2019-2020年高中物理（SWSJ）鲁科版选修3-1教学案：第5章 第2节 用磁感线描述磁场(含答案).doc

2019-2020年高中物理（SWSJ）鲁科版选修3-1教学案：第5章 第2节 用磁感线描述磁场(含答案)1. 磁感线是为描述磁场而假想的线，磁感线上某点的切线方向表示该点磁场的方向，磁感线越密，磁场越强。2通电直导线的磁场：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。3环形电流的磁场：右手弯曲的四指表示环形电流的方向，则伸直的拇指所指的方向是环形导线中心轴线处的磁感线方向。4通电螺线管的磁场：用右手握住螺线管，让弯曲四指所指方向与电流方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，也就是说，拇指指向通电螺线管的北极。一、用磁感线描述磁体的磁场1磁感线在磁场中画出的一些有方向的假想曲线。2特点(1)在磁感线上，任意一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同，都代表磁场中该点小磁针N极受力的方向。(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱。磁感线分布越密的地方，磁场越强；磁感线分布越疏的地方，磁场越弱。(3)磁感线是闭合曲线。在磁体外部，磁感线从N极到S极。在磁体内部，磁感线从S极到N极。二、用磁感线描述电流的磁场1直线电流的磁场安培定则(又叫右手螺旋定则)：用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向(如图521所示)。 图521图5222环形电流的磁场安培定则：右手弯曲的四指表示环形电流的方向，则伸直的拇指所指的方向是环形导线中心轴线处的磁感线方向(如图522所示)。图5233通电螺线管的磁场安培定则：用右手握住螺线管，让弯曲四指所指的方向与电流方向一致，拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，也就是说拇指指向通电螺线管的北极(N极)(如图523所示)。1自主思考判一判(1)磁感线是假想的曲线，没有实际意义。()(2)磁感线是闭合曲线。()(3)没有磁感线的地方，就没有磁场。()(4)安培定则中，弯曲四指所指方向均为磁场的方向。()(5)电磁铁的强弱由线圈中的电流和匝数共同决定。()2合作探究议一议(1)将磁铁固定在有机玻璃下，把铁粉撒在有机玻璃上，并轻轻敲打玻璃板，会发现铁粉排列成一些有规律的曲线。我们能不能认为这些铁粉排成的线就是磁感线呢？提示不能。实验时利用被磁化的铁屑来显示磁感线的分布情况，只是研究磁感线的一种方法，使得看不见、摸不着的磁场变得具体形象，给研究带来方便。其实，磁感线只是为了研究磁场而引进的假想的线，并不是真实存在的。另外，被磁化的铁屑所显示的磁感线分布仅是一个平面上的磁感线分布情况，磁铁周围的磁场是分布在磁铁周围的整个空间的。(2)磁感线为何不相交？提示磁场中任一点的磁场方向都是确定的，即只有一个方向，这是实验事实(把小磁针放到某点，静止时N极有唯一确定的指向)。若有两条磁感线相交，根据磁感线的定义，在交点处就有两个方向，这与事实不符。(3)在用安培定则判断通电直导线和通电螺线管的磁场时，大拇指和四指的指向所代表的意义相同吗？提示不相同。在判定通电直导线磁感线的方向时，大拇指指向电流的方向，四指指向磁感线的方向。