強度大的地方受到的力大，所以小磁針N極在a處受力比b處受力小，故C錯誤，D正確．答案：D目標(biāo)二[例3]解析：根據(jù)安培定則可知，因電流方向豎直向上，導(dǎo)線右側(cè)磁場方向垂直紙面向里，而左側(cè)則是垂直紙面向外，故A正確；根據(jù)安培定則可知，因電流方向從右旋轉(zhuǎn)到左，則螺線管內(nèi)部磁場方向由左向右，因此左端是S極，右端是N極，故B錯誤；根據(jù)安培定則可知，因環(huán)形電流頂端處垂直紙面向里，則環(huán)形導(dǎo)線內(nèi)部磁場方向從右向左，故C錯誤；因電流方向豎直向下，依據(jù)安培定則可知，磁場方向應(yīng)該是順時針方向(俯視)，故D錯誤．答案：A[例4]解析：根據(jù)安培定則可判斷出電流的磁場方向，再根據(jù)小磁針靜止時N極所指的方向為磁場的方向可知C正確．答案：C[訓(xùn)練3]解析：小磁針靜止時N極指向平行于紙面向下，說明該處的磁場方向向下，因I1在該處產(chǎn)生的磁場方向向上，則I2在該處產(chǎn)生的磁場方向向下，且大于I1在該處產(chǎn)生的磁場，由安培定則可知I2方向垂直紙面向外，且I2＞I1.答案：B[訓(xùn)練4]解析：由于圓環(huán)帶負(fù)電荷，故當(dāng)圓環(huán)沿順時針方向轉(zhuǎn)動時，等效電流的方向為逆時針．由安培定則可判斷環(huán)內(nèi)磁場方向垂直紙面向外，環(huán)外磁場方向垂直紙面向內(nèi)，磁場中某點的磁場方向即是放在該點的小磁針靜止時N極的指向，所以b的N極向紙外轉(zhuǎn)，a、c的N極向紙里轉(zhuǎn)．答案：B[訓(xùn)練5]解析：線圈的兩端應(yīng)該接直流電源，若接交流電源，則會產(chǎn)生一上一下的效果，而無法懸浮，A錯誤；由題意，通電線圈上端應(yīng)為S極，根據(jù)右手螺旋定則可知，線圈的a端點須連接直流電源的正極，B正確，C錯誤；地球儀根據(jù)同名磁