2022年高中物理（SWSJ）魯科版選修3-1教學(xué)案：第5章 第2節(jié) 用磁感線描述磁場(chǎng)(含答案)

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1、2022年高中物理（SWSJ）魯科版選修3-1教學(xué)案：第5章 第2節(jié) 用磁感線描述磁場(chǎng)(含答案) 1. 磁感線是為描述磁場(chǎng)而假想的線，磁感線上某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向，磁感線越密，磁場(chǎng)越強(qiáng)。 2．通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)：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．環(huán)形電流的磁場(chǎng)：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。 4．通電螺線管的磁場(chǎng)：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。

2、 一、用磁感線描述磁體的磁場(chǎng) 1．磁感線 在磁場(chǎng)中畫出的一些有方向的假想曲線。 2．特點(diǎn) (1)在磁感線上，任意一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同，都代表磁場(chǎng)中該點(diǎn)小磁針N極受力的方向。 (2)磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。磁感線分布越密的地方，磁場(chǎng)越強(qiáng)；磁感線分布越疏的地方，磁場(chǎng)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(chǎng) 1．直線電流的磁場(chǎng) 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5-2-1所

3、示)。 　　　　　　　 　　　 圖5-2-1　　　　　　　　圖5-2-2 2．環(huán)形電流的磁場(chǎng) 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(如圖5-2-2所示)。 圖5-2-3 3．通電螺線管的磁場(chǎng) 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)(如圖5-2-3所示)。 1．自主思考——判一判 (1)磁感線是假想的曲線，沒有實(shí)際意義。(×) (2)磁感線是閉合曲線。(√) (3)

4、沒有磁感線的地方，就沒有磁場(chǎng)。(×) (4)安培定則中，彎曲四指所指方向均為磁場(chǎng)的方向。(×) (5)電磁鐵的強(qiáng)弱由線圈中的電流和匝數(shù)共同決定。(√) 2．合作探究——議一議 (1)將磁鐵固定在有機(jī)玻璃下，把鐵粉撒在有機(jī)玻璃上，并輕輕敲打玻璃板，會(huì)發(fā)現(xiàn)鐵粉排列成一些有規(guī)律的曲線。我們能不能認(rèn)為這些鐵粉排成的線就是磁感線呢？ [提示]　不能。實(shí)驗(yàn)時(shí)利用被磁化的鐵屑來顯示磁感線的分布情況，只是研究磁感線的一種方法，使得看不見、摸不著的磁場(chǎng)變得具體形象，給研究帶來方便。其實(shí)，磁感線只是為了研究磁場(chǎng)而引進(jìn)的假想的線，并不是真實(shí)存在的。另外，被磁化的鐵屑所顯示的磁感線分布僅是一個(gè)平面上的磁感線

5、分布情況，磁鐵周圍的磁場(chǎng)是分布在磁鐵周圍的整個(gè)空間的。 (2)磁感線為何不相交？ [提示]　磁場(chǎng)中任一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向都是確定的，即只有一個(gè)方向，這是實(shí)驗(yàn)事實(shí)(把小磁針放到某點(diǎn)，靜止時(shí)N極有唯一確定的指向)。若有兩條磁感線相交，根據(jù)磁感線的定義，在交點(diǎn)處就有兩個(gè)方向，這與事實(shí)不符。 (3)在用安培定則判斷通電直導(dǎo)線和通電螺線管的磁場(chǎng)時(shí)，大拇指和四指的指向所代表的意義相同嗎？ [提示]　不相同。在判定通電直導(dǎo)線磁感線的方向時(shí)，大拇指指向電流的方向，四指指向磁感線的方向。在判定通電螺線管磁感線的方向時(shí)，四指指向電流的環(huán)繞方向，大拇指指向螺線管內(nèi)部磁感線的方向。 磁感線的理解與應(yīng)用

6、 1．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，密集的地方磁場(chǎng)強(qiáng)，稀疏的地方磁場(chǎng)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。 (5)磁感線上某點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。 2．幾種典型磁場(chǎng)的磁感線分布 　 磁體 項(xiàng)目　 條形磁鐵 蹄形磁鐵 同名磁極間 異名磁極間 分布圖 特點(diǎn) (1)關(guān)于條形磁鐵對(duì)稱 (2)內(nèi)部近似勻強(qiáng)磁場(chǎng) (3)中垂線上各點(diǎn)磁感線方向與磁鐵平行 (1)關(guān)于磁鐵中軸線對(duì)稱，方向相反