在判定通电螺线管磁感线的方向时，四指指向电流的环绕方向，大拇指指向螺线管内部磁感线的方向。磁感线的理解与应用1磁感线的特点(1)为形象描述磁场而引入的假想曲线，实际并不存在。(2)磁感线的疏密表示磁场的强弱，密集的地方磁场强，稀疏的地方磁场弱。(3)磁感线的方向：磁体外部从N极指向S极，磁体内部从S极指向N极。(4)磁感线闭合而不相交，不相切，也不中断。(5)磁感线上某点的切线方向表示该点的磁场方向。2几种典型磁场的磁感线分布 磁体项目 条形磁铁蹄形磁铁同名磁极间异名磁极间分布图特点(1)关于条形磁铁对称(2)内部近似匀强磁场(3)中垂线上各点磁感线方向与磁铁平行(1)关于磁铁中轴线对称，方向相反(2)中轴线上各点磁感线方向均垂直于中轴线(1)关于两磁极的连线及连线的中垂线对称(2)连线上的方向指向中点，中点最弱(3)连线的中垂线上磁场方向向外(1)关于两磁极的连线及连线的中垂线对称(2)中垂线上各点磁感线方向相同(3)在连线上中点的磁场最弱1关于磁感线的说法，正确的是()A磁感线总是从磁体的N极出发指向S极B磁感线可以表示磁场的强弱和方向C电流在磁场中的受力方向即为该点磁感线的切线方向D沿磁感线方向磁场减弱解析：选B磁感线是闭合曲线，在磁体外部是从N极到S极，内部是由S极到N极，A项错。用磁感线可形象描述磁场的强弱和方向，即疏密表示强弱，各点的切线方向表示该点的磁场方向。磁场中各点的方向即为处在该点的小磁针N极的受力方向，不是电流的受力方向，B项正确，C项错。磁感线的疏密表示磁场强弱，与磁感线的方向无关，D项错。2下图中绘出了磁铁的磁感线及其旁边小磁针静止时所指的方向(小磁针黑色端表示N极)，其中正确的是()解析：选A小磁针静止时N极所指的方向与磁场方向相同，故选项A正确。磁体外部磁场方向应从N极指向S极，故选项B、C、D错误。3.磁场中某区域的磁感线如图524所示，则()图524Aa处磁场比b处磁场强Bb处磁场和a处磁场强度一样C小磁针N极在a处受力比b处受力大D小磁针N极在a处受力比b处受力小解析：选D因为b处磁感线密，所以b处磁场强，故A、B错误。小磁针受力也是b处大，故C错误，D正确。安培定则的应用三种常见的电流的磁感线分布特点安培定则立 体 图横截面图纵截面图直线电流以导线上任意点为圆心的多组同心圆，越向外越稀疏，磁场越弱环形电流内部磁场比环外强，磁感线越向外越稀疏通电螺线管内部为匀强磁场且比外部强，方向由S极指向N极，外部类似条形磁铁，由N极指向S极(1)图中的“”号表示磁场方向垂直纸面向里，“”号表示磁场方向垂直纸面向外。(2)图中只是表示出了磁感线的方向，对磁感线的疏密没有具体表示。(3)应用安培定则判定电流周围磁场的方向时，直线电流是判定导线之外磁场的方向，环形电流和通电螺线管判定的是线圈轴线上磁场的方向。 1. (多选)如图525所示，一束带电粒子沿着水平方向平行地飞过小磁针上方时，小磁针的S极向纸面内偏转，则这束带电粒子可能是()图525A向右飞行的正离子束B向左飞行的正离子束C向右飞行的负离子束D向左飞行的负离子束解析：选BC小磁针N极的指向即是小磁针所在处的磁场方向，题中小磁针的S极向纸内偏转，说明离子束下方的磁场方向是由纸内指向纸外，由安培定则可判定离子束形成的电流方向由右向左。故若为正离子，则应是自右向左运动；若为负离子，则应是自左向右运动。2.如图526所示，圆环上带有大量的负电荷，当圆环沿顺时针方向转动时，a、b、c三枚小磁针都要发生转动，以下说法正确的是()图526Aa、b、c的N极都向纸里转Bb的N极向纸外转，而a、c的N极向纸里转Cb、c的N极都向纸里转，而a的N极向纸外转Db的N极向纸里转，而a、c的N极向纸外转解析：选B带负电圆环顺时针转动，形成逆时针方向等效电流，根据安培定则，判断出环内外磁场方向，可知小磁针转动方向。