人教高中物理同步講義練習(xí)必修三13.1磁場(chǎng)　磁感線（原卷版）

第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步第1節(jié)磁場(chǎng)磁感線課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)能列舉磁現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。了解我國古代在磁現(xiàn)象方面的研究成果及其對(duì)人類文明的影響。關(guān)注與磁相關(guān)的現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展1.知道磁場(chǎng)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(chǎng)發(fā)生的.2.理解磁感線的概念，知道磁感線的特點(diǎn).3.理解安培定則，會(huì)用安培定則判斷電流的磁場(chǎng)方向．（一）課前閱讀：1.如圖所示，通電導(dǎo)線放在蹄形磁體附近，懸掛導(dǎo)線的細(xì)線偏離豎直方向，說明通電導(dǎo)線受到力的作用，磁體對(duì)通電導(dǎo)線的作用力是如何產(chǎn)生的？2．演示實(shí)驗(yàn)：將一根與電源、開關(guān)相連接的直導(dǎo)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(dǎo)線的上方或下方，請(qǐng)觀察直導(dǎo)線通、斷電時(shí)小磁針的偏轉(zhuǎn)情況．觀察到什么現(xiàn)象？通過這種現(xiàn)象可以得出什么結(jié)論呢？3．重做上面的實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)觀察當(dāng)電流的方向改變時(shí)，小磁針N極的偏轉(zhuǎn)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(chǔ)梳理一、電和磁的聯(lián)系磁場(chǎng)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(shí)驗(yàn)：把導(dǎo)線放置在小磁針的，通電時(shí)磁針發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)．3．磁場(chǎng)：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，磁場(chǎng)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(bǔ)充】通電導(dǎo)線使小磁針偏轉(zhuǎn)1820年4月，在一次講課中，奧斯特偶然地把導(dǎo)線放置在一個(gè)指南針的上方，通電時(shí)磁針轉(zhuǎn)動(dòng)了(如上圖)。這個(gè)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(jìn)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(yīng)，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(jīng)永遠(yuǎn)把他的名字和一個(gè)新紀(jì)元聯(lián)系在一起了?！倍⒋鸥芯€1．磁場(chǎng)的方向：物理學(xué)規(guī)定，在磁場(chǎng)中的某一點(diǎn)，小磁針靜——所指方向就是該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向．2．磁感線(1)定義：在磁場(chǎng)中畫出一些有方向的曲線，曲線上每一點(diǎn)的都跟這點(diǎn)磁場(chǎng)的方向一致，這樣的曲線就叫作磁感線．(2)特點(diǎn)①磁感線的表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱．磁場(chǎng)強(qiáng)的地方，磁感線；磁場(chǎng)弱的地方，磁感線．②磁感線上某點(diǎn)的表示該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向．【即學(xué)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(chǎng)發(fā)生的，磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣，也是一種客觀存在的特殊物質(zhì)．()(2)磁感線可以形象地描述各磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向，它每一點(diǎn)的切線方向都和小磁針放在該點(diǎn)靜止時(shí)N極所指的方向一致．()(3)磁感線可以用細(xì)鐵屑來顯示，因而是真實(shí)存在的．()(4)通電直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)的磁感線是以導(dǎo)線為圓心的圓．()三、安培定則1．直線電流的磁場(chǎng)安培定則：如圖甲所示，用握住導(dǎo)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(chǎng)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(dǎo)線軸線上磁場(chǎng)的方向．3．通電螺線管的磁場(chǎng)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(chǎng)的方向．【拓展補(bǔ)充】磁懸浮列車是一種靠磁懸浮力來推動(dòng)的列車，它通過電磁力實(shí)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(jī)產(chǎn)生的電磁力牽引列車運(yùn)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(shí)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(shí)400公里以上，中低速磁懸浮則多數(shù)在100-200公里/小時(shí)。磁場(chǎng)磁感線1．磁場(chǎng)(1)磁場(chǎng)的客觀性：磁場(chǎng)與電場(chǎng)一樣，也是一種物質(zhì)，是一種看不見而又客觀存在的特殊物質(zhì)．存在于磁體、通電導(dǎo)線、運(yùn)動(dòng)電荷、變化電場(chǎng)、地球的周圍．