7、(2)中軸線上各點(diǎn)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對(duì)稱 (2)連線上的方向指向中點(diǎn)，中點(diǎn)最弱 (3)連線的中垂線上磁場(chǎng)方向向外 (1)關(guān)于兩磁極的連線及連線的中垂線對(duì)稱 (2)中垂線上各點(diǎn)磁感線方向相同 (3)在連線上中點(diǎn)的磁場(chǎng)最弱 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(chǎng)的強(qiáng)弱和方向 C．電流在磁場(chǎng)中的受力方向即為該點(diǎn)磁感線的切線方向 D．沿磁感線方向磁場(chǎng)減弱 解析：選B　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(xiàng)錯(cuò)。用磁感線可形象描述磁場(chǎng)的強(qiáng)

8、弱和方向，即疏密表示強(qiáng)弱，各點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。磁場(chǎng)中各點(diǎn)的方向即為處在該點(diǎn)的小磁針N極的受力方向，不是電流的受力方向，B項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)。磁感線的疏密表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱，與磁感線的方向無關(guān)，D項(xiàng)錯(cuò)。 2．下圖中繪出了磁鐵的磁感線及其旁邊小磁針靜止時(shí)所指的方向(小磁針黑色端表示N極)，其中正確的是(　　) 解析：選A　小磁針靜止時(shí)N極所指的方向與磁場(chǎng)方向相同，故選項(xiàng)A正確。磁體外部磁場(chǎng)方向應(yīng)從N極指向S極，故選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤。 3.磁場(chǎng)中某區(qū)域的磁感線如圖5-2-4所示，則(　　) 圖5-2-4 A．a(chǎn)處磁場(chǎng)比b處磁場(chǎng)強(qiáng) B．b處磁場(chǎng)和a處磁場(chǎng)強(qiáng)度一樣 C．小磁針N

9、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：選D　因?yàn)閎處磁感線密，所以b處磁場(chǎng)強(qiáng)，故A、B錯(cuò)誤。小磁針受力也是b處大，故C錯(cuò)誤，D正確。 安培定則的應(yīng)用 三種常見的電流的磁感線分布特點(diǎn) 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 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)部為勻強(qiáng)磁場(chǎng)且比外部強(qiáng)，方向由S極指向N極，外部類似條形磁鐵，由N極指向S極 (1)圖中的“×”號(hào)表示磁場(chǎng)方向垂直紙面向

10、里，“·”號(hào)表示磁場(chǎng)方向垂直紙面向外。 (2)圖中只是表示出了磁感線的方向，對(duì)磁感線的疏密沒有具體表示。 (3)應(yīng)用安培定則判定電流周圍磁場(chǎng)的方向時(shí)，直線電流是判定導(dǎo)線之外磁場(chǎng)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(chǎng)的方向?！　　　? 1. (多選)如圖5-2-5所示，一束帶電粒子沿著水平方向平行地飛過小磁針上方時(shí)，小磁針的S極向紙面內(nèi)偏轉(zhuǎn)，則這束帶電粒子可能是(　　) 圖5-2-5 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(fù)離子束 D．向左飛行的負(fù)離子束 解析：選BC　小磁針N極的指向即是小磁針?biāo)谔幍拇艌?chǎng)方向，題中小磁針的S極向紙內(nèi)

11、偏轉(zhuǎn)，說明離子束下方的磁場(chǎng)方向是由紙內(nèi)指向紙外，由安培定則可判定離子束形成的電流方向由右向左。故若為正離子，則應(yīng)是自右向左運(yùn)動(dòng)；若為負(fù)離子，則應(yīng)是自左向右運(yùn)動(dòng)。 2.如圖5-2-6所示，圓環(huán)上帶有大量的負(fù)電荷，當(dāng)圓環(huán)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，a、b、c三枚小磁針都要發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以下說法正確的是(　　) 圖5-2-6 A．a(chǎn)、b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn) 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：選B　帶負(fù)電圓環(huán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，形成逆時(shí)針方向等效電流，根據(jù)安培定則，判斷出環(huán)內(nèi)外磁場(chǎng)方向，可

12、知小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 3．如圖5-2-7所示，a、b是直線電流的磁場(chǎng)，c、d是環(huán)形電流的磁場(chǎng)，e、f是螺線管電流的磁場(chǎng)，試在各圖中補(bǔ)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(shí)針方向，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。 答案：見解析 1．關(guān)于磁感線，下列說法正確的是(　　) A．磁感線是真實(shí)存在的，細(xì)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(chǎng)減弱 D．磁感線是無頭無尾的閉合曲線 解析：選D　

