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

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1、 第2節(jié) 用磁感線描述磁場 1.磁感線是為描述磁場而假想的線，磁感線上某點的切線方向表示該點磁場的方向，磁感線越密，磁場越強。 2．用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與電流方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。 3．用右手握住螺線管，讓彎曲四指所指方向與電流方向一致，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。 用磁感線描述磁體的磁場 1．磁感線的定義 磁感線即在磁場中畫出的一些有方向的假想曲線，在磁感線上，任意一點的切線方向都跟該點的磁場方向相同，都代表磁場中該點小磁針北極受力的方向。

2、2.磁感線的特點 (1)磁感線是為了形象描述磁場而假想的，不是實際存在的線。 (2)磁感線上任一點的切線方向為該點的磁場方向。 (3)磁感線的疏密反映磁場的強弱。磁感線密集的地方磁場強，磁感線稀疏的地方磁場弱。 (4)磁感線在磁體的外部都是從北極(N極)出來進入南極(S極)，在磁體的內(nèi)部則是由南極指向北極形成一條閉合曲線。 (5)任意兩條磁感線都不相交。 1．幾種常見磁體的磁感線 圖5－2－1 2．磁感線與電場線的比較 磁感線與電場線都是為了形象描述場而引入的，它們既有相似點，又有不同點，列表比較如下： 比較項目 磁感線 電場線 相似點 意義

3、 形象地描述磁場而假想的線 形象地描述電場而假想的線 方向 線上各點的切線方向即該點的磁場方向，是磁針N極受力的方向 線上各點的切線方向即該點的電場方向，是正電荷受電場力的方向 疏密 表示磁場強弱 表示電場強弱 特點 在空間不相交、不中斷 除電荷處，在空間不相交、不中斷 不同點 是閉合曲線 電場線始于正電荷(或無窮遠處)，止于負電荷(或無窮遠處)，是不閉合的曲線 1.關(guān)于磁感線的說法，正確的是(　　) A．磁感線總是從N極出發(fā)，終止在S極 B．磁感線是客觀存在的、肉眼看不見的曲線 C．磁感線上任一點的切線方向表示該點磁場的方向，磁感線的疏密程度表

4、示磁場的強弱 D．磁感線就是磁場中鐵粉排列成的曲線 解析：磁感線是閉合不相交的、假想的、實際不存在的線。是為了形象描述磁場而引入的線。 答案：C 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(dǎo)線，讓伸直的拇指所指的方向與電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向(如圖5－2－2所示)。 圖5－2－2 圖5－2－3 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(dǎo)線中心軸線處的磁感線方向(

5、如圖5－2－3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致，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(N極)。通電螺線管的磁場(如圖5－2－4所示)。 圖5－2－4 常見電流磁場的分布特點 (1)直線電流的磁場中，在垂直于電流的平面內(nèi)磁感線是一組以電流為中心的同心圓，在空間中是以電流為中心軸的同軸圓筒，離電流越近，磁感線越密，磁場越強，反之，磁感線越稀，磁場越弱。 (2

6、)環(huán)形電流的磁感線是一系列圍繞電流的閉合曲線，中心軸線上的磁感線與環(huán)形電流面垂直，且離環(huán)心越遠，磁場越弱。 (3)通電螺線管的磁場與條形磁鐵的磁場相似。且在管的內(nèi)部，磁感線是互相平行的直線，磁場強弱處處相同，在管的外部，兩端磁性最強，中間最弱。 2．如圖5－2－5所示是通電直導(dǎo)線周圍磁感線分布情況的示意圖，各圖的中央?表示垂直于紙面的通電直導(dǎo)線及其中電流的方向，其他的均為磁感線，其方向由箭頭指向表示，則這四個圖中正確的是(　　) 圖5－2－5 解析：四個圖中磁感線的方向都符合右手螺旋定則，但是磁感線分布的密度不同，從通電直導(dǎo)線開始，由近而遠，逐漸由密變疏。據(jù)此推理，只有C

