人教高中物理同步講義練習必修三13.1磁場　磁感線（原卷版）

第十三章電磁感應與電磁波初步第1節(jié)磁場磁感線課程標準學習目標能列舉磁現(xiàn)象在生產生活中的應用。了解我國古代在磁現(xiàn)象方面的研究成果及其對人類文明的影響。關注與磁相關的現(xiàn)代技術發(fā)展1.知道磁場的概念，知道磁體與磁體間、磁體與電流間、電流與電流間的作用是通過磁場發(fā)生的.2.理解磁感線的概念，知道磁感線的特點.3.理解安培定則，會用安培定則判斷電流的磁場方向．（一）課前閱讀：1.如圖所示，通電導線放在蹄形磁體附近，懸掛導線的細線偏離豎直方向，說明通電導線受到力的作用，磁體對通電導線的作用力是如何產生的？2．演示實驗：將一根與電源、開關相連接的直導線用架子架高，沿南北方向水平放置．將小磁針平行地放在直導線的上方或下方，請觀察直導線通、斷電時小磁針的偏轉情況．觀察到什么現(xiàn)象？通過這種現(xiàn)象可以得出什么結論呢？3．重做上面的實驗，請觀察當電流的方向改變時，小磁針N極的偏轉方向是否發(fā)生變化．觀察到什么現(xiàn)象？這說明什么？（二）基礎梳理一、電和磁的聯(lián)系磁場1．磁極之間的相互作用：同名磁極相互，異名磁極相互．2．奧斯特實驗：把導線放置在小磁針的，通電時磁針發(fā)生了轉動．3．磁場：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，是通過發(fā)生的，磁場是磁體或電流周圍一種看不見、摸不著的客觀存在的【拓展補充】通電導線使小磁針偏轉1820年4月，在一次講課中，奧斯特偶然地把導線放置在一個指南針的上方，通電時磁針轉動了(如上圖)。這個現(xiàn)象雖然沒有引起聽眾的注意，但卻是奧斯特盼望已久的他連續(xù)進行了大量研究，同年7月發(fā)表論文，宣布發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應，首次揭示了電與磁的聯(lián)系。為此，安培寫道:“奧斯特先生···.··已經永遠把他的名字和一個新紀元聯(lián)系在一起了?！倍?、磁感線1．磁場的方向：物理學規(guī)定，在磁場中的某一點，小磁針靜——所指方向就是該點磁場的方向．2．磁感線(1)定義：在磁場中畫出一些有方向的曲線，曲線上每一點的都跟這點磁場的方向一致，這樣的曲線就叫作磁感線．(2)特點①磁感線的表示磁場的強弱．磁場強的地方，磁感線；磁場弱的地方，磁感線．②磁感線上某點的表示該點磁場的方向．【即學即練】判斷下列說法的正誤.(1)磁極之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的，磁場和電場一樣，也是一種客觀存在的特殊物質．()(2)磁感線可以形象地描述各磁場的強弱和方向，它每一點的切線方向都和小磁針放在該點靜止時N極所指的方向一致．()(3)磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的．()(4)通電直導線周圍磁場的磁感線是以導線為圓心的圓．()三、安培定則1．直線電流的磁場安培定則：如圖甲所示，用握住導線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，所指的方向就是磁感線環(huán)繞的方向．直線電流周圍的磁感線分布情況如圖乙所示．2．環(huán)形電流的磁場安培定則：如圖甲所示，讓右手與環(huán)形電流的方向一致，——就是環(huán)形導線軸線上磁場的方向．3．通電螺線管的磁場安培定則：如圖所示，用右手握住螺線管，讓彎曲的四指與————一致，伸直的拇指所指的方向就是磁場的方向．【拓展補充】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向，再利用直線電機產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每小時400公里以上，中低速磁懸浮則多數(shù)在100-200公里/小時。磁場磁感線1．磁場(1)磁場的客觀性：磁場與電場一樣，也是一種物質，是一種看不見而又客觀存在的特殊物質．存在于磁體、通電導線、運動電荷、變化電場、地球的周圍．