13、磁感線是人們?yōu)榱诵蜗竺枋龃艌?chǎng)而假想的線，實(shí)際不存在，細(xì)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(cuò)；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(duì)，B錯(cuò)；磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，沿磁感線方向磁場(chǎng)可能增強(qiáng)，也可能減弱，故C錯(cuò)。 2．關(guān)于磁場(chǎng)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(dòng)的小磁針放在通電螺線管內(nèi)部，其N極指向螺線管的N極 C．磁感線的方向就是磁場(chǎng)方向 D．兩條磁感線的空隙處不存在磁場(chǎng) 解析：選B　磁感線與電場(chǎng)線不同，它是一條閉合曲線，在磁體的外部由N極到S極

14、，而在磁體的內(nèi)部則由S極到N極，故選項(xiàng)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(chǎng)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(chǎng)方向，即螺線管的北極，故選項(xiàng)B正確。只有磁感線是直線時(shí)，磁感線的方向才與磁場(chǎng)方向一致，如果磁感線是曲線，那么某點(diǎn)的磁場(chǎng)方向是用該點(diǎn)的切線方向來表示的，所以選項(xiàng)C不正確。磁感線是為了研究問題方便而假想的曲線，磁場(chǎng)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(chǎng)等類似的問題是毫無意義的，故選項(xiàng)D不正確。 3.如圖1所示，兩個(gè)相同的導(dǎo)線圓環(huán)共軸平行懸掛，相隔一小段距離。當(dāng)同時(shí)給兩個(gè)導(dǎo)線圓環(huán)通以同方向的電流時(shí)，兩導(dǎo)線

15、圓環(huán)將(　　) 圖1 A．吸引　　　　　　 B．排斥 C．保持靜止 D．邊吸引邊轉(zhuǎn)動(dòng) 解析：選A　根據(jù)安培定則，兩環(huán)形電流中間產(chǎn)生的磁場(chǎng)相當(dāng)于兩個(gè)條形磁體的異名磁極，相互吸引。 4.如圖2所示，若一束電子沿y軸正方向定向運(yùn)動(dòng)，則在z軸上某點(diǎn)A的磁場(chǎng)方向應(yīng)為(　　) 圖2 A．沿x軸正方向 B．沿z軸正方向 C．沿x軸負(fù)方向 D．沿z軸負(fù)方向 解析：選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(yùn)動(dòng)，則電流沿y軸負(fù)方向，由安培定則可知A處的磁場(chǎng)方向沿x軸正方向，所以選項(xiàng)A正確。 5．為了解釋地球的磁性，19世紀(jì)安培假設(shè)：地球的磁場(chǎng)是由繞過地心的軸的環(huán)形電流

16、I引起的。在下列四個(gè)圖中，正確表示安培假設(shè)中環(huán)形電流方向的是(　　) 解析：選B　地磁場(chǎng)的N極在地理的南極附近，地磁場(chǎng)的S極在地理的北極附近，在地球的內(nèi)部，地磁場(chǎng)的方向由地理的北極附近指向地理南極附近，由安培定則得環(huán)形電流的方向由東向西，故B正確。 6.指南針是我國(guó)古代的四大發(fā)明之一。當(dāng)指南針靜止時(shí)，其N極指向如圖3虛線(南北向)所示，若某一條件下該指南針靜止時(shí)N極指向如圖實(shí)線(N極東偏北向)所示。則以下判斷正確的是(　　) 圖3 A．可能在指南針上面有一導(dǎo)線東西放置，通有由東向西的電流 B．可能在指南針上面有一導(dǎo)線東西放置，通有由西向東的電流 C．可能在指南針上面有一導(dǎo)線

17、南北放置，通有由北向南的電流 D．可能在指南針上面有一導(dǎo)線南北放置，通有由南向北的電流 解析：選C　N極指向表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，根據(jù)題意可知通電直導(dǎo)線在小磁針處的磁場(chǎng)，與原來指向北方的磁場(chǎng)的合磁場(chǎng)方向指向東北方向(如題圖中實(shí)線)，選項(xiàng)C對(duì)，A、B、D錯(cuò)。 7. (多選)如圖4所示，一個(gè)電子沿逆時(shí)針方向做圓周運(yùn)動(dòng)，則由于電子的運(yùn)動(dòng)將(　　) 圖4 A．不產(chǎn)生磁場(chǎng) B．在圓周的內(nèi)側(cè)、外側(cè)均產(chǎn)生磁場(chǎng) C．產(chǎn)生磁場(chǎng)，圓心處的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里 D．產(chǎn)生磁場(chǎng)，圓心處的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外 解析：選BC　電子沿逆時(shí)針方向做圓周運(yùn)動(dòng)，形成的電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，根據(jù)安培定