7、圖是正確的。 答案：C 磁感線的理解及應(yīng)用 [例1]　關(guān)于磁感線的說法，正確的是(　　) A．磁感線總是從磁體的N極出發(fā)指向S極 B．磁感線可以表示磁場的強弱和方向 C．電流在磁場中的受力方向即為該點的磁場方向，即為該點磁感線的切線方向 D．沿磁感線方向磁場減弱 [審題指導(dǎo)]　解答本題時應(yīng)注意以下三點： (1)磁感線是閉合曲線。 (2)磁感線疏密反映磁場強弱。 (3)小磁針N極在磁場中的受力方向即為該點的磁場方向，即為該點磁感線的切線方向。 [解析]　磁感線是閉合曲線，在磁體外部是從N極到S極，內(nèi)部是由S極到N極，A項錯誤。用磁感線可形象描述磁場的強弱和方向，即

8、疏密表示強弱，各點的切線方向表示該點的磁場方向。磁場中各點的方向即為處在該點的小磁針N極的受力方向，不是電流的受力方向，B項正確，C項錯。磁感線的疏密表示磁場強弱，與磁感線的方向無關(guān)。D項錯。 [答案]　B 借題發(fā)揮 磁感線是為了形象地描述磁場而人為假設(shè)的曲線，實際上并不存在。實驗時用磁化的鐵屑可以顯示磁感線的分布情況，但這僅是一種模擬方法，決不能認為磁感線是存在的。另外，要注意磁場是立體的，故磁感線也應(yīng)在三維空間里，不應(yīng)認為只是平面的。 1．磁場中某區(qū)域的磁感線如圖5－2－6所示，則(　　) 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

9、 圖 5－2－6 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 解析：因為b處磁感線密，所以b處磁場強，故B錯誤。小磁針受力也是b處大，故D正確。 答案：D 安培定則的應(yīng)用 [例2]　如圖5－2－7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是螺線管電流的磁場，試在各圖中補畫出電流方向或磁感線方向。 圖5－2－7 [解析]　根據(jù)安培定則，可以確定a中電流方向垂直紙面向里，b中電流的方向從下向上，c中電流方向是逆時針，d中磁感線的方向向下，e中磁感線的方向向左，f中磁感線的方向向右。

10、[答案]　見解析 借題發(fā)揮 使用安培定則時要注意對于直線電流和環(huán)形電流右手拇指和四指各指向什么方向。同時要搞清楚所給圖示是平面圖還是投影圖。要知道即使同一個磁場的磁感線分布，由于觀察方位不同，畫出的圖形也不同。 2．如圖5－2－8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a在螺線管內(nèi)部，則 圖5－2－8 (1)放在a處的小磁針的N極向________。 (2)放在b處的小磁針的N極向________。 (3)放在c處的小磁針的N極向________。 解析：由安培定則，通電螺線管的磁場如圖所示，右端為N極

11、，左端為S極，在a點磁場方向向右，則小磁針在a點時，N極向右；在b點磁場方向向右，則磁針在b點時，N極向右；在c點，磁場方向向右，則磁針在c點時，N極向右。 答案：(1)右　(2)右　(3)右 [隨堂基礎(chǔ)鞏固] 1．關(guān)于磁感線，下列說法正確的是(　　) A．磁感線是真實存在的，細鐵粉撒在磁鐵附近，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 解析：磁感線是人們?yōu)榱诵蜗竺枋龃艌龆傧氲木€，實際不存在，細鐵粉在磁鐵附近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

12、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強，也可能減弱，故C錯。 答案：D 2. 如圖5－2－9所示，直流電源跟一個線圈連接成閉合回路，線圈的上方和右側(cè)各有一個可以自由轉(zhuǎn)動的小磁針，由圖得出的結(jié)論正確的是(　　) 圖5－2－9 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 解析：根據(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，從而判斷電源a為

13、負極，同時判斷d為N極。 答案：D 3.如圖5－2－10所示，圓環(huán)上帶有大量的負電荷，當圓環(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) 圖5－2－10 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) 解析：帶負電圓環(huán)順時針轉(zhuǎn)動，形成逆時針方向等效電流，根據(jù)安培定則，判斷出環(huán)內(nèi)外磁場方向，可知小磁針轉(zhuǎn)動方向。 答案：B 4.如圖5－2－11所示，當開關(guān)S接通后，說