(2)磁場的基本性質：對放入其中的磁極、通電導體、運動的電荷有力的作用，而且磁體與磁體、磁體與通電導體、通電導體與通電導體間的相互作用都是通過磁場發(fā)生的．2．磁感線(1)定義：磁感線是為了形象地描述磁場而人為假想的曲線，曲線上每一點的切線方向都跟這點磁場的方向一致．(2)特點：①在磁體外部，磁感線從N極發(fā)出，進入S極；在磁體內部由S極回到N極．②磁感線的疏密程度表示磁場的強弱，磁感線越密的地方磁場越強；磁場方向與過該點的磁感線的切線方向一致．③磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷．④磁感線是人們?yōu)榱诵蜗竺枋龃艌龆傧氲木€，并不真實存在．(3)幾種特殊磁體外部的磁感線分布(如圖所示)：3．地磁場及其磁感線(1)地磁場地球在地面附近空間產生的磁場，叫作地磁場，如圖所示，地球實際上就是一個巨大的磁體，它也有兩個磁極，分別是地磁南極和地磁北極．(2)對地磁場的理解雖然地磁兩極與地理兩極并不重合，但它們的位置相對來說差別不是很大，因此，一般我們認為：①地磁的北極在地理南極附近，地磁的南極在地理北極附近，地球的地理兩極和地磁兩極不重合，形成了磁偏角．②地磁場在水平方向總是從地磁南極指向北極，而豎直方向則南北相反，在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下．③在赤道平面上，距離地球表面高度相等的點，磁場的強弱相同，且方向均與地面平行．【典例精析】例1．(多選)下列有關磁場的說法，正確的是()A．磁體周圍的空間存在看不見、摸不著的磁場B．磁極間的相互作用是通過磁場發(fā)生的C．磁場是有方向的，在條形磁體的磁場中的不同位置，其磁場方向一般不同D．在磁場中的某點，小磁針S極所受磁場力的方向與該點的磁場方向相同例2．關于磁感線的描述，下列說法中正確的是()A．磁感線可以形象地描述各點磁場的強弱和方向，它每一點的切線方向都跟小磁針在該點靜止時N極所指的方向一致B．磁感線總是從磁體的N極出發(fā)，到S極終止C．磁感線分布圖中沒有畫磁感線的地方，表明該處沒有磁場D．磁感線可以用細鐵屑來顯示，因而是真實存在的二、安培定則用安培定則判斷電流磁場的方向安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖直線電流以導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)形電流環(huán)內磁場比環(huán)外強，磁感線越向外越稀疏通電螺線管內部磁場為勻強磁場且比外部強，方向由S極指向N極，外部磁場類似條形磁體的磁場，方向由N極指向S極【典例精析】例3．如圖所示，a、b是直線電流的磁場截面圖，c、d是環(huán)形電流的磁場截面圖，e、f是螺線管電流的磁場的截面圖．試在各圖中補畫出電流方向或磁感線方向．例4．(多選)(2021·南寧市期末)如圖所示，E、F分別表示蓄電池兩極，P、Q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Q端．下列判斷正確的是()A．F為蓄電池正極B．螺線管P端為S極C．流過電阻R的電流方向向下D．管內磁場方向由Q指向P三、安培分子電流假說1.法國學者安培提出：在物質內部，存在著一種環(huán)形電流——分子電流，分子電流使每個物質微粒都成為微小的磁體，它的兩側相當于兩個磁極．(如圖所示)2．當鐵棒中分子電流的取向大致相同時，鐵棒對外顯磁性；當鐵棒中分子電流的取向變得雜亂無章時，鐵棒對外不顯磁性．【典例精析】例5．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．他認為，在物質內部存在著一種環(huán)形電流——分子電流(分子電流實際上是由原子內部電子繞核運動形成的，如圖所示)，分子電流使每個物質微粒都成為微小的磁體，它的兩側相當于兩個磁極．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．常見永磁體的磁感線分布2．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，磁感線密集的地方磁場強，稀疏的地方磁場弱。