(2)磁場(chǎng)的基本性質(zhì)：對(duì)放入其中的磁極、通電導(dǎo)體、運(yùn)動(dòng)的電荷有力的作用，而且磁體與磁體、磁體與通電導(dǎo)體、通電導(dǎo)體與通電導(dǎo)體間的相互作用都是通過磁場(chǎng)發(fā)生的．2．磁感線(1)定義：磁感線是為了形象地描述磁場(chǎng)而人為假想的曲線，曲線上每一點(diǎn)的切線方向都跟這點(diǎn)磁場(chǎng)的方向一致．(2)特點(diǎn)：①在磁體外部，磁感線從N極發(fā)出，進(jìn)入S極；在磁體內(nèi)部由S極回到N極．②磁感線的疏密程度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，磁感線越密的地方磁場(chǎng)越強(qiáng)；磁場(chǎng)方向與過該點(diǎn)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?chǎng)而假想的線，并不真實(shí)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(chǎng)及其磁感線(1)地磁場(chǎng)地球在地面附近空間產(chǎn)生的磁場(chǎng)，叫作地磁場(chǎng)，如圖所示，地球?qū)嶋H上就是一個(gè)巨大的磁體，它也有兩個(gè)磁極，分別是地磁南極和地磁北極．(2)對(duì)地磁場(chǎng)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(duì)來說差別不是很大，因此，一般我們認(rèn)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(chǎng)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(diǎn)，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱相同，且方向均與地面平行．【典例精析】例1．(多選)下列有關(guān)磁場(chǎng)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(chǎng)B．磁極間的相互作用是通過磁場(chǎng)發(fā)生的C．磁場(chǎng)是有方向的，在條形磁體的磁場(chǎng)中的不同位置，其磁場(chǎng)方向一般不同D．在磁場(chǎng)中的某點(diǎn)，小磁針S極所受磁場(chǎng)力的方向與該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同例2．關(guān)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(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向，它每一點(diǎn)的切線方向都跟小磁針在該點(diǎn)靜止時(shí)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(chǎng)D．磁感線可以用細(xì)鐵屑來顯示，因而是真實(shí)存在的二、安培定則用安培定則判斷電流磁場(chǎng)的方向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(diǎn)為圓心的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場(chǎng)越弱環(huán)形電流環(huán)內(nèi)磁場(chǎng)比環(huán)外強(qiáng)，磁感線越向外越稀疏通電螺線管內(nèi)部磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)且比外部強(qiáng)，方向由S極指向N極，外部磁場(chǎng)類似條形磁體的磁場(chǎng)，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(chǎng)截面圖，c、d是環(huán)形電流的磁場(chǎng)截面圖，e、f是螺線管電流的磁場(chǎng)的截面圖．試在各圖中補(bǔ)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(dāng)閉合開關(guān)時(shí)，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(nèi)磁場(chǎng)方向由Q指向P三、安培分子電流假說1.法國學(xué)者安培提出：在物質(zhì)內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流——分子電流，分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都成為微小的磁體，它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè)磁極．(如圖所示)2．當(dāng)鐵棒中分子電流的取向大致相同時(shí)，鐵棒對(duì)外顯磁性；當(dāng)鐵棒中分子電流的取向變得雜亂無章時(shí)，鐵棒對(duì)外不顯磁性．【典例精析】例5．安培觀察到通電螺線管的磁場(chǎng)和條形磁體的磁場(chǎng)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(shí)際上是由原子內(nèi)部電子繞核運(yùn)動(dòng)形成的，如圖所示)，分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都成為微小的磁體，它的兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè)磁極．下列將分子電流(箭頭表示電子運(yùn)動(dòng)方向)等效為小磁體的選項(xiàng)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(diǎn)(1)為形象描述磁場(chǎng)而引入的假想曲線，實(shí)際并不存在。(2)磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，磁感線密集的地方磁場(chǎng)強(qiáng)，稀疏的地方磁場(chǎng)弱。(3)磁感線上某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。