14、明電流周圍磁場中的小磁針的偏轉(zhuǎn)情況。 圖5－2－11 解析：甲圖線框內(nèi)電流磁感線向內(nèi)，線框外電流磁感線向外，線框內(nèi)小磁針N極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)，線框外小磁針N極向紙外偏轉(zhuǎn)；乙圖通電螺線管下端為N極，兩個小磁針順時針偏轉(zhuǎn)；丙圖通電螺線管類似蹄形磁鐵，左側(cè)為N極、右側(cè)為S極，左邊的小磁針順時針偏轉(zhuǎn)，右邊的小磁針逆時針偏轉(zhuǎn)。 答案：見解析 [課時跟蹤訓練] (滿分50分　時間30分鐘) 一、選擇題(本題共8小題，每小題4分，共32分) 1．關(guān)于磁場和磁感線的描述，下列哪些是正確的(　　) A．磁感線從磁體的N極出發(fā)到磁體的S極終止 B．自由轉(zhuǎn)動的小磁針放在通電螺線管內(nèi)部，其N極指

15、向螺線管的N極 C．磁感線的方向就是磁場方向 D．兩條磁感線的空隙處不存在磁場 解析：磁感線與電場線不同，它是一條閉合曲線，在磁體的外部由N極到S極，而在磁體的內(nèi)部則由S極到N極，故選項A是不正確的。螺線管內(nèi)部的磁感線和條形磁鐵相似，是由S極到N極的，即磁場方向也是從S極指向N極，所以放置其中的小磁針N極必然是指向磁場方向，即螺線管的北極，故選項B正確。只有磁感線是直線時，磁感線的方向才與磁場方向一致。如果磁感線是曲線，那么某點的磁場方向是用該點的切線方向來表示的，所以選項C不正確。磁感線是為了研究問題方便而假想的曲線，磁場中磁感線有無數(shù)條，故提出兩條磁感線之間是否有空隙，是否存在磁場等

16、類似的問題是毫無意義的，故選項D不正確。 答案：B 2．如圖1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(　　) 圖1 解析：小磁針靜止時N極所指的方向與磁場方向相同，故選項A、D正確。磁體外部磁場方向應(yīng)從N極指向S極，故選項B、C錯誤。 答案：AD 3．下列所說的情況中，可能的是(　　) A．一環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場，環(huán)內(nèi)的磁感線與環(huán)外的磁感線數(shù)目相等 B．電流產(chǎn)生的磁場比磁極產(chǎn)生的磁場強 C．磁感線在空間某處中斷 D．某兩處的磁感線疏密一樣 解析：由于磁感線是閉合的，環(huán)形電流的環(huán)內(nèi)與環(huán)外的磁感線數(shù)目應(yīng)該是相等的；電流產(chǎn)生的

17、磁場和磁極產(chǎn)生的磁場大小沒有必然聯(lián)系，電流產(chǎn)生的磁場有可能比磁極產(chǎn)生的磁場強；但磁感線是閉合的，它不可能在空間某處中斷；磁感線疏密程度相同說明磁場強度大小相等，這也是有可能的。 答案：ABD 4．如圖2所示，ab、cd是兩根在同一豎直平面內(nèi)的導(dǎo)線，在兩根導(dǎo)線的中央懸掛一個小磁針，靜止時在同一豎直平面內(nèi)，當兩導(dǎo)線中通以大小相等的電流時，小磁針N極向紙面內(nèi)轉(zhuǎn)動，則兩導(dǎo)線中的電流方向(　　) A．一定都是向上 B．一定都是向下 圖2 C．a(chǎn)b中電流方向向下，cd中電流方向

18、向上 D．a(chǎn)b中電流方向向上，cd中電流方向向下 解析：小磁針所在位置跟兩導(dǎo)線距離相等，兩導(dǎo)線中的電流在該處產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度大小相等，小磁針N極向里轉(zhuǎn)，說明合磁場方向向里，兩電流在該處產(chǎn)生的磁場方向均向里，由安培定則可判知，ab中電流方向向上，cd中電流方向向下，D正確。 答案：D 5．如圖3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3 A．小磁針N極向里轉(zhuǎn) B．小磁針N極向