(3)磁感線上某點的切線方向表示該點的磁場方向。(4)磁體外部磁感線從N極指向S極，磁體內部磁感線從S極指向N極。(5)磁感線閉合而不相交、不相切，也不中斷。3．電場和磁場的比較電場磁場不同點產生電荷周圍磁體、電流、運動電荷周圍基本性質對放入其中的電荷有靜電力的作用對放入其中的磁體、電流有力的作用作用特點對放入其中的磁體不產生力的作用對放入其中的靜止電荷無力的作用相同點都是不依賴于人的意志而客觀存在的特殊物質，和實物一樣具有質量和能量等物質的基本屬性三種常見電流的磁場安培定則立體圖橫截面圖縱截面圖直線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，磁場越弱環(huán)形電流內部磁場比環(huán)外強，磁感線越向外越稀疏通電螺線管內部磁場比外部強，內部磁場方向由S極指向N極，外部類似條形磁鐵，方向由N極指向S極一、單選題1．在宇宙環(huán)境中，地磁場保護著地球，地質記錄表明，自地球在46億年前形成以來，已經有過數(shù)百次地磁反轉，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。物理學家的研究認為，地球的磁極反轉在未來仍可能會發(fā)生。下列關于地磁反轉期間的說法正確的是（）A．對依靠磁場進行導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．地球磁場的反轉可能是瞬間發(fā)生，而不是一個緩慢、漸進的過程2．如圖所示，為電磁鐵，C為膠木秤盤，和C（包括支架）的總重量，為鐵片，質量為，整個裝置用輕繩懸于點，當電磁鐵通電，鐵片被吸引上升的過程中，輕繩上拉力（）A． B．C． D．3．關于電流周圍的磁感線分布情況，圖中正確的是()A． B．C． D．4．如圖所示的磁場中,穩(wěn)定時小磁針位置正確的是()A． B．C． D．5．磁場中某區(qū)域的磁感線如圖所示，下列論述正確的是()A．a、b兩處的磁場強弱不同，a處磁場強B．a、b兩點在同一條磁感線上，所以兩點磁場方向相同C．磁感線上某點的切線方向就是該點磁場的方向D．兩條磁感線的空隙處不存在磁場6．當導線中分別通以圖示方向的電流，小磁針靜止時北極指向讀者的是（）A． B．C． D．7．圖中能正確表示通電導線周圍磁場或條形磁鐵周圍磁場的是（）A． B．C． D．8．兩根彼此絕緣且緊貼在一起的直導線分別通有方向如圖所示的電流，在其角平分線M上的點P處放一個小磁針，小磁針靜止時N極垂直于紙面向外。下列關于I1、I2大小的判斷正確的是（

）A．I1>I2 B．I1=I2 C．I1<I2 D．無法判斷二、多選題9．如圖所示，可自由轉動的小磁針上方有一根長直導線，開始時兩者在紙面內平行放置。當導線中通過如圖所示的電流I時，發(fā)現(xiàn)小磁針的N極向里，S極向外，停留在與紙面垂直的位置上，這一現(xiàn)象說明（）A．小磁針感知到了電流的磁場B．小磁針處的磁場方向垂直紙面向外C．小磁針處的磁場方向垂直紙面向里D．把小磁針移走，該處就沒有磁場了10．電流的磁效應揭示了電與磁的關系。下面四幅圖中描述磁場方向與電流方向之間的關系，其中磁感線分布正確的是（）A． B．C． D．11．如圖所示，以O點為圓心的圓周上有六個等分點a、b、c、d、e、f，兩根直導線垂直紙面放在a、d兩點?，F(xiàn)給導線通有大小相等、方向垂直紙面向里的電流，下列說法正確的是（）A．O處磁感應強度最大 B．a、d兩處磁場方向相同C．a、d兩處磁場方向相反 D．b、c、e、f四點的磁感應強度大小相等12．如圖所示，紙面上a、b、c三點構成一個等邊三角形，a、b、d三點構成一個等腰直角三角形，兩根長直導線垂直紙面分別放置在a、b兩點處，通以圖示方向的大小相等的電流，整個裝置處在一勻強磁場當中，c點處磁感應強度為零。已知通電長直導線在周圍某點產生的磁感應強度的大小滿足（式中I為電流強度，r為該點到導線的距離，k為常量且大于零），a、b間的距離為L，導線中電流強度大小為。下列說法正確的是（）A．勻強磁場的磁感應強度大小為，方向垂直ab向右B．勻強磁場的磁感應強度大小為，方向平行于ab向上C．點的磁感應強度大小為，方向平行于ab向上D．點的磁感應強度大小為，