3如图527所示，a、b是直线电流的磁场，c、d是环形电流的磁场，e、f是螺线管电流的磁场，试在各图中补画出电流方向或磁感线方向。图527解析：根据安培定则，可以确定a中电流方向垂直纸面向里，b中电流的方向从下向上，c中电流方向是逆时针方向，d中磁感线的方向向下，e中磁感线的方向向左，f中磁感线的方向向右。答案：见解析1关于磁感线，下列说法正确的是()A磁感线是真实存在的，细铁粉撒在磁铁附近，我们看到的就是磁感线B磁感线始于N极，终止于S极C沿磁感线方向磁场减弱D磁感线是无头无尾的闭合曲线解析：选D磁感线是人们为了形象描述磁场而假想的线，实际不存在，细铁粉在磁铁附近的排列可以显示磁感线的分布，但我们看到的不是磁感线，故A错；磁感线是闭合曲线，在磁体外部是从N极到S极，在磁体内部是从S极到N极，故D对，B错；磁感线的疏密表示磁场的强弱，沿磁感线方向磁场可能增强，也可能减弱，故C错。2关于磁场和磁感线的描述，下列哪些是正确的()A磁感线从磁体的N极出发到磁体的S极终止B自由转动的小磁针放在通电螺线管内部，其N极指向螺线管的N极C磁感线的方向就是磁场方向D两条磁感线的空隙处不存在磁场解析：选B磁感线与电场线不同，它是一条闭合曲线，在磁体的外部由N极到S极，而在磁体的内部则由S极到N极，故选项A是不正确的。螺线管内部的磁感线和条形磁铁相似，是由S极到N极的，即磁场方向也是从S极指向N极，所以放置其中的小磁针N极必然是指向磁场方向，即螺线管的北极，故选项B正确。只有磁感线是直线时，磁感线的方向才与磁场方向一致，如果磁感线是曲线，那么某点的磁场方向是用该点的切线方向来表示的，所以选项C不正确。磁感线是为了研究问题方便而假想的曲线，磁场中磁感线有无数条，故提出两条磁感线之间是否有空隙，是否存在磁场等类似的问题是毫无意义的，故选项D不正确。3.如图1所示，两个相同的导线圆环共轴平行悬挂，相隔一小段距离。当同时给两个导线圆环通以同方向的电流时，两导线圆环将()图1A吸引B排斥C保持静止 D边吸引边转动解析：选A根据安培定则，两环形电流中间产生的磁场相当于两个条形磁体的异名磁极，相互吸引。4.如图2所示，若一束电子沿y轴正方向定向运动，则在z轴上某点A的磁场方向应为()图2A沿x轴正方向B沿z轴正方向C沿x轴负方向D沿z轴负方向解析：选A首先由电流方向的规定可知，电子沿y轴正方向定向运动，则电流沿y轴负方向，由安培定则可知A处的磁场方向沿x轴正方向，所以选项A正确。5为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的。在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是()解析：选B地磁场的N极在地理的南极附近，地磁场的S极在地理的北极附近，在地球的内部，地磁场的方向由地理的北极附近指向地理南极附近，由安培定则得环形电流的方向由东向西，故B正确。6.指南针是我国古代的四大发明之一。当指南针静止时，其N极指向如图3虚线(南北向)所示，若某一条件下该指南针静止时N极指向如图实线(N极东偏北向)所示。