2024-2025學年高中物理第5章磁場第2節(jié)用磁感線描述磁場學案魯科版選修3-1

PAGE7-第2節(jié)用磁感線描述磁場[學習目標]1．知道什么是磁感線，會用磁感線描述磁體和電流產(chǎn)生的磁場。(科學方法)2．知道幾種常見磁場的磁感線分布狀況。(物理觀念)3．會用安培定則推斷直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管四周的磁場方向。(科學思維)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，隨意一點的切線方向都與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)：用右手握住導線，讓伸直的拇指所指的方向與電流的方向一樣，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向(如圖所示)。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)形導線中心軸線處的磁感線方向(如圖所示)。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樣，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(如圖所示)。1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)磁感線是假想的曲線，沒有實際意義。 (×)[提示]磁感線的意義在于描述磁場形象化。(2)磁感線是閉合曲線。 (√)(3)沒有磁感線的地方，就沒有磁場。 (×)[提示]磁場是客觀存在的，而磁感線是假想的線，沒畫磁感線的地方也有磁場。(4)安培定則中，彎曲四指所指方向均為磁場的方向。 (×)[提示]通電螺旋管四指指的是電流方向。(5)磁感線閉合而不相交，不相切，也不中斷。 (√)2．關(guān)于磁感線，下列說法正確的是()A．磁感線是真實存在的，細鐵粉撒在磁鐵旁邊，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D[磁感線是人們?yōu)榱诵蜗竺枋龃艌龆傧氲木€，實際不存在，細鐵粉在磁鐵旁邊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加，也可能減弱，故C錯。]3．關(guān)于安培定則，下列說法正確的是()A．安培定則僅適用于直線電流四周磁場方向的推斷B．安培定則能適用于多種形態(tài)電流四周磁場方向的推斷C．安培定則用于推斷直線電流磁場的磁感線方向時，大拇指所指方向與磁場方向一樣D．安培定則用于推斷環(huán)形電流和通電螺線管磁場的方向時，大拇指所指方向應(yīng)與電流方向一樣B[安培定則適用于任何電流或等效電流的磁場方向推斷，A錯，B對；由安培定則的運用方法可知，C、D錯。]對磁感線的理解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。(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。2．幾種典型磁場的磁感線分布磁體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)磁鐵內(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(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均對稱(2)兩磁極連線上磁感線的方向沿連線，中點最弱(3)兩磁極連線的中垂線上磁場方向沿中垂線(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【例1】如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()ABCDA[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。]磁感線與電場線的比較兩種線磁感線電場線不同點閉合曲線不閉合，起始于正電荷或無限遠，終止于無限遠或負電荷相像點引入目的為形象描述場而引入的假想線，實際不存在疏密場的強弱切線方向場的方向是否相交不能相交[跟進訓練]1．(多選)下圖表示磁場的磁感線，依圖分析磁場中a點的磁場比b點的磁場強的是()ABCDAC[磁感線的疏密可表示磁場的強弱。]安培定則的理解及應(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線上隨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【例2】如圖所示，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。[解析]依據(jù)安培定則，可以確定a中電流方向垂直紙面對里，b中電流方向從下向上，c中電流方向沿逆時針，d中磁感線方向向下，e中磁感線方向向左，f中磁感線方向向右。[答案]如圖所示上例中，若在螺線管的四周放上小磁針，如圖所示，則以下說法正確的是()A．小磁針的c端為N極，電源的a端為正極B．小磁針的c端為N極，電源的a端為負極C．小磁針的d端為N極，電源的a端為正極D．小磁針的d端為N極，電源的a端為負極D[依據(jù)小磁針的N極方向可以確定通電線圈外部上方磁場的方向，然后應(yīng)用安培定則確定線圈中的電流方向，從而推斷電源的a端為負極，同時推斷d為N極。正確答案是D。]電流磁場的三點說明(1)應(yīng)用安培定則判定電流四周磁場的方向時，直線電流判定的是導線之外磁場的方向，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。(2)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，可依據(jù)同名磁極相斥，異名磁極相吸來推斷小磁針的受力方向。(3)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(yīng)當依據(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，來推斷小磁針的受力方向。[跟進訓練]2．如圖所示，分別給出了導線中的電流方向或磁場中某處小磁針靜止時N極的指向或磁感線方向。請畫出對應(yīng)的磁感線(標上方向)或電流方向。(1)(2)(3)(4)[解析]假如已知電流的方向，可用右手螺旋定則推斷磁感線的方向。假如已知小磁針靜止時N極指向，那么小磁針N極所指方向就是磁感線方向。[答案]用安培定則來推斷，分別如下圖中各圖所示。(1)(2)(3)(4)課堂小結(jié)知識脈絡(luò)2種磁場－－磁體磁場，電流磁場1種描述－－磁感線1種定則－－安培定則1．如圖所示，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()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。]2．如圖所示為磁場中某區(qū)域的磁感線，則()A．a(chǎn)、b兩處的磁場的強弱一樣，方向相同B．a(chǎn)、b兩處的磁場的強弱不一樣，方向相同C．a(chǎn)、b兩處的磁場的強弱一樣，方向不同D．a(chǎn)、b兩處的磁場的強弱不一樣，方向不同B[依據(jù)磁感線的疏密程度，可以推斷出a、b兩處的磁場的強弱不相同；由于a、b兩處在同一條磁感線上，且該條磁感線為直線，所以a、b兩處的磁場方向相同，選項B正確。]3．(多選)如圖所示，當S閉合時，在螺線管上方的一根小軟鐵棒被磁化，左端為N極(此時正視用絕緣線懸掛的小通電圓環(huán)，電流方向為順時針方向)。則下列說法正確的是()A．軟鐵棒所在處的磁場方向向左B．電源的左端為正極C．電源的右端為正極D．圓環(huán)轉(zhuǎn)動方向為順時針方向(俯視)ABD[因軟鐵棒左端為N極，所以其所在處的磁場方向向左，螺線管右端為N極，依據(jù)安培定則可知電源左端為正極，選項A、