19、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：由安培定則判知，線圈中心處的磁感線方向應(yīng)垂直紙面向里，故小磁針N極受力方向向里，所以N極向里轉(zhuǎn)，故A對，B、C、D都錯。 答案：A 6.如圖4所示，一個正電子沿著逆時針方向做勻速圓周運動，則此正電子的運動(　　) A．不產(chǎn)生磁場 圖4 B．產(chǎn)生磁場，圓心處的磁場方向垂直于紙面向里 C．產(chǎn)生磁場，圓心處的磁場方向垂直于紙面向外 D．只有圓周內(nèi)側(cè)產(chǎn)生磁場 解析：正電子逆時針旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生逆時針電流，根據(jù)電流

20、的磁效應(yīng)，必產(chǎn)生磁場，由安培定則判得圓心處磁場方向垂直于紙面向外，故選C。 答案：C 7.在地球赤道上空有一小磁針處于水平靜止狀態(tài)，突然發(fā)現(xiàn)小磁針N極向東偏轉(zhuǎn)，由此可知(　　) A．一定是小磁針正東方向有一條形磁鐵的N極靠近小磁針 B．一定是小磁針正北方向有一條形磁鐵的S極靠近小磁針 C．可能是小磁針正上方有電子流自北向南水平通過 D．可能是小磁針正上方有電子流自南向北水平通過 解析：小磁針N極向東偏轉(zhuǎn)，表明小磁針所在處有方向向東的磁場產(chǎn)生，據(jù)此知，D選項正確。 答案：D 8.如圖5所示，一束帶電粒子沿著水平方向平行地飛過磁針上方時，磁針的S極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)，則這束帶電粒子可

21、能是(　　) 圖5 A．向右飛行的正離子束 B．向左飛行的正離子束 C．向右飛行的負離子束 D．向左飛行的負離子束 解析：小磁針N極的指向即是磁針所在處的磁場方向。題中磁針S極向紙內(nèi)偏轉(zhuǎn)，說明離子束下方的磁場方向由紙內(nèi)指向紙外。 由安培定則可判定由離子束的定向運動所產(chǎn)生的電流方向由右向左，故若為正離子，則應(yīng)是自右向左運動，若為負離子，則應(yīng)是自左向右運動。 答案：BC 二、非選擇題(本題共2小題，共18分) 9.(8分)實驗室有一舊的蓄電池，輸出端的符號變得模糊不清，無法分辨正、負極，某同學設(shè)計了下面的判斷電源兩極的方法：在桌面上放一個小磁針，在小磁針右

22、側(cè)放置一個螺線管，圖6為水平桌面上的俯視圖。閉合開關(guān)后，小磁針指南的一端向東偏轉(zhuǎn)，由此可判斷電源A端是________(填“正”或“負”)極。 圖6 解析：磁針指南的一端就是S極，由于電磁鐵的作用而逆時針向東偏轉(zhuǎn)，可知電磁鐵的左側(cè)等效于N極，所以判斷電路中電流為逆時針方向，B端為電源正極，A端為電源負極。 答案：負 10.裝有鐵芯的螺線管叫電磁鐵，巨大的電磁鐵能吸起很重的鋼鐵，如圖7甲所示?，F(xiàn)有一個如圖乙所示的繞有兩個線圈的鐵芯，要使其產(chǎn)生磁性且左端為N極，其四個接頭與電源應(yīng)怎樣連接？ 圖7 解析：使鐵芯產(chǎn)生磁性并且左端為N極，可有以下五種接法： (1)只用a、c線圈，a端接電源正極，c端接電源負極。 (2)只用b、d線圈，b端接電源正極，d端接電源負極。 (3)a、b相接，接電源正極，c、d相接，接電源的負極。 (4)b、c相接，a接電源的正極，d接電源的負極。 (5)a、d相接，b接電源的正極，c接電源的負極。 答案：見“解析” 10