18、則可判斷電子的運(yùn)動(dòng)將在圓周的內(nèi)側(cè)、外側(cè)均產(chǎn)生磁場(chǎng)，且圓心處的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，選項(xiàng)B、C正確。 8.如圖5所示，a、b是電池的兩個(gè)極，A、B、C為通電螺線管軸線上的三點(diǎn)，D為螺線管正上方的一點(diǎn)，將小磁針分別放在A、B、C、D四點(diǎn)，靜止時(shí)小磁針S極的指向與電池正極的關(guān)系是(　　) 圖5 A．在A點(diǎn)S極向右，a為正極 B．在B點(diǎn)S極向左，b為正極 C．在C點(diǎn)S極向左，b為正極 D．在D點(diǎn)S極向右，a為正極 解析：選D　可用假設(shè)法進(jìn)行判斷，分別設(shè)a、b為電源的正極，確定出電流方向，再根據(jù)電流方向確定出A、B、C、D各點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，再判定出小磁針的指向，和各選項(xiàng)對(duì)比知，選項(xiàng)D正

19、確。 9. (多選)南極考察隊(duì)隊(duì)員在地球南極附近用彈簧秤豎直懸掛一未通電螺線管，如圖6所示。下列說法正確的是(　　) 圖6 A．若將a端接電源正極，b端接電源負(fù)極，則彈簧秤示數(shù)將減小 B．若將a端接電源正極，b端接電源負(fù)極，則彈簧秤示數(shù)將增大 C．若將b端接電源正極，a端接電源負(fù)極，則彈簧秤示數(shù)將增大 D．不論螺線管通電情況如何，彈簧秤示數(shù)均不變 解析：選AC　一方面，可以將地球等效處理為一個(gè)大條形磁鐵，地理南極附近相當(dāng)于磁鐵的N極，因而在地理南極附近地磁場(chǎng)方向近似豎直向上，如圖所示；另一方面，可利用安培定則確定通電螺線管在其周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向，再根據(jù)“同名磁極相斥，

20、異名磁極相吸”的規(guī)律判定通電螺線管與地球之間的作用情況。正確選項(xiàng)為A、C。 10.如圖7所示，一個(gè)輕質(zhì)彈簧下端懸掛一個(gè)小鐵片，當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，鐵片剛好與水銀槽中水銀接觸。當(dāng)開關(guān)S閉合后，鐵片會(huì)(　　) 圖7 A．不動(dòng) B．陷入水銀面以下 C．向上運(yùn)動(dòng)停止在空中 D．不停地上下振動(dòng) 解析：選D　當(dāng)開關(guān)S閉合后，彈簧相當(dāng)于通電螺線管，由于各匝彈簧中通入電流方向相同，相鄰兩匝彈簧線圈之間為異名磁極，則彈簧各匝之間相互吸引使彈簧縮短，將鐵片向上提起；鐵片離開水銀面后，電路斷開，彈簧無磁性，則在鐵片的重力作用下，彈簧伸長(zhǎng)，鐵片與水銀面接觸又使電路連通，這個(gè)過程循環(huán)往復(fù)，使鐵片不停地上下

21、振動(dòng)。 11．如圖8所示，當(dāng)開關(guān)S接通后，說明電流周圍磁場(chǎng)中的小磁針的偏轉(zhuǎn)情況。 圖8 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(gè)小磁針順時(shí)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(shí)針偏轉(zhuǎn)，右邊的小磁針逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)。 答案：見解析 12．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9甲所示?，F(xiàn)有一個(gè)如圖乙所示的繞有兩個(gè)線圈的鐵芯，要使其產(chǎn)生磁性且左端為N極，其四個(gè)接頭與電源應(yīng)怎樣連接？ 圖9 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(fù)極。 (2)只用b、d線圈，b端接電源正極，d端接電源負(fù)極。 (3)a、b相接，接電源正極，c、d相接，接電源的負(fù)極。 (4)b、c相接，a接電源的正極，d接電源的負(fù)極。 (5)a、d相接，b接電源的正極，c接電源的負(fù)極。 答案：見解析