(4)磁體外部磁感線從N極指向S極，磁體內(nèi)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(chǎng)和磁場(chǎng)的比較電場(chǎng)磁場(chǎng)不同點(diǎn)產(chǎn)生電荷周圍磁體、電流、運(yùn)動(dòng)電荷周圍基本性質(zhì)對(duì)放入其中的電荷有靜電力的作用對(duì)放入其中的磁體、電流有力的作用作用特點(diǎn)對(duì)放入其中的磁體不產(chǎn)生力的作用對(duì)放入其中的靜止電荷無力的作用相同點(diǎn)都是不依賴于人的意志而客觀存在的特殊物質(zhì)，和實(shí)物一樣具有質(zhì)量和能量等物質(zhì)的基本屬性三種常見電流的磁場(chǎng)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(diǎn)為圓心垂直于導(dǎo)線的多組同心圓，越向外越稀疏，磁場(chǎng)越弱環(huán)形電流內(nèi)部磁場(chǎng)比環(huán)外強(qiáng)，磁感線越向外越稀疏通電螺線管內(nèi)部磁場(chǎng)比外部強(qiáng)，內(nèi)部磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)在“反極性”（地磁場(chǎng)方向與現(xiàn)在的方向相反）和“正極性”（地磁場(chǎng)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(huì)發(fā)生。下列關(guān)于地磁反轉(zhuǎn)期間的說法正確的是（）A．對(duì)依靠磁場(chǎng)進(jìn)行導(dǎo)航的物種不會(huì)有影響B(tài)．若地磁場(chǎng)處于最弱的狀態(tài)時(shí)，就不會(huì)對(duì)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(chǎng)的反轉(zhuǎn)可能是瞬間發(fā)生，而不是一個(gè)緩慢、漸進(jìn)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(zhì)量為，整個(gè)裝置用輕繩懸于點(diǎn)，當(dāng)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(guān)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(chǎng)中,穩(wěn)定時(shí)小磁針位置正確的是()A． B．C． D．5．磁場(chǎng)中某區(qū)域的磁感線如圖所示，下列論述正確的是()A．a(chǎn)、b兩處的磁場(chǎng)強(qiáng)弱不同，a處磁場(chǎng)強(qiáng)B．a(chǎn)、b兩點(diǎn)在同一條磁感線上，所以兩點(diǎn)磁場(chǎng)方向相同C．磁感線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向D．兩條磁感線的空隙處不存在磁場(chǎng)6．當(dāng)導(dǎo)線中分別通以圖示方向的電流，小磁針靜止時(shí)北極指向讀者的是（）A． B．C． D．7．圖中能正確表示通電導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)或條形磁鐵周圍磁場(chǎng)的是（）A． B．C． D．8．兩根彼此絕緣且緊貼在一起的直導(dǎo)線分別通有方向如圖所示的電流，在其角平分線M上的點(diǎn)P處放一個(gè)小磁針，小磁針靜止時(shí)N極垂直于紙面向外。下列關(guān)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(zhuǎn)動(dòng)的小磁針上方有一根長直導(dǎo)線，開始時(shí)兩者在紙面內(nèi)平行放置。當(dāng)導(dǎo)線中通過如圖所示的電流I時(shí)，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(chǎng)B．小磁針處的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外C．小磁針處的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里D．把小磁針移走，該處就沒有磁場(chǎng)了10．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(chǎng)方向與電流方向之間的關(guān)系，其中磁感線分布正確的是（）A． B．C． D．11．如圖所示，以O(shè)點(diǎn)為圓心的圓周上有六個(gè)等分點(diǎn)a、b、c、d、e、f，兩根直導(dǎo)線垂直紙面放在a、d兩點(diǎn)。現(xiàn)給導(dǎo)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(yīng)強(qiáng)度最大 B．a(chǎn)、d兩處磁場(chǎng)方向相同C．a(chǎn)、d兩處磁場(chǎng)方向相反 D．b、c、e、f四點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等12．如圖所示，紙面上a、b、c三點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)等邊三角形，a、b、d三點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)等腰直角三角形，兩根長直導(dǎo)線垂直紙面分別放置在a、b兩點(diǎn)處，通以圖示方向的大小相等的電流，整個(gè)裝置處在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)當(dāng)中，c點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。已知通電長直導(dǎo)線在周圍某點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小滿足（式中I為電流強(qiáng)度，r為該點(diǎn)到導(dǎo)線的距離，k為常量且大于零），a、b間的距離為L，導(dǎo)線中電流強(qiáng)度大小為。下列說法正確的是（）A．勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，方向垂直ab向右B．勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，方向平行于ab向上C．點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，方向平行于ab向上D．點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，