则以下判断正确的是()图3A可能在指南针上面有一导线东西放置，通有由东向西的电流B可能在指南针上面有一导线东西放置，通有由西向东的电流C可能在指南针上面有一导线南北放置，通有由北向南的电流D可能在指南针上面有一导线南北放置，通有由南向北的电流解析：选CN极指向表示磁感应强度的方向，根据题意可知通电直导线在小磁针处的磁场，与原来指向北方的磁场的合磁场方向指向东北方向(如题图中实线)，选项C对，A、B、D错。 7. (多选)如图4所示，一个电子沿逆时针方向做圆周运动，则由于电子的运动将()图4A不产生磁场B在圆周的内侧、外侧均产生磁场C产生磁场，圆心处的磁场方向垂直于纸面向里D产生磁场，圆心处的磁场方向垂直于纸面向外解析：选BC电子沿逆时针方向做圆周运动，形成的电流方向为顺时针方向，根据安培定则可判断电子的运动将在圆周的内侧、外侧均产生磁场，且圆心处的磁场方向垂直于纸面向里，选项B、C正确。8.如图5所示，a、b是电池的两个极，A、B、C为通电螺线管轴线上的三点，D为螺线管正上方的一点，将小磁针分别放在A、B、C、D四点，静止时小磁针S极的指向与电池正极的关系是()图5A在A点S极向右，a为正极B在B点S极向左，b为正极C在C点S极向左，b为正极D在D点S极向右，a为正极解析：选D可用假设法进行判断，分别设a、b为电源的正极，确定出电流方向，再根据电流方向确定出A、B、C、D各点的磁场方向，再判定出小磁针的指向，和各选项对比知，选项D正确。9. (多选)南极考察队队员在地球南极附近用弹簧秤竖直悬挂一未通电螺线管，如图6所示。下列说法正确的是()图6A若将a端接电源正极，b端接电源负极，则弹簧秤示数将减小B若将a端接电源正极，b端接电源负极，则弹簧秤示数将增大C若将b端接电源正极，a端接电源负极，则弹簧秤示数将增大D不论螺线管通电情况如何，弹簧秤示数均不变解析：选AC一方面，可以将地球等效处理为一个大条形磁铁，地理南极附近相当于磁铁的N极，因而在地理南极附近地磁场方向近似竖直向上，如图所示；另一方面，可利用安培定则确定通电螺线管在其周围产生的磁场方向，再根据“同名磁极相斥，异名磁极相吸”的规律判定通电螺线管与地球之间的作用情况。正确选项为A、C。10.如图7所示，一个轻质弹簧下端悬挂一个小铁片，当开关S断开时，铁片刚好与水银槽中水银接触。当开关S闭合后，铁片会()图7A不动B陷入水银面以下C向上运动停止在空中D不停地上下振动解析：选D当开关S闭合后，弹簧相当于通电螺线管，由于各匝弹簧中通入电流方向相同，相邻两匝弹簧线圈之间为异名磁极，则弹簧各匝之间相互吸引使弹簧缩短，将铁片向上提起；铁片离开水银面后，电路断开，弹簧无磁性，则在铁片的重力作用下，弹簧伸长，铁片与水银面接触又使电路连通，这个过程循环往复，使铁片不停地上下振动。11如图8所示，当开关S接通后，说明电流周围磁场中的小磁针的偏转情况。 图8解析：甲图线框内电流磁感线向内，线框外电流磁感线向外，线框内小磁针N极向纸内偏转，线框外小磁针N极向纸外偏转；乙图通电螺线管下端为N极，两个小磁针顺时针偏转；丙图通电螺线管类似蹄形磁铁，左侧为N极、右侧为S极，左边的小磁针顺时针偏转，右边的小磁针逆时针偏转。答案：见解析12装有铁芯的螺线管叫电磁铁，巨大的电磁铁能吸起很重的钢铁，如图9甲所示。现有一个如图乙所示的绕有两个线圈的铁芯，要使其产生磁性且左端为N极，其四个接头与电源应怎样连接？图9解析：使铁芯产生磁性并且左端为N极，可有以下五种接法：(1)只用a、c线圈，a端接电源正极，c端接电源负极。(2)只用b、d线圈，b端接电源正极，d端接电源负极。(3)a、b相接，接电源正极，c、d相接，接电源的负极。(4)b、c相接，a接电源的正极，d接电源的负极。(5)a、d相接，b接电源的正极，c接电源的负极。答案：见解析